Способы дополнительной диспергации глинистых растворов

Приготовление глинистых растворов в рассмотренных вы­ше устройствах не обеспечивает полной диспергации твердой фазы. Увеличение времени перемешивания оказывается неэф­фективным, так как при этом резко падает производительность глиномешалок. Поэтому при необходимости глинистые раство­ры подвергают дополнительной обработке, пропуская их через специальные устройства — диспергаторы (иногда их называют также активаторами, дезинтеграторами). Методы диспергирова­ния делятся на гидродинамические и механико-гидравлические.

Гидродинамическое воздействие обусловлено комплексом эффектов, из которых в качестве основных можно отметить энергию пульсирующих давлений в жидкости, взаимо­действие ударных волн, гидравлический перетир слоев промы­вочной жидкости с твердой фазой, соударение частичек твер­дой фазы. Основной фактор измельчения частиц при гидродина­мическом воздействии — кавитационный эффект, возникающий в поле переменного давления потока жидкости. Гидродинамичес­кое воздействие реализуется гидравлическим, гидроакустичес­ким и электрогидравлическим методами.

Механико-гидравлические методы воздействия осуществляются за счет энергии движущихся элементов меха­нических устройств. Такие элементы могут быть либо свободно-движущимися телами, либо жесткозакрепленными.

В настоящее время разработаны и применяются диспергато­ры различных конструкций. Примером гидравлического диспергатора является разработанное во ВНИИКрнефти устройство, принцип действия которого основан на соударении двух струй жидкости, направленных навстречу друг другу (рис. 45).

Струйный диспергатор (рис. 45) состоит из кор­пуса 8, в который вмонтированы два патрубка 4 с насадками 6, удерживающимися заглушками 7. Гайками 5 патрубки кре­пятся к корпусу. Глинистый раствор подается через тройник 1, быстроразъемные соединения 2, по изогнутым трубкам 3 к на­садкам 6. В корпусе происходит встреча потоков, обработан­ный раствор отводится по патрубку 9. У выходной кромки вследствие понижения давления образуются газовые пузырьки, которые, захлопываясь в зоне встречи струй, создают скачки давления, достигающие десятков и сотен МПа.

Гидродинамический шаровой диспергатор представляет собой патрубок, заполненный стальными шарами, которые фиксируются с обеих сторон решетками. Он прост по устройству. Решетки удерживаются крышками с быстросъемными соединениями. Буровой раствор, проходя через толщу шаров, разделяется на ряд потоков, каждый из которых харак­теризуется множеством последовательных чередований зон по­вышения и понижения давления. Диспергация происходит за счет соударений частиц твердой фазы с шарами, а также вслед­ствие кавитации.

Вихревой диспергатор ИГВ-2 (рис 46) представ­ляет собой ультразвуковой излучатель. Устройство состоит из корпуса 6, в который с помощью стакана 4 вмонтирована улит­ка 2 с многоходовой винтовой канавкой и осевым соплом 1. Раствор под давлением поступает одновременно через осевое сопло и по канавкам улитки, попадая в вихревую камеру 3. Закручиваясь в ней, струи жидкости образуют вихревой слой, в котором генерируется мощное акустическое поле, усиливае­мое диафрагмой 5. При встрече осевого потока и вихревого слоя за счет кинетической энергии встречных затопленных струй

формируется кавитационный эффект.

Механизм электрогидравлического дис­пергирования основан на разрушающем действии первич­ных и вторичных ударных волн, взаимодействии высокоскоростных потоков, несущих частицы кавитации, при схлопывании послезарядной полости. При электрогидравлическом дисперги­ровании на глинистую частицу действует целая гамма факто­ров, приводящих не только к физическим, но и химическим воз­действиям.

Рис. 47. Принципиальная схема электроразрядной установки

Рис. 48. Дисковый измельчитель

Основная электрическая схема для получения электрогид­равлического эффекта приведена на рис. 47. При возрастании напряжения на конденсаторе С при его заряде до определенно­го значения воздух между сферами формирующего промежут­ка ФП ионизируется и закорачивает разрядный контур. Элект­рический пробой формирующего промежутка сопровождается электрическим пробоем рабочего промежутка РП, на котором выделяется основное количество энергии, запасенной конден­сатором. Работа конденсаторной батареи в режиме заряд — воздух характеризуется тем, что время накопления энергии зна­чительно больше времени ее выделения. Это дает возможность получать значительные мгновенные мощности разряда (при мощности источника питания 1 кВт — до 1000 кВт).

Процесс высоковольтного разряда в жидкости сопровожда­ется формированием канала сквозной проводимости с образо­ванием парогазовой полости высокого давления и ударной волны. Внутренняя энергия полости и кинетическая энергия жидкости обусловливают радиальные колебания пузырька с на­рушением сплошности жидкости и развитием кавитационных явлений.

Электрогидравлический эффект перспективен не только для диспергирования глинистых минералов, но и для получения промывочных жидкостей с новыми технологическими свойства­ми (например, путем механохимического присоединения к по­верхности глинистых частиц органических соединений). Конструктивное исполнение электрогидравлического диспергатора включает в себя энергоблок и технологический узел и пока сложно и громоздко.

Устройства, реализующие механо-гидравлические методы воздействия, представляют собой в основном аппараты с жест­ко закрепленными мелющими элементами. Сюда относятся диспергаторы, в которых разрушающие усилия развиваются в результате турбулентности движения потоков, ударных и исти­рающих действий. Наиболее компактные устройства из группы диспергаторов с жестко закрепленными рабочими органами — дисковые машины, измельчитель которых значительно меньше габаритов электродвигателя.

Дисковый измельчитель (рис. 48) состоит из кор­пуса 1с подающим 2и сливным 3патрубками. В корпусе 1 смонтированы верхний неподвижный диск 4и нижний диск 5, соединенный непосредственно с валом вертикально установ­ленного электродвигателя 6. Глинистый раствор, поступая по патрубку 2в зазоры между дисками и корпусом, приобретает вращательное движение, при котором частицы твердой фазы интенсивно истираются.

Для каждого диспергатора существует определенная дли­тельность процесса, увеличение которой уже не приводит к дальнейшему диспергированию твердых частиц. Наоборот, уве­личение времени воздействия на глинистые растворы, особенно при ультразвуковой обработке, вызывает обратный процесс, т. е. агрегирование частиц дисперсной фазы. Оптимальное вре­мя обработки зависит от типа глины и колеблется от 8,5 мин для монтмориллонита до 4,5 мин для каолина.

Диспергаторы можно устанавливать в нагнетательной ли­нии циркуляционной системы скважин; на буровой установке в качестве самостоятельного аппарата с индивидуальным при­водом или приводом от бурового насоса; входить в качестве узла в состав комбинированных установок для приготовления глинистых растворов (например, в агрегате АПР-1 совместно с гидромониторным смесителем).

Все рассмотренные устройства могут использоваться и для приготовления прочих промывочных жидкостей.

Дата добавления: 2015-07-15