Руководство для обучения инженеров по буровым растворам - часть 68

 

429 

 

Рис.9.  Измерение  распыления  не  веревочный  выкм  выкид.  Низовой  поток 

перегружен  твердой фазой. 
 

Пескоотделители 

Для отделения песка обычно используются конусы с внутренним диаметром 6" или 

больше. Преимущество их в переработке большого объёма раствора на каждый конус, но  
недостаток  -  образование  фракции  более  крупного  по  размеру  песка.  Эффективность 
пескоотделителя  зависит  от  правильной  установки.  Пескоотделитель  должен  находиться 
перед отстойником. 

 

Отстойники 

Для  отстоя  используются  конусы  размером  4".  Количество  конусов  зависит  от 

объёма  циркулирующей  жидкости.  Желательно,  чтобы  пропускная  способность  конуса 
составляла  не  менее    125%  скорости  циркуляции.  В  таком  конусе  размер  фракции 
составляет  15-20  микрон.  Поскольку  размер  барита  о  диапазоне  с  алевритом,  он  также 
выделяется из раствора. Обычно утяжеленные растворы значительно насыщены твёрдыми 
веществами  (в  %  по  объёму),  создать  распыляющий  выкид  гидроциклона.  Поэтому 
отстойники редко применяются для глинистых растворов весом 12,5 ф./гал, т.к. зачастую 
снижают вес. 

 

Очистители глинистого раствора 

Очистители  бурового  растворе  представляют  собой  группу  конусов  отстойника 

(чаще всего 8 конусов размером 4") над тонкоячеистой сеткой (ситом), рис.10. Удаляются 
выбуренные  частицы  по  размеру  песка  из  раствора  гидроциклонированием  с 
последующим  сбрасыванием  выкида  на  мелкоячеистые  вибросита.  Раствор  и  твёрдые 
частицы, падающие через сито (размер фракции зависит от размера сита) и утилизируется, 
твёрдые  частицы,  оставшиеся  на  сите  -  выбрасываются.  Поскольку  по  ТУ  АНИ  97% 
барита  имеют  размер  74  микрона,  большая  его  часть  извлекается  гидроциклоном.  Затем 
барит  проходит  через  сито  и  возвращается  в  систему.  Фактически  очиститель  раствора 
отделяет песок в утяжеленном растворе. 

 

430 

 

Рис.10. Очиститель бурового раствора 
Размер  очистительных  сеток  изменяется  от  120  до  325  меш.  Размер  ячеек  в  них 

должен  быть  меньше,  чем  у  вибросит  для  повышения  эффективности.  Хотя  основной 
задачи  очистителя  является  удаление  выбуренных  твёрдых  частиц  и  извлечение  барите, 
утилизация  дорогостоящей  жидкой  фазы  (нефть,  КСI.  и  т.д.)  вместе  с  баритом 
обязательна.  Выбракованный  из  вибросит  материал  является  хорошим  сиккативом. 
Снижение объёма (и сухости) отработанного материала снижает стоимость удаления его. 

Очистители бурового раствора следует использовать вместе с другими устройствами 

удаления твёрдых веществ. 

 

Центрифуги 

Как и гидроциклоны, отстойные центрифуги повышают скорость оседания твердых 

частиц,  заменяя  более  слабое  усилие  силы  тяжести  на  центробежную  силу.  Центрифуга 
отстойного  типа  (рис.11)  состоит  из  конической,  горизонтальной  стальной  воронки, 
вращающейся с большой скоростью, с двойным винтовым конвейером внутри. Конвейер 
вращается в одном с воронкой направлении, но немного медленнее. Раствор закачивается 
в  полый  шпиндель  конвейера,  где  он  выбрасывается  наружу  в  круглое  кольцо  раствора, 
называемое  «запрудой».  Уровень  её  определяется  высотой  отверстий  выброса  жидкости 
на больших фланцевых концах воронки. 

Затем  пульпа  течёт  к  отверстиям  через  два  канала,  образованные  лопастями 

конвейере по мере оседания твёрдых частиц против внутренней стенки воронки. Лопасти 
конвейера начинают проталкивать их в сторону меньшего конца воронки. Они выходят из 
запруды  через  сухой  участок  (берег),  где  выталкиваются  из  всей  свободной  жидкости  и 
через выкидные отверстия у меньшего конца центрифуги. 

Важным  аспектом  работы  центрифуги  является  долив  пульпы,  поступающей  в 

установку.  Цель  долива  состоит  в  снижении  вязкости  подачи  для  сохранения 
эффективности  сепарации.  В  общем  случае  чем  выше  вязкость  основного  раствора,  тем 
больше  потребность  в  доливе  (обычно  2-4  галлона  воды  в  минуту).  При  эффективной 
работе  вязкость  истока  должна  быть  35-37  сек/кв.  При  вязкости  выше  37  сек/кварту 
эффективность  снижается в  результате  снижения  скорости оседания.  При  вязкости  ниже 
35 сек/кварту, требуется большое количество воды для долива. Это вызывает образование 
турбулентного  потока  в  воронке  и  снижает  эффективность.  Поэтому  необходимо 
соблюдать  рекомендации  изготовителя  относительно  скорости  подачи  растворе  и 
скорости вращения воронки. 

 

431 

 

Рис.11. Поперечное сечение центрифуги-отстойника 
Увеличение  вязкости  и  предельного  напряжения  сдвига  -  основные  показатели 

необходимости  использования  центрифуг  в  системе  утяжеленного  бурового  раствора. 
Однако  снижение  объёма  мелких  частиц  до  уровня,  когда  нарушается  их  правильное 
распределение по размеру, потребует регулирования водоотдачи и вызовет избирательное 
слипание.  Для  восстановления    фильтрационной  характеристики  бурового  раствора 
потребуется добавление бентонита. Вода и химикаты добавляются в объёме, нужном для 
поддержания  оптимальных  свойств  раствора.  Общий  расход  воды  в  циркуляционной 
системе не изменяется, т.к. доливаемая вода выходит вместе с истоком. 

Кроме  указанных,    центрифуги  могут  использоваться  в  других  целях.  Выкид 

центрифуги  состоит  из  сухих  веществ.  Если  жидкая  фаза  неутяжеленного  раствора 
дорогостоящая, например, раствор на нефтяной основе, центрифугу можно смонтировать 
так, что бы утилизировать исток и выбраковывать низовой поток. В этом случае теряется 
только  связанная  жидкость  с  частицами  низового  потока  (а  не  весь  раствор  как  в 
гидроциклоне). 

Центрифуги отстойного типа используются также для обработки низового потока от 

отстойных гидроциклонов. Гидроциклоны обрабатывают весь поток раствора в системе, а 
центрифуги  -  лишь  его  часть.  Когда  центрифуга  обрабатывает  только  низовой  поток,  от 
гидроциклона,  то  охватывается  большая  часть  системы.  Кроме  того,  центрифуга 
высушивает  твёрдые  частицы,  выбрасываемые  из  отстойника,  что  особенно  необходимо 
для сохранения экологии. 

В  замкнутых  системах  применяются  сдвоенные  центрифуги.  Первый  действует  как 

установка  извлечения  барита.  Второй  -  обрабатывает  поток,  возвращающий  жидкость  в 
систему,  и  удаляет  твердые  вещества.  Обычно  спаренные  центрифуги  используются  в 
системах  раствора  на  нефтяной  основе.  Для  растворов  на  водной  основе  потребуется 
добавка  коагулятора  в  поток  первой  центрифуги  для  улучшения  сепарации  твердых 
веществ во второй центрифуге. 

Снижение  стоимости  бурового  раствора  с  сохранением  основных  его  свойств  - 

основная  цель  и  подтверждение  использования  центрифуг  отстойного  типа.  Кроме 

 

432 

регулирования  нужного  количества  твёрдых  веществ,  центрифуга  поддерживает 
необходимые реологические свойства в системе, и в этом её основная функция. 

Другой  тип  -  это  центрифуга  с  перфорированным  ротором  Она  состоит  из 

цилиндрического 

кожуха 

с 

равномерно 

расположенными 

перфорированными 

отверстиями,  размером  1/2"  вращающегося  в  горизонтальном  положении  внутри 
стационарного корпуса трубы. Этот корпус снабжен изолирующими клапанами на каждом 
конце  для  выступов  осей  ротора  (рис.  12).  Ротор  усредняет  несколько  более  слабую 
утилизацию  утяжелителя  по  сравнению  с  центрифугой  отстойного  типа.  Единственное 
преимущество  ротора  -  в  его  портативности  и  возможности  размещения  на  нужном 
участке. 

 

Рис.12. Центробежный сепаратор с перфорированным ротором. 

Монтаж 

Простота  обслуживания  -  ключ  к  использованию  оборудования,  но  это  не 

обозначает,  что  её  можно  достичь  без  насосов  и  вспомогательных  устройств.  Основу 
составляют понятия о фиксациях оборудования циркуляционной системы при правильном 
способе монтажа. 

Механическое  оборудование  обычно  устанавливается  в  убывающем  порядке  в 

зависимости  от  размера  фракции,  которая  в  них  собирается.  Поскольку  устройство  для 
дегазирования  бурового  раствора  или  газосепаратор  раствора  не  выполняет  функций 
удаления  твердых  частиц,  возникает  вопрос  о  месте  его  установки.  С  другой  стороны, 
центробежные насосы не действуют в присутствии газированного бурового раствора и его 
следует дегазировать перед всасыванием первого центробежного насоса. 

Песколовушка может образовать или разрушить краевую систему очистки бурового 

раствора.  Расположенная  под  или  непосредственно  после  вибросита  ловушка  может 
улавливать  крупные  частицы,  закупоривающие  или  разрушающие  нагнетательное 
оборудование,  если  в  сите  образуются  отверстия  или  поток  обходит  сито.  Нормальная 
сила тяжести  - основная сила, действующая на частицы, поэтому на этом  участке нельзя 
проводить  смешивание  или  использовать  в  качестве  всасывания  или  выкида  для 
гидроциклона. Такие ловушки важны для поддержания минимального количества твёрдых 
веществ в системе.