49. Гидроциклоны, принцип работы , конструкция. Разновидность гидроциклонов- пескоотделители, илоотделители, глиноотделители. Основные правила применения гидроциклонов.
Разделение твердой фазы бурового раствора и выделение из нее ненужных фракций (например, песка, коллоидных глинистых частиц и др.) осуществляется в гидроциклонах и центрифугах. Гидроциклоны применяются в пескоотделителях, которые состоят из одного или нескольких циклонов и шламового насоса.
Гидроциклонный аппарат (рис. 3) представляет собой цилиндрический сосуд - диффузор, переходящий в конус. В цилиндрическую часть гидроциклона сбоку подводится напорный патрубок, через который буровой раствор подводится к внутренней стенке аппарата. Благодаря такому устройству, попадая на внутреннюю стенку цилиндра, раствор начинает вращаться. Под действием возникающей при этом центробежной силы тяжелые частицы отбрасываются к наклонным стенкам гидроциклона и, двигаясь вниз, разгружаются через нижнюю сменную насадку. Очищенный раствор выносится через сливной патрубок в верхней части гидроциклона.
Пескоотделитель 1 ПГК (рис. 4) состоит из батареи гидроциклонов, вертикального шламового насоса, емкости и соединительной трубы между насосом и батареей. Батарея циклонов состоит из сварной рамы, четырех гидроциклонов, крестовины и четырех отводов с резиновыми рукавами. Внутренняя часть рамы выполнена в виде лотка с наклонным дном и люком, с шибером в передней торцовой стенке. При закрытом шибере песковые насадки погружены в шлам, который выходит через верхнюю кромку передней торцовой стенки. При открытом шибере шлам свободно вытекает через люк.
Действие пескоотделителя состоит в следующем. Буровой раствор, предварительно очищенный в вибросите, поступает по желобу 1 в правый отсек емкости 2, из которого шламовым насосом 3 подается в батарею гидроциклонов 4. Очищенный раствор из верхних сливных насадок циклонов сливается в левый отсек емкости 5 и по желобу 6 направляется в приемные емкости буровых насосов.
Во многих районах России внедрены шламоотделители с гидроциклонами диаметрами 75 и 100 мм, так называемые илоотделители. Они представляют собой блок из 12-16 гидроциклонов, установленных на общей раме и имеющих общий ввод раствора и поддон для сбора ила (шлама с раствором). Для подачи раствора используется вертикальный шламовый насос.
В США гидроциклонные шламоотделители выпускают фирмы "Свако", "Демко", "Бароид", "Милкем" и др. Они отличаются конструктивным исполнением, размерами и числом гидроциклонов в каждом блоке.
Фирма "Свако" выпускает до 10 видов пескоотделителей и 5 видов илоотделителей для различных технологических параметров промывки скважин. Производительность пескоотделителей и илоотделителей изменяется от 16 до 95 л/с. Практически охватывается весь диапазон подачи буровых насосов при промывке скважин. При соблюдении нормальных условий работы пескоотделитель полностью удаляет из неутяжеленного бурового раствора плотностью 1.05 - 1.10 г / см и вязкостью 30 - 35 с шлам с размером частиц 44 - 60 мкм, а при использовании илоотделителя удаляется шлам с размером частиц 25 мкм.
Эффективность разделения суспензии с помощью гидроциклонов повышается с увеличением давления на входе. Однако опыт работы с буровыми растворами показывает, что оптимальное значение давления для пескоотделителей составляет 0,25 МПа, а для илоотделителей - 0,32 МПа. Такие условия достигаются при давлении в нагнетательной линии насоса 0,4 -0,5 МПа.
Основным методом регулирования работы гидроциклонов в условиях бурения скважин является изменение размеров отверстия для сбрасывания песков или илов. При высоких скоростях бурения это отверстие должно быть достаточно большим. Но если оно окажется больше, чем необходимо для удаления из раствора выбуренной породы, то эффективность работы циклона снизится, а потери раствора со шламом возрастут.
Уравновешенный гидроциклон имеет наилучшие характеристики только в том случае, когда слив песков идет в виде зонтика, а не в виде шнура. Следует помнить, что у современных гидроциклонов нижнее отверстие является каналом разгрузки, а не штуцером. При правильной работе циклона допускаются потери раствора со шламом от 1 до 5 %. Стремление получить с помощью гидроциклонов почти сухой шлам приводит также к ухудшению разделения суспензии: тонкодисперсные, необходимые для раствора частицы глины не могут попасть в восходящий вихрь и уносятся песками в отвал.