9.3.4 Гидравлический метод очистки бпж с помощью центрифуги

Центрифуги появились в нефтяной промышленности в 50х годах прошлого века и на сегодняшний день являются наиболее дорогим механическим устройством, позволяющим удалять твердую фазу почти коллоидного размера. В комбинации с блоком флокуляции они способны отбить практически всю твердую фазу из бурового раствора. В утяжеленных растворах они используются для возвращения барита в систему. Устройство центрифуги показано на рис. 9.18, 9.19.

1 – редуктор;

2 – регулировочные окошки;

3 – шнек;

4 – твердосплавные вставки;

5 – шкив основного привода;

6 – питающая труба;

7 – ускорительный отсек;

8 – барабан.

Рисунок 9.18 – Схема устройства центрифуги

Центрифуги отделяют твердую фазу из раствора за счет создания центробежных сил в жидкости, подаваемой через питающую трубу в ускорительный отсек, устроенный в шнеке, затем в барабан, вращающийся с большой скоростью. Центробежные силы, действующие на твердые частицы, прижимают их к стенкам барабана. Через планетарный редуктор (не регулируемая скорость вращения шнека) либо через ротодиф (на центрифугах с гидравлическим приводом, позволяет регулировать скорость вращения шнека), установленный на барабане, шнек вращается с меньшей скоростью, но в том же направлении, что и барабан. Истинная скорость вращения шнека на центрифугах с гидравлическим приводом устанавливается не зависимо от барабана и называется его угловой скоростью. А разница между угловой скоростью барабана и шнека есть дифференциальная скорость. Чем больше скорость шнека, тем меньше разница (численное значение) между его угловой скоростью и барабана, тем меньше дифференциальная скорость. Чем больше дифференциальная скорость между шнеком и барабаном, тем быстрее лезвия шнека будут двигаться относительно барабана. Шнек продвигает твердую фазу в сторону конической секции из «растворного бассейна» и далее к выкидным отверстиям. Очищенный раствор выходит из отверстий в барабане с другой стороны.

Рисунок 9.19 Принцип работы центрифуги

При бурении скважин для очистки промывоч­ной жидкости применяется гидротурбоциклон ГТН-200. Он состоит из двух агрегатов: центрифуги и гидроциклона. Центрифуга включает в себя корпус, который в верхней части имеет загрузочную воронку, и вертикальный вал, опирающийся на два подшипника качения, из которых один — упорный (воспринимает массу ротора). Ротор состоит из ступицы, которая плотно насажена на вал. К ступице приварена перфорированная обечайка с днищем и винтовой лентой на внутренней по­верхности обечайки. В днище имеются отверстия и горловина. В нижней части корпуса расположе­ны воронка и сливной патрубок. На верхний конец вала насажен шкив клиноременной передачи, при помощи которой центрифуга соединяется с элек­тродвигателем. Технические параметры гидротурбоциклона представлены в таблице 9.5.

Таблица 9.5 – Технические параметры гидротурбоциклона ГТЦ-200

Длина, мм	Ширина, мм	Высота, мм	Масса, кг	Мощность двигателя, кВт
1500	840	1166	500	20

Промывочная жидкость самотеком подается в загрузочную воронку, а оттуда — в рабочую полость центрифуги. Под действием центробежной силы твердые частицы разделяются по грануломет­рическому составу и плотности. Тонкодисперсная часть промывочной жидкости, состоящая в основ­ном из глины и воды, удаляется через отверстия, сливную воронку и патрубок в дренаж. Более крупные частицы выбрасываются через отверстия в перфорированной обечайке в полость корпуса, откуда по трубкам поступают в гидроциклон.

В гидроциклоне происходит дополнительное сгущение поступившей из центрифуги пульпы, которая затем удаляется через песковую насадку. Остаток тонкодисперсной глинистой суспензии через сливную насадку гидроциклона возвращается в центрифугу.

Турбоциклоны также используются для регенерации утяжелителя. Они позволяют извлекать не только мелкий шлам, но и при необходимости до 70 % глины и регулировать тем самым реологиче­ские свойства глинистых растворов.

Из зарубежных аналогов центробежного очистного оборудования на отечественных предприятиях используются центрифуги различных модификаций фирмы «Swaco».

Центрифуга «Swaco» 518 стандартная [PDF] отличается высокой точностью балансировки, что обеспечивает плавность работы в течение продолжительных периодов времени на частотах вращения от 1900 до 3250 об./мин и при центробежных нагрузках, достигающих 2100 g. Использование центрифуги в комбинации с другим оборудованием для очистки буровой промывочной жидкости позволяет в зависимости от технологических требо­ваний избирательно регулировать содержание час­тиц твердой фазы и максимально увеличить эф­фективность контроля ее содержания.

При заданных режимах работы — частоте вращения 1900 об./мин и производительности 946 л/мин — использование центрифуги «Swaco» 518 позволяет увеличивать выход твердых частиц из неутяжеленных буровых промывочных жидкостей с глубиной очистки до 6-9 мкм. Удаление более мелких частиц размерами 2-3 мкм достигается настройкой центрифуги на режимы работы с частотой вращения 3250 об./мин и центробежной нагрузкой, достигающей 2100 g.

Центрифуга 518 VSB [PDF]. Данная модификация центрифуги 518 является высокоскоростным и высокопроизводительным декантором. Устройство главного привода позволяет изменять частоту вращения ротора (1900, 2500, 3200 об./мин) с помощью ступенчатых шкивов. Задний привод обеспечивает плавную регулировку оборотов вращения шнека. Диапазон частот вращения валов главного и вспомогательного приводов контролируется двумя гидравлическими преобразователями крутящего момента, что позволяет производить запуск центрифуги без дополнительных перегрузок, а также плавную регулировку скорости вращения барабана и шнека. Технические параметры центрифуги приведены в таблице 9.6

В автоматическом режиме достигается наиболь­шая эффективность работы центрифуги 518 FV.

Таблица 9.6 - Производительность центрифуги 518 FVS

Режим работы	Частота вращения барабана, об./мин	Производитель­ность, м3/ч
Высокоскоростной режим	3600	22,6
Средняя скорость	2500	36,0
Высокопроизводи­тельный режим	1900	56,0

Центрифуга «Swaco» 414 [PDF]. Декантирующая центрифуга улавливает 95 % барита, возвращая его в систему циркуляции и удаляя из буровой промывочной жидкости тонкодисперсные легковесные твердые частицы. При рабочей частоте вращения барабана 1600 об./мин производитель­ность центрифуги достигает 0,640 м /мин при цен­тробежной нагрузке около 500 g. Это обеспечивает постоянную сепарацию частиц размерами 6-10 мкм при обработке утяжеленных буровых промывоч­ных жидкостей и частиц размерами 5-7 мкм при обработке неутяжеленных.

Рабочим органом декантирующей центрифуги «Swaco» (любой модификации) является высокоскоростная, точно сбалансированная, вращающаяся корзина из нержавеющей стали. Внутри корзины находится винтовой конвейер с переменным шагом, который через редуктор «Swaco» вращается в том же направлении, что и корзина, но с не­сколько меньшей частотой вращения.

Сравнение результатов испытаний в полевых условиях показывает, что центрифуга сокращает объем отбросов по сравнению с альтернативой разбавления/замещения на 30-60 %, в зависимости oт плотности буровой промывочной жидкости. При обработке утяжеленных буровых растворов она сокращает объем отбросов на 45 %.