Лекция №6.2 Оборудование для очистки бурового раствора. Конструкция узлов
В состав оборудования входят:
вибросито;
пескоотделитель;
илоотделитель;
центрифуга;
шламовые насосы;
ежекторно-гидроциклонные устройства;
газовый сепаратор (до вибросита);
дегазатор (после вибросита);
шнековый конвейер.
Вибросито
Для механической очистки раствора, где шлам от бурового раствора отделяется с помощью просеивающего устройства.
1 – сварная станина, 2 – распределительный желоб, 3 – электродвигатель, 4 - сетка,
5 – вибрирующая рама, 6 – амортизатор, 7 – поддон для сбора очищенного раствора.
Рисунок – Вибросито СВ-2
Вибросито СВ-2 состоит из сварной станины с приёмной ёмкостью, на которой установлены распределительный желоб, два электродвигателя для привода вибрирующей рамы и амортизаторы. Каждая из двух вибрирующих рам опирается на четыре резиновых амортизатора, имеет вибратор с эксцентриком вала, который приводится в движение от электродвигателя клиноременной передачей, закрытой ограждением. Между барабанами натягивается рабочая сетка, которая может быть из стальной проволоки или капроновых нитей. Сетки наклонены горизонталью под углом 12-18 градусов.
Стандартные размеры сеток: 0,16х0,16; 0,20х0,20; 0,25х0,25; 0,4х0,4; 0,9х0,9
В ВС-1 на вибрирующей раме закреплена сменная кассета с сетками. Вибрирующая рама опирается на четыре амортизатора из витых цилиндрических пружин, прикреплённых к станине сита.
Рама состоит из основания, двух боковин, скреплённых между собой болтами. Боковины дополнительно скрепляются распоркой, рамой привода, корпусом вибратора. В корпусе вибратора установлен вал с дисбалансами, обеспечивающими необходимую амплитуду колебания. На раме привода расположен электродвигатель, соединённый с вибратором клиноременной передачей. На противоположной стороне рамы привода установлены грузы, уравновешивающие привод.
Требования:
пропускная способность должна быть на 25% больше максимального количества циркулирующего раствора;
предельный размер удаляемый частиц шлама 75…150 мкм;
для скважин на многоколонную конструкцию лучше устанавливать три вибросита;
количество вибросит в зависимости от подачи:
Q≤25 л/с |
Q≤50 л/с |
Q≤60 л/с |
1 |
2 |
3 |
В дальнейшем третье вибросито может использоваться как вибросито-осушитель шлама (размеры ячеек 75 мкм и 50 мкм). Это дает больший объем возврата воды. Кроме того, в раствор будет возвращаться утяжелитель.
Песко- и илоотделители
Для удаления из раствора песка с размером частиц более 0,074 мм применяют гидроциклоны диаметром 150 мм и более, которые называются пескоотделителями. Пескоотделитель представляет собой батарею из четырёх параллельно включённых гидроциклонов с внутренним диаметром 150 мм, установленных на раме, выполненной в виде лотка с наклонным дном и люком, имеет крестовину и четыре отвода с резиновыми рукавами. Во внутренней полости рамы закреплён вертикальный шламовый насос ВШН-150, нагнетательный патрубок которого соединён с подающей трубой. Внутренняя полость рамы – резервуар – разделена перегородкой на два отсека, один отсек со шламовым насосом соединён с желобной системой, а на втором отсеке имеется шибер для удаления через люк шлама. Пропускная способность гидроциклонного пескоотделителя ПГ-50 – до 45 л/с при рабочем давлении перед гидроциклоном 0,2-0,3 МПа.
1 – сливной коллектор; 2 – гидроциклон; 3 – рама; 4 – шламосборник; 5 – общий коллектор; 6 – отвод; 7 – труба для выгрузки шлама.
Рисунок – Пескоотделитель ПГ-50
Для выделения ила с размером частиц менее 0,074 мм – гидроциклоны диаметром 50-100 мм – илоотделители. Илоотделители состоавляют третью ступень очистки буровых растворов. Они состоят из 12-16 гидроциклонов диаметром 75 или 100 мм с общим выводом бурового раствора, смонтированных на раме с поддоном для сбрасываемого ила и шламового насоса ВШН-150. Илоотделитель ИГ-45 состоит из 16 гидроциклонов диаметров 75 мм. Максимальная производительность по очищенной жидкости составляет 45 л/с при рабочем давлении перед гидроциклоном 0,2-0,3 МПа.
1 – сливной коллектор; 2 – гидроциклон; 3 – рама; 4 – шламосборник; 5 – общий коллектор; 6 – отвод; 7 – труба для выгрузки шлама.
Рисунок – Илоотделитель ИГ-45
Гидроциклон состоит из стального цилиндрического корпуса с тангенциальным патрубком, к которому крепится резиновое сопло и подсоединяется подающая труба. Внутри корпуса вставлен и закреплён цельнолитой полый резиновый конус, к нижней части которого присоединена сменная песковая насадка. В верхней крышке корпуса на фланце установлена сливная насадка с патрубком, служащим для присоединения отводов в коллектор, по которому выходит очищенный раствор.
1 – вертикальный цилиндр; 2 – сливная труба; 3 – конус; 4 – насадка; 5 – тангенциальный патрубок; I – неочищенный раствор; II – шлам; III – очищенный буровой раствор.
Рисунок – Гидроциклон
Принцип работы гидроциклона следующий:
буровой раствор подаётся насосом по тангенциальному патрубку в гидроциклон;
под влиянием центробежных сил более тяжёлые частицы отбрасываются в периферию корпуса гидроциклона;
по конусу опускаются вниз и через насадку сливаются наружу.
Чистый буровой раствор концентрируется в центральной части гидроциклона и через патрубок в верхней части сливается в ёмкость циркуляционной системы. Для повышения частоты вращения раствора в гидроциклоне сопло тангенциального патрубка сужено.
Центрифуга
Предназначена для очистки растворов от мелкодисперсных частиц диаметром 0,03 мм используют центрифуги различных конструкций.
Центрифуга представляет собой конструкцию, состоящую из хорошо сбалансированных вращающегося барабана и расположенным внутри шнеком, которые находятся в защитном кожухе, установленном на резиновых амортизаторах (на раме). Барабан и шнек кинематически связаны между собой с помощью коробки передач, представляющей собой планетарный редуктор, что позволяет регулировать разницу скоростей барабана и шнека, равную 42 об/мин (при скорости вращения барабана 2400 об/мин) и 53 об/мин (при скорости вращения барабана 3000 об/мин). Скорость вращение шнека всегда должна быть меньше скорости вращения барабана.
1 – барабан; 2 – шнек; 3 – кожух; 4 – амортизатор; 5 – рама; 6 – коробка передач; 7 – шкив; 8 – защита; 9 – вибродатчик; 10 – электродвигатель
Рисунок – Центрифуга фирмы «Полет»
Обрабатываемая жидкость подается через впускную трубу в быстровращающийся барабан, в котором она непрерывно разделяется на легкую и тяжелую фазы под действием центробежной силы. Тяжелая фаза состоит из твердых частиц (осадка), которые отбрасываются в сторону кожуха барабана, а легкая фаза представляет собой жидкость, образующую кольцо внутри слоя твердых частиц. Последние улавливаются из кольца жидкости шнеком и подаются в суженый конец конической части барабана, а после осаждения в сухой зоне разгружаются через выходные окна. Очищенная жидкость по внутреннему радиусу кольца выпускается наружу через регулировочные шайбы уровня, расположенные на торце барабана со стороны коробки передач. С помощью этих шайб регулируется степень очистки жидкости.
Рисунок – Схема работы центрифуга
Дегазатор (на примере «Каскад 40»)
Предназначен для дегазации буровых растворов в процессе ликвидации нефтегазопроявлений при бурении скважин на нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождениях. Буровой раствор должен представлять суспензию с нейтральной, кислой (рН до 5,5) или щелочной (рН до 12) средой, содержащей свободные и растворимые пластовые нетоксичные газы и выбуреную породу.
Дегазатор состоит из двух блоков: камеры дегазации бурового раствора и блока вакуум-насоса, соединенных между собой гибкими шлангами.
1 – камера дегазации; 2 – вакуумно-насосный блок; 3, 4, 5 – шланги; 6 – рама; 7 – вакуум-насос; 8 – штуцер; 9 – ресивер; 10 – вакуумметр; 11 – водоотделитель
Рисунок – Дегазатор «Каскад-40»
Камера дегазации бурового раствора установлена на раме и состоит из вакуумной камеры, клапана-разрядника, поплавкового регулятора, соединенных между собой трубопроводами.
Вакуумная камера цилиндрической формы состоит из дегазационной камеры, отделенной поддоном от разгрузочной камеры. Внутри дегазационной камеры, расположен приемный трубопровод с наклонно-срезанным верхом, к которому приварены пластины для пленочного стекания бурового раствора. К трубопроводу присоединен приемный трубопровод бурового раствора с шибером.
Разгрузочная камера соединена с дегазационной камерой сливным клапаном Ду 300 мм, такой же клапан имеется в ней для слива бурового раствора.
Дегазатор подсоединен к вакуум-насосу через ресивер, в котором постоянно поддерживается вакуум. В ресивере имеется поплавок отсечного клапана, предназначенный для перекрывания отверстия всасывающего патрубка, соединяющего вакуум-насос с ресивером, при случайном попадании бурового раствора в ресивер. Вакуум-насос работает непрерывно и через ресивер поддерживает разряжение в клапане-разряднике, дегазационной и разгрузочной камерах. Поплавковый регулятор имеет рычаг и золотник. Клапан-разрядник включает в себя мембрану и шток с пружиной. На штоке установлены клапаны. Когда золотник находится в крайнем левом положении, рабочая полость мембраны сообщена с атмосферой, и клапан прижат пружиной к седлу. В этом случае между клапаном и седлом имеется зазор, и разгрузочная камера соединена с вакуумом ресивера. Когда золотник находится в крайнем правом положении, рабочая полость мембраны сообщена с вакуумом ресивера, клапан выведен из контакта с седлом и прижат к седлу. В этом случае разгрузочная камера соединена с атмосферой.
Газированный буровой раствор сливается из устья скважины в приемный резервуар циркуляционной системы, и оттуда за счет вакуума в дегазационной камере всасывается в нее по приемному трубопроводу, опущенному под уровень раствора в приемном резервуаре. Объемная подача раствора в дегазатор регулируется шибером таким образом, чтобы в резервуаре поддерживался, по возможности, постоянный уровень.
В дегазационной камере, стекая пленочным потоком по пластинам, буровой раствор дегазируется и собирается над поддоном. Разгрузочная камера через клапан-разрядник попеременно соединяется с вакуумом (ресивером) или атмосферой. Когда разгрузочная камера пуста, поплавок регулятора находится в нижнем положении, а золотник – в крайнем левом. При этом разгрузочная камера соединена с вакуумом, и в дегазационной и разгрузочной камерах устанавливается одинаковый вакуум. За счет разницы высот буровой раствор, скопившийся над поддоном, открывает сливной клапан и заполняет разгрузочную камеру, при этом за счет вакуума в ней нижний сливной клапан закрыт. При заполнении раствором разгрузочной камеры поплавок регулятора движется вверх. В верхнем его положении он подвергается передвигает рычагом золотник в крайнее правое положение. При этом рабочая полость мембраны клапана-разрядника соединяется с вакуумом, и шток под действием разряжения в полости мембраны перемещается, прижимая клапан к седлу и соединяя разгрузочную камеру с атмосферой. Сливной клапан закрывается под действием вакуума в дегазационной камере, а нижний сливной клапан под действием гидростатического столба накопленного бурового раствора открывается, и последний сливается в циркуляционную систему. При ходе вниз (за уровнем сливающего раствора) поплавкового регулятора своим рычагом переключает золотник в обратную сторону, соединяя рабочую полость мембраны клапана-разрядника с атмосферой. При этом клапан-разрядник соединяет разгрузочную камеру с вакуумом. После выравнивания вакуума в камерах цикл повторяется.
Шламовые насосы
Предназначен для перекачки гидросмесей с мелкой и твердой фракцией и подачи раствора в гидроциклоны для очистки от выбуренной породы. Нормально агрегаты работают при перекачке раствора с содержанием твердых частиц до 20%.
В комплекте с гидроциклонами могут применяться три типа агрегатов:
насос шламовый 6Ш8 или 6Ш8-2;
насос вертикальный шламовый ВШН-150;
агрегат электронасосный ГрА 170/40.
Насосный агрегат состоит из насоса ВШН-150, электродвигателя, соединительной муфты, кожуха и фундаментной плиты. Насосы консольные, одноступенчатые, центробежного типа. Корпус насоса сварной состоит из трубы с окнами, верхнего фланца, двух кронштейнов и нижней крышки.
Вал насоса установлен в корпусе на двух подшипниках:
передние роликовые воспринимают только радиальную нагрузку;
задние радиально-упорные воспринимают радиальную и знакопеременную по направлению осевую нагрузку.
Уплотнением вала служит сальниковая набивка. Для охлаждения и смазки сальникового узла предусмотрена подача чистой воды через штуцер в корпусе уплотнения. Уплотнение всасывающей стороны – подвижное торцевое. Дополнительно предусмотрена регулировка торцевого зазора с помощью регулировочных винтов.
Рабочее колесо закреплено на валу при помощи резьбового соединения. Рабочее колесо открытого типа, правого вращения.
Агрегат типа ГрА состоит из горизонтального одноступенчатого центробежного насоса и приводного электродвигателя.
Система шламоудаления
Предназначена для транспортировки шлама от вибросит, гидроциклонов, центрифуг в кузов самосвала или специальный амбар.
Состоит из двух горизонтальных конвейеров, являющихся продолжением один другого.
Конвейер 1 расположен внутри модуля тонкой очистки и предназначен для приема шлама от вибросит, центрифуг, гидроциклонов и транспортирования шлама за пределы модуля.
Конвейер 2 предназначен для приема шлама из конвейера 1, транспортировки шлама в шламовый амбар и раскладки шлама вдоль амбара.
Конвейер 2 расположен за пределами модуля. Для распределения шлама вдоль амбара конвейер 2 может поворачиваться воркуг вертикальной оси.
Винтовой конвейер состоит из винта, расположенного в подшипниках продольного вала, с укрепленными на нем винтовыми витками, желоба с полуцилиндрическим днищем, в котором винт размещен соосно и привода вращающего винт. Шлам подается а желоб через несколько воронок в крышках конвейера и при вращении винта скользит вдоль желоба, подобно тому как движется по винту гайка, удерживаемая от совместного с ним вращения. Совместному вращению груза с винтом препятствует сила тяжести груза и трение его о желоб. Выгрузка шлама производится через отверстие в днище желоба.
Винт выполнен с правым направлением спирали однозаходным. Поверхность винта – сплошная (винт полностенный). Вал винта состоит из отдельных секций, валы опирается на промежуточные концевые опоры и соединены с валами опор с помощью фланцев, скрепленных болтами.
Привод конвейера состоит из взрывозащищенного электродвигателя, цилиндрического редуктора с коробкой передач и втулочно-пальцевых муфт.
В системе шламоудаления предусмотрено два варианта выгрузки шлама:
Выгрузка шлама в шламовый амбар. При этом работают два конвейера.
Выгрузка шлама в автомобиль, подъезжающий под выгрузочную воронку. Конвейер 2 при этом демонтируется. Демонтируется также опорная рама и стойка с салазками, поддерживающая конвейер 2. Перед крайней секцией конвейера вставляют дополнительную секцию, раму конвейера наращивают дополнительной рамой.