3.4 Гидроциклон.

Последующая, после вибросит, более тонкая очистка бурового раствора осуществляется гидромеханическим способом. Для этого применяются конические гидроциклоны.

Гидроциклон это простое и недорогое устройство, которое было разработано для горной промышленности а затем адаптировано для очистки буровых растворов.

В качестве шламоотделителей гидроциклоны часто могут конкурировать даже с виброситами. Так, при удалении частиц шлама размером менее 0,5 мм экономическая эффек­тивность гидроциклонов и вибросит одинакова, если обраба­тывается неутяжеленный буровой раствор. С уменьшением размера частиц шлама эффективность гидроциклонов повы­шается, а преимущества их при удалении шлама с размером частиц менее 74 мкм становятся абсолютно бесспорными.

Гидроциклон представляет собой цилиндр, соединенный с усеченным перевернутым конусом (рис.3.4). Нижняя часть конуса заканчивается насадкой для слива песков, а цилиндри­ческая часть оборудуется входной насадкой, через которую нагнетается буровой раствор, и сливным патрубком, через который отводится очищенный раствор.

Буровой раствор насосом подается через входную насадку в цилиндрическую часть гидроциклона по касательной к внут­ренней поверхности. Обладая сравнительно большой скоро­стью на входе, частицы шлама под действием инерционных сил отбрасываются к стенке гидроциклона и движутся к пе­сковой насадке в соответствии с законом Стокса. Тонкодис­персные частицы шлама вместе с компонентами бурового раствора сосредоточиваются в спиралевидном потоке, дви­жущемся снизу вверх. Попадая в сливной патрубок, очищен­ный раствор выводится из циклона, а шлам (пески) переме­щается внешним, движущимся вниз спиралевидным потоком

Рисунок 3.4-Схема гидроциклона для очистки бурового раствора от шлама

к песковой насадке и выгружается через нее вместе с неко­торой частью бурового раствора.

Гидроциклон — один из наиболее сложных аппаратов, используемых для очистки флюидов от механических приме­сей. Его технологические характеристики меняются при из­менении любого геометрического размера.

Технологические показатели работы циклона при разделе­нии суспензии на жидкую и твердую фазы ухудшаются при уменьшении напора подающего насоса, увеличении вязкости или плотности подаваемой жидкости, повышении концентра­ции твердых частиц в суспензии, понижении плотности твер­дой фазы, уменьшении размера отделяемых частиц, резком отличии формы частиц от сферической, сокращении размера отверстия песковой насадки.

Гидроциклонные шламоотделители делят на песко- и ило- отделители условно. Пескоотделители — это объединенная единым подающим и сливным манифольдом батарея гидро­циклонов диаметром 150 мм и более. Илоотделителями назы­вают аналогичные устройства, составленные из гидроцикло­нов диаметром 100 мм и менее. Минимальный размер отделяемых частиц (точка отсечки) прямо пропорционален диаметру конуса гидроциклона:

Гидроциклон Диаметр Точка отсечки, мкм

Пескоотделитель 10” – 12” 45 – 50

Илоотделитель 4” 25 -30

Микроциклон 2” 10 – 12

Число гидроциклонов в бата­реях песко- и илоотделителя разное и обычно составляет 4 и 16 штук соответственно.

Как и вибросита, эти аппараты должны обрабатывать весь циркулирующий буровой раствор при любой подаче буровых насосов. Считается, что производительность пескоотделителя должна составлять 125 %, а илоотделителя 150 % от макси­мальной подачи насоса. Это позволяет гарантировать обра­ботку всего потока бурового раствора на гидроциклонных шламоотделителях, а иногда использовать часть очищенного раствора для разбавления неочищенного и таким образом существенно повышать эффективность работы гидроцикло­нов.

Гидроциклонные шламоотделители обычно включают в работу с момента забуривания скважины. Уже при бурении под кондуктор система очистки бурового раствора должна работать на полную мощность. Шлам необходимо удалить из бурового раствора раньше, чем он будет подвергнут много­кратному истиранию и диспергированию в циркуляционной системе и стволе скважины. Только в этом случае удается сохранить стабильными параметры бурового раствора, избе­жать перерасхода запасных деталей к гидравлическому обо­рудованию, сохранить стабильным ствол и достичь высоких показателей работы долот.

Рассмотрим как происходит очистка неутяжеленного незагазованного бурового раствора, используя описанное оборудование.