книги из ГПНТБ / Булнаев И.Б. Техника и технология отбора проб при разведочном бурении

В табл. 45 и па рис. 58 представлены результаты лабора­ торных исследований по улавливанию шлама погружным гид­ роциклоном при различных глубинах погружения сливного насадка.

Из приведенных данных видно, что при длине сливного на­

бины погружения сливного насадка количество улавливаемого шлама растет и достигает максимального значения при /с= = 150 мм, а затем оно снова падает, вероятно, также из-за по­ тери мелких и тонких фракций.

Т а б л и ц а 45

Количество улавливаемого шлама в зависимости от длины сливного насадка

При значительном удалении потока от питающего патрубка скорость вращательного движения значительно снижается и соответственно уменьшается величина центробежных сил, дей­ ствующих на частицы. В результате мелкие фракции не уда­ ляются из центральной части камеры, и при погружении слив­ ного насадка более чем. на 150 мм они уносятся в слив.

Следовательно, оптимальная величина /с должна быть в пределах 100— 200 мм.

160

Эффективность улавливания шлама погружными гидроцик­ лонами зависит и от величины угла схода потока с винтовой лопасти змеевика ас. В гидроциклонах, работающих на по­ верхности, когда разгрузка шлама производится в атмосферу, поток подводится к корпусу горизонтально. Продвижение шла­ мового слоя в сторону выгрузки происходит под действием осе­ вых и гравитационных сил. В гидроциклонах же, работающих

Рис. 60. Изменение количества улавливаемого шлама в зависимости от числа оборотов по­ гружного гидроциклона, (по данным А. А. Ми­ нина и К. А. Чефранова).

названные выше силы недостаточны для своевременного удале­ ния шлама. Кроме того, при быстром вращении гидроциклона вместе с буровым снарядом возникают значительные по вели­ чине центробежные силы, которые прижимают частички шла­ ма к стенкам корпуса гидроциклона и препятствуют их осаж­ дению. Опыты, проведенные А. А. Мининым и К. А. Чефрановым [48] с вращающимся сопловым шламоуловнтелем, позво­ лили получить зависимость, представленную в виде кривой на рис. 60. Из рисунка видно, что с увеличением числа оборотов количество улавливаемого шлама резко падает в связи с ука­ занными выше явлениями.

Поэтому при горизонтальном подводе питания в погружной гидроциклон, даже при оптимальных размерах шламового на­ садка, происходит очень медленное продвижение шлама в сто­ рону выгрузки. В результате в нижней части гидроциклона скапливается значительное количество шлама, и мелкие фрак­ ции уносятся в слив.

При подаче жидкости в гидроциклон под некоторым утлом в сторону шламового насадка возникает вертикальная состав­

161

ния максимального значения, начинает падать. Последнее объ­ ясняется тем, что при большом угле схода вертикальная со­ ставляющая ов растет настолько, что шламовый слой выталки­ вается через шламовый насадок еще до того, как произойдет полное выделение мелких фракций из промывочной жидкости.

2 . Эффективность улавливания шлама в значительной сте­ пени зависит от скорости потока при входе в гидроциклон щ. Чем выше ее значение, тем эффективнее улавливается шлам и при меньшем угле схода лопасти змеевика. Так, например, при

размеры основных узлов гидроциклона, определяющих эффек­ тивность его работы в погруженном состоянии.

Расчет погружного гидроциклона

Расчет гидроциклона сводится в основном к определению производительности Qr и критического размера зерна е?,ф.

Определение производительности гидроциклона

Зная эквивалентный диаметр питающего канала гидроцик­ лона d3, можно определить объемный расход жидкости по формуле

162

где vt — тангенциальная скорость потока при сходе с лопасти змеевика.

Величина щ может быть определена по формуле скорости истечения жидкости из затопленного отверстия под давлением

ра, развиваемого струйным насосом ДРс, и потери напора в змеевике АР\, т. е.

Значение коэффициента сопротивления змеевика G прибли­ женно можно принять равным 12 [49].

163

Величина Н\ зависит от давления на входе в гидроциклон И и диаметра сливного насадка dc. Значение Н\ может быть найдено по формуле [52]

Результаты расчетов, произведенных по данной формуле, вполне согласуются с практическими данными, полученными в лабораторных условиях.

Определение критического диаметра частиц, улавливаемых гидроциклоном

При вращательном движении жидкости в гидроцнклоне на

164

Величину центробежных сил Р2 определим по формуле

6gr

где d — диаметр частицы в см.

Мгновенная радиальная скорость движения частицы в гидроцнклоне определится из равенства центробежных сил, дей­ ствующих на зерно, и силы сопротивления жидкости:

где v — коэффициент кинематической вязкости жидкости; vp— мгновенная радиальная скорость движения частицы. Из урав­ нения (119)

Известно, что в гидроциклоне возникают еще радиальные потоки, движущиеся со скоростью ир и направленные вовнутрь, т. е. навстречу центробежным силам. Величину радиальной скорости потока в гидроциклоне можно определить по формуле Тарьяна [3]

Следовательно, в гндроциклоне действуют две силы проти­ воположного направления, в какой-то точке они уравновеши-

165

вают друг друга, и частицы определенного критического разме­ ра в этой точке будут находиться в состоянии равновесия. Последнее наступит при условии

нисходящего потоков в гпдроциклоне, будут в состоянии равно­ весия. Частицы, имеющие размеры выше критического, отбра­ сываются под действием центробежных сил к стенкам корпуса гидроциклона и выделяются в шлам, а частицы поменьше под действием радиальных сил попадают в восходящий поток и уходят в слив.

В табл. 47 приведены оптимальные размеры основных узлов погружных гидроцпклонов различного диаметра и результа­

считаны с учетом диаметра гпдроциклона D и таким образом, чтобы обеспечить улавливание частиц шлама с размерами зер­ на более 40 мк.

Результаты лабораторных исследований по улавливанию шлама погружными гидроциклонами

Исследование погружных гидроцпклонов производилось по следующей методике: в обсадные трубы на глубину 12 м засы­ палась порция шлама определенного веса и фракционного со­

166

става и производилось улавливание его с помощью снаряда (см. рис. 56), оснащенного закрытой и плавающей шламовыми трубами и гидроциклоном.

Опыты проводились при продувке скважины сжатым воз­ духом, промывке водой и глинистым раствором.

Количество сжатого воздуха, подаваемого в скважину, из­ менялось в пределах 4,0—4,5 м3/мин при давлении 2,5— 3,0 кгс/см2, а промывочной жидкости 80—85 л/мин. Производи­ тельность струйного насоса при коэффициенте инжекции п= 0,6 составляла около 50 л/мин.

Для выявления эффективности работы исследуемых меха­ низмов улавливание шлама производилось: 1 ) только в закры­ той шламовой трубе; 2 ) в закрытой и плавающей шламовых трубах; 3) одновременно в закрытой и плавающей шламовых трубах, а также в гидроциклоне (табл. 48 и 49).

Т а б л и ц а 48

Результаты улавливания шлама различными механизмами при продувке скважины сжатым воздухом, промывке водой и глинистым раствором

Уловлено шлама от исходного веса, %

Т а б л и ц а 49 Распределение количества шлама ме-кду отдельными уловителями

Уловлено шлама от исходного веса, %

167

Условия проведения экспериментов были одинаковыми во всех опытах. Для получения достоверных данных опыты повто­ рялись не менее 3— 5 раз.

Анализ полученных данных позволяет отметить следующее.

на 25— 50%. Потери шлама снижаются до 12— 17%.

3. Одновременное применение закрытой и плавающей шла­ мовых труб, а также погружного гидроциклона позволяет улавливать до 95—98% шлама, образуемого при бурении. По­ тери шлагйа не превышают 1—4% и происходят за счет тон­ чайших фракций (менее 35—40 мк), не улавливаемых гидро­ циклоном.

4. Принудительное осаждение мелких и тонких частичек в гидроциклоне позволяет также полно (94— 98%) улавливать и металлические частицы, что исключает разубожпвание шламо­ вых проб.'

Втабл. 49 приведены данные, показывающие распределе­ ние количества уловленного шлама между отдельными улови­ телями.

Как следует из табл. 49, основная часть образуемого при бурении шлама (46—66%) улавливается в плавающей трубе. Выгодное расположение ее на пути движения шламосодержа­ щей жидкости позволяет улавливать не только крупные, но и мелкие частицы.

Врезультате значение закрытой шламовой трубы сильно-

снижается и количество улавливаемого в ней шлама падает до 7— 15%. Поэтому при применении плавающей трубы ее вооб­ ще можно исключить из состава бурового снаряда, учитывая, что извлечение шлама из нее сопряжено с затратой значитель­ ного количества времени и труда.

В гидроцнклоне улавливается от 26 до 40% шлама. Осо­ бенно эффективен гидроциклон при промывке скважины глини­ стым раствором. Как уже отмечалось, высокая плотность гли­ нистого раствора и способность его к структурообразованию не позволяют при обычном бурении достаточно полно улавливать мелкие частицы в шламовых трубах. В гидроциклоне мелкие и тонкие фракции улавливаются почти полностью, так как они осаждаются в нем принудительно.

В табл. 50 приведен фракционный состав шлама, получен­ ного различными уловителями. Промывка скважины осуществ­ лялась водой.

Из приведенных данных видно, что крупные частицы (dQр== = 0,5 мм) улавливаются в основном в плавающей трубе, сред-

168

Таким образом, разработанный нами комбинированный спо­ соб улавливания шлама в призабойной части скважины, с при­ нудительным осаждением мелких и тонких фракций, позволяет получить достоверные шламовые пробы по разведуемым полез­ ным ископаемым. При этом не происходит усложнения техноло­ гического процесса проходки скважин, не снижаются механи­ ческая скорость бурения и выход керна.

Отбор шламовых проб при избирательном истирании керна

При избирательном истирании керна состав бурового шла­ ма сильно изменяется из-за попадания в него продуктов раз­ рушения керна. В том случае, когда избирательно разрушается в керне рудный материал, происходит обогащение шлама, а при разрушении породного материала, наоборот, наблюдаетсяразубоживание.

Следовательно, при бурении неоднородных по составу по­ лезных ископаемых пробы шлама могут оказаться так же не­ достоверными, как и керн, и неточно характеризовать разведуемое полезное ископаемое. Поэтому для получения достовер­ ных данных о полезном ископаемом необходимо в подобных случаях проводить комбинированное опробование по керну и

169-