9.2.1 Дополнительное диспергирование глинистых пж

Приготовление глинистых промывочных жидкостей в рассмотренных выше устройствах не обеспечивает полного диспергирования твердой фазы. Увеличение времени перемешивания оказывается неэффективным, т. к. при этом резко падает производительность глиномешалок. Поэтому при необходимости глинистые промывочные жидкости подвергают дополнительной обработке, пропуская их через специальные устройства — диспергаторы (иногда их называют также активаторами, дезинтеграторами). Методы диспергирования делятся на: гидродинамические и механико-гидравлические.

Гидродинамическое воздействие обусловлено комплексом эффектов, из которых в качестве основных можно отметить энергию пульсирующих давлений в жидкости, взаимодействие ударных волн, гидравлическое перетирание слоев промывочной жидкости с твердой фазой, соударение частичек твердой фазы. Основной фактор измельчения частиц при гидродинамическом воздействии — кавитационный эффект, возникающий в поле переменного давления потока жидкости. Гидродинамическое воздействие реализуется гидравлическим, гидроакустическим и электрогидравлическим методами.

Механико-гидравлические методы воздействия осуществляются за счет энергии движущихся эле­ментов механических устройств. Такие элементы могут быть либо свободно движущимися телами, либо жесткозакрепленными.

В настоящее время разработаны и применяются диспергаторы частиц твердой фазы глинистых промывочных жидкостей различных конструкций. Примером гидравлического диспергатора является устройство, принцип действия которого основан на соударении двух струй жидкости, направленных навстречу друг другу, — струйный диспергатор.

Гидродинамический шаровой диспергатор представляет собой патрубок, заполненный сталь­ными шарами, которые фиксируются с обеих сто­рон решетками. Дисперги­рование происходит за счет создания сдвиговых напряжений в результате соударения частиц твердой фазы: с шарами, а также вследствие кави­тации.

Вихревой диспергатор ИГВ представляет собой ультразвуковой излучатель. Устройство состоит из корпуса, в который с помощью фасонного стакана вмонтирована улитка с многоходовой винтовой канавкой и осевым соплом. Промывочная жид­кость под давлением поступает одновременно че­рез осевое сопло и по канавкам улитки, попадая в вихревую камеру. Закручиваясь в ней, струи жидкости образуют вихревой слой, в котором генерируется мощное акустическое поле, усиливаемое диафрагмой. При встрече осевого потока и вихревого слоя за счет кинетической энергии встречных затопленных струй создается кавитационный эффект.

Механизм электрогидравлического диспергирования основан на разрушающем действии первичных и вторичных ударных волн, взаимодействии высокоскоростных потоков (несущих частицы), кавитации, при всхлопывании послезарядной полости.

Процесс высоковольтного разряда в промывоч­ной жидкости сопровождается формированием канала сквозной проводимости с образованием парогазовой полости высокого давления и ударной волны. Внутренняя энергия полости и кинетиче­ская энергия жидкости обусловливают радиальные колебания пузырька с нарушением сплошности жидкости и развитием кавитационных явлений.

Устройства, реализующие механико-гидравли­ческие методы воздействия, представляют собой в основном аппараты с жесткозакрепленными ме­лющими элементами. К ним относятся диспергаторы, в которых разрушающие усилия развиваются в результате турбулентности движения потоков, ударных и истирающих действий. Наиболее компактные устройства из группы диспергаторов с жесткозакрепленными рабочими органами — дисковые машины, измельчитель которых, имеет значительно меньшие габариты, чем электродвигатель.

Для каждого диспергатора существует опреде­ленная длительность процесса, увеличение кото­рой уже не приводит к дальнейшему диспергиро­ванию твердых частиц. Наоборот, увеличение времени воздействия на глинистые промывочные жидкости, особенно при ультразвуковой обработ­ке, вызывает обратный процесс, т. е. агрегирова­ние частиц дисперсной фазы. Оптимальное время обработки зависит от типа глины и колеблется от 8,5 мин (для монтмориллонита) до 4,5 мин (для каолина).

Диспергаторы можно устанавливать в нагнета­тельной линии циркуляционной системы скважин; на буровой установке в качестве самостоятельного аппарата с индивидуальным приводом или приво­дом от бурового насоса. Они могут входить в ка­честве узла в состав комбинированных установок для приготовления глинистых промывочных жид­костей, в том числе совместно с гидромониторным смесителем.