Очистные устройства циркуляционной системы.
Очистка буровых растворов осуществляется путем последовательного удаления крупных и мелких частиц выбуренной породы и других примесей, содержащихся в поступающем из скважины буровом растворе. Для полной очистки буровых растворов циркуляционные системы оборудуются комплексом очистных устройств. Первичная очистка проводится вибрационными ситами, посредством которых удаляются крупные частицы (размером более 75 мкм). Мелкие частицы вредных примесей удаляются посредством пескоотделителя (40 мкм), илоотделителя (25 мкм) и центрифуги (5мкм), используемых на последующих ступенях очистки.
На вибрационных ситах частицы выбуренной породы просеиваются через сито под действием вибраций, которые создаются эксцентриковым либо инерционным вибратором. Привод вибратора состоит из электродвигателя и клиноременной передачи. В последние годы преимущественно распространены инерционные вибраторы, позволяющие сравнительно просто регулировать амплитуду колебаний путем изменения положения дебалансов. Частицы бурового раствора, превышающие размеры ячеек сетки вибросита, оседают на ней и по транспортному желобу сбрасываются в отвал (шламовый амбар). Очищенный раствор, пройдя через ячейки сетки, поступает в приемные емкости циркуляционной системы.
По числу вибрирующих рам различают одинарные, сдвоенные и строенные вибросита с одно-, двух-, и трехъярусными горизонтально либо наклонно расположенными ситами. Вибрирующие рамы комплектуются индивидуальными вибраторами и выравнивателями для равномерного распределения раствора по ширине сита. В многоярусных виброситах буровой раствор из скважины поступает на верхнее сито с более крупными ячейками, а затем на нижние с меньшими ячейками. В результате возрастает производительность на единицу поверхности сита и одновременно уменьшается его износ.
Для буровых растворов высокой вязкости эффективность очистки возрастает с увеличением амплитуды вибраций и угла наклона сита. Многоярусные вибросита снабжаются устройством для независимой регулировки угла наклона сит. Для смягчения ударов и защиты от больших нагрузок виброрама подвешивается к опорной раме на спиральных пружинах либо резиновых амортизаторах.
Колебание виброрамы происходит по замкнутой круговой или эллиптической траектории. Предпочтительно встречное движение виброрамы и бурового раствора, способствующее самоочистке сита. Для восстановления пропускной способности вибросита застрявшие частицы удаляются путем периодической промывки сетки водой либо продувки сжатым воздухом.
Пропускная способность и глубина очистки бурового раствора зависят от световой поверхности и размера ячеек сетки. Наибольшую световую поверхность имеют плетенные сетки из стальных проволок либо капроновыхнитей. Долговечность сетки зависит от износостойкости и коррозионно-усталостной прочности используемых проволок и нитей, а также от равномерности натяжения сетки в вибрирующей раме. С увеличением толщины проволок возрастает их прочность и износостойкость. Однако при этом уменьшается световая поверхность сетки и соответственно пропускная способность вибросита.
1 – корпус; 2 – приёмникс распределителем потока; 3 – вибратор; 4 – сетка;5 - вибрирующая рама; 6 – амортизаторы; 7 - поддон для сбора очищенного раствора;
Рисунок 2 - Вибросито ВС-1
Рисунок 3 – Ситоконвеер
В виброситах применяются сетки, у которых размеры ячеек в свету составляют: 0,16×0,16; 0,2×0,2; 0,25×0,25; 0,4×0,4; 0,9×0,9 мм. При выборе размера ячеек сетки учитывают необходимую степень очистки, пропускную способность вибросита и плотность бурового раствора.
К вибрирующей раме сетка крепится при помощи кассеты либо двух барабанов, расположенных по концам рамы. На один из барабанов сетка наматывается с запасом длины, используемым для перепуска поврежденных при эксплуатации участков рабочей поверхности сетки. Кассетное крепление обеспечивает равномерное натяжение сетки в продольном и поперечном направлениях. Волнистость рабочей поверхности сетки и неплотное его примыкание к вибрирующей раме приводят к преждевременным повреждениям.
Вибросита лучших образцов позволяют полностью очистить буровые растворы от частиц размером более 0,125 мм и удалить при этом до 50% выбуренной породы.
Последующая более тонкая очистка буровых растворов осуществляется гидромеханическим способом. Для этого в песко- и илоотделителях применяются конические гидроциклоны.
В гидроциклон буровой раствор попадает под давлением по питающей насадке. Благодаря тангенциальному расположению питающей насадки и высокоскоростному истечению буровой раствор интенсивно вращается относительно оси гидроциклона.
Наиболее крупные и тяжелые частицы, отбрасываются центробежными силами во внешний поток раствора, образующийся в пристенной зоне конуса. Опускаясь по винтообразной траектории до вершины конуса, частицы удаляются через шламовую насадку в находящийся под гидроциклоном шламосборник.
Мелкие частицы, обладающие недостаточной для преодоления сопротивления среды центробежной силой, оказываются во внутреннемвосходящем потоке, создаваемом в результате образования вдоль оси гидроциклона воздушно-жидкостного столба пониженного давления. Восходящий поток очищенного бурового раствора направляется к сливному насадку и по патрубку поступает в приемную емкость циркуляционной системы.
В циркуляционной системе современных буровых установок применяются пескоотделители НГ-50 и илоотделители ИГ-45.
Пескоотделители ПГ-50 состоят из четырех гидроциклонов диаметром 150 мм, расположенных в один ряд.
Рисунок 4 – Песко и илоотделитель
В илоотделителяхИГ-45 используются шестнадцать гидроциклонов диаметром 75 мм, расположенных в два ряда. Корпус гидроциклонов имеет разъемную конструкцию и состоит из силуминовых литых цилиндра, конуса и обоймы для шламовой насадки.
Для предохранения от износа и коррозии внутренние поверхности корпуса, контактирующие с буровым раствором, покрывают резиновым чехлом. Насадки изотовляют из износостойких сталей и сплавов. При монтаже пескоотделитель иилоотделитель устанавливают на блоке очистки или на промежуточном блоке циркуляционной системы, и крепят к блокам болтами.
Гидроциклоны устанавливают на сварной раме. Буровой раствор поступает в гидроциклоны из общего коллектора. Очищенный раствор по отводам поступает в сливной коллектор. Частицы выбуренной породы и других примесей поступают из гидроциклонов в общий шламосборник, в донной части которого установлена труба для выгрузки шлама.
Гидроциклон состоит из стального цилиндрического корпуса 1 с тангенциальным патрубком, к которому крепится резиновое сопло и подсоединяется подающая труба. Внутри корпуса вставлен и закреплён цельнолитой полый резиновый конус 3, к нижней части которого присоединена сменная песковая насадка 4. В верхней крышке корпуса на фланце установлена сливная насадка 5 с патрубком 2, служащим для присоединения отводов в коллектор, по которому выходит очищенный раствор.
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.
Центрифуги предназначены для извлечения тонкодисперсных частиц утяжелителя из буровых растворов. Основная рабочая часть центрифуги – барабан (ротор) с дырчатыми фильтрующими стенками, вращающийся в неподвижном кожухе. Разделение твердых частичек в центрифуге происходит под действием центробежных сил. Крупные частицы выбрасываются через отверстия в стенке барабана и накапливаются в кольцевом пространстве между кожухом и барабаном. Очищеный раствор поступает в сливную горловину, расположенную под барабаном центрифуги. Возможности разделения увеличиваются с повышением частоты вращения барабана центрифуги.