DE2953573T1 - Method of separation of solid phase in the drilling mud - Google Patents

Method of separation of solid phase in the drilling mud

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Description

VEIiFlIiREN ZUR TRENNUNG DER FESTEN PHASB
IN EINER BOHRSPÜLUNG
Gβb Iet_ dar Te chn ik
Die vorliegende Erfindung besieht sieh auf die Bohrc teohnik, genauer auf Verfahren zur Trennung der festen Phase ir?iner Bohrspülung.
Stand der Technik
Es ist bekannt, daß die Bohrspülung ein heterogenes flüssiges System mit obligatorischem Vorhandensein von KoI-
loidteilohen fester Phase in demselben darstellt· Die
in der Bohrspülung enthaltenen Kolloidteilchen bedingen in Hinsioht auf die Qualität der Niederbrlngunt; eines Bohrlochs eine Reihe von wichtigen Fließeigenschaften der .'. . Bohrspülung. Die Bo'rspülung soll die Eigenschaften bei-- behalten, die optimale Bedingungen der Bohr 10 chn ie d ar-· bringung gewährleisten. Jedoch stellt das stabile Beibehalten der Bohrspülungseigensohaften während des Bohrvorgangs eine schwierige Aufgabe dar.
Die überwiegende Zahl von Bohrarbeiten wird in tonigen Gesteinen durchgeführt. Die ausgebohrten Ton^esteine werden teilweise dispergiert und gehen in Form von Kolloidteilohen in die Bohrspülung über.
Eine nicht ausreichend effektive Reinigung der Bohrspülung vom Bohrsohlamm nach einigen Durchpumpzyklen während der Niederbringung einer Bohrung ändert die Zusammensetzung der festen Phase der Bohrspülung erheblich, wodurch man gezwungen wird, verschiedene Verfahren zur Erhöhung der Qualität der Bohrspülung anzuwenden» Daher ist eine qualitätsgerechte Reinigung der Bohrspülung vom losgebohrten Gestein (Schlamm) von maßgeblicher Bedeutung für die Niederbringung von Bohrungen.
Niedrige Reinigungsqualität der Bohrspülung ist die Haupt Ursache für die Entstehung von St or fällen und Komplikationen, die mit Spülunt.sverluaten, dem Fest-JC klemmen von Bohrstangen und Futterrohren, dem Abbröckeln der Gesteine von den Bohrloohroänden und Nachfallen derselben zusammenhängen.
Die teciinisoh-Ökonomisohen Bohrkennziff©rn sind in bedeutendem Maße duroh die Qualität der angewendeten
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Bohrspülung und deren Reinigungsgrad voa losgebohrtem Gestein bestimmt.
Eine qualitätsgerechte Reinigung der Bohrspülung erhöht die mechanische Bohrgeschwindigkeit dank Reduzierung der festen Phase in der flüssigen und verbessert die Arbeitsbedingungen für die Bohrmeißel und -ausrüstungen. Neben der Erhöhung der mechanischen Bohrgeschwindigkeit trägt die qualitätsgerechte Reinigung der Bohrspülung zur Herabsetzung des Materialaufwandes für die Beibehaltung der Eigenschaften der Bohrspülung, zur Verlängerung der Lebensdauer der Bohrspülung, Verringerung von Komplikationen und Stör fällen beim Bohren bei.
Somit stellt die qualitätsgerechte Reinigung der Bohrspülung vom losgebohrten Gestein einen wichtigsten techno- :
logischen Prozeß beim Bohren eines Bohrlochs dar, welcher die technisohökonomlechen Kennziffern der Bohrlochherstellung wesentlich beeinflußt*
ö angewenaefen
Alle gegenwärtig Verfahren zur Reinigung
von Bohrspülungen gestatten, einen bestimmten Teil der festan Teilchen aus der zirkulierenden Bohrspülung mit ausreichendem Effektivitäts- und Qualitätsgrad zu entfernen.
Beispielsweise sind die kleinsten Maße der Teilchen, die sioh aus der Bohrspülung auf Vibrationssieben abscheiden lassen, duxoh die MasohengrÖße des Netzes bestimmt. Bei Verringerung der Maschengröße zur Erhöhung der Reinigungsqualität nimmt die Durchlaßfähigkeit des Netzes stark ab und nehmen die Bohrspülungsverluste mit dem Schlamm zu.
Bei der Reinigung auf Hydrozyklonen wird die Bohr-J0 spülung mit Wasser verdünnt, und dabei werden nur die Teilchen mit relativ hoher Dichte aus ihr entfernt. Die kleinen Teilchen (weniger diohten Teilchen), die bei der Disperglerung In der Bohrspülung von einzelnen Stücken des losgebohrten Gesteins erscheinen, lassen sioh in den Hydrozyklonen und anderen eingesetzten Reinlguhgseinrlohtungen nicht entfernen.
Bekannt 1st ein Verfahren zur Regenerierung einer stabilen Tonsuspension der Bohrspülung, bei dem die Bohr-
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spülung, dia die Bohrung verlassen hat und den Schlamm enthält, zuvor mit Wasser verdünnt und von größeren Teilchen getrennt wird. In der verdünnten und auf diese Weise gereinigten Bohrspülung verbleiben kleine ungeladene Teilchen losgebohrten Gesteins und negativ geladene kolloidale Tonte Hohen, üanaoh werden die negativ geladenen Tonte Hohen aus dieser Bohrspülung herausgelöst, indem man sie an einer rotierenden Anode abscheidet, worauf sie mit eineu-Schaber entfernt werden. Die abgeschiedenen negativ gelade-.
nen Tonteilohen reißen einen Teil ungeladener Teilchen mit, die sich an der rotierenden Anode ebenfalls absetzen (CS-Patentschrift Nr. 109992, Kl.5a, 31/20, erteilt am 12,02.1964). '■__'-.
Nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird nur
je ein Teil der Borspüluny gereinigt, der andere, erheblich größere Teil gelangt ungereinigt in die Bohrung. Außerdem ist die Reinigung zuerst von großen und dann von kleinen Teilohen technologisch kompliziert und folglich kostspielig ·
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zur Trennung der festen Phase in einer Bohrspülung zu schaffen, das die Reinigung der gesamten aus dem Bohrloch austretenden Bohrspülung mit relativ einfachen teohnolo-
gc glsohen Maßnahmen ermöglicht.
Biese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Verfahren zur Trennung der festen Phase in Bohrspülung erfindungsgemäß aus der Bohrspülung eine Adhäsionsschicht an einer krummlinigen geschlossenen Oberfläche gebildet wird, wobei
jO man sie teilweise in die Bohrspülung einbringt und in Drehung versetzt, wonach ein Teil dieser Schioht auf eine andere rotierende krummlinige geschlossene Oberfläche abgetrennt wird, die so angeordnet ist, daß diese Cberfläohe einen Teil der Adhäsioneschloht berührt, wobei lineare Geschwindlgkeiten der Adhäsionsschicht und der anderen rotierenden geschlossenen krummlinigen Oberfläche in deren Berührungsabschnitt etwa gleich gewählt werden.
Zweokmäßigerweise wird auf die andere krummlinige ge-
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schlosaene Oberfläohe ein Teil der Adhäaionsschioht abgetrennt, die mit großen Teilchen der festen Phase angereichert ist.
Dieae technologlache Maßnanme wird bei der Trennung der Adhäaionssohicht angewendet, die an der Aulienaeite der rotierenden krumnillniben geschlossenen Oberfläche entsteht. Hierbei ergibt sich die Möglichkeit, den Trennungaprozeß der festen Phase in der Bohrspülung durch Kegelunfc des Betrags der linearen Geschwindigkeit der Außenfläche der Adhäaionsschicht zu führen, wodurch die Abtrennung)au« der Adhäsionsachicht 43er festen Teilchen>mlt einer Diohte geregelt wird, die die Dichte der Bohrspülung übersteigt, aus der die Adhäsionssohicht gebildet ist.
Bs ist möglich, auf die andere krummlinge geschlossene Oberfläohe einen Teil der Adhäs Ions schicht abzutrennen, die von großen Teilchen der festen Phase gereinigt ist. ■;■·
Diese technologische Maßnahme kommt bei der Trennung ner Adhäsionsschicht zur Anwendung, die an der Innenseite der rotierenden krummlinigen geschlossenen Oberfläohe entsteht.
Hierbei ergibt sioh die Möglichkeit, den Trennungspro zeß der festen Phase in der Bohrspülung durch Kegelung des Betrags der linearen Geschwindigkeit an der Innenfläohe der Adhäsionsschioht und der anderen krummlinigen geschlossenen Oberfläche im Sinne einer Erhöhung zu führen, wodurch die Abtrennung der Teilchen der festen Phase der Bohrspülung aus der Adhäsionsschicht geregelt wird.
In nioht minder zweckmäßiger Weise wird während der Trennung der festen Phase der Bohrspülung die Größe der Oberflächenspannung der Adhäaionssohicht verändert.
Die Änderung der Oberfläohenspannungsgröße der Adhäsionsschioht erleichtert die Abtrennung der festen Teilohen aus dleaer Sohioht.
Zweokmäßigerweiae wird die Oberflächenspannung der Adhäsionssohloht durch Einwirkung eines elektrischen Gleiohstromfeldes auf dieselbe verändert.
Bas Durohlelten elektrischen Stroms duroh die
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Trennungszone der Adhäaionssohlent von den Te Hohen der festen Phase führt zur Verringerung der Oberflächenspannung dank der Konzentration der elektrisch geladenen Teilchen In der Oberflächenschicht. Die Verringerung der Oberflächenspannung der AdhäslonBschicht der Bohrspülung verbessert die Trennbedingungen der festen Phase der Bohrspülung noch mehr.
Vorteilhaft wird die Oberfl äohtnspannung der Adhäalonsschloht dar oh Änderung; der Richtung des elektrischen Stroms In Abhängigkeit von der mineralogischen Zusammensetzung der festen Phase der Bohrspülung verändert.
Diese technologische Maßnahme erhöht die Intensität., der selektiven Entnahme der festen Phase. Die Zuführung ,r eines positiven Potentials zur anderen krummlinigen geschlossenen Oberfläche führt zu intensiverer (gegenüber der Entnahme ohne den elektrischen Strom) Entnahme der negativ geladenen Tonteilchen aus der Adhäsisonsschioht der Bohrspülung. Die Zuführung eines negativen Potentials zur anderen krummlinigen geschlossenen Oberfläche gewährleistet die Entnahme der neutralen (aber schweren, beispielsweise Barytteilchen) und positiv geladenen Mineralteiloheii aus der Adhäsionssohicht der Bohrspülung.
Die Oberflächenspannung der Adhäslonsschioht läßt sich durch Änderung der elektrischen Feldstärke In Abhängigkeit von der Korngrößenzusammensetzung der festen Phase der Bohrspülung verändern.
Diese technologische Operation erweitert den Regelbereich der Entnahme der festen Phase aus der Bohrspülung nooh mehr.
Somit wird, indem man die Entnahme der festen Phase der Bohrspülung durch eine andere rotierende krummlinige geschlossene Oberfläche aus der entstandenen Adhäslonsschioht vornimmt und dabei geregelt elektrischen Strom durch die Entnahmezone leitet sowie die Polarität des elektrischen Stroms ändert, eine effektive Regelung der Trennung der festen Phase der Bohrspülung in weitem Bereich In Abhängigkeit von der mineralogischen Zusam-
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mensetzung derselben erzielt. Die Trennung der festen Phase der Bohrspülung geaohieht mit einfaohen wirtschaftlich effektiven technologischen Operationen unter hoher Trennleistung. ,
Optimale AuaführunKsfprm der Erfindung Nachstehend wird die Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiela der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf beiliegende Zeichnungen angeführt\ in den Zeichnungen zeigt
Flg. 1 sohematiache Darstellung der Abtrennung eines Teils der an der Außenseite einer rotierenden zylindrischen Oberfläche gebildeten Adhäsionssohicht der Bohrspülung;; Fig. 2 sohematische Darstellung der Abtrennung eines Teils der an der Innenfläche der rotierenden zylindrischen je Oberfläche gebildeten Adhäsionsachicht der Bohrspülung. Das Verfahren zur Trennung der festen Phase in der Bohrspülung besteht darin, daß aus einer Bohrspülung 1 (Fig.l) eine Adhäsionssohicht 2 an einer rotierenden : krummlinigen geschlossenen Oberfläche J gebildet wird. Im beschriebenen Beispiel ist dies die zylindrische Oberfläche einer Trommel 4, die einen (nicht abgebildeten) Drehantrieb besitzt. Die Trommel 4 wird so angeordnet, daß sich ein Teil ihrer Oberfläche J in der Bohrspülung 1 befindet. Während der Drehung wird ein Teil der Adhäsionssohioht 2 (in deren Tiefe) auf eine andere krummlinige geschlossene Oberfläche 5 abgetrennt, als welche, im vorliegenden Beispiel die Oberfläche einer Hilfstrommel 6 auftritt, die β inen (nicht abgebildeten) Drehantrieb besitzt. Die Umlauffrequenz der Trommeln 4 und 6 wird XQ so ' gewählt, daß die linearen Geschwindigkeiten im Berührun^sabsohnitt der Adhäsionsschicht 2 und der anderen krummlinigen geschlossenen Oberfläche 5 so gut wie gleich sind.
Die Gleichheit der linearen Geschwindigkeiten gewährleistet eine stetige Entmischung der Adhäsionssohicht 2 in zwei Teile mit unterschiedlichem Gehalt an Teilchen der festen Phase.
Die Dicke der entstandenen Adhäslonssohicht 2 der
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Bohrspülung 1 tat von der Viskosität der Bohrspülung 1 und von der Drehgeschwindigkeit der Trommel 4 abhängig. In der Adhäsionssohioht 2 befinden sicn feste Teilchen losgebohrten Gesteina, Beschwerungsmittel und feste Tonphase. Bei Drehung der Trommel 4 erfolgt unter der Wirkung von Fliehkräften in der Adhäsionsschicht 2 die Umverteilung der festen Teilohen je nach deren Dichte und Volumen. Größere und sohwerere Teilchen streben nach der Außenfläche der Adhäsionsschicht 2, Teilohen feinerer Fraktionen und insbesondere Kolloidteilchen verbleiben näher an der Innenfläche der Adhäsionsschloht 2.
Die Drehgeschwindigkeit der Hilfstrommel 6 wird auf. eine Größe gebracht, die synchrone Drehung der Oberfläche der Hilfstrommel 6 und der Außenfläche der Adhäsionsschioht 2 gewährleistet.
Die Trommeln 4 und 6 werden mit einem Spalt eingestellt, der nioht geringer als die Dioke der Adhäsionsr- ' schicht 2 ist.
Auf ein Teilchen der festen Phase, das sich in der Adhäsionssohioht 2 befindet, wirken einerseits die Flieh-
p /
worin bedeuten:
m - Masse des Teilohens; H - Drehradius des Teilchens; ν - lineare Drehgeschwindigkeit des Teilohens; andererseits wirken folgende Kräfte: Gewicht des Teilchens, Viskositätsreibungskräfte und Oberflächenspannungskräfte F1 der Adhäsionsschicht 2:
F^ZXrf, /2/,
»Ο worin bedeuten:
r- Halbmesaer des Teilohens der festen Phase der Bohrspülung;
(T- Oberfläohenspannungakoeff izient der Bohripülung 1. Die Beurteilung der Wirkung der an dei' Verteilung der festen Teilchen in der Oberflächenschicht beteiligten Kräfte kann mit Hilfe der Froudeschen Zahl erfolgen, die angibt, um wie viele Male die Fliehkräfte die Schwerkraft übersteigen.
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n. CJ2R
B 2353573
/5/
worin bedeuten:
CJ - Winkelgeschwindigkeit der Trommel 4; R - Drehradlua dea Teilchens;
g - Schwerebeaohleunlgung.
Der maximale und minimale Wert der Froudesehen Zahl beträgt für die realen Konstruktionen 20 - 2000.
Daraus ergibt sich, daß bei der Berechnung der auf die festen Teilchen in der Adhäsionsschioht 2 wirkenden Kräfte die Berücksichtigung Ihrer Schwerkräfte nicht unbedingt notwendig ist, weil die Fliehkräfte diese um das 20- bis 20ü0fache übersteigen. Da die Reibungskraft der Oberfläche der Teilchen der festen Phase an der Flüssigkeit, die sie in Drehung mitreißt, längs einer Tangente an die Oberfläche der Trommel 4 und senkrecht zum HaIbmesser derselben gerichtet 1st,. können die Besonderheiten der radialen Bewegung der Teilchen, d.h. die Hauptgesetzmäßlgkelten des Trennungsprozesses von Phasen und Fraktionen (Reinigung) ohne Beachtung von Viskosität srelbungskräften betrachtet werden.
Somit läßt sich, indem die Kräfte F und F, als gleich angenommen werden, die Gleichgewichtsbedingung der Teilchen in der Adhüslonaschicht 2 an der zylindrischen Oberfläche 3 der rotierenden Trommel 4 ableiten.
oder in bezug auf den Durchmesser dea Teilchens (das als kugelförmig angenommen ist):
worin bedeuten:
Z1 und f2 - jeweils Dichten der festen Phase und der Flüssigkeit;
d - Durohmesser des Teilchens / ■ 2r/; R - ürehradiua des Teilohens;
ff - OberfläohenspannungskoeffIzient der Flüssigkeit der Adhäslonaschloht.
Wie aus den Formeln /4/ und /5/ ersiohtllch ist, hängt die Bewegung des Teilohens mit dem Durchmesser d in der
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— 8f —
Adhäsionssohicht 2 νυη der Dichte der Bohrspülung 1, dem Drehradiua dea Teilchens R, der Drehgeschwindigkeit desselben und der Oberflächenspannung der Adhäsionsschicht 2 ab. Der Drehradius des Teilchens ist durch den Durchmesser der Trommel 4 bestimmt. Die Vergrößerung des Durchmessers der Trommel 4 ist durch konstruktive Schwierigkeiten bei deren Herstellung begrenzt. Somit sind Drehgeschwindigkeit der Trommel 4 und Oberflächenspaxvnung der Adhäsionsschicht 2 die Hauptparameter des Trennungsprozesses der festen Phase der Bohrspülung 1 an der rotierenden zylindrischen Oberfläche 3·
Infolge der Berührung der Oberfläche 5 der Hilf strott-. mel 6 mit der Adhäsionsschicht 2 wird ein Teil dieser Schicht auf diese Oberfläche abgetrennt.
Je nach der gegenseitigen Lage der Trommeln 4, 6 enthält der abgetrennte Teil der Adhäsionssohicht 2 verschiedene Konzentrationen der festen Phase.
Entsteht die Adhäsionsschioht 2 an der Außenfläche der Trommel 4 (Fig.l), so entnimmt die Hilfstrommel 6 einen 2Q Teil der Adhäsionssohicht 2, die mit großen schweren Teilchen der festen Phase der Bohrspülung 1 angereichert 1st. Dieser Teil 7 der Adhäsionsschicht 2 wird mit einem Sohaber ti in eine Rinne 9 geleitet.
Bei der Entstehung einer Adhäsionsschicht 10 (Fig. 2) an der Innenfläche 11 einer Trommel 12 wird auf eine andere krummlinige Oberfläche 13 einer Hilfstrommel 13a ein Teil 14 der Adhästontschicht 10 entnommen, die von folien und schweren Teilchen der festen Phase der Bohrspülung 1 gereinigt ist. Der entstandene Teil 14 der Adhäsionsschioht 10 ist von großen TeHohen der festen Phase der Bohrspülung 1 gereinigt. Von der Hilfstrommel 13a wird der Teil 14 mit einem Schaber I5 abgekratzt und in eine Rinne 16 geleitet.
Die aus dem Teil 14 der Adhäsionsschicht 10 ausflie-β enden Teilchen der festen Phase erreichen unter der Wirkung von Fliehkräften ein Sohild I7 und rieseln an ihm in die Rinne 16 herab.
Um die Intensität des Trennungsprozesses der festen
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Phase der Bohrspülung zu erhöhen, wird die Oberflächenspannungsgröße der Adhäsionsschicht durch Einwirkung eines elektrischen Gleichstromfeldes auf dieselbe geändert. Der elektrische Strom fließt in einem Kreis: Stromquelle 18 (Fig.l, 2), Trommel 4/12/, Adhäsionsschicht /10/, Hilfstrommel 6 /13a/. Die Zuführung eines positiven Potentials zur Hilfstrommel 6 /13a/ intensiviert die Abtrennung von negativ geladenen Kolloidteilchen, und der Polaritätswechsel führt zur Abtrennungjan der Hilfstrommel /6, 13a/fvon neutralen und positiv geladenen Teilchen). Je naoh der Korngrößenzusämmensetzung der festen Phase der Bohrspülung wird die Oberflächenspannung durch Änderung der elektrischen Feldstärke verändert.
Zur Herauslösung des Beschwerungsmittels wird die Bohrspülung 1, die das feste losgebohrte Gestein enthält, vor der Trennung auf die Größe der Beschwerungsmittelteilchen dispergiert. Hierbei werden die Beschweungsmittelteilchen, die eine nahezu zweimal so große Dichte wie die der Teilchen des losgebohrten Gesteins besitzen, sohneller abgetrennt.
Die an der Trommel 4 /12/zurückgebllebene Adhäsionasohioht 2 /10/ wird naoh der Entnahme eines Teils 7/14/ derselben durch die Hilfstrommel 6 /13a/ vom Schaber 19 /Fig.l/ abgekratzt und gelangt in einen Aufnähmebehalte ter 20.
Durch Änderung der Drehgeschwindigkeit der Trommel 4 /12/ und der Oberflächenspannung der Adhäsionsschicht 2, 10 sowie der Polarität (Riohtung) des elektrischen Stroms läßt sich die Trennung der festen Phase JO in der Bohrspülung In weitem Bereich regeln, wobei übersohlüssige feste Phase herausgelöst wird und Tonteilohen feinerer Fraktionen zurüokbleiben, die die kolloidale Hauptkomponente der Tonbohrspülung darstellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird rolgender Weise realisiert.
Naoh der Zuführung der Bohrspülung 1 zu einem Behälter 21 (Fig.l) wird der (nioht abgebildete) Drehantrieb der Trommel 4 eingeschaltet. Infolge der Berührung
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Oberfläche J5 der Trommel 4 mit der Bohrspülung entsteht an ihr eine Adhäsionsschioht 2. Die Drehzahl der Trommel 4 wird je naoh der Viskosität der Bohrspülung 1 und dem bezweckten ^e Leimungsgrad dieser Spülung eingestellt. Nach der Größe /Tiefe/ der an der Trommel 4 gebildeten Adhäsionsschioht 2 wird der Spalt zwischen den Trommelft 4 und 6 eingestellt. Die Drehgeschwindigkeit der Hilfstrommel 6 wird auf eine Größe gebracht, bei der die linearen Geschwindigkeiten der Oberfläche der Trommel 6 und der Außenfläche der Adhäsionsschicht 2 gleioh werden. Eingestellt wird die Polarität des elektrischen Stroms, der den Trommeln 4 und 6 von der Gleichstromquelle 18 je naoh der mineralogischen Zusammensetzung des ;;.; Schlamms in der Bohrspülung 1 zugeführt wird.
2,5 Duroh stetige Änderung der Stärke des elektrischen Stroms erreicht man den erforderlichen Reinigungsgrad der Bohrspülung 1«
Auf diese Weise ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren zur zentrifugalen Trennung der festen Phase der Bohrspülung 1 in elektrischen Feldern unterschiedlicher Polarität an rotierenden krummlinigen geschlossenen Oberflächen 5 und 5, die Menge der festen Phase und die Größe der abgetrennten Teilchen in weitem Bereich bis zur vollständigen Klärung der Flüssigkeit zu regeln, was keines der bisher bekannten Verfahren zu erreichen erlaubt.
Zur Enfllttlung von optimalen Parametern des Reinigungsprozesses der Bohrspülung 1 vom Schlamm an der Oberfläche der Adhäaionsschioht 2, die an der Oberfläche 5 der Trommel 4 gebildet war, wurden Untersuchungen durchgeführt,
jO eieren Ergebnisse ein Ausführungabeisplel des vorliegenden Verfahrens konkretisieren.
Als Haupttrommel 4 wurden verschiedene Trommeln mit Durohmessern von 100 bis 500 mm und einer Dre^vzahl von bis 10000 U/mln erprobt. Die gleichen Parameter hatte auoh die Hilfstrommel 5.
Es wurde festgestellt, daß bei einer Drehzahl der Haupttrommel 4 von 10 bis I50 - 200 U/min die Dicke der entstandenen Adhäsionsschioht 2 der Bohrspülung 1 mit
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einer Viskosität von 10 bis 100 oP 1,5 bis 5 mm betrug. Die geringe Dicke der Adhäsionssohioht ist duroh Ablaufen der Flüssigkeit von der Oberfläche der Trommel 4 bei geringer Drehzahl bedingt. Diese Dicke der Adhäsionaschicht 2 ist nicht imstande, die erforderliche Arbeitsleistung der Trommel 4 sicherzustellen.
Im Drehgesohwindigkeitsbereioh von 200 - 500 U/min schwankt die Dicke der Adhäsionssohioht 2 an der Oberfläohe 5 der Trommel 4 bei einer Viskosität der Bohrspülung
XO von 10 bis 100 cP im Bereich von 3-8 mm. Hierbei erfolgt die Abtrennung der festen Teilchen mit einem Durchmesser von 0,8 - 4 mm von der Oberfläche der Adhäsionssohioht 2..
Alle Teilchen, deren Durchmesser unterhalb der erwähnten Grenzen liegt, verbleiben im Innern der Adhäsionssohioht 2.
Die Untersuchungen haben ergeben, daß die Winkelgeschwindigkeit der mit der Luft in Berührung stehenden Adhäsionsaohicht 2 um eV&elf aches ( um das 10- bis JOfache) geringer als die Winkelgeschwindigkeit der Oberfläche 5 der Trommel 4 ist. Daduroh kann bei Drehzahlen der Trommel 4 im Bereich von 1000 - 2000 U/min, die gemäß der theoretischen Berechnung, die aufgrund der Annahme einer gemeinsam mit der Trommel 4 starr rotierenden Adhäsionsschioht 2 vorgenommen wurde, optimal sind, die zur Entfernung Teilchen der festen Phase mit minimalen Größen von bis 0,0? mm erforderliche Reinigungsfeinheit unmöglich erreioht werden·
Wenn aber der Oberflächenschicht dieser Flüssigkeit mit Hilfe der Trommel 6 eine Geschwindigkeit erteilt wird,
XQ die der Drehgeschwindigkeit der Trommel 4 gleich ist, so wird die theoretische Berechnung der Reinigungsfeinheit
denen vollauf bestätigt. In den Fällen,in den Trommeln 4 und alternierende Spannung von der Gleichstromquelle 8 zugeführt wurde, wurde die Re in ig ungsf einheit dank verringerter Oberflächenspannung der Adhäsionsschiohten verbessert. Hierbei betrug die minimale Größe der Teilchen der festen Phase, die aus der Adhäsionsschicht entfernt wurden, 20/v m« Dabei wurde festgestellt, daß bei der Reinigung der Bohr-
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Spülungen der Trommel 4 ein mit der Ladung der Schlämmte Hohen tsleiohnamitses Potential zuzuführen war, und zwar ein negatives, wenn der Schlamm ala negativ geladene Teilchen auftritt, und ein positives, wenn der Schlamm in Form von positiv geladenen Teilchen, beispielsweise Kalzitteilchen, auftritt.
Bei den Untersuchungen wurde festgestellt, daß für die qualitätsgerechte Reinigung der Bohrspülungen mit einer Viskosität von 10 - 100 oP (bis zur minimalen Größe : der zu entfernenden Teilohen von 20 u m) die l'rommel 4 eine Drehgeschwindigkeite von 1000 - 2000 U/min erhalten und der Trommel eine Spannung Im Bereich von 10 - 20 V zugeführt werden sollte.
So wird beispielsweise für die Reinigung einer gering verschlammten Bohrspülung (bis zu 30 - 40% feste Phase) mit der maximalen Größe der festen Teilchen bis 200 - JOO Jim der Durohmesser der Haupt trommel gleich 420 - 300 mm gewählt, und deren Drehzahl beträgt dabei 1800-2000 U/min. Der Durchmesser der Hilfstrommel 6 soll im Bereich von 140 - 160 mm liegen, die Drehzahl derselben soll5000 bis 6000 U/min betragen. In diesem Fall werden aus der AdhäsIonsschicht feste Teilchen mit einer Größe von 12 - 16 //m abgetrennt.
Bei der Reinigung einer Bohrspülung mit hohem Schlammgehalt und einer Große der festen Teilchen von über 1 mm soll der Durohmesser der Haupttrommel 10-120 mm und die Drehzahl derselben IOO-I2OOU/min betragen. In diesem Fall beträgt der Durohmesser der Hilfstrommel 30 - 40 mm, die Drehzahl 300 - 3600 U/min. Aus der Adhäslonssohicht werden feste Teilchen mit einer Größe von 40 - 50 am abgetrennt.
Die wirtschaftliche Effektivität des erfindunga{gemäßen Verfahrens zur Trennung der festen Phase in der Bohrspülung wird durch Herabsetzung des Aufwandes dank Beseitigung der mehrstufigen .Reinigungsprozedur, Verlängerung der Lebensdauer der Bohrspülung und Erhöhung der Bohrgeschwindigkeiten dank verbesserter Relnlgungsqualltät der Bohrspülung bestimmt.
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Industrielle Anwendbarkelt
Am zweckmäßigsten werden die erflndungagemaß vorgeschlagenen Verfahren und Einrichtung bei Niederbringung von Erdöl-, Gas- und Erkundungsbohrungen verwendet.
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