RU78256U1

RU78256U1 - DRILL MILL PROPELLER MIXER

Info

Publication number: RU78256U1
Application number: RU2008114103/22U
Authority: RU
Inventors: Эдуард Николаевич Панкратов; Роман Николаевич Карасев; Вячеслав Валерьянович Шумский
Original assignee: Эдуард Николаевич Панкратов; Роман Николаевич Карасев; Вячеслав Валерьянович Шумский
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2008-11-20

Abstract

Полезная модель направлена на снижение энергетических затрат при увеличении эффективности перемешивания бурового раствора. Технический результат достигается тем, что в перемешивателе бурового раствора содержится двигатель, передаточный механизм и выходной вал с мешалкой, выполненной в виде ступицы с жестко прикрепленными к ней прямолинейными лопастями постоянной толщины, наклоненными под углом к плоскости вращения ступицы, в поперечном сечении лопасти имеют криволинейный профиль, при этом ширина лопасти симметрично стреловидно уменьшается от ступицы к наружной окружности мешалки. 1 з.п.ф., 3 илл.The utility model is aimed at reducing energy costs while increasing the efficiency of mixing the drilling fluid. The technical result is achieved by the fact that the drilling fluid mixer contains an engine, a gear mechanism and an output shaft with an agitator made in the form of a hub with rectilinear blades of constant thickness rigidly attached to it, inclined at an angle to the plane of rotation of the hub, in cross section the blades have a curved profile while the width of the blade is symmetrically swept decreases from the hub to the outer circumference of the mixer. 1 C.p.F., 3 ill.

Description

Полезная модель относится к нефтяной и газовой отраслям промышленности, а в частности к машинам и агрегатам для перемешивания бурового раствора пропеллерными мешалками.The utility model relates to the oil and gas industries, and in particular to machines and assemblies for mixing drilling fluid with propeller mixers.

Известны перемешивающие устройства с пропеллерными мешалками типа корабельного винта. (Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. Польша, 1971, Химия, 1975), (В.Н.Стабников: В.Д.Панов, В.Н.Лысянский. Процессы и аппараты пищевых производств - М. Пищевая промышленность, 1976-662 с.). Данные устройства содержат двигатель, передаточный механизм и вал с закрепленной на нем мешалкой. Лопасти такой мешалки представляют собой часть винтовой поверхности с постоянным шагом, при этом максимальный наклон лопасти расположен около втулки (ступицы), а минимальный наклон на наружной окружности. Мешалки данного типа обеспечивают эффективную объемную циркуляцию раствора в окружном (тангенциальном), радиальном и осевом (аксиальном) направлениях при минимальном расходе механической энергии.Known mixing devices with propeller mixers such as ship propeller. (Strenk F. Stirring and apparatuses with stirrers. Poland, 1971, Chemistry, 1975), (V.N.Stabnikov: V.D. Panov, V.N. Lysyansky. Processes and apparatuses for food production - M. Food industry, 1976 -662 p.). These devices contain an engine, a gear mechanism and a shaft with a mixer mounted on it. The blades of such a mixer are part of a helical surface with a constant pitch, while the maximum inclination of the blade is located near the sleeve (hub), and the minimum inclination is on the outer circumference. Mixers of this type provide effective volumetric circulation of the solution in the circumferential (tangential), radial and axial (axial) directions with a minimum consumption of mechanical energy.

При этом эффективная осевая циркуляция перемешиваемой жидкости за счет образующегося «насосного эффекта» обеспечивает поднимание твердых частиц со дна емкости, что необходимо для создания суспензий.In this case, the effective axial circulation of the stirred fluid due to the resulting "pumping effect" ensures the lifting of solid particles from the bottom of the tank, which is necessary to create suspensions.

К недостаткам описанных устройств применительно к перемешиванию буровых растворов следует отнести следующие:The disadvantages of the described devices in relation to the mixing of drilling fluids include the following:

Во-первых, рекомендованные минимальные числа оборотов для эффективного перемешивания пропеллерными мешалками типа «корабельный винт» составляют 400 об/мин, а при перемешивании буровых растворов директивная технология рекомендует частоту вращения мешалки не более 70-100 об/мин, поскольку при частотах вращения свыше 400-500 об/мин происходит нарушение структуры бурового раствора, разрушение полимерных цепочек, изменение реологических свойств и возможно разделение твердой и жидкой фазы раствора.Firstly, the recommended minimum revolutions for efficient mixing with ship propeller type stirrers are 400 rpm, and when mixing drilling fluids, the directive technology recommends a stirrer speed of not more than 70-100 rpm, because at speeds exceeding 400 -500 rpm there is a violation of the structure of the drilling fluid, the destruction of polymer chains, a change in the rheological properties and possibly the separation of the solid and liquid phases of the solution.

Во-вторых, сплошная конструктивная форма лопасти мешалки типа «корабельный винт» определяет сложную технологию изготовления и высокую себестоимость мешалки, что также практически исключает ее применение для перемешивания буровых растворов.Secondly, the continuous structural form of the “ship screw” type agitator blades determines the complex manufacturing technology and high cost of the agitator, which also virtually eliminates its use for mixing drilling fluids.

Известны также механические перемешивающие устройства с лопастными мешалками, являющиеся прототипом предлагаемой полезной модели. (Гальперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Книга первая - М.Химия 1981-383 с.)Mechanical mixing devices with paddle mixers are also known, which are the prototype of the proposed utility model. (Halperin NI The main processes and apparatuses of chemical technology. The first book - M. Chemistry 1981-383 p.)

Мешалка такого перемешивающего устройства выполнена из цилиндрической ступицы к поверхности которой жестко прикреплены плоские лопасти. При этом плоскости всех лопастей мешалки относительно плоскости ее вращения повернуты на определенный острый угол, обычно до 45°, что позволяет каждой лопасти, как наклонной поверхности, внедряться передней кромкой в массу жидкой среды и перемещать ее с определенной скоростью вдоль оси вращения, обеспечивая перемешивание жидкой среды.The mixer of such a mixing device is made of a cylindrical hub to the surface of which flat blades are rigidly attached. In this case, the planes of all the blades of the mixer relative to the plane of its rotation are rotated by a certain acute angle, usually up to 45 °, which allows each blade, as an inclined surface, to penetrate the front edge into the mass of liquid medium and move it at a certain speed along the axis of rotation, providing mixing with liquid Wednesday.

Недостатком такой механической мешалки является то, что плоский профиль мешалки испытывает большое лобовое сопротивление от бурового раствора и, следовательно, для ее вращения требуется увеличенная мощность привода перемешивателя. Кроме того, плоский профиль лопасти вызывает завихрение потока, что снижает эффективность перемешивания.The disadvantage of such a mechanical mixer is that the flat profile of the mixer experiences a high drag from the drilling fluid and, therefore, for its rotation, increased drive power of the mixer is required. In addition, the flat profile of the blade causes a swirling flow, which reduces the efficiency of mixing.

Основной технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности перемешивания и уменьшение затрат мощности при перемешивании бурового раствора.The main technical task of the proposed utility model is to increase the efficiency of mixing and reduce power costs when mixing the drilling fluid.

Поставленная задача достигается тем, что в пропеллерном перемешивателе бурового раствора включающем двигатель, передаточный механизм, выходной вал с мешалкой, выполненной в виде ступицы с жестко прикрепленными к ней прямолинейными лопастями постоянной толщины, наклоненными под углом к плоскости вращения ступицы, согласно предложенному решению, лопасти в поперечном сечении имеют криволинейный профиль, при этом ширина лопасти симметрично стреловидно уменьшается от ступицы к наружной окружности мешалки.The problem is achieved in that in the propeller mixer of the drilling fluid including the engine, gear, output shaft with an agitator made in the form of a hub with rectilinear blades of constant thickness rigidly attached to it, inclined at an angle to the plane of rotation of the hub, according to the proposed solution, the blades in the cross section has a curved profile, while the width of the blade symmetrically swept decreases from the hub to the outer circumference of the mixer.

Формирование лопасти с криволинейным профилем в поперечном сечении позволяет уменьшить лобовое сопротивление лопасти от бурового раствора за счет возникновения разности скоростей обтекания лопасти буровым раствором по передней и задней поверхностях, а значит и уменьшить потребленную мощность. При этом эффективность перемешивания раствора повышается за счет исключения закручивания потока при движении по передней поверхности лопасти.The formation of a blade with a curvilinear profile in the cross section allows to reduce the drag of the blade from the drilling fluid due to the difference in the velocity of flow of the fluid around the blade along the front and rear surfaces, and thus reduce the power consumption. In this case, the efficiency of mixing the solution increases due to the elimination of swirling flow when moving along the front surface of the blade.

Наличие стреловидности лопасти обеспечивает повышение эффективности перемешивания, и снижение потребленной мощности за счет лучшего обтекания потоком периферийной части крыла.The presence of the sweep of the blade provides an increase in mixing efficiency, and a reduction in power consumption due to better flow around the peripheral part of the wing.

В результате проведения поиска по патентным и научно-техническим источникам информации не выявлено решений, содержащих всей совокупности существенных признаков независимого пункта формулы полезной модели, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию патентоспособности "новизна".As a result of the search by patent and scientific and technical sources of information, no solutions were found containing the entire set of essential features of the independent claim of the utility model formula, which allows us to conclude that the claimed utility model meets the patentability criterion of “novelty”.

На Фиг.1 представлен общий вид пропеллерного перемешивателя бурового раствора. На фиг.2 представлен вид А лопасти с криволинейным профилем. На Фиг.3 представлены направления потоков бурового раствора при перемешивании профильной мешалкой.Figure 1 presents a General view of the propeller mixer of the drilling fluid. Figure 2 presents a view And the blades with a curved profile. Figure 3 presents the direction of flow of the drilling fluid while mixing with a profile mixer.

Пропеллерный перемешиватель бурового раствора (Фиг.1) включает приводной двигатель 1, установочную раму 2, передаточный механизм 3, на выходном звене которого закреплен выходной вал 4, на котором закреплена ступица 5, на которой жестко закреплены под углом к плоскости вращения лопасти 6, имеющие в поперечном сечении криволинейный профиль с радиусом R.The propeller mixer of the drilling fluid (Fig. 1) includes a drive motor 1, a mounting frame 2, a transmission mechanism 3, on the output link of which an output shaft 4 is fixed, on which a hub 5 is fixed, on which blades 6 are rigidly fixed at an angle to the plane of rotation, having in cross section a curved profile with radius R.

При этом ширина лопасти симметрично стреловидно уменьшается от ступицы к наружной окружности мешалки от размера Н до h (см. Фиг.2). Профиль лопасти целесообразно выполнять в пределах R=(0,3÷0,55)D, где D - диаметр мешалки, H=(0,4÷0,6)D, H/L=0,35÷0,55, где L - длина лопасти от ступицы до наружной окружности мешалки. Угол наклона лопасти к плоскости вращения α целесообразно выбирать в пределах 25°<α<40°^. The width of the blade symmetrically swept decreases from the hub to the outer circumference of the mixer from size H to h (see Figure 2). It is advisable to carry out the blade profile in the range R = (0.3 ÷ 0.55) D, where D is the diameter of the mixer, H = (0.4 ÷ 0.6) D, H / L = 0.35 ÷ 0.55, where L is the length of the blade from the hub to the outer circumference of the mixer. The angle of inclination of the blade to the plane of rotation α is advisable to choose within 25 ° <α <40 ° ^.

Пропеллерный перемешиватель бурового раствора (Фиг.1) работает следующим образом. Вращение от вала приводного двигателя 1 через передаточный механизм 3 передается выходному валу 4. Вращение от выходного вала 4 через ступицу 5 передается на лопасти 6. Лопасти 6 внедряясь передней кромкой своей криволинейной поверхности в буровой раствор перемещают большую его часть вверх вдоль оси вращения (см. Фиг.3). Другая часть раствора, за счет стреловидности, сходит с лопасти в радиальном направлении и сталкиваясь с относительно неподвижной частью бурового раствора или с вертикальной стенкой емкости разделяется на два потока. При этом один поток устремляется вверх, а другой вниз - к дну емкости. При этом нижний поток, сталкиваясь с дном емкости захватывает осевшие отложения и вновь попадает в зону действия криволинейных поверхностей лопастей мешалки.The propeller mixer of the drilling fluid (Figure 1) works as follows. The rotation from the shaft of the drive motor 1 through the gear 3 is transmitted to the output shaft 4. The rotation from the output shaft 4 through the hub 5 is transmitted to the blades 6. The blades 6, introducing the front edge of their curved surface into the drilling fluid, move most of it upward along the axis of rotation (see Figure 3). The other part of the solution, due to sweep, comes off the blade in the radial direction and collides with a relatively motionless part of the drilling fluid or with the vertical wall of the tank into two streams. In this case, one stream rushes up, and the other down to the bottom of the tank. At the same time, the lower stream, colliding with the bottom of the tank, captures the settled deposits and again falls into the zone of action of the curved surfaces of the mixer blades.

Таким образом, пропеллерный перемешиватель бурового раствора за счет криволинейного профиля и стреловидности лопастей позволяет повысить эффективность перемешивания при одновременном уменьшении энергетических затрат.Thus, the propeller mixer of the drilling fluid due to the curved profile and sweep of the blades allows to increase the efficiency of mixing while reducing energy costs.

Снижение энергопотребления бурового оборудования становится все более актуальным, так как удаление нефтегазовых месторождений от промышленных центров и транспортной инфраструктуры ведет к многократному удорожанию энергетических ресурсов затрачиваемых при бурении скважин.Reducing the energy consumption of drilling equipment is becoming increasingly important, since the removal of oil and gas fields from industrial centers and transport infrastructure leads to a significant increase in the cost of energy resources spent on drilling wells.

Пропеллерный перемешиватель бурового раствора прошел производственные испытания в условиях буровой установки, которые подтвердили снижение энергетических затрат до 30% при увеличении эффективности перемешивания до 1,5 раз.The propeller mud mixer passed production tests in the conditions of the rig, which confirmed a reduction in energy costs of up to 30% with an increase in mixing efficiency up to 1.5 times.

Предлагаемое изобретение промышленно применимо и может быть использовано при непрерывном перемешивании бурового раствора в накопительной емкости на буровых установках любых типов.The present invention is industrially applicable and can be used with continuous mixing of the drilling fluid in the storage tank at any type of drilling rigs.

Claims

1. The propeller mixer of the drilling fluid, comprising an engine, gear, output shaft with a mixer made in the form of a hub with rigidly fixed rectilinear blades of constant thickness, inclined at an angle to the plane of rotation of the hub, characterized in that the blades in the cross section are curved profile.

2. The propeller stirrer according to claim 1, characterized in that the blade width is symmetrically swept decreases from the hub to the outer circumference of the mixer.