SU1072910A1

SU1072910A1 - Hydraulic cyclone

Info

Publication number: SU1072910A1
Application number: SU833551854A
Authority: SU
Inventors: Михаил Михайлович Кузьменко
Original assignee: Специальное Проектно-Конструкторское Бюро Автоматизации Глубокого Разведочного Бурения
Priority date: 1983-02-11
Filing date: 1983-02-11
Publication date: 1984-02-15

Abstract

1. ГИДРОЦИКЛОН, содержащий корпус с подвод щим исходную суспензию патрубком, сливной и песковый патрубки. установленный в направл ющей втулке в песковом патрубке с возможностью осевого перемещени клапан, соединенный с устройством автоматической его работы, и кронштейн , Ьрикрепленный к корпусу, отличающийс тем, что,с целью повыщени эффективности разделени коллоидно-суспензионных систем, он снабжен двуплечим рычагом, шарнирно прикрепленным к кронщтейну, и нагнетательным трубопроводом, соединенным с питающим патрубком гидроциклона, при этом устройство автоматической работы клапана размещено на нагнетательном трубопроводе , одно из плеч рычага шарнирно соединено с клапаном, а другое шарнирно соединено с устройством автоматической работы клапана.1. A HYDROCYCLONE, comprising a housing with an inlet nozzle, a drain and a sand nozzle. mounted in a guide bushing in a sand tube with the possibility of axial movement of a valve connected to its automatic operation device and a bracket attached to the body, characterized in that, in order to increase the separation efficiency of the colloid-suspension systems, it is equipped with a double-arm lever hingedly attached to the brackets, and the discharge pipe connected to the supply pipe of the hydrocyclone, while the device for automatic operation of the valve is placed on the discharge pipe, one from the arms of the lever is pivotally connected to the valve, and the other is pivotally connected to the device for automatic operation of the valve.

Description

2. Гидроциклон по п. I, отличающийс тем, что устройство автоматической работы клапана выполнено в виде примыкающей к окну нагнетательного трубопровода камеры , внутри которой на штоке размещены2. A hydrocyclone according to claim I, characterized in that the automatic operation of the valve is made in the form of a chamber adjacent to the window of the discharge pipeline, inside of which is placed on the rod

опорна головка и эластична мембрана, установленна G возможностью герметичного перекрыти окна нагнетательного трубопровода и соединенна через шток и опорную головку с плечом рычага.the support head and the elastic membrane, installed by the G possibility of hermetic shut-off of the window of the injection pipeline and connected through the rod and the support head to the lever arm.

Изобретение относитс к устройствам дл разделени двухфазных жидкостных систем и может быть использовано дл очистки буровых растворов и в других отрасл х промышленности.The invention relates to devices for the separation of two-phase fluid systems and can be used for cleaning drilling fluids and in other sectors of the industry.

Известен гидроциклон дл очистки буровых растворов, содержащий цилиндрический корпус, подвод щий буровой раствор патрубок , патрубки дл отвода продуктов разделени и устройство дл автоматического регулировани шламового отверсти , которое выполнено в виде дренажной задвижки с приводом, включающимс по сигналу реле времени или детектора уровн песка, скопившегос в шламовом отверстии 1.A hydrocyclone for cleaning drilling fluids is known, comprising a cylindrical body, supplying drilling fluid nozzle, nozzles for withdrawing separation products, and a device for automatically controlling the slurry hole, which is designed as a drain valve with a drive activated by a time relay signal or a sand level detector that accumulates in the slurry hole 1.

Недостатком этого гидроциклона вл етс невысока степень очистки буровых растворов , обусловленна выбранными дл регулировки шламового отверсти параметрами, а именно уровень песка в шламовом отверстии или врем заполнени песком шламового отверсти , или вес скопившегос шлама, т. е. те параметры, которые не отражают физической сушности коллоидно-суспензионной системы, которой вл етс буровой раствор . В зкость, динамическое напр жение сдвига, скорость потока, перепад давлени , изменение этих величин во времени существенно сказываетс на гидродинамике процесса разделени суспензии и, как итог, на качестве бурового раствора.The disadvantage of this hydro cyclone is the low degree of purification of drilling mud due to the parameters chosen for adjusting the sludge hole, namely, the level of sand in the sludge hole or the time of filling the sludge hole with sand, or the weight of the accumulated sludge, i.e., those parameters that do not reflect physical dryness colloid-suspension system, which is the drilling fluid. Viscosity, dynamic shear stress, flow rate, pressure drop, a change in these values over time significantly affects the hydrodynamics of the slurry separation process and, as a result, the quality of the drilling mud.

Другим недостатком этого гидроциклона вл етс дискретность работы устройства регулировани шламового отверсти , в результате с осветле 1ным раствором уход т твердые частицы выбуренной породы, а со шламом уходит осветленный раствор.Another disadvantage of this hydrocyclone is the discreteness of the operation of the device for regulating the sludge hole, as a result of which solid particles of cuttings are removed with a clear solution, and the clarified solution goes away with the sludge.

Известен также гидроциклон дл очистки природных и сточных вод от механических примесей, содержащий открытый снизу цилиндрический корпус с тангенциальным питающим патрубком, соосно установленную в корпусе полую коническую вставку с отверсти ми в верхней части, расположенную большим основанием на рассто нии от нижней части корпуса, стакан с размещенными внутри него пружиной и штоком и патрубок вывода сгущенного продукта 2.A hydrocyclone for purifying natural and waste waters from mechanical impurities is also known, comprising a cylindrical housing open below with a tangential supply nozzle, a hollow conical insert coaxially installed in the housing with openings in the upper part located a large base at a distance from the lower part of the case. placed inside it by a spring and a rod and a branch pipe of the condensed product 2.

Недостатком этого гидроциклона вл етс отсутствие непрерывного регулировани The disadvantage of this hydrocyclone is the lack of continuous adjustment.

шламового отверсти , в результате с изменением физико-химических параметров, например с увеличением или уменьшением в зкости или статического напр жени сдвига суспензии, когда эффект разделени суспензии соответственно уменьшаетс или увеличиваетс , величина кольцевого зазора остаетс посто нной, что создает низкую эффективность разделени суспензии.slurry hole, resulting in changes in physicochemical parameters, such as increasing or decreasing viscosity or static shear stress of the suspension, when the effect of separation of the suspension decreases or increases accordingly, the size of the annular gap remains constant, which creates a low efficiency of separation of the suspension.

Q Другим недостатком этого гидроциклона вл етс сам принцип регулировани шламового отверсти , основанный на использовании избыточного давлени в корпусе гидроциклона , в результате снижаетс окружна скорость потока суспензии вплоть до ее ис5 чезновени , уменьшаетс центробежна сила и эффективность воздействи ее на процесс разделение суспензии, механические частицы под воздействием равнонаправленного избыточного давлени попадают в отверсти сливного патрубка, под воздействием избы-;Q Another disadvantage of this hydrocyclone is the very principle of adjusting the sludge orifice, based on the use of overpressure in the hydrocyclone body, as a result the circumferential flow of the suspension is reduced to its disappearance, the centrifugal force and its effect on the suspension are reduced. the effect of unidirectional overpressure falls into the holes of the drain pipe, under the influence of excess;

0 точного давлени через увеличенный кольцевой зазор удал етс большое количество очищаемой суспензии, что чаще всего бывает недопустимым либо по причине высокой стоимости суспензии, либо по причине тех5 НИКИ безопасности обслуживани данного гидроциклона.0 accurate pressure through an increased annular gap removes a large amount of the purified suspension, which is most often unacceptable, either because of the high cost of the suspension, or because of the safety of servicing this hydrocyclone.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату вл етс гидроциклон, содержащий корпус с подвод щим патрубком, сливнойThe closest to the proposed technical essence and the achieved result is a hydrocyclone, comprising a housing with an inlet pipe, a drain

0 и песковый патрубки, установленный в направл ющей втулке в пескоБом патрубке с возможностью осевого перемещени клапан , соединенный с устройством автоматической его работы, и кронштейн, прикрепленный к корпусу 3.0 and a sand pipe, installed in a guide sleeve in a sand pipe, with the possibility of axial movement of the valve connected to the device of its automatic operation, and a bracket attached to the housing 3.

Недостаток известного гидроциклона - невозможность его использовани дл эффективного разделени коллоидно-суспензионных систем, так как регулировка величины кольцевого зазора между клапаномA disadvantage of the known hydrocyclone is the impossibility of its use for effective separation of colloid-suspension systems, since adjustment of the size of the annular gap between the valve

0 и внутренним диаметром пескового патрубка осуществл етс по вакууму.0 and the internal diameter of the sand outlet is carried out by vacuum.

Цель изобретени - повышение эффективности разделени коллоидно-суспензионных систем.I Поставленна цель достигаетс тем, чтоThe purpose of the invention is to increase the efficiency of the separation of colloid-suspension systems. The goal is achieved by

5 гидроциклон, содержащий корпус с подвод щим исходную суспензию патрубком, сливной и песковый патрубки, установленный в направл ющей втулке в песковом патрубке с возможностью осевого перемещени клапан , соединенный с усройсгвом автоматической , его работы, и кронщтейн, прикрепленный к корпусу, снабжен двуплечим рычагом , шарнирно прикрепленным к кронштейну , и нагнетательным трубопроводом, соединенным с питающим патрубком гидроциклона , при этом устройство автоматической работы клапана размещено на нагнетательном трубопроводе, одно из плеч рычага щарнирно соединено с клапаном, а другое щарнирно соединено с устройством автоматической работы клапана. Целесообразно устройство .автоматической работы клапана выполнить в виде примыкающей к окну нагнетательного трубопровода камеры, внутри которой на штоке размещены опорна головка и эластична мембрана, установленна с возможностью герметичного перекрыти окна нагнетательного трубопровода и соединенна через щток и опорную головку с плечом рычага, На чертеже представлен гидроциклон, общий вид. Гидроциклон состоит из цилиндроконического корпуса 1 с подвод щим исходную суспензию патрубком 2, отвод щим сливным патрубком 3 и Песковым патрубком 4, нагнетательного трубопровода 5 с отводом 6 и устройства 7 дл регулировани пескового патрубка 4, выполненного в виде эластичной мембраны 8, защемленной фланцами отвода 6, и камеры 9, в которой установлен шток 10, поджатый пружиной 11. Шток 10 выполнен с опорной головкой 12 в виде поршн , свободно опирающейс на эластичную мембрану 8, а другой конец штока 10 соединен щарнирно с плечом рычага 13, второе плечо которого шарнирно соединено с клапаном 14, установленным в направл ющей втулке 15 кронштейна 16, на котором шарнирно установлен рычаг 13. Кронштейн 16 крепитс либо на корпусе 1, как в данном случае, либо на камере 9. Шарнирные соединени клапана 14 и штока 10 с рычагом 13 выполнены в виде соединени типа палец-паз (на чертеже не показан). Гидроциклон работает следующим обИсходную суспензию по нагнетательному трубопроводу 5 через подвод щий патрубок 2 подают в корпус 1, где за счет центробежной силы происходит разделение суспензии . Осветленный раствор отводитс через песковый патрубок 4, а точнее через зазор между конусной частью корпуса 1 и конусной поверхностью клапана 14. Величина зазора автоматически измен етс пропорционально давлению в нагнетательном трубопроводе 5. Увеличиваетс давление в нагнетательном трубопроводе 5, увеличиваетс и расход суспензии, поступающей в корпус 1, а значит увеличиваетс количество отдел емой твердой фазы, дл удалени которой требуетс живое сечение пескового патрубка большего сечени . С увеличением давлени в нагнетательном трубопроводе 5 эластична мембрана 8 раст гиваетс , передава давление на опорную головку 12 штока 10, в результате нарушаетс первоначальное состо ние штока 10, который перемещаетс вверх, сжима пружину 11 и толка рычаг 13, на втором плече которого шарнирно сидит клапан 14. Клапан 14 скользит по направл ющей втулке 15 вниз, увеличива зазор между своей поверхностью и конусной частью корпуса 1 пропорционально расходу, суспензии, а значит и объему удал емой твердой фазы. С уменьшением давлени в нагнетательном трубопроводе 5 уменьшаетс расход суспензии, поступающей в корпус 1, и количество удал емого шлама. При этом пружина 11 перемещает шток 10 вниз, он поворачивает в кронштейне 16 рычаг 13, второе плечо которого приподнимает клапан 14, при этом зазор между его конусной поверхностью и конусной частью корпуса 1 уменьшаетс пропорционально расходу суспензии и объему удал емой твердой фазы. В результате осуществл етс непрерывное автоматическое регулирование пескового патрубка в ходе всего процесса разделени суспензии. Критерием дл оценки величины зазора, прин тым в этом автоматическом гидроциклоне , служит давление бурового раствора в нагнетательном трубопроводе, св занное с расходом этого раствора уравнением Букингама Q 8 rfp-yPo Отсюда видно, что изменени давлени раствора в нагнетательном трубопроводе складываютс из двух величин: в зкостной и пластической, определ емой при посто нных геометрических размерах трубопровода только динамическим напр жением сдвига. В свою очередь, в зкость и динамическое напр жение сдвига завис т от скорости сдви га, температуры и структуры бурового растТаким образом, давление раствора в нагнетательном трубопроводе в отличие от таких параметров, как давление раствора в известном гидроциклоне, уровень или вес песка, скопившегос в песковом патрубке. вл етс функцией в зкости, динамического напр жени сдвига, скорости сдвига и температуры , т. е. тех параметров, которые определ ют гидродинамику структурированных жидкостей. В результате любое изменение одного из перечисленных параметров сразу же приведет к изменению давлени в нагнетательном трубопроводе, и в итоге к изменению зазора истечени шлама. Непрерывное регулирование зазора в процессе очистки бурового раствора, чувствительность устройства регулировани на все изменени физических параметров этого раствора исчерпывают все возможности дл обеспечени высокой степени очистки бурового раствора от твердых частиц выбуренной породы. Высока степень очистки позволит уменьшить абразивное воздействие раствора на буровое оборудование, увеличив их срок службы, позволит повысить безопасность буровых работ, уменьшив веро тность прихвата бурового инструмента, повысит качество бурового раствора, обеспечив его седиментационную устойчивость и повышенную химическую активность при его обработке химическими5 a hydrocyclone, comprising a housing with an inlet spring, a drain and sand outlet, installed in a guide sleeve in the sand outlet with axial movement, a valve connected to the automatic operation of the suspension and equipped with a double-arm lever, pivotally attached to the bracket, and the discharge pipe connected to the supply pipe of the hydrocyclone, while the automatic valve operation device is located on the discharge pipe, one of the arms of the lever scharnirno connected to the valve and the other scharnirno connected to an automatic valve operation. It is advisable that the automatic operation of the valve be performed in the form of a chamber adjacent to the window of the injection pipe, inside of which a support head and an elastic membrane are placed on the stem, installed with the possibility of sealing the window of the pressure pipe tightly and connected via a brush and a bearing head to the lever arm. , general form. A hydrocyclone consists of a cylindrical housing 1 with an inlet slurry 2, an outlet drain pipe 3 and a sand pipe 4, a discharge pipe 5 with outlet 6 and a device 7 for adjusting the sand pipe 4, made in the form of an elastic membrane 8 clamped by the flanges of the outlet 6 and the chamber 9, in which the rod 10 is mounted, is pressed by the spring 11. The rod 10 is made with the support head 12 in the form of a piston freely supported on the elastic membrane 8, and the other end of the rod 10 is pivotally connected to the lever arm 13, second the arm of which is pivotally connected to the valve 14 mounted in the guide bushing 15 of the bracket 16 on which the lever 13 is pivotally mounted. The bracket 16 is fixed either on the housing 1, as in this case, or on the chamber 9. The articulations of the valve 14 and the stem 10 s the lever 13 is made in the form of a pin-slot connection (not shown in the drawing). The hydrocyclone operates as follows: The initial suspension is carried along the injection pipe 5 through the inlet pipe 2 to the housing 1, where the suspension is separated due to the centrifugal force. The clarified solution is discharged through the sand pipe 4, or rather through the gap between the conical part of the housing 1 and the conical surface of the valve 14. The gap automatically changes in proportion to the pressure in the discharge pipe 5. The pressure in the discharge pipe 5 increases, and the flow of the suspension into the body increases 1, which means that the amount of the separated solid phase increases, for which removal a living cross section of a sand nozzle of a larger cross section is required. As the pressure in the injection pipe 5 increases, the elastic membrane 8 expands, transferring pressure to the support head 12 of the stem 10, as a result, the initial state of the stem 10 is disrupted, which moves upward, compressing the spring 11 and pushing the lever 13, the valve hinges on the second arm 14. The valve 14 slides down along the guide sleeve 15, increasing the gap between its surface and the conical part of the housing 1 in proportion to the flow rate, suspension, and hence to the volume of the solid phase to be removed. With decreasing pressure in the injection pipe 5, the flow rate of the slurry entering the housing 1 and the amount of sludge removed decrease. In this case, the spring 11 moves the rod 10 downwards, it turns in the bracket 16 a lever 13, the second arm of which lifts the valve 14, while the gap between its conical surface and the conical part of the housing 1 decreases in proportion to the flow of the suspension and the volume of the solid phase to be removed. As a result, continuous automatic regulation of the sand nozzle is carried out throughout the process of separation of the suspension. The criterion for estimating the size of the gap adopted in this automatic hydrocyclone is the pressure of the drilling fluid in the injection pipe associated with the flow rate of this solution by the equation of Buckingham Q 8 rfp-yPo From this it is seen that the changes in the pressure of the solution in the injection pipeline consist of two quantities: viscosity and plastic, determined at constant geometric dimensions of the pipeline only by the dynamic shear stress. In turn, the viscosity and dynamic shear stress depend on the shear rate, temperature, and structure of the drill. Thus, the pressure of the solution in the injection pipeline, in contrast to parameters such as the pressure of the solution in a known hydrocyclone, the level or weight of sand accumulated in sand pipe. is a function of viscosity, dynamic shear stress, shear rate and temperature, i.e., those parameters that determine the hydrodynamics of structured fluids. As a result, any change in one of the listed parameters will immediately lead to a change in pressure in the injection pipe, and eventually to a change in the discharge gap of the sludge. Continuous adjustment of the clearance in the process of cleaning the drilling fluid, the sensitivity of the adjustment device to all changes in the physical parameters of this solution exhausts all possibilities to ensure a high degree of cleaning of the drilling fluid from solid particles of drill cuttings. A high degree of cleaning will allow reducing the abrasive effect of the mud on drilling equipment, increasing their service life, increasing the safety of drilling operations, reducing the likelihood of sticking of drilling tools, increasing the quality of drilling mud, ensuring its sedimentation stability and increased chemical activity during its chemical treatment.

реагентами, что, в свою очередь, приведет к снижению расхода дорогосто щих химических реагентов, идуших на обработку бурового раствора.reagents, which, in turn, will lead to a reduction in the consumption of expensive chemical reagents used to process drilling mud.

Предлагаемый автоматический гидроциклон исключит непроизводительные расходы дорогосто щего бурового раствора и повысит уровень производственной санитарии за счет сокращени потерь бурового раствора, привод щих к загр знению рабочего места.The proposed automatic hydrocyclone will eliminate the unproductive costs of expensive drilling mud and will increase the level of industrial sanitation by reducing drilling mud losses, leading to contamination of the workplace.

Кроме того, сокращение потерь бурового раствора повысит достоверность оценки поглощени скважиной бурового раствора.In addition, reducing drilling fluid loss will increase the accuracy of the estimated well absorption of the drilling fluid.

Из опыта эксплуатации гидроциклонов дл очистки буровых растворов ожидаетс повыщение степени очистки ориентировочно на 5%.From the operational experience of hydrocyclones for cleaning drilling fluids, an increase in the degree of purification of approximately 5% is expected.

Claims

1. HYDRO CYCLE OH, comprising a housing with an inlet suspension suspension pipe, a drain and sand pipe mounted in a guide sleeve in a sand pipe with axial movement, a valve connected to its automatic device, and a bracket attached to the body, characterized in that , in order to increase the separation efficiency of colloidal-suspension systems, it is equipped with a two-arm lever pivotally attached to the bracket, and a discharge pipe connected to the hydrocyclone feed pipe While the automatic operation of the valve taken on the discharge pipe, one of the arms articulated lever (connected to the valve, and the other is pivotally connected to an automatic valve operation.

2. Hydrocyclone according to π. 1, characterized in that the device for automatic operation of the valve is made in the form of a chamber adjacent to the injection pipe window, inside of which a support head and an elastic membrane are placed on the rod, which is installed with the possibility of tight closing of the injection pipe window and connected through the rod and the support head with a lever arm.