SU904368A1 - Способ очистки бурового раствора - Google Patents

Description

. 2. Способ поп, отличающ и й.с   тем что создают на дополнительном вращающемс  барабане адгезионный слой, и линейную скорость адгезионного сло  на цилиндрической поверхности основного вращающегос  .барабана измен ют цутем соприкосновени  с адгезионным слоем на дополнительном барабане и изменени  пол рности в точке их соприкосновени , причем оба барабана вращают в противопсгаожные стороны, а линейные скорости обоих адгезионных слоев поддерживают равными.

3, Способ по п. 1, отличающийс  тем, что по касательной к адгезионному слою раствора направл ют струю ионизированного в поле коронного разр да газа, причем пол рность пол  коронного разр да ме1н ют в зависимости от минералогического состава твердой фазы, отбираемой из адгезионного сло , а величину линейной скорости вращени  адгезионного сло  регулируют изменением скорости ионизированного газа .

Изобретение относитс  к способам очистки бурового раствора от шпама и излишней глинистой фазы .и может найти применение в нефтегазодобывающей промышленности и герлогоразведке при бурении скважины, а также в горнообогатительной и металлургической промыпшенност х. Известны способы очистки бу9 овОго раствора с помощью гидроциклонов когда буровой раствор под напором по даетс  в цилиндрическую часть циклона , где под действием центробежшлк сил в закручиваемом потоке происхот дат разделение твердых частиц на 4факции 3 Недостатком данного способа  вл етс  низка  степень разделени  твердой Фазы (до 40-60 мкм по нижнему граничному зерну), Известен способ очистки бурового раствора путем создани  адгезионных слоев неочищенного раствора на цилиццрических поверхност х вращающихс барабанов, регулировани  скорости нращакнцихс  слоев и величины их по верхностного нат жени  21 Недостатком известного способа  в л етс  то, что отделение частиц осуществл етс  запеканием их током короткого замыкани  и последук цей очисткой скребком. В этом случае преаде всего спекаютс  коллоидные частицы, .т.е. те, которые и образуют структуру бурового раствора. Хуже спекаютс  крупные частицы щлама (более мм которые остаютс  в буровом растворе Это приводит к снижению качества очистки и качества бурового раствора, так как при очистке бурового раствора необходимо освободитьс  от частиц более 5 мкм, поскольку частихЬг менее 5 мкм  вл ютс  коллоидной составл ющей бурового раствора. Кроме того, невозможно осуществить достаточную полноту очистки поверхности барабана , так как от спекщегос  материала остаетс  окалина, котора  растет в процессе очистки, снижа  его качество , Цель изобретени  - повышение эффективности очистки бурового раствора . Поставленна  цель достигаетс  тем, что регулирова ние осуществл ют путем изменени  линейной скорости движени  поверхности адгезионного сло  и вращение цилиндрической поверхности осуществл ют в пределах 1000-20UO об/мин, причем на дополнительном вращающемс  барабане создают адгезионный слой и ;линейную скорость адгезионного сло  на цилиндрической поверхности основного вращающегос  барабана измен ют путем соприкосновени  с адгезионным слоем на дополнительном барабане и изменением пол рности в точке их соприкосновени , оба барабана йращают в противоположные стороны, а линейные скорости обоих барабанов адгезионных слоев поддерживают равными. Кроме того, регулирование изменени  линейной скорости осуществл ют тем,

что по касательной к адгезионному слою раствора направл ют струю ионизированного в поле коронного разр да газа, причем пол рность пол  коронного разр да мен ют в зависимости от минералогического состава твердой фазы, отбираемой из адгезионного сло , а величину линейной скорости вращени  адгезионного сло  регулиоуют изменением скорости ионизированиого газа.

Сущность предлагаемого способа заключаетс  в том, что из зашламленного бурового раствора, подлежащего очистке, цилиндрическа  гладка  поверхность , например барабана, вращающа с  с большой скоростью (в пределах 1000-2000 оборотов в мин) выносит на себе адгезионный слой раствора , образук цийс  в месте соприкосновени  поверхности барабана. Ад гезионный слой включает в себ  все фракции твердой фазы, наход щиес  в растворе. Под действием центробеж№ix сил и сил поверхностного нат жени  в адгезионном слое происходит перераспределение твердых чабтиц в зависимости от их объема и веса. Более крутые и т желые частицы стрем тс  к внешней поверхности адгезионного сло , а мелкофракционные и особенно коллоидальные группируютс  иа внутр енней поверхности сло  вблизи цшшндрической поверхности барабана .

Дл  разделени  крупных частиц от мелких следует увеличить скорость частиц до величины, при которой частица преодолеет сшш поверхностного нат жени  и отделитс  от адгезионного сло ,

В одном случае дл  этого используют вспомогателышй барабан, вращающийс  в противоположную сторону, цилиндрическа  повеохность котсфого соприкасаетс  с адгезионным слоем основного барабана. Зазор между барабанами .регулируют в зависимости от толщины адгезионного сло  и намеченного расхода очищенного бурового раствора . намеченной глубины отбора твердой фазы из адгезионного сло  бурового раствора.

JbiHeftityra скорость вращени  поверхности вспомогательного барабана дово д т до линейной скорости вращени  поверхности основного барабана. Это обеспечивает ускорение адгезионного сло  бурового раствора у Межфаэной

поверхности газжидкость и доведение скорости адгезионного сло  до скорости движени  поверхности основного барабана. СинхронностьЧ ращени  адгезионного сло  бурового раствора и поверхности основного барабана создают услови  эффективного разделени  бурового раствора: увеличиваетс  центробежна  сила, действующа  на частицы твердой фазы, наход щиес  в этом слое жидкости. Часть жидкости вместе с частицами твердой фазы захватываетс  поверхнортью вспомогательного барабана и отбрасываетс  центробежной силой или очищаетс  при помощи скребка.

Отбираемый буровой раствор , обогащенный частицами твердой фазы, направл етс  в соответствующую емкость .

Увеличени  интенсивности селективного отбора твердой фазы достигают подачей электрического напр жени  на основной и вспомогательный барабан . .

Подача положительного потенциал на вспомогательный барабан приводит к более интенсивному 4по сравнению с отбором без электриче ского тока) удалению из адгезионного- сло  бурового раствора основного барабана высокозар женных коллоидных частиц. . Подача отрицательного потенциала на вспомогательный барабан обеспег чивает удаление нейтральных (но т желых ) и положительно зар женных частиц.

. Кроме того, в точке соприкоснове . 1ад  вспомогательного барабана с адгезионным слоем основного барабана пои пропускании через эту область контакта электрического тока образуетс  зойа, в которой уменьшаетс  величина поверхностного нат жени  бурового раствсфа за счет концентрации в поверхностном слое положительных или отрицательных ионов. Уменьшение величины поверхностного сло  бурового раствора еще более улучшает услови  разделени  твердой фазы раствора.

Таким образом, осуществл   отбор твердой фазы бурового раствора вспомогательной цилиндрической поверхностью с адгезионного сло  основной цилиндрической поверхности путем синхронизайин вращени   д1езионного сло  и основной цилиндрической поверхновппи ,J пропуска  электрический $ ток через зону соприкосновени  цилиндрических поверхностей и мен   „пол рность, достигают эффективного ре улировани  разделени  твердой фа зы в пироких пределах и в зависимос ти от ее минералогического состава. В другом случае облегчение, отделени  частиц из адгезионного сло  достигаетс  снижением величины пой- веохностного нат жени . В обычных услови х на поверхност жидкости находитс  равное количество положительных и отрицательных зар дов, т.е. такие поверхности элек рически нейтральны и в этом случае они обладают максимальной механичес кой прочностью. Но если на такой по верхности создают зар д любого знака , то это приводит к уменьшению ее механической прочности или, что то ЖЕ самое, к уменьшению поверхностного нат жени  жидкости. Установлено, что наиболее эффективное уменьшение величины пойерхностного нат жени  адгезионного сло бурового раствора достигаетс  при его обработке ионизированным газом, направленным по касательной к обрабатаваемому адгезионному буров го раствора. Ионизированна  стпу  газа сообщает адгезионному слою дополнительное ускорение, и линейна  скорость его увеличиваетс . Регулиру  количество подаваемого газа, достигают синхронности во вращении всех адгезионных слоев на поверхнос ти барабана. В этом случае создаютс  оптимальные услови  дл  взаимодействи  центробежной силы и силы поверхностного нат жени , что дает возможность увеличить величину цент робежных сил, а это, в свою очередь дает возможность отделени  из раств ра еще более мелких частиц твердой фазы при посто нной силе молекул рного сцеплени  (поверхностного нат  жени ) . Итак, подача ионизированного газа по касательной к поверхности адг зионного сло  вращающегос  барабана способствует уменьшению поверхно стного нат жени , и, следовательно, дает возможность уменьшить средние размеры отдел емых от раствора . Установлено также, что перемена пол рности электрода, в поле которо го ппоисходит ионизаци  газа, оказы 8 вает существенное вли ние на процесс отделени  твердой фазы из бурового раствора. На фиг, 1 показана схема реализации способа при использовании дополнительного барабана; на фиг. 2 - схема реализации способа путем подачи ионизированного газа. В первом случае при вращении барабана 1, помещенного в емкость 2 в буровой раствор, на его поверхности возникает адгезионный слой 3, толщина которого зависит от в зкости бурового раствора. В слое 3 в жидкости наход тс  твердые частицы выбуренной породы, ут желитель и излишн   глиниста  фаза. При вращении барабана 1 тверда  фаза раствора под действием центробежных сил стремитс  к поверхности адгезионного сло  и в зависимости от величины частиц, их удельной плотности , скорости вращени  барабана 1 твердые частицы распредел ютс  по высоте адгезионного сло  3. Вспомогательный барабан 4, скорость которого довод т до величины, обеспечивающей синхронность вращени  адгезионного сло  3 буоового раствора и основного барабана 1. введен в соприкосновение с адгезионным слоем барабана 1,В результате этого соприкосновени  вспомогатель5эый барабан 4 отбирает часть адгезионного сло , обогащенного крупными и т желыми частицами твердой фазы бурового раствора . Образовавшийс  адгезионный слой на вспомогательном барабане 4 очищаетс  скребком 5 и направл етс  в приемную емкость 6., Друга  часть глинистого раствора, частицы которой под вли нием центробежных сил отделились от бурового раствора, долетают-до отбойного щита 7 и стекают по нему в приемную емкость 6. Дл  увеличени  интенсивности -еелективного отбора твердой фазы из бурового раствора через зону отбора твердой фазы пропускают электрический ток от источника 8 тока низкого напр жени  по следующей цепи: источник 8 тока, основной барабан 1, зона контакта между барабанами 1 и 4, вспомогательный барабан 4 и источник 8 тока. Подача положительного потенциала на вспомогательньй барабан интенсифицирует выделение высокодисперсных и высококоллоидных отрицательно зар женньтх частиц, а перемена пол рнос ти приводит к вьщелению нейтральных и положительно зар женных частиц. Адгезионный слой 3, очищенный от излишней твердой фазы, срезаетс  скребками 9 и поступает в приемную емкость 10, Измен   скорость вращени  барабана и величину поверхностного нат жени  адгезионного сло , можно регулировать в широких пределах разделени твердой фазы в буровом растворе, извлека  излишнюю фазу и оставл   мел кофракциоМные глинистые частицы,,  в л ющиес  основной коллоидальной сос . тавл кхцей глинистого бурового раствора . Во втором случае (см, фиг, 2) по касательной к адгезионному слою 3 с помощью сопла 1i направл ют струю газа, одновременно обрабатываемую в поле коронного разр да электрода 12, Регулировкой количества подавае мого газа достигают сшпфокности вращени  всех частей адгезионного сло  3 бурового раствора и барабана 1 . этом создаютс  наилучшие услови  дл  центробежного разделени  частиц в адгезионном слое. Но так как подаваемый газ ионизирован,, то дополнительно про вл ютс  еще два эффекта: .снижаетс  величина поверхностного нат жейи  адгезионного сло 3 и к его наружной части создаетс  приток зар женных частиц, знак зар  да которых противоположен пол рности электрода, в поле которого ионизировалс  газ, подаваемый на адгезионный слой 3, Уменьшение величины поверхностного напр жени  адгезионного сло  3 бурового раствора еще более облегчает условие отделе ни  твердой фазы из раствора, а варьирозакием пол рностью, ионов газа достигаетс  селективна  очистка адгезионного сло  3 раствора. При подаче от источника посто нного тока adcoKoro напр жени  положительного полюса на электрод 12 га ионизируетс  положительно и вызывае

приток к поверхности раздела фаз отрицательно зар женных частиц, к торые отдел ютс  от раствора,.но а

тов барабана. Така  толщина жидкостного сло  3 не позвол ет обеспе , читЬ производительности барабана. потоке ионизированного газа отдают свои отрицательные зар ды, зар жаютс  положительно и прит гиваютс  отрицательно зар женным электродом 13, на котором нейтрализуютс  и под вли нием сил т жести попадают -в желоб 14, Перемена пол рности и подача на электрод 12 от источника 15 посто нного тока, высокого напр жени  отрицательного полюса и направление на адгезионный слой бурового раствора отрицателы4 1х ионов газа вызо.вет в адгезионном слое 3 перемещение отрицательных частиц к его внутренней поверхности. Поэтому при отрицательно зар женном электроде 12 из адгезионного сло  3 будут отдел тьс  т желые нейтральные частицы (барит, гематит) и тэ частицы горных пород, которые в растворе несут на себе положительнь1й зар д, т,е, разделение будет проводитьс  в зависимости от минералогического состава твердой фазы, Итак, подача ионизированной струи адгезионный слой бурового раствора дает возможность регулировать вьщеление твердой фазы в широких пределах, Адгезионный слой 3, очищенный от твердой фазы в зоне струи ионизированного газа, при дальнейшем своем вращении срезаетс  скребком 9 и направл етс  в кость 10, Измен   скорость вращени  барабана 1, количество подаваемого газа на.адгезионный слой 3 и пол рность высокого напр жени , подаваемого на электроды 12 и 13, достигают селективной очистки бурового раствора. Пример 1, В качестве основного барабана 1 испытывались различные барабаны с диаметрами от 100 до 500 мм и числом оборотов от 10 до 10000 в мин. Такие же пгфаметры были и у дополнительного барабана 4, Было установлено, что при скорости вращени  основного барабана 1 от 10 до 150-200 об/мин толщина образованного адгезионного сло  бурового раствора с в зкостью от 10 до 100 сП составила от 1,5 до 3 мм. Мала  величина адгезионного сло  обусловлена стенанием жидкости с поверхности барабана 1 при малом числе оборо9 В пределах скоростей вращени  200-500 об/мин толщина адгезионного сло  на поверхности барабана 1 ,при в зкости бурового раствора от 10 до 100 сП колеблетс  в пределах 3-8 мм. При этом происходит отделе ние твердых частиц диаметром 0,8А мм от поверхности адгезионного сло . Но все частицы, у которых диа метр меньше названных, остаютс  вну ри адгезионного сло  3« Исследовани ми было установлено, что скорость поверхности адгезионн го сло  3 жидкости, согфикасающейс  с воздухом, намного (от 10 до 30 ра меныпе скорости вращени  поверхности барабана 1, Вследствие этого при оборотах барабана в пределах 10002000 (оптимальных с точки зрени  те ретического расчета, сделанного на предположении о жестко вращаквцемс  вместе с барабаном ) адгезионном слое 3, дл  удалени  частиц твердой фазы с минимальными размерами до 0,07 мм) требуемой тонкости очистки достичь невозможно. Бели же поверхностному слою жидкости сообп(ить при помощи барабана 4 скорость, равную скорости враще- ки  барабана 1, то тесфетический расчет тонкости очистки полно(|гью подтверждаетс .в случа х когда на барабаны 1 и 4 подавалось зна1сопере менное напр жение от источника 8 посто нного тока, то за счет снижени  поверхностного нат жени  барабаиа 4 и адгезионного сло  барабана I тонкость очистки улучшалась. ° этом минимальный размер частиц твердой фазы, удал емых из вдгезио ного сло , составл л 20 мкм, %и этом было установлено,,Цто при очистке растворов на барабан I необходимо подавать потен1Д1ал одноименный с зар дом частиц шлама. Если 1шпам представлен глинистыми .частица ми, зар женными отрицательно, - отрицательный , если положительно зар женными частицами кальцита - поло жительный. В процессе исследований было .установлено , что дл  качественной очи стки буровых растворов с в зкостью 10-100 сЛ (до минимального размера удал емых частиц, равного 20 мкм) необходимо вращать барабан 1 со ско 810 ростью 1000-2000 об/мин, подавать напр жение на барабан в пределах 10-20 В. Так, например, дл  очистки малозашламленного бурового раствора (до 30-40% твердой фазы) с максимальной величиной твердых частиц до 200-300 мкм диаметр основного барабана 1 выбираетс  равным 420-500 мм, а число оборотов его составл ет 1800-2000 об/мин. Диаметр дополнительного- барабана 4 должен быть в пределах 140-160 мм, а число оборотов - 5400-6000 в мин. В этом случае глубина очистки по нижнему граничНому числу составит 12-16 мкм, а общйй объем твердой фазы снизитс  до 10-12%. 1ФЯ очистке сильно зашлампенного раствора (до 65-70% твердой фазы) с величиной твердых частиц более 1 мм диаметр основного барабана должен (йлть 100-120 мм, а число его оборотов 100-1200 в мин. В этом случае диаметр дополнительного барабана составл ет 30-40 мм, а число оборотов 3000-36000, Глубина очистки по нижнему граничному ЧИСЛУ составит 4050 , мкм, а общий объем твердой фазы в растворе уменьшитс  до 20-25%. П р .и м ер. 2. Способ был исследован на лабораторной установке, состо щей из барабана 1 диаметром 300 мм и сопла 11 с ионизирукицими высоковольтными электродами 12, устанoвлeнны вi по касательной к поверх ности барабана 1. Очистка бурового раствора с содер- жание 4 шламовых частиц в пределах 45-50% при в зкости 80 сП проводитс  при числе оборотов барабана 1, равном 2000 об/мин, напр жении ионизации 30 кВ и скорости воздушной струи, равной 40 м/с (на 20 м/с больше линейной скорости движени  барабана ) при подаче на электрод 12 положительного потешф1ала Из бурового раствора отдел ютс  преимущественно глинистые шламовые частицы, зар женные отрицательно, и нейтральные частицы шлама (песок диабаз). Содержание твердой фазы уменыпаетс  до 20%, при этом глинистые частицы составл ют 15% этого количества.

///«

Claims (3)

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ БУРОВОГО 'РАСТВОРА путем создания адгезионных слоев неочищенного раствора на цилиндрических поверхностях вращающихся барабанов, регулирования скорости вращающихся слоев и величины их поверхностного натяжения, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки бурового раствора, регулирование осуществляют путем изменения линейной скорости движения поверхности адгезнойного слоя и вращения цилиндрической поверхности осуществляют в пределах 1000-2000 об/мин.

.

2. Способ по π, 1, отлича ющ и й. с я тем что создают на дополнительном вращающемся барабане адгезионный слой, и линейную ско- > рость адгезионного слоя на цилиндрической поверхности основного вращающегося барабана изменяют путем соприкосновения с адгезионным слоем' на дополнительном барабане и изменения полярности в точке их соприкосновения, причем оба барабана вращают в противоположные стороны, а линейные скорости обоих адгезионных слоев поддерживают равными.

3. Способ по π. 1, отлича torn; и й с я тем, что по касательной к адгезионному слою раствора направляют струю ионизированного в поле коронного разряда газа, причем полярность поля коронного разряда ме!няют в зависимости от минералогического состава твердой фазы, отбираемой из адгезионного слоя, а величину линейной скорости - вращения адгезионного слоя регулируют изменением скорости ионизированного газа.