SU944627A1

SU944627A1 - Apparatus for producing drilling mud

Info

Publication number: SU944627A1
Application number: SU792735652A
Authority: SU
Inventors: Юрий Петрович Тихонов; Витольд Михайлович Бахир; Раиса Ивановна Борн; Виталий Александрович Володин; Джевдет Шевкетович Газиев; Анатолий Георгиевич Степченко
Original assignee: Среднеазиатский научно-исследовательский институт природного газа
Priority date: 1979-03-26
Filing date: 1979-03-26
Publication date: 1982-07-23
Also published as: BG30193A1; CS215210B1; DD148560A3

Description

Изобретение относитс к диспергировани и гомогенизации буровых растворов и других суспензий и может быть применено в нефтегазодобывающей , строительной, химической и других отрасл х промышленности. Известны роторно-пульсационные аппараты, выполненные в виде корпуса , внутри которого установлены собранные на одном валу роторы и статоры , имеющие перемещающие отверсти . Такие аппараты позвол ют получать пульсирующий поток за счет переменных давлений и скорости, оказывающих диспергирующее воздействие на твердую фазу, наход щуюс в растворе , при вращении ротора относительно статора l.The invention relates to the dispersion and homogenization of drilling fluids and other suspensions and can be applied in the oil and gas, construction, chemical and other industries. Known rotary-pulsation apparatus, made in the form of a housing, inside of which are mounted rotors and stators assembled on one shaft, having moving openings. Such apparatuses make it possible to obtain a pulsating flow due to variable pressures and speeds that have a dispersing effect on the solid phase in solution while the rotor rotates relative to the stator l.

Известны также роторно-пульсационные аппараты, снабженные коаксиально расположенными решетками, размещенными на роторе и статоре, установленными на корпусе центробежного насоса. Такие аппараты проще в изготовлении и эксплуатации и оказывают более мощное воздействие на обрабатываемую среду. При вращении рртора происходит периодическое совмещение щелей-решеток ротора и стагора , что вызывает пульсацию давлени в потоке жидкости, а в зазорах между решетками наблюдаетс интенсивна турбулизаци жидкости. -Вращающийс ротор своими выступами оказывает ударное воздействие .на частицы твердой фазы, которые также взаимодействуют с выступами статора . При вращении ротора возникают значительные срезывающие усили в Also known rotary pulsation apparatus, equipped with coaxially arranged grids placed on the rotor and stator mounted on the housing of a centrifugal pump. Such devices are easier to manufacture and operate, and have a more powerful impact on the processed environment. When the rhtor is rotated, the slots of the rotor and the stagor are periodically aligned, which causes pressure pulsation in the fluid flow, and intense turbulization of the fluid is observed in the gaps between the grids. The rotating rotor with its projections exerts a shock on the particles of the solid phase, which also interact with the projections of the stator. When the rotor rotates, significant shearing forces occur.

10 жидкости. Эти факторы, а также имеющие место акустические колебани , оказывают диспергирующее и гомогенизирующее воздействие на обрабатываемую среду 2j.10 liquids. These factors, as well as the acoustic oscillations that occur, have a dispersing and homogenizing effect on the treated medium 2j.

1515

Недостатком этого устройства вл етс то, что воздействие на обрабатываемую среду оказываетс недостаточным . Поэтому при приготовлении бурового , раствора необходимо осуществ20 л ть многократную циркул цию его через аппарат.A disadvantage of this device is that the effect on the treated medium is insufficient. Therefore, when preparing a drilling mud, it is necessary to carry out its multiple circulation through the apparatus.

Цель изобретени - улучшение диспергировани за счет создани ультразвуковых колебаний.The purpose of the invention is to improve dispersion by creating ultrasonic vibrations.

2525

Поставленна цель достигаетс тем, что в аппарате, содержащем ротор и статор, выполненные в виде коаксиально установленных в корпусе цилиндров с прорез ми, прорези статора пред30 ставл ют собой продольные цилиндри;;ческие отверсти , а прорези ротора дугообразные каналы. Кроме того, .толщина выступов ро торной решетки больше толщины выступов статорной решетки. Такое ис полнение ротора и статора позвол ет получить локальные зоны кавитгьции в раздробленных потоках жидкости и максимальную турбулизациш в них, котора ведет к усилению гидродинамического перетира твердой ,фазы в жидкости, а также увеличить ударное воздействие на обрабатываемую среду. На фиг.1 изображено устройство, общий вид на фиг.2 - разрез А-А н фиг.1.. , Аппарат включает в себ несколь последовательных ступеней обработк I / (If 1м, W f размещенных в корпусе Кажда из ступеней состоит из коак сиально расположенных решеток стат ра 2-5 и соответственно им решеток 6-9 ротора с выступами 10 и 11 и прорез ми 12 и 13 по образующей. Ш рина прорезей решеток статора Ьс и решеток ротора Ьр с ростом диаметра обработки измен етс по закону изменени энергии, затрачиваемой на диспергирование от степени дисперги ровани . Прорези 12 статоров выполн ны в виде продольных цилиндрических отверстий, а прорези 13 роторов - в виде дугообразных каналов. Толщина выступов роторной решетки So больше толщины выступов статорной решетки Дл создани начального напора обрабатываемой жидкости служит крыльчатка 14, установленна на оси аппарата . Корпус аппарата имеет осевой входной патрубок 15 и патрубок 16. дл выхода диспергированного рас вора. Аппарат работает следующим образом . При работе аппарата крыльчатка создает разрежение в обрабатываемой среде, в результате чего поток раст вора поступает в корпус 1 через пат рубок 15, Проход через лрорези статора и ротора, общий поток раствора разбиваетс на целый р д мелких струй, многократно измен ющих направление движени . Дл эффективного , использовани энергии, затрачиваемой на приготовление раствора , и повышени интенсивности дис пергирЬвани в оптимальном режиме необходимо, чтобы в прорез х 13 роторной решетки находилась больша масса обрабатываемой пульпы, по сра нению с массой пульпы, наход щейс в прорез х 12 статорной решетки. В этом случае разогнанна в роторных прорез х 13 масса пульпы развивает большую энергию удара о поверхности выступов стстгорнмхх решеток, уменьше ние размеров прорезей 12 статорной решетки приводит к увеличению скорости потока жидкости в прорез х 12 (согласно теории неразрывности потока жидкости), что ведет к повышению турбулизации потока. Выполнение прорезей 12 статоров цилиндрическими заставл ет вращатьс поток жидкости. Все это ведет к интенсивности диспергирующего воздействи на твердую фазу бурового раствора. Измен ширину прорезей, их количество , мы измен ем соответственно энергию, затрачиваемую на диспергирование , Эта энерги превращаетс в энергию ультразвуковых колебаний , гидродинамических ударов, дросселировани , трени и т.п. Интенсивному возникновению кавитационных влений в элементарных потоках способствует выполнение прорезей 12 статора в виде продольных цилиндрических отверстий. Благодар расширению потока и затем соударению его частей на выходе из прорези происходит скольжение отдельных струй с различной скоростью и образование полостей с пониженным давлением. Выполнение прорезей ротора в виде ду;гообразных каналов способствует, с одной стороны, возникновению ультразвуковых колебаний за счет разности скоростей,в прорези на дугах разного радиуса, а с другой стороны - созданию насосного эффекта, так как поверхности прорези работают как лопатки насосного колеса. Кроме того, диспергированию способствуют такие факторы, как дросселирование , изменение направлени движени струй, соударение и трение частиц . Величина удара массы жидкости .о поверхность выступов в прорезном пространстве и скорость потока жидкости в аппарате зависит от объема жидкости , наход щейс в прорезном пространстве ротора, так как именно ротор разгон ет всю массу потока жидкости. Таким образом, чем больше объем прорезей ротора по отношению к объему прорезей статора, тем эффективней работа аппарата. Поэтому в изобретении толщина выступов роторной решетки SP выполнена больше толщины выступов статорной решетки Sp дл того, чтобы в прорез х 13 роторной решетки находилась больша масса обрабатываемой пульпы, по сравнению с массой пульпы , наход щейс в прорез х 12 статорной решетки. В этом случае, разогнанна в роторных прорез х 13 масса пульпы, развивает большую энергию удара о поверхности выступов статорных решеток. Уменьшение размеров прорезей 12 статорной решетки приводит к увеличению скорости потока жидкости в прорез х 12 (согласно теории неразрывности потока жидкоети , что ведет к увеличению турбулиэации потока) . Выполнение прорезей 12 статоров цилиндрическими заставл ет вращатьс поток жидкости. Все это ведет к интенсификации диспергирующего воздействи на твердую фазу бурового раствора. Но длина прорези ограничена прочностью выступа роторной решетки, так как чем уже выступ, чем больше возможность его среза, особенно при обработке растворов высокой плотности. Таким образом, чем толще роторна решетка, по отношению к статорной (в пределах конструктивной прочности элементов),, тем эффективнее работа аппарата по обработке бурового раствора и тем больше его производительность .This goal is achieved by the fact that, in an apparatus containing a rotor and a stator, made in the form of coaxially mounted slit cylinders in the casing, the stator slots represent longitudinal cylindrical holes, and the rotor slots have arcuate channels. In addition, the thickness of the protrusions of the rotor lattice is greater than the thickness of the protrusions of the stator lattice. Such a performance of the rotor and stator allows to obtain local cavitation zones in fragmented liquid flows and maximum turbulization in them, which leads to an increase in the hydrodynamic grinding of the solid phase in the liquid, as well as increase the impact on the processed medium. 1 shows a device, a general view of FIG. 2, a section A — A, H of FIG. 1. .., The apparatus includes several successive processing steps I / (If 1 m, W f located in a housing Each of the steps consists of coac The statically arranged lattices are 2-5 and respectively rotor grates 6–9 with protrusions 10 and 11 along the generatrix slots 12 and 13. The slot width of the lattice lattice lattice Lc and the rotor lattice Lp increases with the diameter of the treatment spent on dispersion on the degree of dispersion. The slots 12 of the stators are made in the form of longitudinal cylindrical holes, and the rotor slots 13 in the form of arcuate channels.The thickness of the protrusions of the rotor lattice So is greater than the thickness of the protrusions of the stator lattice To create the initial pressure of the treated liquid is the impeller 14 mounted on the axis of the apparatus.The apparatus body has an axial inlet 15 and a port 16. To exit the dispersed solution. The apparatus works as follows. When the apparatus is in operation, the impeller creates a vacuum in the treated medium, as a result of which the solution flows into orpus 1 through Pat cuttings 15, passage through lrorezi stator and rotor, the total flow of the solution is broken at a plurality of small jets repeatedly varied guides the direction of movement. In order to efficiently use the energy spent on the preparation of the solution and increase the dispersion intensity in the optimal mode, it is necessary that in the slots 13 of the rotor lattice there is a large mass of the processed pulp, compared to the mass of the pulp located in the slots x 12 of the stator lattice. In this case, the pulp mass dispersed in rotor slots x 13 develops a large impact energy on the surface of the protrusions of the lattices of the grids, reducing the size of the slots 12 of the stator lattice leads to an increase in the fluid flow rate in the slots x 12 (according to the theory of continuity of the fluid flow), which leads to flow turbulence. Making the slots 12 of the stators cylindrical causes the fluid flow to rotate. All this leads to the intensity of the dispersing effect on the solid phase of the drilling fluid. Changing the width of the slots, their number, we change accordingly the energy spent on dispersion. This energy is converted into the energy of ultrasonic vibrations, hydrodynamic shocks, throttling, friction, etc. The intensive occurrence of cavitation phenomena in elementary flows is facilitated by the implementation of the slots 12 of the stator in the form of longitudinal cylindrical holes. Due to the expansion of the flow and then the impact of its parts at the exit of the slot, the individual jets slip at different speeds and form cavities with reduced pressure. Making rotor slots in the form of double-shaped canals contributes, on the one hand, to the appearance of ultrasonic vibrations due to the difference in speeds, in the slot on arcs of different radii, and on the other hand - to create a pumping effect, since the surfaces of the slot work like blades of a pumping wheel. In addition, factors such as throttling, jet reversal, collision and particle friction contribute to dispersion. The magnitude of the mass impact of a fluid. The surface of the protrusions in the slotted space and the flow rate of the fluid in the apparatus depends on the volume of fluid in the slotted space of the rotor, since it is the rotor that accelerates the entire mass of the fluid flow. Thus, the greater the volume of the rotor slots in relation to the volume of the stator slots, the more efficient the operation of the apparatus. Therefore, in the invention, the protrusion thickness of the rotor lattice SP is made larger than the protrusion thickness of the stator lattice Sp so that there is a large pulp mass in the slots 13 of the rotor lattice compared to the pulp mass located in the slots 12 of the stator lattice. In this case, the pulp mass dispersed in rotor slots x 13, develops a large impact energy on the surface of the protrusions of the stator grids. Reducing the size of the slots 12 of the stator lattice leads to an increase in the flow rate of the fluid in the slot x 12 (according to the theory of continuity of the flow of a liquid network, which leads to an increase in turbulence of the flow). Making the slots 12 of the stators cylindrical causes the fluid flow to rotate. All this leads to an intensification of the dispersing effect on the solid phase of the drilling fluid. But the length of the slot is limited by the strength of the protrusion of the rotor grille, since the narrower the lip, the greater the possibility of cutting it, especially when processing solutions of high density. Thus, the thicker the rotor grille, with respect to the stator (within the limits of the structural strength of the elements), the more efficient the operation of the apparatus for the treatment of drilling mud and the greater its productivity.

В предлагаемой конструкции аппарата , нар ду с описанными процессами , возникающими при движении решетки ротора относительно статора, т.е. повышение скорости потока и увеличение его турбулизации, наблюдаетс и повьЕиение роли ударного воздействи массы раствора о плоскости внутренних поверхностей выступов статорной решетки за счет лобового удара потока жидкости в момент совмещени прорезей статорно-роторных решеток. В других конструкци х подобных аппаратов таких влений вообще не наблюдаетс , так как при совмещении прорезей, например в известномIn the proposed design of the apparatus, along with the described processes, arising during the motion of the rotor grating relative to the stator, i.e. an increase in the flow rate and an increase in its turbulence, the influence of the impact mass of the solution on the plane of the internal surfaces of the protrusions of the stator grille is observed due to a frontal impact of the fluid flow at the time of alignment of the slots of the stator-rotor grids. In other constructions of similar apparatus such phenomena are not observed at all, since when the slots are aligned, for example, in the known

аппарате происходит обычный переток жидкости.the apparatus is a normal flow of fluid.

Диссипаци энергии в предлагаемом аппарате выше, чем в известных конструкци х в два раза. ;The dissipation of energy in the proposed apparatus is higher than that in the known constructions twice. ;

Все перечисленные факторы обеспечивают более интенсивное воздействие на твердую фазу буровых растворов, что позвол ет осуществл ть его обработку за один цикл работы.All of these factors provide a more intense effect on the solid phase of drilling mud, which allows its treatment in one cycle of operation.

. Применение предлагаемого аппарата повысит качество приготавливаемого раствора и снизит энергетические затраты на 12-17%.. The application of the proposed apparatus will improve the quality of the prepared solution and reduce energy costs by 12-17%.

Claims

1. USSR author's certificate

488604, cl. B 01 F 7/28, 03.11.72.

2. USSR author's certificate

No. 127999, cl. B 01 F 3/30, 04/09/59.

9 s 8 k g Fi.