Очистные устройства циркуляционной системы
При бурении скважин на твердые полезные ископаемые для отделения крупных частиц шлама широко используют гравитационные методы очистки. Для удаления более мелких частиц применяются гидроциклоны. Гравитационные методы очистки основаны на осаждении частиц разбуренной породы под действием собственного веса в желобах и отстойниках.
Длина жалобной системы l (в м) устанавливается исходя из выражения
l=W/Bβ60, (12.133)
где W-объем выбуренной породы, м3/ч; В - ширина желоба, м; β=5·10-4 - коэффициент очистной способности желобной системы, м/мин.
Объем выбуренной породы
(12.134)
где Dс - диаметр скважины, м; υм - механическая скорость бурения, м/ч. Ширина желобной системы (в м)
B=Q/hυс (12.135)
где Q - подача насоса, м3/с; h - глубина потока в желобе, м; υс - средняя объемная скорость потока в желобе, м/с.
Уклон желобов может быть определен из соотношения
i=mθ(В+2h)/Вhу, (12.136)
где m - коэффициент формы желоба, m=2; θ - статическое напряжение сдвига промывочного раствора; у - удельный вес раствора.
Гидроциклоны - центробежные сепараторы, в которых твердая фаза отделяется под действием центробежных сил, значительно превосходящих силу тяжести. Под действием центробежных сил из жидкости могут удаляться практически частицы любой величины. Размер отделяемых частиц зависит от размеров гидроциклона, давления, скорости подачи промывочной жидкости и плотности частиц.
Гидроциклоны являются наиболее распространенными устройствами и в нефтяной промышленности. Эффективность их основывается на значительном повышении центробежной силы над силой тяжести, действующей на частицу.
Технологические и конструктивные параметры гидроциклонов рассчитываются по формулам, полученным различными авторами на основе определенных допущений. Отсутствие однозначных зависимостей обусловлено многообразием факторов, влияющих на показатели работы гидроциклонов.
Эффективность очистки промывочной жидкости в гидроциклоне оценивается степенью очистки
S=П1/П2, (12.137)
где П1 и П2 - содержание шлама («песка») соответственно на входе в гидроциклон и выходе из него, %.
Оптимальный диаметр (в см) песковой насадки (Л.М.Ивачев.1975)
dпн=√П1Q/78,5υ (12.138)
где Q - пропускная способность гидроциклона, л/с; υ - линейная скорость истечения шлама через иесковую насадку, см/с.
Режим работы гидроциклона, его конструктивные размеры и размеры эффективно удаляемых граничных зерен выбуренной породы определяются из следующих эмпирических соотношений, полученных А.И.Поваровым:
Q=KDKαdndc√gH (12.139)
(12.140)
В приведенных формулах: Q - пропускная способность гидроциклона, дм3/мин; δ - размер выводимых частиц, мкм; Dг, dп, dc, dн - диаметры соответственно гидроциклона, питающего отверстия, сливного отверстия, песковой насадки, см; Н-давление на входе в гидроциклон. Mпa; а - содержание твердых частиц, %; ρп ρж - плотности соответственно твердой и жидкой фаз, г/см3.
Коэффициент КD и Кα вычисляются по формулам
KD=(0,08D+2)/(0,1D+l), (12.141)
Kα=0,79+0,044/(0,039+tg·α/2), (12.142)
где α - угол при вершине конуса гидроциклона.
Для расчета пропускной способности гидроциклонов, используемых в песке- и илоотделителях, наиболее приемлема эмпирическая формула М.Ш.Вартапетова
Qг=k1dndcDг√Рв, (12.143)
где k1 - опытный коэффициент, k1=0,12; Рв - давление на входе в гидроциклон, МПа; остальные обозначения те же, что в формуле (18.141).
Диаметр граничного зерна (в мкм) с достаточной для практических расчетов точностью определяется по формуле А.И.Поварова
(12.144)
где k2≈0,5 - опытный коэффициент; Тп - содержание песка в исходном продукте, %; Рв - давление на входе в гидроциклон, Мпа.
По опытным данным приняты следующие соотношения диаметров питающей (dп), шламовой (dш) и сливной насадок:
dп=(0,125-0,25)Dг;
dс=(0,25-0,50)Dг;
dш=<0,15-0,45)
dc (12.145)
На качество очистки влияют также высота цилиндрической части (h1) и конической части гидроциклона (h2). Их оптимальные соотношения:
(12.146)
Угол конуса выбирается в зависимости от диаметра гидроциклона и составляет 15-20°.
Число параллельно действующих гидроциклонов устанавливаемых в песке- и илоотделителях определяется из соотношения
nг≥Q/Qг (12.147)
где Q и Qг - пропускная способность песке- и илоотделителя и гидроциклонов, дм3/с.
