Принцип действия пескоотделителя и илоотделителя

Описание

Оборудование для очистки бурового раствора: гидроциклон пескоотделителя, предназначенный для удаления частиц песчинок, и гидроциклон илоотделителя, предназначенный для удаления частиц ила, представляют вторую стадию программы удаления твердой фазы неутяжеленного раствора. На производстве эту систему называют "осушка", на рисунке ниже представленна модель с вибрационными ситами(на осушку ставятся мелкоячеистые сита), которые осушают утяжеленный раствор вышедший из гидроциклонов(конусов песко и илоотделителя). Для достижения максимальной эффективности работы указанных узлов необходимо следовать рекомендациям по монтажу. Среди прочих преимуществ можно указать более эффективное отделение твердой фазы, уменьшение объема утилизации буровых жидкостей и снижение степени износа входной линии.

Система гидроциклона состоит из узла гидроциклона, отдельного манифольда верхнего продукта и слива, а также сливного желоба. Гидроциклоны поставляются в виде пескоотделителей 12", пескоотделителей 10" и илоотделителя 4". Размер в дюймах указывает на внутренний диаметр гидроциклона. Точка отсечки гидроциклона снижается с уменьшением внутреннего диаметра. Количество гидроциклонов должно определяться исходя из необходимости обработки примерно 100- 125% ожидаемого объема циркуляции бурового раствора при бурении верхней секции скважины. Это обеспечит обработку 100% объема раствора, содержащего пластовые частицы. Аналогичное внимание должно быть уделено выбору подходящего центробежного насоса и привода (двигателя или электрического двигателя), которые обеспечат подачу с необходимой производительностью и напором на манифольд.

При правильном монтаже, обслуживании и эксплуатации гидроциклоны снизят потребность в обслуживании насосов буровой установки, увеличат скорость проходки и обеспечат необходимый уровень состояния скважины.

Правильно установленный и эксплуатируемый гидроциклон – это экономичное и высокоэффективное механическое устройство, обеспечивающий снижение загрязняющих частиц в буровых жидкостях:

Монтаж

Монтаж гидроциклонов должен выполняться таким образом, чтобы напорный манифольд располагался ВЫШЕ МАКСИМАЛЬНО ВОЗМОЖНОГО уровня бурового раствора в емкостях. Это позволит избежать попадания раствора из емкостей через конические насадки в емкость отработанной жидкости при отключенном напорном насосе.

Требования к установке гидроциклонов аналогичны и должны соблюдаться для достижения максимальной эффективности буровых работ.

Линии слива/подачи

Необходимо правильно рассчитать размеры линий подачи и слива. Увеличенный диаметр приведет к забиванию твердыми частицами, малый размер – к ограничению потока и снижению срока службы трубопровода. Линия подачи от насоса к манифольду гидроциклона 4" должна иметь диаметр не менее 6 дюймов; для гидроциклонов 12 или 10 дюймов – не менее 8 дюймов. Для снижения вероятности потерь давления и износа линий рекомендуется использовать патрубки с большим радиусом изгиба.

Устройство конуса

Тремя наиболее часто упоминаемыми компонентами гидроциклона являются: ПОДАЧА, СЛИВ и ПЕРЕТОК.

Жидкость, входящая в гидроциклон, является подачей. Входное отверстие подачи находится в верхней секции камеры подачи и соединено со стенкой камеры по касательной или спирально. Вещество, выходящее из нижней секции конуса, является сливом. Жидкость, выходящая через верх гидроциклона, является перетоком. Переток подает очищенную жидкость отделенного раствора на манифольд и далее в циркуляционную систему.

При поступлении жидкости в гидроциклон, она попадает на высокоскоростную спираль, которая вращается вокруг «разгрузочной насадки», идущей сверху, от выходного отверстия перетока. В реальности, образуются две спирали, одна из которых движется вниз вдоль стенки гидроциклона, в то время как вторая движется вверх, через сердечник гидроциклона, к отверстию перетока. Под воздействием центробежной силы и эффекта инерции твердые частицы движутся вниз и в направлении стенок гидроциклона.

Частицы оседают в соответствии с весом и размерами и, учитывая небольшую разницу в плотности твердых частиц в буровом растворе, оседание происходит в основном в соответствии с размером. Жидкость и большая часть мелких частиц во внутренней спирали устремляются вверх и выходят в манифольд перетока, попадая обратно в систему. Центральный воздушный сердечник в этой спирали создает область низкого давления, которое создает всасывание – оно чувствуется, если накрыть отверстие пальцем.

Способность гидроциклона эффективно отделять твердую фазу зависит от следующих факторов:

Характеристики буровой жидкости, характеристики частиц, параметры потока, характеристики гидроциклона

Конструкция гидроциклона определяется как «СБАЛАНСИРОВАННАЯ». Учитывая малые размеры доступного пространства, твердые частицы, опускающиеся вниз к выходному отверстию, концентрируются и выходят в виде струи («СЛИВ»). Как указывалось выше, в отверстие входит поток воздуха (всасывание). Тем самым создается идеальный режим работы гидроциклона.

Уникальность сбалансированной конструкции заключается в том, что до тех пор, пока размер частиц, имеющихся в буровом растворе, находится в пределах диапазона гидроциклона, будет происходить отделение частиц. В случае малого размера частиц или их небольшой концентрации, сливаться будет минимальный объем раствора.

Производительность гидроциклона определяется скоростью потока и перепадом давления внутри гидроциклона. С увеличением плотности и/или размера частиц происходит рост производительности гидроциклона. С увеличением плотности и/или вязкости жидкости производительность падает. Для поддержания слива с плотностью, превышающей на 1.5 частиц/грамм (ppg) плотность подаваемого шлама, может потребоваться наличие отверстия небольшого диаметра. Точно определить объем слива. Можно приблизительно указать, что она должна составлять 1-5 процентов от объема подачи на узел.

Слив гидроциклона в виде струи (внешне напоминающей полый конус или зонт) обеспечивает максимальное отделение твердых частиц. При избыточном поступлении твердых частиц происходит перегрузка гидроциклона, что приводит к накоплению частиц на участке слива и, соответственно, к снижению качества и скорости сепарации. Твердые частицы, которые при нормальных условиях должны выноситься через слив, возвращаются в систему через сливную насадку или переток. Шлам, попавший в слив, выходит по т.н. «ниточному сливу».

При «ниточном сливе» количество шлама может на 30% превышать количество шлама при «струйном сливе», однако скорость слива настолько ограничена, что производительность гидроциклона ниже на 50%.

Эксплуатация

При бурении, для максимальной эффективности гидроциклоны должны работать в режиме струйного слива. Подтверждением наличия струйного слива является слабое всасывание на кончика отверстия слива. Если такого всасывания не ощущается, значит гидроциклоны работают в режиме ниточного слива – необходимо расширить отверстие. Если при расширенном отверстие гидроциклон продолжает выполнять слив в ниточном режиме, см. раздел Устранение неисправностей полного руководства по эксплуатации.

Порядок запуска

В случае видимости проверить участок всасывания насоса. Очистить от мусора и чужеродных предметов.

1. Открыть задвижку всасывания насоса. Не запускать насос при закрытой задвижке – в противном случае произойдет повреждение насоса;
2. Задвижка слива должна быть перекрыта;
3. Запустить насос и медленно открывать сливную задвижку до упора;
4. Проверить уровень давления на манометре подачи. Стрелка манометра должна располагаться на участке, который соответствует плотности раствора. В том случае, если оригинальный манометр слива, поставленный вместе с узлом, заменен на стандартный >манометр, уровень давления должен быть равен четырехкратной (4Х) плотности раствора (в ppg). Низкий уровень давления приведет к неудовлетворительному отделению твердой фазы и высокой потере жидкости. Чрезмерно высокий уровень давления приведет к быстрому износу гидроциклона. При опрессовке водой давление подачи должно равняться 32 psi;
5. Удостовериться в том, что гидроциклон работает в режиме струйного слива. В случае полного отсутствия слива или работы в режиме ниточного слива, см. Раздел устранение неисправностей полного руководства по эксплуатации.

Порядок отключения

1. Выключить насосы;
2. Перекрыть сливную задвижку насоса;
3. Перекрыть всасывающую задвижку насоса.

Регулировка отверстия

Неправильная эксплуатация гидроциклонов приводит к плохому отделению твердой фазы. В этом случае они должны быть отрегулированы или заменены сразу же при возникновении проблемы. Регулировка отверстия может выполняться только на гидроциклонах 12" с помощью замены насадок. Гидроциклоны 4 дюймов регулируются с помощью зажимной гайки.

Обслуживание и ремонт

Ежедневно:

1. Выполнить осмотр и обслуживание напорного насоса в соответствии с рекомендациями изготовителя;
2. Выполнить осмотр гидроциклона, чтобы удостовериться в наличии струйного слива и необходимом уровне давления при необходимости почистить и промыть;
3. Отремонтировать или заменить гидроциклоны, в которых выявлены следы порезов, утечек и иные повреждения.

Каждые 10 дней

1. Осмотреть отверстие гидроциклона для выявления следов износа. Снять и выполнить визуальный осмотр. При помощи фонаря или зеркала осмотреть внутреннюю поверхность корпуса гидроциклона. При необходимости заменить изношенные детали;
2. Снять крышку и очистить коллектор подачи от накоплений твердых частиц;
3. 3. Проверить и затянуть все соединения.