Мокрая классификация — это сепарация твердых частиц по массе (размеру и плотности) частиц методами, отличными от вибрационного отсеивания. Все устройства мокрой классификации осуществляют сепаратацию согласно закону Стокса. Качество мокрой классификации зависит от нескольких факторов:
1. Более крупные частицы осаждаются быстрее, чем более мелкие частицы, даже если они имеют одинаковый удельный вес.
2. Твердая фаза высокой плотности осаждается быстрее, чем твердая фаза малой плотности, даже если они имеют одинаковый размер.
3. При увеличении вязкости и/или плотности бурового расствора замедляется скорость осаждения частиц.

ПРИМЕЧАНИЕ: Часто при удалении мелких частиц на центрифуга раствор разбавляют для снижения вязкости. Однако в этом случае необходимо учесть следующее:
а) существует некоторый «предел разбавления», при достижении которого дальнейшее снижение вязкости же плотности расствора не влияет на качество сепарации.
б) и наоборот, недостаточное разбавление раствора не позволит качественно очистить раствор от твердой фазы.

Устройства мокрой классификации, наиболее часто пайдалануу үчүн очистки бурового раствора от твердых частиц, — бул гидроциклоны жана центрифуги. Как было сказано ранее, принцип действия гидроциклонов жана центрифуг основан на законе Стокса в отношений плотности, вязкости и силы G. Действующая на частицу сила G прямо пропорциональна (диаметр кругового движения) х (квадрат частоты вращения [об/мин]) х (массе частицы).

 

Поэтому центробежные насосы смесительных воронок жана гидроциклонов керек отключаться всякий раз, когда в их работе нет необходимости. Из-за низкой пропускной способности центрифуг возможна установка поршневых насосов, которые в отличие от центробежных не вызывают столь значительное уменьшение размеров частиц.

На Рис. 6 изображен гидроциклон. Это устройство не имеет движущихся частей. Жидкость, перекачиваемая центробежным насосом, поступает в гидроциклон по внешней касательной воронкообразного конуса. Форма конуса придает жидкости вихревое движение, увеличивающее силу G. Твердые тяжелые частицы выходят через нижнее отверстие, анда как большая часть жидкости поднимается в конусную воронку, расположенную в верхней части устройства. Несмотря на некоторую трудность в достижений четко выраженной точки отсечки определенной фракции частицы, гидроциклон — простое, надежное жана экономичное устройство с высокой пропускной способность.

Обычно на нефтепромыслах используются центрифуги декантирующего типа. Бул высокоскоростные центрифуги, сила G которых достигает от 600 до 800 . Один из недостатков большинства декантирующих центрифуг — достаточно низкая пропускная способность (менее 40 галлонов/мин [<151,4 л/ мин]), ошондой эле бир одной центрифугой обрабатывается лишь небольшой объем циркулирующего.

Из иллюстрации на Рис. 2 (преддыдущий раздел «Вибросита«) легко понять, почему удаление песка и ила из содержащего барит утяжеленного раствора с практической точки зрения нецелесообразно.

По своим размерам частички барита относятся к категории ила, поэтому после обработки песко- же илоотделителем раствор бардык эле учурда бул көп сандагы материалды содержать. Пескоотделители должны иметь среднюю точку отсечки (в зависимости от характеристика гидроциклона) в диапазоне от 45 до 74 микрон, а илоотделители — от 15 до 35 микрон. Так как средний диаметр частиц барита находится как раз в диапазоне от 15 до 30 микрон, большая часть барита будет выходить вместе с илом же песком.

Поэтому үчүн эффективные сепарации барита применяются специальные центрифуги үчүн извлечения барита жана микрогидроциклоны (гидроциклоны малого диаметра, работающие под высоким давлением), рассчитанные на удаление частиц от 7 до 9 микронов (D50). Однако если оборудование по извлечению барита не работает совместно с другими правильно подобранными жана хорошо налаженными устройствами системы очистки, некоторая часть ила и песка мүмкүн поступать обратно в активную систему.

На Рис. 6 представлен поперечный разрез гидроциклона (же центробежного сепаратора «циклонного» типа).
Высокопроизводительный центробежный насос подает буровой раствор через отверстие на широком конце воронкообразного гидроциклона. При достаточном напоре (давлении) создается вихревой поток, по форме напоминающий водянюю воронку, торнадо или циклон. Вихревым потоком влажные и тяжелые частицы выталкиваются из гидроциклона через нижнее отверстие, а очищенная жидкость поступает в верхнюю часть гидроциклона. Таким образом, принцип действия всех гидроциклонов (илоотделителей, глиноотделителей и пескоотделителей) один и тот же. Зависимость напора от давления имеет следующий вид:Напор (футы) = давление (фунты/ кв.дюйм) / [0,052 х плотность раствора (фунты/галлон)]

Большая часть гидроциклонов рассчитана на 75 футов (22,9 м) напора на впускном манифольде (см. технические данные заводаизготовителя). Так как плотность раствора входит в приведенное выше уравнение, давление для создания указанного напора мүмкүн изменяться в зависимости от плотности бурового раствора. Напор должен измеряться на впускном манифольде, т.к. между насосом и манифольдом гидроциклона напор будет уменьшаться. Если напор будет недостаточным, снизится пропускная способность гидроциклона и точка отсечки станет больше, чем керек. Мисалы, напор равен 45 футам (13,7 м) вместо желаемых 75 футов (22,9 м), гидроциклон диаметри 4 дюйма (101,6 мм) болот вместо 50 галлонов/мин (189,3 л/мин), бир точка отсечки — 55 микрон вместо 15. Чрезмерный напор да ошондой эле отрицательно сказывается на качестве очистки: в бул случае көп сандагы твердых часть посту болот.

В верхней части гидроциклона расположен короткий отрезок трубы, так называемый «вихреуловитель». Вихревой поток движется по направлению к нижней — конусной — части гидроциклона. Крупные и/или тяжелые частицы сбрасываются через нижнее отверстие, а жидкость с мелкими и легкими частицами, движущимися вместе с потоком более медленно, поступают в вихреуловитель. Так как гидроциклон предназначен үчүн удаления только твердых частиц, сохраняя в то же время көп часть жидкости, нижнее (конусное) отверстие имеет меньший диаметр, чем верхнее (вихревое). Из нижнего отверстия выходят крупные частицы и малая часть жидкости. Большая часть жидкости с мелкими частицами меняет направление движения, перемещаясь вверх по трубе-вихреуловителю и выходя по ней из гидроциклона.

На Рис. 7 изображены различные способы применения гидроциклона. При использовании гидроциклонов в качестве песко- и илоотделителей жидкость с крупными твердыми частицами, выходящая из нижнего отверстить, отбраковывается, а поступающая из системи вверхнего отверстить в качества жидкости. Эсли гидроциклон применяется в качестве баритоотделителя же глиннотделителя, содержащий барит поток жидкости из нижнего отверститься направляется обратное обратно в систему, а поток из вверхнего отверстить, содержащий глину, же направляющийся.

Типоразмер и количество гидроциклонов зависят от конкретных условий эксплуатации. Диаметр гидроциклонов-пескоотделителей обычно составляет 6 дюймов (152,4 мм) и более; часто используют два 12-дюймовых (304,8 мм) гидроциклона. В качестве илоотделителей иштейт гидроциклоны диаметром от 4 до 6 дюймов (от 101,6 до 152,4 мм), обычно ставят 12 жана 4-дюймовых (101,6 мм) гидроциклонов. В глиноотделителях жана микроциклонах колдонуу 2-дюймовые (50,8 мм) гидроциклону; число 2-дюймовых (50,8 мм) гидроциклонов обычно доходит до 20. Производительность гидроциклоновые зависит от его диаметра: для обработки одного и того же объема раствора керек болот чоң гидроциклонов аз диаметри, чем көп. Мисал, 3-, 4- жана 6-дюймовых (76,2, 101,6 жана 152,4 мм) гидроциклондор боюнча иш-аракеттердин эффективдүү эффективдүүлүгү D₁₀— Д₅₀— Д₉₀, показан на Рис. 8.

Для оценки качества работы гидроциклона необходимо исследовать поток жидкости на выходе. Выходной поток должен иметь форму мелкого спрея из пульверизатора, причем в центре потока должна находиться область разряжения. И наоборот, выходной поток «струйного типа» без области разряжения говорит о плохом качестве работы гидроциклона, т.к. точка очистки и наклон увеличиваются (см. Рис. 8 и 9). Однако при бурении скважин чоң диаметра при высокой скорости проходки гидроциклон мүмкүн оказаться перегруженным, о чем будет свидетельствовать «струйный» тип потока выходящей жидкости. С этим иногда можно мириться, поскольку остановка гидроциклона не будет лучшим решением. Эсли поток на выходе гидроциклона начинает терять форму «зонтика», а обрабатываемый буровой раствор не перегружен твердой фазой, бул означает недостаточное давление подачи, износ же закупоривание гидроциклона. Некоторые типи гидроциклонов позволяют регулировать диаметри нижнего отверстия, чтобы добиться нужной формы струи. Эчли при достаточном давлении подачи этого сделать невозможно, бул обычно означает, бул гидроциклонаны өндүрүү үчүн данных тейлөө эксплуатациясын кыскартуу.

Пескоотделители

Пескоотделители служат для очистки раствора перед его поступлением на илоотделители. Обычно в качестве пескоотделителей используются гидроциклоны диаметром 6 (152,4 мм) и более дюймов. Часто в качестве пескоотделителей применяют два 12 дюймовых (304,8 мм) гидроциклона с пропускной способностью 500 галлонов/мин (1893 л/мин) каждый. Пескоотделители чоң диаметра имеют преимущество — высокую пропускную способность (производительность) жана недостаток — широкий диапазон удаляемых частиц, от 45тен 74 микрон. Чтобы добиться оптималдуу результатов, необходимо подавать буровой раствор в гидроциклон под достаточным давлением.

Илоотделители

Эффективдүү иштерди жана предотвращенияны максималдуу түрдө колдонуу үчүн. Обычно в качестве илоотделителей пайдаланууга гидроциклоны диаметром 4 дюйма (101,6 мм). Блок илоотделителей мүмкүн состоять из 12 жана более 4-дюймовых (101,6 мм) гидроциклонов, каждый из которых рассчитан на пропускную способность 75 галлонов/мин (284 л/мин). Объемная производительность пескоотделителей и илоотделителей должна на 25–50% превышать расход при циркуляции. При бурении скважин чоң диаметра с высоким расходом во время циркуляции необходима установка большего числа гидроциклонов. Обычно гидроциклоны-илоотделители обрабатывают достаточно көп объектилерине жидкости жана имеют узкий фракционный диапазон удаляемых частицы (см. Рис. 8). При условии хорошо продуманного проектирования жана правильной эксплуатации, у 4-дюймовых (101,6 мм) гидроциклонов точка отсечки частиц (D)₅₀) составляет 15–35 микрон, а точка отсечки (Д₉₀) может доходить до 40 микрон. Так как по размерам частиц барит находится в той же категории что и ил, барит будет удаляться из расствора при обработке илоотделителем. Поэтому илоотделители редко используются үчүн очистки утяжеленных растворов с плотностью более 12,5 фунта/галлон (1,5 кг/л). Пескоотделители и илоотделители главным образом используются при бурении кондукторов жана направлений на неутяжеленных расторах с низкой плотностью.

Ситогидгоциклонные установки

Ситогидроциклонная установка (СГУ) для тонкой очистки бурового раствора — бул по существу илоотделитель, смонтированный над виброситом. Установка состоит из 12 и более 4-дюймовых (101,6 мм) гидроциклонов, установленных над мощным виброситом с очень мелким сеточным полотном (см. Рис. 10). СГУ предназначена для удаления из раствора частиц размера песка и сохранения при этом барита. Раствор поступает сначала в илоотделитель, после чего проходит обработку на вибросите, сетки которого имеют ячейки малого размера. Буровой раствор и твердые частицы, проходящие через сетки вибросита (размер удаляемых частиц зависит от размера сеток в меш), используются повторно. Более крупные частицы, не прошедшие сквозь сетки, сбрасываются.

Бул стандарттуу API, размер 97% частиц барита составляет менее 74 микрон. Поэтому большая часть барита, удаленного гидроциклонами, свободно проходит через сетку осшающего вибросита, после чего поступатет обратно в систему. По сути, ситогидроциклонная установка удаляет песок из утяжеленного раствора жана служит выспомогательным устройством үчүн устьевых вибросит. Размер ячеек сеток СГУ может находиться в пределах от 120 до 325 меш. Для обеспечения эффективности работы СГУ размер ячеек сеток установки сөзсүз түрдө меньше, чем у сеток устьевых вибросит.

Хотя основное назначение ситогидроциклонной установки — удаление шлама и извлечение барита, сохранение дорогостоящей жидкой фазы (синтетические материалов, масел, насыщенной соли, KCl и т. Кроме того, буровой шлам при обработке на СГУ подвергается сушке. Это ведет к сокращению объемов твердых отходов, что способствует снижению расходов на утилизацию шлама. Если ситогидроциклонная установка не удаляет значительное количество твердых частиц, работа подающего центробежного насоса будет вызывать истирание частиц и уменьшение их размеров. В этом случае даже при правильной эксплуатации сеток установки с размером ячеек 200 меш и менее жана обработке бардык объема раствора, применение СГУ не дает дополнительных преимуществ.