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

ПРИМЕЧАНИЕ: Часто при удалении мелких частиц на центрифуге раствор разбавляют для снижения вязкости. Однако в этом случае необходимо учесть следующее:
a) существует некоторый «предел разбавления», при достижении которого дальнейшее снижение вязкости и плоствости ли плотности качество сепарации.
b) и наоборот, недостаточное разбавление раствора и позволит качественно очистить раствор от твердой фазы.

Устройства мокрой классификации, наиболее часто используемые для очистки бурового раствора от твердых частиги, — твердых частиги центрифуги. Как было сказано ранее, принцип действия гидроциклонов и центрифуг основан на законе Стокса в отношении пл, силы G. Увеличение скорости осаждения и пропускной способности достигается в этих условиях благодаря уюлісения действующей на частицы. Действующая на частицу сила G прямо пропорциональна (диаметр кругового движения) х (квадрат частоты вра/хмия []о) частицы).

 

Поэтому центробежные насосы смесительных воронок и гидроциклонов должны отключаться всякий раз, коих траз, когд траз необходимости. Из-за низкой пропускной способности центрифуг возможна установка поршневых насосов, которые в отличие от цент 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 воронкогобразнус. Форма конуса придает жидкости вихревое движение, увеличивающее силу G. Это позволяет осуществлять сеплибрать частиц при высокой производительности. Твердые тяжелые частицы выходят через нижнее отверстие, тогда как большая часть жидкости поднимается в рокню расположенную в верхней части устройства. Несмотря на некоторую трудность в достижении четко выраженной точки отсечки определенной фракци частироц, стостироц, надежное и экономичное устройство с высокой пропускной способностью.

Обычно на нефтепромыслах используются центрифуги декантирующего типа. Это высокоскоростные центрифуги, сила G которых достигает mai i te 600 ki te 800. перегрузки G более 500 такие центрифуги могут обеспечить относительно четкую точку отсечки определетнецить частиц. Один из недостатков большинства декантирующих центрифуг — достаточно низкая пропускная способность (меное/5лоность (меное/5лоность) л/ мин]), так как одной центрифугой обрабатывается лишь небольшой объем циркулирующего раствора.

Из иллюстрации на Рис. 2 (предыдущий раздел «Вибросита«) легко понять, почему удаление песка и ила из содержащего барит утяжеленного раствора с практической точеской точесноз точисного

По своим размерам частички барита относятся к категории ила, поэтому после обработки песко- или илоотделителетлет содержать большое количество этого ценного материала. Пескоотделители должны иметь среднюю точку отсечки (ki te зависимости от характеристик гидроциклона) ki te диапоз 74н, а илоотделители — от 15 ki te 35 микрон. Так как средний диаметр частиц барита находится как раз в диапазоне от 15 до 30 микрон, большая часбть бдарит с илом или песком.

Поэтому для эффективной сепарации барита применяются специальные центрифуги для извлечения барита и мроикрокров (гидроциклоны малого диаметра, работающие под высоким давлением), рассчитанные на удаление частиц от 7 до 9 мон. Однако если оборудование по извлечению барита не работает совместно с другими правильно подобранными ховаместно системы очистки, некоторая часть ила и песка может поступать обратно в активную систему.

На Рис. 6 представлен поперечный разрез гидроциклона (ahe центробежного сепаратора «циклонного» типа).
Высокопроизводительный центробежный насос подает буровой раствор через отверстие на широком конце воронкогообраки. При достаточном напоре (давлении) создается вихревой поток, по форме напоминающий водяную воронку, торнадо или . Вихревым потоком влажные и тяжелые частицы выталкиваются из гидроциклона через нижнее отверстие отверстие, а очищетклять верхнюю часть гидроциклона. Таким образом, принцип действия всех гидроциклонов (илоотделителей, глиноотделителей и пескоотделителей) диж. 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 дантово). Так как плотность раствора входит в приведенное выше уравнение, давление для создания указанного напора моженет 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 больмше, жнет больше. Hei tauira, если напор равен 45 футам (13,7 м) вместо желаемых 75 футов (22,9 м), гидроциклон диаметра 4 мю,будра иметь пропускную способность 40 галлонов/мин (151,4 л/мин) вместо 50 галлонов/мин (189,3 л/мин), — 55ч мин вместо 15. Чрезмерный напор также отрицательно сказывается на качестве очистки: в этом случае большая часдить т бвлец поступать обратно в систему.

В верхней части гидроциклона расположен короткий отрезок трубы, taк 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 ча,стища вместе с потоком более медленно, поступают в вихреуловитель. Так как гидроциклон предназначен для удаления только твердых частиц, сохраняя в то же время большую, чдникоть частиц (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 верх по трубеових хлух ней из гидроциклона.

На Рис. 7 изображены различные способы применения гидроциклона. При использовании гидроциклонов в качестве песко- и илоотделителей жидкость с крупными твердыми частищахид, отверстия, отбраковывается, а поступающая из верхнего отверстия жидкость возвращается в активную систему. Если гидроциклон применяется в качестве баритоотделителя или глиннотделителя, содержащий барит поток жидкостижит или направляется обратно в систему, а поток из верхнего отверстия, содержащий глину или иные мелкие частицилна, тнапицилна.

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 работают гидроциклоны диаметром mai i te 4 ki te 6 nga haora (mai i te 101,6 ki te 152,4 meneti), i te 12 meneti 4-дюймовых (101,6 мм) гидроциклонов. В глиноотделителях и микроциклонах используют 2-дюймовые (50,8 мм) гидроциклоны; число 2-дюймовых (50,8 мм) гидроциклонов обычно доходит до 20. обработки одного и того же объема раствора требуется больше гидроциклонов малого диаметра, чем большого. Пример, илюстрирующий эффективность работы типовых 3-, 4- me 6-дюймовых (76,2, 101,6 me te 152,4 мм) гидро отсечки D₁₀— D₅₀— D₉₀, 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 облаться. И наоборот, выходной поток «струйного типа» без области разряжения говорит о плохом качестве работы гидро,ц иткло. точка очистки и наклон увеличиваются (см. Рис. 8 и 9). Однако при бурении скважин большого диаметра при высокой скорости проходки гидроциклон может оказаться перегдрму свидетельствовать «струйный» тип потока выходящей жидкости. С этим иногда можно мириться, поскольку остановка гидроциклона не будет лучшим решением. Если поток на выходе гидроциклона начинает терять форму «зонтика», а обрабатываемый буровой раствор не перегружет не перегружет означает недостаточное давление подачи, износ или закупоривание гидроциклона. Некоторые типы гидроциклонов позволяют регулировать диаметр нижнего отверстия, чтобы добиться нужной формы. Если при достаточном давлении подачи этого сделать невозможно, это обычно означает, что производительность гида условий эксплуатации слишком низкая.

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 способн50 галлонов/мин (1893 л/ мин) каждый. Пескоотделители большого диаметра имеют преимущество — высокую пропускную способность (производительноскть) диапазон удаляемых частиц, mai i te 45 ki te 74 meneti. Чтобы добиться оптимальных результатов, необходимо подавать буровой раствор в гидроциклон под достаточным давленим.

Илоотделители

Для максимальной эффективности работы и предотвращения перегрузки илоотделителя перед подачей на него булвоть обработан пескоотделителем. Обычно в качестве илоотделителей используются гидроциклоны диаметром 4 дюйма (101,6 мм). Блок илоотделителей может состоять из 12 и более 4-дюймовых (101,6 мм) гидроциклонов, каждый из коситок пропускную способность 75 галлонов/мин (284 л/мин). Объемная производительность пескоотделителей и илоотделителей должна на 25–50% превышать расход при циркуляци. При бурении скважин большого диаметра с высоким расходом во время циркуляции необходима установка гольчисла гидроциклонов. Обычно гидроциклоны-илоотделители обрабатывают достаточно большой объем жидкости и имеют узкий фракизион удаляемых частиц (см. Рис. 8). При условии хорошо продуманного проектирования и правильной эксплуатации, у 4-дюймовых (101,6 мм) гидроцкиктор частиц (D₅₀) составляет 15–35 микрон, а точка отсечки (D₉₀) может доходить до 40 микрон. Так как по размерам частиц барит находится в той же категории что и ил, барит будет удаляться из раствора при толбрали потолели. Поэтому илоотделители редко используются для очистки утяжеленных растворов с плотностью более 12,5 гал/5г/). Пескоотделители и илоотделители главным образом используются при бурении кондукторов и направлений на неутожехрален плотностью.

Ситогидгоциклонные установки

Ситогидроциклонная установка (СГУ) для тонкой очистки бурового раствора — это по существу илоотделитель, смонтиброд. Установка состоит из 12 и более 4-дюймовых (101,6 мм) гидроциклонов, установленных над мощным вибромсито вибромсито 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 имейлко размелот яма. Буровой раствор и твердые частицы, проходящие через сетки вибросита (размер удаляемых частиц завистит от размарски) используются повторно. Более крупные частицы, не прошедшие сквозь сетки, сбрасываются.

В соответствии со стандартами API, размер 97% частиц барита составляет менее 74 микрон. Поэтому большая часть барита, удаленного гидроциклонами, свободно проходит через сетку осушающего осушающего виброго поступает обратно в систему. По сути, ситогидроциклонная установка удаляет песок из утяжеленного раствора и служит вспомогательныво песок вибросит. Размер ячеек сеток СГУ может находиться в пределах от 120 ki te 325 меш. Для обеспечения эффективности работы СГУ размер ячеек сеток установки должен быть меньше, чемы у сетвок.

Хотя основное назначение ситогидроциклонной установки — удаление шлама и извлечение барита, сохранение дощакостост (синтетических материалов, масел, насыщенной соли, KCl и т.д.) наряду с сохранением барита снижает стоимосроть браростор. 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 цеонтроб вызывать истирание частиц и уменьшение их размеров. В этом случае даже при правильной эксплуатации сеток установки с размером ячеек 200 меш и менее и обрабсот раствора, применение СГУ не дает дополнительных преимуществ.