Мокрая классификация — это сепарация твердых частиц по массе (размеру и плотности) частиц методами, отличными от вибрационного 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 одинаковый уде льный вес.
2. Твердая фаза высокой плотности осаждается быстрее, чем твердая фаза малой плотности, даже если они имею т одинаковый 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 илист раствора не влияет на качество сепарации.
b) и наоборот, недостаточное разбавление раствора не позволит качественно очистить раствор от твердой фазы.

Устройства мокрой классификации, наиболее часто используемые для очистки бурового раствора от твердых частиц, — это гидроциклоны i центрифуги. Как было сказано ранее, принцип действия гидроциклонов и центрифуг основан на законе Стокса в отношении пл отности, вязкости i силы G. Увеличение скорости осаждения i пропускной способности достигается в этих благодаря увеличению силы G, действующей на частицы. Действующая на частицу сила G прямо пропорциональна (диаметр кругового движения) х (квадрат частоты вращения [об/min]) х (массе частицы).

 

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

Nie, Рис. 6 изображен гидроциклон. Это устройство не имеет движущихся частей. Жидкость, перекачиваемая центробежным насосом, поступает в гидроциклон по внешней касательной воронкообра зного конуса. Форма конуса придает жидкости вихревое движение, увеличивающее силу G. Это позволяет осуществлять сепарацию более тяжелых частиц при высокой производительности. Твердые тяжелые частицы выходят через нижнее отверстие, тогда как большая часть жидкости поднимается в конусную воронку, расположенную в верхней части устройства. Несмотря на некоторую трудность в достижении четко выраженной точки отсечки определенной фракции частиц, гидр оциклон — простое, надежное i экономичное устройство с высокой пропускной способностью.

Обычно на нефтепромыслах используются центрифуги декантирующего типа. Это высокоскоростные центрифуги, сила G которых достигает от 600 до 800. Благодаря своей конструкции и способности развивать силу перегрузки G более 500 такие центрифуги могут обеспечить относительно четкую точку отсечки определенной фракции твердых частиц. Один из недостатков большинства декантирующих центрифуг — достаточно низкая пропускная способность (менее 40 галлонов/min [<151,4 л/ min]), так как одной центрифугой обрабатывается лишь небольшой объем циркулирующе го раствора.

Из иллюстрации на Рис. 2 (предыдущий раздел «Wibracja«) 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- или илоотделителем ра створ все еще будет содержать большое количество этого ценного материала. Пескоотделители должны иметь среднюю точку отсечки (в зависимости от характеристик гидроциклона) в диапазоне от 45 do 74 mikronów, а илоотделители — od 15 do 35 mikronów. Так как средний диаметр частиц барита находится как раз в диапазоне od 15 do 30 mikronów, большая барита будет выходить вместе с илом или песком.

Поэтому для эфективной сепарации барита применяются специальные центрифуги для извлечения барита и микрогидроциклоны (гидроциклоны малого диаметра, работающие под высоким давлением), рассчитанные на удаление ча od 7 do 9 mikronów (D50). Однако если оборудование по извлечению барита не работает совместно с другими правильно подобранными и хорошо налаженными устройствами системы очистки, некоторая часть ила и песка может поступать обратно в активную систему.

Nie, Рис. 6 представлен поперечный разрез гидроциклона (или центробежного сепаратора «циклонного» типа).
Высокопроизводительный центробежный насос подает буровой раствор через отверстие на широком конце воронкоо бразного гидроциклона. При достаточном напоре (давлении) создается вихревой поток, по форме напоминающий водяную воронку, торнадо и li циклон. Вихревым потоком влажные i тяжелые частицы выталкиваются из гидроциклона через нижнее отверстие, а очи щенная жидкость поступает в верхнюю часть гидроциклона. Таким образом, принцип действия всех гидроциклонов (илоотделителей, глиноотделителей и пескоотделителей) i to ć. Зависимость напора от давления имеет следующий vid: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 данн ые заводаизготовителя). Так как плотность раствора входит в приведенное выше уравнение, давление для создания указанного напора может еняться 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 i точка отсечки станет больш е, чем нужно. Например, если напор равен 45 футам (13,7 м) вместо желаемых 75 футов (22,9 м), гидроциклон диаметра 4 дюйма (101,6 м м) будет иметь пропускную способность 40 галлонов/min (151,4 л/min) вместо 50 галлонов/min (189,3 л/min), а точка отсечки — 55 микрон вместо 15. Чрезмерный напор также отрицательно ска зывается на качестве очистки: в этом случае большая часть твердых частиц будет поступать обратно в систему.

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 частицам и, движущимися вместе с потоком более медленно, поступают в вихреуловитель. Так как гидроциклон предназначен для удаления только твердых частиц, сохраняя в то же время большую ч асть 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-вихреу ловителю и выходя по ней из гидроциклона.

Nie, Рис. 7 изображены различные способы применения гидроциклона. При исполззовании гидроциклонов в качестве песко-и илотдел zaszpią ео отверстиula, отбраковывается, A поступающая из верхнего отверстия жидкость возвращаетсянню сю. ForSлидроциклон применяra в качестве баритот więc верстия нараваавunkcyjnej оNAтно в систе rep на утилизацию.

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 от 4 do 6 дюймов (от 101,6 do 152,4 мм), обычно ставят 12 i более 4-дюймовых (101,6 мм) гидроциклонов. В глиноотделителях и микроциклонах используют 2-дюймовые (50,8 мм) гидроциклоны; число 2-юйовых (50,8 м) гидроциклонов оind дохит до 20. производиokój ки оного и того же оind раствора тре'aone болше гидроциклонов малого диаметра. Пример, иллюстрирующий эффективность работы типовых 3-, 4- i 6-дюймовых (76,2, 101,6 i 152,4 мм) гидроцикл onov по точкам 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 наход иться область разряжения. И наоборот, выходной поток «струйного типа» без области разряжения говорит о плохом качестве работы гидро циклона, т.к. точка очистки и наклон увеличиваются (см. Рис. 8 i 9). Однако при бурении скважин большого диаметра при высокой скорости проходки гидроциклон может оказаться п ерегруженным, о чем будет свидетельствовать «струйный» тип потока выходящей жидкости. С этим inогда можно мириться, поскольку остановка гидроциклона не будет лучшим решением. Если поток на выходе гидроциклона начинает терять форму «зонтика», а обрабатываемый буровой раствор не пере гружен твердой фазой, это означает недостаточное давление подачи, износ или закупоривание гидроциклона. Некоторые типы гидроциклонов позволяют регулировать диаметр нижнего отверстия, чтобы добиться нужной формы струи. Если при достаточном давлении подачи этого сделать невозможно, это обычно означает, что производительно сть гидроциклона для данных 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) i более дюймов. Часто в качестве пескоотделителей применяют два 12-дюймовых (304,8 мм) гидроциклона с пропускной способност ью 500 галлонов/min (1893 л/min) каждый. Пескоотделители большого диаметра имеют преимущество — высокую пропускную способность (производительность) недостаток — широкий диапазон удаляемых частиц, od 45 do 74 mikronów. Чтобы добиться оптимальных результатов, необходимо подавать буровой раствор в гидроциклон под достаточн ым давлением.

Илоотделители

Для максимальной эффективности работы i предотвращения перегрузки илоотделителя перед подачей на него б уровой раствор должен быть 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 которых ра ссчитан на пропускную способность 75 галлонов/min (284 л/min). Объемная производительность пескоотделителей и илоотделителей должна на 25–50% превышать расход при цирку lubić. При бурении скважин большого диаметра с высоким расходом во время циркуляции необходима установка большего числа гидроциклонов. Обычно гидроциклоны-илоотделители обрабатывают достаточно большой объем жидкости i имеют узкий фракцио нный диапазон удаляемых частиц (см. Рис. 8). При условии хорошо продуманного проектирования и правильной эксплуатации, у 4-дюймовых (101,6 мм) гидроци клонов точка отсечки частиц (D₅₀) составляет 15–35 mikronów, а точка отсечки (D₉₀) может доходить до 40 микрон. Так как по размерам частиц барит находится в той же категории что ил, барит будет удаляться из раствора при обработке илоотделителем. Поэтому илоотделители редко используются для очистки утяжеленных растворов с плотностью более 12,5 фунта/га ллон (1,5 кг/л). Пескоотделители i илоотделители главным образом используются при бурении кондукторов i направлений на неутяж еленных растворах с низкой плотностью.

Ситогидгоциклонные установки

Ситогидроциклонная установка (СГУ) для тонкой очистки бурового раствора — это по существу илоотделитель, смонтиров annый над виброситом. Установка состоит из 12 i более 4-дюймовых (101,6 мм) гидроциклонов, установленных над мощным виброситом с очен ь 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 я чейки малого размера. Буровой раствор и твердые частицы, проходящие через сетки вибросита (размер удаляемых частиц зависит от разм ера сеток в меш), используются повторно. Более крупные частицы, не прошедшие сквозь сетки, сбрасываются.

В соответствии со стандартами API, размер 97% частиц барита составляет менее 74 mikronów. Поэтому большая часть барита, удаленного гидроциклонами, свободно проходит через сетку осушающего виб росита, после чего поступает обратно в систему. По сути, ситогидроциклонная установка удаляет песок из утяжеленного раствора и служит вспомогательным устройство м для устьевых вибросит. Размер ячеек сеток СГУ может находиться в пределах от 120 do 325 меш. Для обеспечения эффективности работы СГУ размер ячеек сеток установки должен быть меньше, чем у сеток устьевых вибросит.

Хотя основное назначение ситогидроциubli фазы (синтетических материаboR, масел, насыщенной соли, kcl и т.д) о. 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 центр обежного 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 и обработке в сего объема раствора, применение СГУ не дает дополнительных преимуществ.