Основные теоретические положения. Гидроциклоны - аппараты второй (ситoгидроциклонные сепараторы) и третьей (илоотделители) ступеней очистки промывочной жидкости

Гидроциклоны - аппараты второй (ситoгидроциклонные сепараторы) и третьей (илоотделители) ступеней очистки промывочной жидкости, предварительно очищенной на вибрационном сите.

Гидроциклоны несложны по конструкции, компактны, облада­ют высокой производительностью, дешевы в изготовлении и просты в эксплуатации.

В нефтяной промышленности гидроциклоны применяются при следующих видах работ и операциях:

1. Очистка нефти от минеральных механических примесей.

2. Очистка промывочной жидкости от песка при промывке песчаных пробок.

3. Отмывка песка от нефти.

4. Очистка пластовых вод от песка.

5. Разделение двух несмешивающихся жидкостей типа вода-нефть.

Очистка промывочной жидкости от выбуренной породы при бурении нефтяных и газовых скважин.

В основу гидроциклонового разделения твердых частиц и жидкости заложен принцип использования центробежных сил, возникающих в аппарате при прокачке через него жидкости.

Поток жидкости, содержащей частички твердых тел, под некоторым напором вводится по касательной через патрубок 2 нагнетательной линии и насадку 3 в верхнюю цилиндрическую часть конического сосуда 1 (диффузора). Струя жидкости, двигаясь по внутренней стенке диффузора, при­обретает вращательное движение (рис. 12).

Под действием центробежных сил более крупные и тяжелые частички породы отбрасываются к стенкам конической части гидроцилиндра и в результате винтообразного движения внешнего потока сползают (сбрасывают­ся) в нижнюю коническую часть аппарата к насадке 4 выпуска шлама. Здесь в первый момент работы аппарата происходит накопление некоторой части шлама до образования так называемой «постели»,

Рис. 12. Схема гидроциклона.

играющей роль гидравли­ческого затвора на выкиде. После образования «постели» вновь поступаю­щее количество шлама сбрасывается через насадку 4. Более мелкие частич­ки и большая часть жидкости движутся во внутреннем спиральном потоке, направленном снизу вверх, к сливному патрубку 5 и по сливному шлангу сбрасывается в емкость циркуляционной системы буровой установки.

При бурении нефтяных и газовых скважин промывочная жидкость обо­гащается песком и мелкими частицами выбуренной породы. Содержание их достигает 5-7%, а иногда и больше, в то время как не должно npевышать 0,5%.

Гидроциклонный способ очистки промывочной жидкости обладает вы­сокой эффективностью и привлекает экономичностью по результатам иссле­дований последнего времени: на 50% - 90% снижается расход запасных частей буровых насосов; уменьшается износ бурильных труб, на 50% уменьшаетя объем отстойных амбаров, на 30-90% снижается расход глины, химических реагентов; в то же время значительно возрастает механическая скорость проходки на долото, уменьшается возможность прихвата бурильного инструмента, обсадных колонн и хвостовиков; снижается расход запасных частей забойных двигателей,

Буровые растворы, поступающие на вторую ступень очистки, содержат твердые частицы песка (0,16-0,07 мм) и ила (менее 0,07 мм).

Для удаления из раствора песка размером частиц более 0,07 мм применяют гидроциклоны (пескоотделители) диаметром 150-300 мм, которые компонуют по количеству в блоке - 1 шт.; 4шт. или 6 шт.

Для выделения из раствора ила размером частиц менее 0,07 мм примеияют гидроциклоны (илоотделители) диаметром 75-100 мм, которые ком­понуют блоком по 12-16 штук с общим вводом бурового раствора.

Степень очистки и производительности гидроцикцона зависит от напора и подачи подающего (питающего) насоса, вязкости и плотности промывочной жидкости, концентрации твердых частиц в суспензии, формы и размера частиц, размеров отверстия песковой насадки, диаметра гидроциклона и сливного патрубка. С увеличением диаметра гидроциклона производительность его возрастает, а степень очистки снижается. Уменьшение сечения патрубка нагнетательной линии и ее насадки увеличивает угловую скорость потока и улучшает качество очистки, но ускоряет износ гидроциклонной установки и повышает расход энергии вследствие возрас­тания напора питающего насоса. Уменьшение диаметра сливного патрубка ухудшает качество очистки, но при этом снижаются потери промывочной жидкости с отделяемым шламом.

В зависимости от количества шлама и размера его частиц режим работы гидроциклона можно регулировать изменением диаметров песковой и питающей насадок, поэтому каждая батарея гидроциклонов должна быть обеспечена комплектом сменных насадок.

Из применяемых в последнее время гндроциклонных аппаратов следует отметить ситогидроциклонную установку 4СГУ -2, пескоотделитель гидроциклонный lПГк и илоотделитель ИГ -45.

4СГУ-2 это вибрационное сито и пескоотделитепь lПГк, смонтированные в единый блок.