Блок очистки бурового раствора – это комплекс механизмов и машин в составе циркуляционной системы буровой установки. В традиционном бурении обязательной является трехступенчатая технология очистки. Первичное просеивание или грубая очистка бурового раствора производится на вибросите. Вибросито высеивает из раствора частицы шлама размером 75 мкм и более.
Подробнее про вибросито можно почитать в статье «Вибросито».
После грубой очистки буровой раствор из емкости вибросита центробежным насосом подается в батарею гидроциклонов.
Гидроциклон – это устройство для отделения частиц твердой фазы от суспензии.
Суспензии разделяют на фазы просеиванием или фильтрацией. В гидроциклоне сепарация суспензии происходит под действием приложенной к ней центробежной силы.
Пройдя первичную очистку на вибросите, буровой раствор с большой скоростью (до 20 м/сек) через сужающийся боковой патрубок подается в цилиндрическую часть гидроциклона. Так как канал патрубка расположен в касательной плоскости к цилиндру, струя раствора приобретает в цилиндре вращательное движение. При этом раствор под действием центробежной силы прижимается к стенкам цилиндроконического барабана. Тяжелые частицы шлама образуют слой осадка на стенках, который двигаясь по спирали сползает вниз под собственным весом.
Спустившись вниз к сбросной насадке, шлам, продолжая вращаться, вместе с небольшой частью раствора выбрасывается в пульпоприемник.
Внешний (пристеночный) нисходящий поток с тяжелыми фракциями шлама при скоростном вращении захватывает из объема барабана часть воздуха и увлекает его с собой. Из-за этого в срединной части аппарата создается разрежение. Воздух засасывается в зону разрежения через сбросную насадку и поднимаясь вверх образует центральный воздушный столб. Вокруг воздушного столба формируется восходящий поток раствора с мелкими фракциями шлама, который выносится через сливную насадку. Так происходит сепарация раствора на гидроциклоне.
Гидроциклонные шламоотделители условно подразделяют на пескоотделители и илоотделители. Пескоотделители имеют диаметры от 150 до 400 мм, а илоотделители – 100 мм и менее. При одинаковой линейной скорости подачи раствора центробежная сила в потоке обратно пропорциональна радиусу вращения. Поэтому илоотделители за счет большей центробежной силы способны отделять более мелкие частицы раствора.
Давление на входе в пескоотделители должно быть не менее 0,24 МПа, а в илоотделители – не менее 0,3 МПа.
При меньшем давлении резко снижается очистная способность аппаратов и возрастают потери раствора. При давлении более 0,35 МПа увеличивается расход раствора, из-за чего ухудшается очистка и ускоряется абразивный износ барабанов.
Песко- и илоотделители способны выделять из раствора частицы до 15 мкм.
Для гарантированной обработки всего раствора производительность пескоотделителей должна превышать максимальную подачу буровых насосов на 25 %, а илоотделителей – на 50%. Поэтому их объединяют в батареи.
Гидроциклоны обычно не применяют для очистки утяжеленных буровых составов, так как утяжелитель может сбрасываться вместе со шламом, что ведет к его значительным потерям.
Также в очистных системах применяются комбинированные аппараты. Ситогидроциклонный сепаратор (СГС) представляет собой установку, состоящую из смонтированных над виброситом гидроциклонных шламоотделителей – пескоотделителя и илоотделителя, которые сбрасывают пульпу на вибрирующую сетку. Вибросито оснащается сетками с минимально возможными ячейками (40-50 мкм). СГС удаляет излишки раствора из пульпы после гидроциклонных шламоотделителей перед сбросом пульпы в отвал, уменьшая потери раствора. Просеянный через сетку раствор возвращается в систему циркуляции и может направляться на доочистку в центрифуге.
Кроме бурения гидроциклонные сепараторы используются и в горнорудной промышленности, строительстве, химической и пищевой индустрии.
Еще о механизмах блока очистки бурового раствора читаем следующую статью: «Центрифуга».