Бесперебойная работа фрезерно-струйной мельницы может быть обеспечена только при наличии механизированной загруз­ ки исходных материалов.

К преимуществам ФСМ относятся: высокая производитель­ ность как по комовым глинам, так и по глинопорошку; про­ стота конструкции и небольшие габариты; высокая экономич­ ность.

Недостатками являются: низкое качество раствора, так как он содержит много нераспустившихся частиц глины относительно высокая приводная мощность, исключающая применение ФСМ в отдаленных партиях с ограниченными энергетическими ре­ сурсами.

Первый недостаток устраняется многократной циркуляцией раствора по схеме ФСМ — емкость — насос — ФСМ. При при­ готовлении глинистого раствора по такой схеме производи­ тельность ФСМ остается более высокой, чем у лопастных гли­ номешалок.

Ш а р о в ы е г л и н о м е ш а л к и в ы п у с к а л и несколь­ ко последних лет. В качестве истирающих элементов в них применялись металлические шары. Барабан таких глиномеша­ лок вращается, что приводит к перекатыванию шаров и истира­ нию твердой фазы. При более сложной конструкции произво­ дительность шаровых глиномешалок остается низкой, что и обусловило их снятие с производства.

Невысокая производительность лопастных и шаровых глино­ мешалок и высокая энергоемкость ФСМ вынуждают искать бо­ лее приемлемые конструкции устройства, которые бы в большей мере учитывали конкретные условия работ. Так, имеются гли­ номешалки вихревого типа (в которых перемешивание осуще­ ствляется по принципу, заложенному в стиральной машине), комбинированного типа (в которых совмещены процесс предва­ рительной пластической деформации и измельчения глины и перемешивание ее с жидкостью) и др.

Гидравлическое приготовление глинистых растворов

В разведочном бурении подчиненное значение имеет гидрав­ лический способ приготовления' глинистых растворов, при ко­ тором для разрушения части твердой фазы используется толь­ ко кинетическая энергия струи. Устройства для гидравличес­ кого способа приготовления глинистых растворов получили на­ звание гидравлических смесителей или гидромешалок. Разли­

чают гидромониторные и эжекторные гидросмесители.
Г и д р о м о н и т о р н ы е г л и н о м е ш а л к и				ГСТ,	ГВФТ,
Папировского, Резниченко и другие используют				при	бурении
глубоких скважин. Производительность			таких	гидромешалок
40— 120 м3/ч, давление	жидкости	перед	насадками гидромони­
торов 4— 10 МПа. Для	условий	разведочного колонкового бу-

Рис. 43. Гидромониторный смеситель ГСТ

рения	наиболее приемлем гидромониторный смеситель ГСТ
(рис.	43).

Смеситель состоит из резервуара 2 и загрузочного трапа 1, по которому бульдозером подаются в резервуар исходные ма­ териалы. Резервуар разделен перегородкой на два сообщаю­ щихся отсека А и Б. В отсек А встроены шесть мониторов, на­ правленных под углом к оси резервуара. Такое расположение гидромониторов обеспечивает создание в отсеке А мощного по­ тока, интенсивно размывающего глину.

В отсек Б встроены три гидромонитора. Образовавшаяся в отсеке А суспензия движется в отсек Б у который разделен пе­ регородками на четыре полости. Проходя между перегородка­ ми, жидкость теряет нераспустившиеся комки глины, которые под действием трех гидромониторов возвращаются в отсек А. Освобожденная от комков суспензия поступает в барабанный фильтр 3, а оттуда через сливную трубу в приемный или запас­ ной резервуар. Смеситель очищается через люк 4.

За один цикл нельзя получить высококачественный глинис­ тый раствор, поэтому в процессе приготовления суспензия нес­ колько раз циркулирует по замкнутому циклу буровой насос—

смеситель — запасной резервуар — буровой				насос	до	полной
диспергации твердой фазы.
Производительность гидромониторного				смесителя		ГСТ
40 м3/ч,	объем	резервуара	14 м3., рабочее давление при			работе
одного	насоса	4—5 МПа,	двух насосов 7,5—9,5		МПа,	масса

•8390 кг.

Г и д р а в л и ч е с к и е м е ш а л к и э ж е к т о р н о г о ти - п а (гидроворонки) используются для приготовления раствора из глинопорошка. Это — устройство непрерывного действия, на­

иболее распространена гидравлическая мешалка ГДМ-1		(рис.
44). Она состоит из воронки 2 для загрузки	глинопорошков,
сопла 1, камеры смешения 3 и бака 5, смонтированных на		об­
щей раме 6.
К соплу 1 под давлением подводится вода;	при истечении ее
в камере смешения образуется вакуум, благодаря чему		туда

засасывается порошок из воронки 2. Образовавшаяся пульпа поступает в бак и ударяется о специальный башмак, что спо­ собствует измельчению комочков глины и более интенсивному

их перемешиванию с водой. Готовый глинистый раствор слива­ ется через выходную трубу 4 в верхней части бака. Поднима­ ясь вверх, раствор теряет скорость, и из него выпадают на дно нераспуставшиеся комочки глины.

Имея относительно небольшие массу и габариты, гидрово­ ронки отличаются высокой производительностью. Так, произ­ водительность гидравлической мешалки ГДМ-1 составляет по готовому раствору 70—90 м3/ч при объеме воронки 0,175 м3 и объеме бака 1 м3. Масса гидроворонки 1120 кг.

Следует отметить, что качество глинистого раствора, приго­ товленного в гидроворонках, довольно низкое. Несмотря на тонкий помол, частицы глинопорошка в процессе перемешива­ ния с водой должны пройти дальнейшее диспергирование. Од­ нако такое диспергирование происходит недостаточно интен­ сивно. За счет броуновского движения происходит частичная диспергация глины, но качество раствора остается хуже, чем при приготовлении в лопастных глиномешалках.

Качество раствора может быть существенно улучшено его многократным пропуском через гидроворонку без добавления твердой фазы.

Необходимое количество глины (в кг/м3) при прерывном приготовлении раствора заданной плотности можно определить по формуле

^ = Рг(Рр— Рв)/(Рг— Рв).

где рр, рв, рг — плотности соответственно глинистого раствора, воды, глины, кг/м3.

В формуле не учитывается влажность глины.

В глиномешалках непрерывного действия расход глины в процессе приготовления раствора регулируется приближенно, исходя из опыта исполнителя. Поэтому получить глинистый ра­ створ заданной плотности трудно. Там, где необходима строго заданная плотность, приготовление раствора ведут по замкну­ тому на определенную емкость циклу и общее требуемое коли­ чество глины вычисляют по приведенной выше формуле.

Наибольшую точность получения заданной плотности обес­ печивает способ приготовления в лопастных глиномешалках, наименьшую — в ФСМ при работе по незамкнутому циклу.

§ 2. СПОСОБЫ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ДИСПЕРГАЦИИ ГЛИНИСТЫХ РАСТВОРОВ

Приготовление глинистых растворов в рассмотренных вы­ ше устройствах не обеспечивает полной диспергации твердой фазы. Увеличение времени перемешивания оказывается неэф­ фективным, так как при этом резко падает производительность глиномешалок. Поэтому при необходимости глинистые раство­ ры подвергают дополнительной обработке, пропуская их через специальные устройства — диспергаторы (иногда их называют такж е активаторами, дезинтеграторами). Методы диспергирова­ ния делятся на гидродинамические и механико-гидравлические.

Г и д р о д и н а м и ч е с к о е в о з д е й с т в и е обусловлено комплексом эффектов, из которых в качестве основных можно отметить энергию пульсирующих давлений в жидкости, взаимо­ действие ударных волн, гидравлический перетир слоев промы­ вочной жидкости с твердой фазой, соударение частичек твер­ дой фазы. Основной фактор измельчения частиц при гидродина­ мическом воздействии — кавитационный эффект, возникающий в поле переменного давления потока жидкости. Гидродинамичес­ кое воздействие реализуется гидравлическим, гидроакустичес­ ким и электрогидравлическим методами.

М е х а н и к о - г и д р а в л и ч е с к и е м е т о д ы воздействия осуществляются за счет энергии движущихся элементов меха­ нических устройств. Такие элементы могут быть либо свободнодвижущимися телами, либо жесткозакрепленными.

В настоящее время разработаны и применяются диспергато­ ры различных конструкций. Примером гидравлического диспер­ гатора является разработанное во ВНИИКрнефти устройство, принцип действия которого основан на соударении двух струй

жидкости, направленных навстречу друг другу	(рис. 45).
С т р у й н ы й д и с п е р г а т о р (рис. 45)	состоит из кор­

пуса 8, в который вмонтированы два патрубка 4 с насадками 6, удерживающимися заглушками 7. Гайками 5 патрубки кре­ пятся к корпусу. Глинистый раствор подается через тройник 1, быстроразъемные соединения 2, по изогнутым трубкам 3 к на­ садкам 5. В корпусе происходит встреча потоков, обработан­ ный раствор отводится по патрубку 9. У выходной кромки

Рис. 46. Вихревой диспергатор ИГВ-2

вследствие понижения давления образуются газовые пузырьки, которые, захлопываясь в зоне встречи струй, создают скачки давления, достигающие десятков и сотен МПа.

Г и д р о д и н а м и ч е с к и й ш а р о в о й д и с п е р г а т о р представляет собой патрубок, заполненный стальными шарами, которые фиксируются с обеих сторон решетками. Он прост по устройству. Решетки удерживаются крышками с быстросъем­ ными соединениями. Буровой раствор, проходя через толщу шаров, разделяется на ряд потоков, каждый из которых харак­ теризуется множеством последовательных чередований зон по­ вышения и понижения давления. Диспергация происходит за счет соударений частиц твердой фазы с шарами, а такж е вслед­ ствие кавитации.

В и х р е в ой д и с п е р	г а т о р ИГВ-2 (рис. 46) представ­
ляет собой ультразвуковой	излучатель. Устройство состоит из

корпуса 6, в который с помощью стакана 4 вмонтирована улит­

ка 2 с многоходовой винтовой					канавкой		и осевым			соплом	1.
Раствор под давлением поступает одновременно									через осевое
сопло и по канавкам улитки, попадая в вихревую									камеру		3.
Закручиваясь в ней, струи				жидкости		образуют		вихревой слой,
в котором генерируется			мощное		акустическое			поле,		усиливае­
мое	диафрагмой 5.	При	встрече		осевого		потока		и	вихревого
слоя	за счет кинетической			энергии		встречных			затопленных
струй формируется кавитационный эффект.
М е х а н и з м		э л е к т р о г и д р а в л и ч е с к о г о								д и с ­
п е р г и р о в а н и я		основан		на разрушающем действии первич­

ных и вторичных ударных волн, взаимодействии высокоскорост­ ных потоков, несущих частицы кавитации, при схлопывании

9П

Рис. 47.	Принципиальная	схема
электроразрядной установки

/ ----------------	;— — "1
V-	J

Рис. 48. Дисковый измельчитель

послезарядной полости. При электрогидравлическом дисперги­ ровании на глинистую частицу действует целая гамма факто­ ров, приводящих не только к физическим, но и химическим воз­ действиям.

Основная электрическая схема для получения электрогидравлического эффекта приведена на рис. 47. При возрастании напряжения на конденсаторе С при его заряде до определенно­ го значения воздух между сферами формирующего промежут­ ка ФП ионизируется и закорачивает разрядный контур. Элект­ рический пробой формирующего промежутка сопровождается электрическим пробоем рабочего промежутка РП , на котором выделяется основное количество энергии, запасенной конден­ сатором. Работа конденсаторной батареи в режиме заряд*— воздух характеризуется тем, что время накопления энергии зна­ чительно больше времени ее выделения. Это дает возможность получать значительные мгновенные мощности разряда (при мощности источника питания 1 кВт — до 1000 кВт).

Процесс высоковольтного разряда в жидкости ^сопровожда­ ется формированием канала сквозной проводимости с образо­ ванием парогазовой полости высокого давления и ударной волны. Внутренняя энергия полости и кинетическая энергия жидкости обусловливают радиальные колебания пузырька с на­ рушением сплошности жидкости и развитием кавитационных явлений.

Электрогидравлический эффект перспективен не только для диспергирования глинистых минералов, но и для получения промывочных жидкостей с новыми технологическими свойства­ ми (например, путем механохимического присоединения к по­ верхности глинистых частиц органических соединений). Конст­

руктивное исполнение электрогидравлического диспергатора включает в себя энергоблок и технологический узел и пока сложно и громоздко.

Устройства, реализующие механо-гидравлические методы воздействия, представляют собой в основном аппараты с жест­ ко закрепленными мелющими элементами. Сюда относятся диспергаторы, в которых разрушающие усилия развиваются в результате турбулентности движения потоков, ударных и исти­ рающих действий. Наиболее компактные устройства из группы диспергаторов с жестко закрепленными рабочими органами —

дисковые машины, измельчитель которых значительно		меньше
габаритов электродвигателя.
Д и с к о в ы й и з м е л ь ч и т е л ь	(рис. 48) состоит	из кор­
пуса 1 с подающим 2 и сливным 3	патрубками. В корпусе		1
смонтированы верхний неподвижный	диск 4 и нижний	диск	5,

соединенный непосредственно с валом вертикально установ­ ленного электродвигателя 6. Глинистый раствор, поступая по патрубку 2 в зазоры между дисками и корпусом, приобретает вращательное движение, при котором частицы твердой фазы интенсивно истираются.

Для каждого диспергатора существует определенная дли­ тельность процесса, увеличение которой уже не приводит к дальнейшему диспергированию твердых частиц. Наоборот, уве­ личение времени воздействия на глинистые растворы, особенно при ультразвуковой обработке, вызывает обратный процесс, т. е. агрегирование частиц дисперсной фазы. Оптимальное вре­ мя обработки зависит от типа глины и колеблется от 8,5 мин для монтмориллонита до 4,5 мин для каолина.

Диспергаторы можно устанавливать в нагнетательной ли­ нии циркуляционной системы скважин; на буровой установке в качестве самостоятельного аппарата с индивидуальным при­ водом или приводом от бурового насоса; входить в качестве узла в состав комбинированных установок для приготовления глинистых растворов (например, в агрегате АПР-1 совместно с гидромониторным смесителем).

Все рассмотренные устройства могут использоваться и лля приготовления прочих промывочных жидкостей.

§ 3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ АЭРИРОВАННЫХ ГЛИНИСТЫХ РАСТВОРОВ

Существует три способа аэрации глинистых растворов: ме­ ханический (компрессорный); бескомпрессорный с использова­

нием ПАВ	и устройств эжекторного типа;	комбинированный.
П р и	к о м п р е с с о р н о м с п о с о б е	в нагнетательную

линию вводят сжатый воздух от компрессора через специаль­ ные устройства, которые, с одной стороны, способствуют барботированию воздуха в промывочную жидкость, а с другой—- предотвращают попадание раствора в ресивер компрессора при

резком повышении гидравлических сопротивлений в колонне бурильных труб.

В практике разведочного бурения для получения аэрирован* ных растворов используются передвижные компрессоры, разви­ вающие, как правило, небольшое давление. Применение комп­ рессорного способа аэрации ограничивается глубиной скважин, на которой потери напора при циркуляции промывочной жид­ кости не превышают давления, развиваемого компрессором.

Основные недостатки компрессорного способа аэрации: не­ обходимость в компрессорном хозяйстве; высокая стоимость приготовления 1 м3 промывочной жидкости; повышенная кор­ розия бурильных труб и оборудования.

П р и б е с к о м п р е с с о р н о м п р и г о т о в л е н и и а э ­ рированные глинистые растворы могут быть получены или не­ посредственно в нагнетательной линии в процессе бурения или

промывки скважины, или	путем	предварительной аэрации.
Предварительная аэрация	глинистого раствора осуществляется
в перемешивающих устройствах		горизонтального типа или с

помощью бурового насоса. В нервом случае емкость устройст­ ва заполняют глинистым раствором с таким расчетом, чтобы лопасти выступали не менее чем на 20—25 см, затем добавля­ ют пенообразователь и смесь в течение 10— 15 мин перемеши­ вается. Раствор аэрируется за счет захвата воздуха лопастями глиномешалки.

Аэрированный раствор с помощью бурового насоса приго­ товляют следующим образом. В отстойник, заполненный на 3Д раствором, заливают пенообразователь и вручную перемешива­ ют. Затем включают буровой насос, и через отводной шланг раствор сбрасывается в этот же отстойник.

При предварительном приготовлении аэрированных жидкос­ тей время перемешивания и их стабильная плотность зависят от вида и количества пенообразователя. Предварительная аэра­ ция проста в исполнении, не требует сйециальных технических

средств, однако при	этом не совсем надежно регулируется
плотность раствора	(воздухосодержание). Веском прессорная

аэрация глинистого раствора непосредственно в нагнетательной линии осуществляется с помощью специального смесителя эжекторного типа.

При бескомпрессорном способе невозможно получить высо­ кую степень аэрации. При предварительной аэрации это обус­ ловлено конструктивными особенностями буровых насосов, при использовании смесителей — ограниченными техническими воз­ можностями их принципиальной схемы. При компрессорном способе аэрации растворов с высокими структурно-механически­ ми свойствами ухудшение работы насосов также может быть фактором, ограничивающим степень аэрации.

Ухудшение работы насосов обусловлено наличием в них пространства, примыкающего к рабочему объему цилиндров. В цикле нагнетания происходит сначала сжатие воздушной ф а­

зы и лишь затем раствора, в цикле всасывания сначала рас­ ширяется воздушная фаза в объеме, примыкающем к цилиндру, и лишь при падении давления ниже атмосферного начнется про­ цесс всасывания. При определенном содержании воздуха пода­ ча насоса может вообще прекратиться.

Для улучшения условий работы буровых насосов при комп­ рессорной аэрации и использовании смесителей стремятся полу­ чить растворы с низкими реологическими параметрами, приме­ няя химическую обработку. Все же наиболее эффективен ком­ прессорный способ аэрации при использовании воды и других

ньютоновских промывочных жидкостей.
К о м б и н и р о в а н н ы й с п о с о б		п р и г о т о в л е н и я
аэрированных	глинистых растворов—разновидность компрес­
сорного. При	этом используются смесители	эжекторного типа

с принципиальной схемой, описанной выше. Сжатый воздух от компрессора подается в камеру смешения, что позволяет повы­ сить степень аэрации и использовать компрессоры при боль­ ших глубинах скважин. Известен также разработанный во ВНИИБТ способ аэрации бурового раствора путем последова­ тельного соединения буровых насосов с промежуточным вводом воздуха от компрессора с невысоким рабочим давлением.

§4. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ

ИЭМУЛЬСИОННЫХ РАСТВОРОВ

Некоторые полимеры трудно растворяются в воде, поэтому приготовление раствора из них сводится к постепенному умень­ шению их концентрации. Так, при использовании ПАА сначала исходный 8%-ный реагент разбавляют до 1%-ной концентра­ ции, а затем добавляют в боду до заданной концентрации. Для механизации процесса приготовления применяют различного рода устройства. На рис. 49 показана установка для приготов­ ления полимерных растворов ППР, разработанная ВИТРом.

Установка представляет собой бак 5, заключенный в водяную рубашку 4 с нагревательными элементами 2. В баке смон­ тировано лопастное устройство 3 с электродвигателем 7 для перемешивания компонентов. Дополнительное перемешивание осуществляется вихревым насосом 11 через систему трубопрово­ дов. Компоненты загружают через устройство 6, которым уп­ равляют с пульта Р, расположенного в шкафу 10. Для регули­ рования температуры, которая контролируется термометром 8, служит температурное реле 1.

На буровых установках полимерный раствор может быть приготовлен в процессе циркуляции промывочной жидкости. Для этого в горячей воде растворяют расчетное количество по­ лимера и тонкой струйкой выливают это в желобную систему на выходе раствора из скважины. Полностью полимер переме­ шивается в процессе многократной циркуляции.

Рис. 49. Установка для приготовления полимерных растворов ППР

Наряду с глиномешалками широко распространены ультра­ звуковые генераторы. Установка на базе ультразвукового гене­ ратора (рис. 50) отличается простотой, экономичностью, отно-

Рис. 50. Ультразвуковая установка для приготовления эмульсионных промы­ вочных жидкостей

сительно высокой производитель­
ностью.		Приготовление						эмуль­
сий на ней производится следую­
щим	образом.
В	бак	3	установки					(см. рис.
50), смонтированной на раме 1,
заливается вода (или другая ис­
ходная жидкость), а в маслобак
4 — концентрат-эмульгатор,										на­
пример		мылонафт.				Концентрат
подогревается с помощью тепло-
электронагревателя						7	до		50—
60 °С. Затем				включается				насос 2,
из бака 3 по				всасывающему тру­
бопроводу			8	в	насос		поступает
эмульгируемая					жидкость,				а	из
маслобака			по		маслопроводу					9—
концентрат.				Образующаяся смесь
подается		в		гидродинамический
излучатель 6, а получаемая эмуль­
сия из приемного бака 5 отводит­
ся в	емкость.				Затем			эмульсия
дозируется				в	соответствии					с
заданной				концентрацией						и
подачей			насоса			в		процессе
эмульгирования.
Принцип				работы			используе­				Рис. 51. Ультразвуковой генера-
мого	в установке ультразвуково­										тор

го генератора (рис. 51) заключа­ ется в следующем. Смесь исходной промывочной жидкости с

эмульгируемым составом нагнетается насосом под давлением 0,6—0,8 МПа и поступает в зазор между насадкой 2 и отраж а­ телем 4. Выходя из зазора веерообразной струей, жидкость ударяется о пластины 5, закрепленные в дисках 3 и 6. Упругие колебания, образующиеся в результате завихрений жидкости, усиливаются резонансными колебаниями пластин и передаются в окружающую среду. Изменяя величину зазора между насад­ кой и отражателем с помощью штурвала 7, можно получить разную толщину выходящей струи смеси и настроить излучатель на оптимальный режим работы. Излучатель помещается в корпу­ се 1 и соединяется с нагнетательной линией с помощью муфты

§ 5. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРИГОТОВЛЕНИИ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ И ИХ ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

Все работы по приготовлению промывочных жидкостей и их химической обработке должны проводиться в полном соответ­ ствии с правилами безопасности при геологоразведочных рабо­ тах. Особое внимание следует обратить на оборудование меха­

низмов для приготовления промывочных жидкостей надежными ограждениями, на соблюдение правил пуска механизмов после осмотра и текущего ремонта.

Во время работы мешалок запрещается проталкивать глину и другие материалы в люки ломами, лопатами и другими пред­ метами, снимать с люка крышку и брать пробу раствора через люк. Вращение лопартей и ротора должно быть перед пуском обязательно проверено, крышки люков и отводных патрубков не должны пропускать раствор. Насосы должны иметь предохра­ нительные клапаны.

Работать с реагентами, особенно щелочами и кислотами, не­ обходимо в специальной одежде, включающей резиновые пер­ чатки, очки или специальную маску с очками, респиратор, рези­ новые фартук и сапоги, с соблюдением правил безопасности при работе с кислотами и щелочами. Следует помнить, что попада­ ние кислот и щелочей на кожу вызывает опасные ожоги. По­ рошкообразные и жидкие в виде брызг и тумана кислоты и ще­ лочи раздражаю т дыхательные пути иногда до язв. При длитель­ ной работе с растворами щелочей и кислот без соблюдения правил техники безопасности наблюдаются воспалительные про­ цессы в виде покраснений и язв, кожа становится рыхлой. По­ падание щелочей и кислот в глаза может вызвать потерю зрения.

Кожу или одежду, на которые попала щелочь, следует неза­ медлительно промыть разбавленной кислотой (рекомендуется 10%-ный раствор уксусной кислоты). Запас такой кислоты дол­ жен обязательно быть на месте работ. Д ля промывки глаз в ап­ течке должен быть специальный стаканчик и марлевые салфет­ ки. Кожу или одежду очищать от кислоты следует 10%-ным раствором двууглекислой (чайной) соды.

Все работающие на приготовлении и химической обработке промывочных жидкостей должны пройти вводный инструктаж по технике безопасности, инструктаж на рабочем месте, а так­ же регулярно, в установленные сроки, проходить повторные ин­ структажи.

Глава IX

ОЧИСТКА ПРОМЫВОЧНЫХ Ж ИДКОСТЕЙ ОТ ВЫБУРЕННЫХ ПОРОД И ГАЗА

Своевременная и качественная очистка промывочных жидко­ стей от частичек выбуренных пород — важнейшее условие эф ­ фективности процесса бурения разведочных скважин. Накопле­ ние шлама в промывочном растворе, как уже отмечалось, су­ щественно ухудшает его качество: снижается глинизирующая способность раствора, что приводит к образованию толстой рых­ лой корки на стенках скважины и создает опасность обвалов*

Использование зашламованных растворов нередко способствует сальникообразованию и прихватам бурильной колонны, прежде­ временному износу насосов и бурового снаряда, а также излиш­ нему расходу реагентов. За счет повышения плотности промы­ вочной жидкости значительно уменьшается механическая ско­ рость бурения, возрастает вероятность поглощения. Частицы по­ род, обладающие коагулирующими свойствами, например ангид­ рит, могут вызвать необратимую коагуляцию раствора. Д аж е в естественных промывочных жидкостях крупные частицы — не­ желательный компонент.

Промывочные жидкости, не имеющие структуры и обладаю­ щие небольшой вязкостью, легко очищаются от шлама. С ро­ стом вязкости и структурированности раствора условия его очистки ухудшаются, ячеистая структура раствора препятствует выпадению частиц. Для преодоления частицами породы сил трения при оседании требуются значительно большие усилия. Структурированность и высокая вязкость промывочной жидко­ сти, являясь положительными факторами при удержании частиц разбуренной породы во взвешенном состоянии и выносе их на поверхность, отрицательно сказываются на очистке ее от при­ месей.

Обязательное условие хорошей очистки структурированной промывочной жидкости—разруш ение ее структуры. Наиболее прочными структурами обладают глинистые растворы, поэтому они наиболее трудно очищаются от выбуренной породы.

Д ля обеспечения нормальных условий бурения необходимо, чтобы в очистной системе от промывочной жидкости отбиралось такое же количество горной породы, которое в нее поступает в процессе циркуляции в скважине. У неглинистых и естественных промывочных растворов в процессе очистки должны отделяться частицы, которые не могут служить полезной составляющей твердой фазы. Качество очистки характеризуется степенью очистки: количеством извлеченного шлама в процентах от общей массы, подлежащей удалению.

Методы очистки промывочной	жидкости от шлама			можно
классифицировать следующим образом.
1. Естественные — в желобной	системе	и Отстойниках.
2. Принудительные:
механические — с помощью сит;
гидравлические — центрифугированием		в гидроциклонах и
центрифугах;
физико-химические — введением	флокулянтов		и разбави­
телей.
3. Комбинированные — сочетанием приведенных			выше	мето­
дов.

Твердые частицы в буровом растворе делятся на коллоиды (менее 2 мкм), илы (2—80 мкм) и пески (более 80 мкм). Чем меньше размеры частиц, тем сложнее они выводятся из промы­

т

вочной жидкости. Так, при алмазном бурении 85—90% шлама представлено частицами размером 0,2—0,005 мм и менее.

Следует отметить, что особую сложность представляет уда­ ление излишней твердой фазы, представленной глинистыми раз­ ностями. Такие частицы в процессе бурения обычно быстро дис­ пергируются до размеров исходной дисперсной фазы.

§ I. ЕСТЕСТВЕННЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ

Естественные методы очистки основаны на осаждении частиц разбуренной породы под действием силы тяжести в циркуляцион­ ной системе скважины на поверхности земли. Циркуляционная система при этом способе очистки состоит из желобов, отстойни­ ков и приемных емкостей. Длина и размеры желобов, число и объем отстойников и приемных емкостей зависят от глубины и диаметра скважины и условий бурения. При необходимости в обработке промывочной жидкости реагентами непосредственно при бурении в циркуляционную систему включают металличе­ ские емкости. Число емкостей, объем и конфигурация их опреде­ ляются также производственной необходимостью и материальнотехническими возможностями предприятий. Емкости могут де­ литься на два или три отсека.

На рис. 52 показан общий вид циркуляционной системы при бурении скважин с использованием стационарных буровых уста­ новок а и самоходных установок б.

Ж елоба делают либо в открытом грунте без крепления сте­ нок, либо изготовляют из досок или листового железа. При раз-

Рис. 52. Общая схема циркуляционной системы:

а —стационарная; б—самоходных установок; / —буровое' здание; 2 —буровой станок; 3—насосный блок; .4, 5, 9, 11, 13, 14 —желоба; 6, 7 —приемные емкости; 8—металли­ ческие емкости; 10, 12 —отстойники; 15 —ограждение; 16 —глиномешалка

ведочном бурении целесообразно делать желоба площадью се­ чения 250—300 и 200—250 мм по высоте. При глубоком разве­ дочном бурении на нефть и газ ширина желобов принимается равной 600—700 мм, глубина — 400—600 мм. По назначению желоба делят на очистительные и соединительные. Длина жело­ бов зависит от глубины скважины, геологического разреза и мо­ жет Доходить до 35 м.

Очистная способность желобной системы зависит от степени разрушения структуры, которая зависит от скорости движения раствора по желобам. При небольшой скорости структура рас­ твора разрушается лишь около стенок и дна и частицы породы выпадают в ограниченном объеме. При чрезмерной скорости раствора частицы почти полностью переносятся (за счет кинети­ ческой энергии потока) в приемную емкость. Наиболее полно шлам из глинистого раствора удаляется в желобной системе при некоторой оптимальной скорости течения, когда максимально разрушается структура раствора и отсутствует турбулентный режим течения.

Для нормальных глинистых растворов скорость течения

должна быть в пределах	15— 18 см/с, что	достигается установ­
кой желобов с уклоном	1/100— 1/125. Д ля	лучшего разрушения

структуры раствора в желобах устанавливают перегородки. Обычно чередуют перегородки: не доходящие на несколько сан­ тиметров до верхней кромки желоба и образующие щель над его дном. Перегородки, изменяя направление потока раствора,

способствуют более полному выпадению шлама. Перегородки устанавливают через 1—2 м.

Очистную способность желобной системы можно оценить, от­ бирая и исследуя пробы на содержание песка на выходе раствора из ^скважины и в отстойнике. Д ля эффективной работы желобнои системы необходимо непрерывно удалять из нее буровой

Рис. 53. Двухрядная жалобная система

шлам, но, так как практически

это

не­

возможно, уже через 2—3 ч работы очи­

стная

способность

желобной

системы

заметно снижается.

Обычно

желобную

систему очищают от шлама при прекра­

щений

циркуляции раствора, так

как в

противном случае взмученная часть раз­

буренной породы переносится в отстой­

ник и вновь

попадает в

промывочную

жидкость. Поэтому при бурении пород,

быстро

загрязняющих

промывочную

жидкость

(например,

песков),

рекомен­

дуется

устанавливать

двухрядную

же­

лобную систему, которая позволяет пере*

Рис. 54.

Схема зигзаго­

крывать для

чистки

нужную

секцию

без

образной

желобной сис­

прекращения

циркуляции. Такая

желоб-

темы:

ная система

была предложена

А. А. Ли-

/ —скважина; 2 —буровой

невским

для

бурения нефтяных и газо­

станок; 3 —насос; 4 —жело­

ба; 5 —приемная емкость

вых скважин

(рис. 53).

Необходимо стремиться

к

использо­

ванию зигзагообразной

желобной

системы

(рис.

54).

Такая

система

компактна,

что

позволяет

сократить

потравляемую

площадь при бурении скважин в сельскохозяйственных

райо­

нах, а в зимних условиях располагать ее под полом

буровой

установки.

Отстойники и приемные емкости, как правило, делают в от­ крытом грунте с последующим креплением стенок досками. Д ля повышения устойчивости стенки должны быть наклонными (ук­ лон до 1/10). При уходе промывочной жидкости из отстойников и приемных емкостей стенки и дно их дополнительно глинизи­ руют вязко-пластичной глиной, а при неэффективности этих мер в открытые котлованы устанавливают металлические емкости. Д ля обеспечения безопасности обслуживающего персонала желобная система и отстойники должны быть перекрыты щитами, а приемные емкости ограждены. В зимнее время желобная си­ стема дополнительно утепляется.

Преимущество естественного метода очистки — простота. Од­

нако работы по очистке желобной системы и			отстойников	от
ш лама выполняются	вручную,	сопровождаются	большими	(до
10— 15%) потерями	раствора,	загрязняют территорию, отведен­

ную под буровую установку. Ж елоба и отстойники не очищают тиксотропную промывочную жидкость от мелкого песка, поэто­ му качество жидкости, несмотря на предпринимаемые меры, со временем ухудшается и ее приходится или заменять, или приме­ нять другие методы очистки.

Наиболее эффективна естественная очистка в желобной си­ стеме и отстойниках при использовании в качестве промывочной жидкости воды и маловязких растворов.

§ 2. ПРИНУДИТЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ Механические методы очистки

Механическая очистка промывочных жидкостей — это очист­ ка путем отцеживания их на сетках. Она применяется в основ­ ном при бурении нефтяных и газовых скважин. Сюда относятся вибрационные сита, сито-конвейер и самовращающийся сепара­ тор. Наиболее распространены вибросита. Эти устройства ис-

Рис. 55. Вибросито СВ-2Б

11—479

пользуют для грубой очистки растворов. Размеры ячеек сит со­ ставляют 1,0X0,5 мм; 0,4X 0,4 мм и 0,25X0,25 мм. Известны вибросита СВ-2, СВ-2Б, ВС-1.

Вибрационное сито СВ-2Б (рис. 55) представляет собой опор­ ную раму 1, на которой крепятся барабаны для натяжения се­ ток 2, амортизаторы 3, вибрирующие рамы 4, кожухи для ог­ раждения ременных передач 5, электродвигатели 6 и распреде­ лительная коробка 7. К распределительной коробке приварены два патрубка: один — приемный диаметром 325 мм и второй — диаметром 60 мм. Приемный патрубок соединен с трубопрово­ дом, подающим жидкость от скважины. Патрубок диаметром 60 мм соединен с вспомогательным нагнетательным трубопрово­ дом блока очистки.

К внутренней стенке приемной коробки приварены два слив­ ных лотка. В каждом лотке расположен выравниватель, пред­ ставляющий собой поворотную прямоугольную заслонку с фик­ сатором. Выравниватели обеспечивают равномерное распределе­ ние жидкости по ширине сеток. По середине днища приемной коробки предусмотрен люк, перекрытый шибером. При пере­ крытых сливных лотках и приподнятом шибере промывная жид­ кость сливается из распределительной коробки, минуя сетки.

При необходимости повторной очистки промывочной жидко­ сти последняя может подаваться в распределительную коробку через вспомогательный нагнетательный трубопровод и патрубок диаметром 60 мм. Пропускная способность сита 50—60 дм3/с, частота колебаний сетки 1600—200 Гц, суммарная мощность двух электродвигателей 4,4 кВт.

Такие вибросита громоздки, имеют значительную массу (987 кг), их работа возможна лишь при условии превышения входного желоба над выходным не менее чем на 0,6—0,8 м. Кроме того, отверстия сетки довольно быстро забиваются шла­ мом, и эффективность работы их падает. Считается, что при нормальной работе вибросита удаляется до 3/4 массы крупных частиц. В то же время для структурированных жидкостей виб­ рационная очистка на ситах — более надежный метод, чем ес­ тественное осаждение в желобной системе. Поэтому в настоящее время ведется разработка новых, более эффективных и компакт­ ных конструкций вибросит.

Вибросито цилиндрической формы показано на рис. 56. Оно имеет верхнее устанавливаемое на пружины 7 и нижнее осно­ вания 8. Верхняя часть сита оборудована неподвижно соединен­ ным приемным устройством 1 с патрубком 9 для сброса круп­ ных частиц, верхним ситом 2, промежуточным кольцом 3, ниж­ ним ситом 4, поддоном 6 с патрубком 5 для вывода очищенно­ го раствора и вибратором. Последний состоит из корпуса 11г жестко соединенного с электродвигателем /2, на концах вала которого неподвижно закреплены дебалансы 10.

При вращении вала электродвигателя с дебалансами соз­ даются круговые колебания верхней части за счет горизонталь

Рис. 56. Вибрационное цилиндри-	Рис. 57. Схема устройства очист-
ческое сито	ки промывочной жидкости с по­
	дачей ее снизу

ной деформации пружин и вертикальные колебания за счет 'вер­ тикальной деформации пружин. Изменяя угол разворота между дебалансами и их массы, можно добиться требуемой амплиту­ ды колебаний и желаемого рисунка движения частиц на ситах. Такое вибросито более компактно, имеет массу 270 кг, позволя­ ет существенно уменьшить размеры ячеек сита (0,09X0,09 мм). Однако и здесь происходит значительное засорение сеток.

Во ВНИИКРнефть В. В. Денисенко и И. Н. Резниченко про­ водили исследования по очистке раствора методом непрерывно­ го вибрационного осаждения с подачей его на виброфильтрую­ щий элемент снизу (рис. 57). В качестве вибропровода исполь­ зован эксцентриковый механический вибратор с амплитудой от 0 до 20 мм и частотой колебаний от 8,3 до 50 Гц.

Зашламованный раствор 'через загрузочный патрубок 1 са­ мотеком подается в кольцевое пространство между корпусом 3 и разделительной рубашкой 2. При движении вниз раствор оги­ бает торец рубашки и поднимается в ее полость со значительно меньшей скоростью, при этом наиболее крупные частицы осаж ­ даются на конусное дно. Очищенный раствор после фильтрации выводится по патрубку 7, а осевший на дно шлам периодически удаляется через ареометрический клапан 4 с противовесом 5.

Эта установка имеет степень очистки до 65% при размере отверстий фильтрующей сетки 0,25x0,25 мм. Схема с нижней подачей промывочной жидкости значительно повышает время работы виброфильтрующего элемента 6.