Способ очистки бурового раствора

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ФЭЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„904368 (Ю 21 В 21/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТНУ Ф

4Р

i ф»

Ср ,©1, Q0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТМЙ (21) 2736503/22-03 (25) 273650!/22"03 (22) 27. 03. 79 (46) 15.08.83. Вюл. 11 30 .(72)У.Д.Иамаджанов, В.М.Бахир, В.И.Клименко, 1О.Г.Задорожный и С.А.Алехин (71). Среднеазиатский научно-исследовательский институт природного газа (53) 622.243.144.2{088,8)

Ф ,(56) 1. Патент ЧССР Ф 109992, .5a 3l/20, 12.02.64.

2. Авторское свидетельство, ССР

:Ф 69627, кл. В 03 С 3/10, 12.68.46. (54)(57) 1. СПОСОБ ОЧИСТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА путем создания адгезионных слоев неочищенного раствора на цилиндрических поверхностях вращающихся барабанов, регулирования скорости вращающихся слоев и величины их поверхностного натяжения, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки бурового раствора, регулирование осу ществляют путем изменения линейной скорости движения поверхности адге, зионного слоя и вращения цилиндрической поверхности осуществляют в пределах 1000-2000 об/мин.

904368

2. Способ по и. l, о т л и ч а юшийся тем, что создают на дополнительном вращающемся барабане адгезнонный слой, и линейную скорость адгеэионного слоя на цилиндрической поверхности основного нращающегося барабана изменяют путем соприкосновения с адгезионным слоем на дополнительном барабане и изме. нения полярности в точке их соприкосновения, причем оба барабана вращают в противоположные стороны, а линейные скорости обоих адгезионных слоев поддерживают равными.

Изобретение относится к способам очистки бурового раствора от шлама и излишней глинистой фазы .и может найти применение в нефтегазодобываю-, щей промышленности и геологораэвед- Б ке при бурении скважины, а также в горнообогатительиой и металлургической промышленностях.

Известны способы очистки буфоного раствора с помощью гидроциклонон, когда буровой раствор под напором подается в цилиндрическую часть цикла" на, где под действием центробежных сил в закручиваемом потоке происхо-, дит разделение твердых частиц на

Фракции fl ) .Недостатком данного способа является низкая степень разделения твердой фазы (ао 40-60 мкм по нижнему граничному зерну).

Известен способ очистки бурового раствора путем создания адгеэионных слоев неочищенного раствора на ци- линдрических поверхностях вращающихся барабанов, регулирования скорости вращающихся слоев и величины их по25 верхностного натяжения 2

Недостатком известного способа является то, что отделение частиц осуществляется запеканием их током короткого заьикания и последующей очи- 3О сткой скребком. В этом случае прежде всего спекаются коллоидиые частицы, .т.е. те, которые и образуют структуру бурового раствора. Хуже спекаются крупные частицы шлама (более мм), З5 которые остаются в буровом растворе, 3. Способ по и. I, о т л и ч а юшийся тем, что по касательной к адгеэионному слою раствора направляют струю иониэированного в поле коронного разряда газа, причем полярность поля коронного разряда ме,няют н зависимости от минералогического состава твердой фазы, отпираемой из адгеэионного слоя, а величину линейной скорости вращения адгезионного слоя регулируют изменением скорости ионизированного газа °

Это приводит к снижению качества очистки и качества бурового раствора, так как при очистке бурового раствора необходимо освободиться от частиц более 5 мкм, поскольку части@ менее

5 мкм являются коллоидной составляющей бурового раствора. Кроме того, невозможно осуществить достаточную полноту очистки поверхности барабана, так как от спекшегося материала остается окалина, которая растет н процессе очистки, снижая его качество.

Цель изобретения — повышение эффективности очистки бурового раствора.

Поставленная цель достигается тем, 1 что регулирование осуществляют путем изменения линейной скорости движения поверхности адгеэионного слоя и вращение цилиндрической поверхности осуществляют в пределах 1000-2000 об/мин, причем на дополнительном вращающемся барабане создают адгезионный слой и, линейную скорость адгезионного слоя на цилиндрической поверхности основ" ного вращающегося барабана изменяют путем соприкосновения с адгеэионным слоем на дополнительном барабане и изменением полярности в точке их соприкосновения, оба барабана вращают в противоположные стороны, а линейные скорости обоих барабанов адгезионных слоев поддерживают ранними.

Кроме того,. регулирование изменения линейной скорости осуществляют тем, 4 поверхности "гаэжидкость" и доведение скорости адгезнонного слоя до скорости движения поверхности основного барабана. Синхронность -.Ъращения адгезионного слоя бурового раствора и поверхности основного барабана создают условия эффективного разделения бурового раствора: увеличивается центробежная сила, действующая на частицы твердой фазы, находя-. щиеся в этом слое жидкости . Часть жидкости вместе с частицами твердой фазы захватывается поверхностью вспомогательного барабана и отбрасывается центробежной силой или очищается при помощи скребка.

Отбираемый буровой раствор, обо- . гащенный частицами твердой фазы, направляется в соответствующую емкость, Увеличения интенсивности селективного отбора твердой фазы достигают подачей электрического напряжения на основной и вспомогательнып барабан.

Подача положительного потенциала на вспомогателыый барабан приводит к более интенсивному по сравнению с отбором без электрического тока) удалению иэ адгезионного. слоя бурового раствора основного барабана. высокоэаряженных коллоидных частиц.

Подача отрицательного. потенциала на вспомогательный барабан обеспе-. чивает удаление нейтральных (но тя\ желых) и положительно заряженных частиц.

Кроме того., s точке соприкоснове. ния вспомогательного барабана с адгезиоиным слоем основного барабана пои пропчскании через эту область контакта электрического тока образуется эона, в которой уменьшаетсявеличина поверхностного натяжения бурового раствора sa счет концентрации в поверхностном слое положительных или отрицательных ионов. Уменьшение величины поверхностного слоя бурового раствора еще более улучшает условия разделения твердой фазы раствора.

Такии образом, осуществляя отбор твердой фазы бурового раствора вспомогательной цилиндрической поверх" ностью с адгезионного слоя основной цилиндрической поверхности путем синхронизации вращения ядгеэионного слоя и основной цилиндрической поверхношти,)пропуская электрический

90436

3 8 что по касательной к адгеэионному слою раствора направляют струю иониэированного в поле коронного разряда rasa, причеи полярность поля коронного разряда меняют в зависимости от минералогического состава твердой фазы, отбираемой из адгезионного слоя, а величину линейной скорости вращения адгезионного слоя регулируют изменением скорости ионизи- Ю рованного газа.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что иэ зашламленного бурового раствора, подлежащего очистке, цилиндрическая гладкая поверхность, например барабана, вращающаяся с большой скоростью (в пределах !000-2000 оборотов в мин) выносит на себе адгеэионный слой раствора, образунщийся в месте сопри- 2О косновения поверхности барабана. Адгезионный слой включает в себя все фракпии твердой фазы, находящиеся в растворе. Лод действием центробежных сил и сил поверхностного натяже- 25 ния в адгезионном слое происходит перераспределение твердых чаСтиц в зависимости от их объема и. веса. Более крупнае и тяжелые частицы стремятся к внешней поверхности адгезион--ЗО кого слоя, а мелкофракционные и особенно коллоидальные группируются йа внутренней поверхности слоя вблизи .цилиндрической поверхности барабана.

Для разделения крупных частиц от мелких следует увеличить скорость частиц до величины, при которой частииа преодолеет силы поверхностного натяжения и отделится от адгезиоиного слоя.

В одном случае для этого используют вспомогательный барабан, вращающийся в противоположную сторону, ци" линдрическая повеохность которого соприкасается с адгезионным слоем основного барабана. Зазор между барабанами .регулируют в зависимости ov толщины адгезионного слоя и намеченного расхода очищенного бурового раствора,, т.е. намеченной глчбины отбо50 ра твердой фазы из адгеэионного слоя бурового раствора.

3Ъиейную скорость вращения поверхности вспомогательного барабана довр.; дят до линейной скорости вращения

5S поверхности основного барабана. Это обеспечивает ускорение адгвзиониого слоя бурового раствора у межфазиой

904368 ток через зону соприкосновения цилиндрических поверхностей и меняя ,полярность, достигают эффективного регулирования разделения твердой фазы в широких пределах и в зависимости от ее минералогического состава.

В другом случае облегчение. отде-. ления частиц из адгезионного слоя достигается снижением величины поверхностного натяжения. 1О

В обычных условиях на поверхности жидкости находится равное количество положительных и отрицательных зарядов, т.е. такие поверхности электричеСки нейтральны и в этом случае 15 они обладают максимальной механической прочностью. Но если на такой поверхности создают заряд любо-о знака, то это приводит к уменьшению ее механической прочности или, что 20 то жа самое, к уменьшению поверхностного натяжения жидкости.

Установлено, что наиболее эффективное уменьшение величины поверх- 25 ностного натяжения адгезионного слоя бурового раствора достигается при его обработке ионизированным газом, направленным по касательной к обрабатываемому адгезионному слою бурово- 30 го раствора. Ионизированная струя газа сообщает адгезионному слою дополнительное ускорение, и линейная скорость его увеличивается, Регулируя количество подаваемого газа, достигают синхронности во вращении всех адгеэионных слоев на поверхности барабана. В этом случае создаются оптимальные условия для взаимодействия центробежной силы и силы поверхностного натяжения, что дает возможность увеличить величину центробежных сил, а это, в свою очередь, дает возможность отделения из раствора еще более мелких частиц твердой фазы при постоянной силе молекулярного сцепления (поверхностного натяЪ жения) .

Итак, подача ионизированного газа по касательной к поверхности адге50 зионного слоя вращающегося бараба- на способствует уменьшению поверхностного натяжения, и, следовательно, дает возможность уменьшить средние размеры отделяемых от раствора чяс55 тиц е

Установлено также, что перемена полярности электрода, в поле которого пооисходит ионизация газа, оказывает существенное влияние на процесс отделения твердой фазы из бурового раствора.

На фиг. 1 показана схема реализа- ции способа при использовании допол" нительного барабана; на фиг. 2 — схема реализации способа путем подачи ионизированного газа.

В первом случае при вращении барабана 1, помещенного в емкость ? в буровой раствор, на его поверхности возникает адгезионный слой 3, толщина которого зависит от вязкости бурового раствора. В слое 3 в жидкости находятся твердые частицы выбуренной породы, утяжелитель и излишняя глинистая фаза, При вращении барабана твердая фаза раствора под действием центробежных сил стремится к поверхности адгезионного слоя и в зависимости от величины частиц, их удельной плотности, скорости вращения барабана твердые частицы распределяются по высоте адгезионного слоя 3.

Вспомогательный барабан 4, скорость которого доводят до величины, обеспечивающей синхронность вращения адгезионного слоя 3 бубнового раствора и основного барабана 1, введен в соприкосновение с адгезионным слоем барабана l В результате этого соприкосновения вспомогательный барабан 4 отбирает часть адгезионного слоя, обогащенного крупными и тяжелыми частицами твердой фазы бурового раствора

Образовавшийся адгеэионный слой на вспомогательном барабане 4 очищается скребком 5 и направляется в приемную емкость 6.

Другая часть глинистого раствора, частицы которой под влиянием центробежных сил отделились от бурового раствора, долетают до отбойного щита

7 и стекают по нему в приемную емкость 6. !

Для увеличения интенсивности аелективного отбора твердой фазы из бурового раствора через зону отбора твердой фазы пропускают электрический ток от источника 8 тока низкого напряжения по следующей цепи: источник 8 тока, основной барабан 1, зона контакта между барабанами 1 и 4, вспомогательйый барабан 4 и источник 8 тока.

7 90436

Подача положительного потенциала . на вспомогательный барабан интенсифицирует выделение высокодисперсных и высококоллоидных отрицательно заряженных частиц, а перемена полярности приводит к выделению нейтральных и положительно заряженных частиц.

Адгезионный слой 3, очищенный от излишней твердой фазы, срезается скребками 9 и поступает в приемную t0 емкость 10.

Изменяя скорость вращения барабана и величину поверхностного натяжения адгезионного слоя, можно регулировать в широких пределах разделение 15 твердой фазы в буровом растворе, извлекая излишнюю фазу и оставляя мел-, кофракционные глинистые частицы,. являющиеся основной коллоидальной составляющей глинистого бурового раст- 20

*вора.

Во втором случае (см. фиг. 2) по касательной к адгезионному слою 3 с помощью сопла 11 направляют струю газа, одновременно обрабатываемую 25 в ноле коронного разряда электрода

12 ° Регулировкой количества подаваемого газа достигают синхронности вращения всех частей адгезионного слоя 3 бурового раствора и.барабана на 1, количество подаваемого газа на.адгезионный слой 3 и полярность высокого напряжения, подаваемого на электроды !2 и 13, достигают селективной очистки бурового раствора.

Пример l. В качестве основного барабана 1 испытывались различные барабаны с диаметрами от 100 до

500 мм и числом оборотов от 10 до

10000 в мин. Такие же параметры были и у дополнительного барабана 4.

Было установлено, что при скорости вращения основного барабана 1 от

10 до 150-200 об/мин толщина образованного адгезионного слоя бурового раствора с вязкостью от 10 до 100 сП составила от l S до 3 мм. Малая величина адгезионного слоя обусловлена стеканием жидкости с поверхности барабана 1 при малом числе оборотов барабана. Такая толщина жидкостного слоя 3 не позволяет обеспе,читЬ производительности барабана °

При этом создаются наилучшие условия для центробежного разделения частиц в адгеэионном слое. Но так как подаваемый газ ионизирован,. то дополнительно проявляются еще два эффекта: .снижается величина поверхностного натяжейия адгезионного слоя

3 и к его наружной части создается

40 приток заряженных частиц, знак заряда которых противоположен полярности электрода, в поле которого иониэировался газ, подаваемый на адгезионкый слой 3. уменьшение величины поверхностного напряжения адге45 эиоккого слоя 3 бурового раствора еще более облегчает условие отделения твердой фазы иэ раствора, а варьированием полярностью. ионов газа достигается селективная очистка адгезиоккого слоя 3 раствора.

При подаче от источника постоянного тока высокого напряжения поло-жительного полюса на электрод 12 газ ионизируется положительно и вызывает 55 ! приток к поверхности раздела has отрицательно заряженных частиц, которые отделяются от .раствора,.но а потоке ионизированного rasa отдают свои отрицательные заряды, заряжаются положительно и притягиваются отрицательно заряженным электродом 13, на котором нейтрализуются и под влиянием сил тяжести попадают в желоб 1ц, Перемена полярности и подача на электрод 12 от источника 15 постоянного тока, высокого напряжения отрицательного полюса и направление на адгезионный слой бурового раствора отрицательных ионов rasa вызовет в адгезиокном слое 3 перемещение отрицательных частиц к его внутренней поверхности. Поэтому при отрицательно заряженном электроде 12 из адгезионного слоя 3 будут отделяться тяжелые нейтральные частицы (барит, гематит) и те частицы горных пород, которые в растворе несут на себе положительный заряд, т.е. разделение будет проводиться в зависимости от минералогического состава твердой фазы.

Итак, подача ионнзированной струи газа на адгезионный слой бурового раствора дает возможность регулировать вьщеление твердой фазы в широких пределах.

Адгезиониый слой 3, очищенный от твердой фазы в зоне струи ионизиоо-, ванного газа, при дальнейшем своем вращении срезается скребком 9 и направляется в емкость 10.

Изменяя скорость вращения бараба10 ростью 1000-2000 об/мин, подавать напряжение на барабан в пределах

IO-20 В, Так, например, для очистки малозашламленного бурового раствора (до 30-40Х твердой фаэм) с максимальной величиной твердых частиц до

200-300 мкм диаметр основного барабана 1 выбирается равным 420-500 мм, а число оборотов его составляет

1800-2000 об/мин. Диаметр дополни" тельного барабана 4 должен быть в пределах 140-160 мм, а число оборотов - 5400-6000 в мин. В этом случае глубина очистки по нижнему граничному числу составит 12-16 мкм, à об- щнй объем твердой фазы снизится до !

0-)2X, При очистке сильно зашламленного раствора (до 65-70Х твердой фазы) с величиной твердых частиц более 1 мм диаметр .основного барабана должен быть 100-120 мм, а число его оборотов 100-1200.в мин. В этом случае диаметр дополнительного барабана составляет 30-40 мм, а число оборотов

3000-36000. Глубина очистки по нижнему граничному числу составит 4050,мкм, а общий объем твердой фазы в растворе уменьшится до 20-25Х, Л р,и м е р,2. Способ был исследован на лабораторной установке, состоящей из барабана 1 диаметром

300 мм н сопла 11 с ионизирующими высоковольтными электродами 12, установленааы по касательной к поверхности барабана l.

Очистка бурового раствора с содер жанием аламовых частиц в пределах

45-50Х нри вязкости 80 сП проводится прн числе оборотов барабана 1, равном 2000 об/мин, напряжении иониэацин 30 кВ и скорости воздушной струи, равной 40 м/с {на 20 м/с больше линейной скорости движения барабана) при подаче на электрод 12 положительного потенциала, Иэ бурового раствора отделяются преимущественно глинистые шламовые частицы, заряженные отрицательно, и нейтральные частицы шлама (песок диабаэ). Содержание твердой фазы уменьшается до

20Х, при этом глинисчые частицы составляют 15Х этого количества, 9 90436

В пределах скоростей вращения

200-500 об/мин толщина адгезионного слоя на поверхности барабана 1 ,при вязкости бурового раствора от

IO до 100 сП колеблется в пределах

3-8 мм. При этом происходят отделе-, ние твердых частиц диаметром 0,84 мм от поверхности адгеэионного слоя. Но все частицы, у которых диаметр меньше названных, остаются внут- !О ри адгезионного слоя 3.

Исследованиями было установлено, что скорость поверхности адгезиоиного слоя 3 жидкости, соприкасающейся с воздухом, намного (от 10 до 30 раз) !> меньше скорости вращения поверхиос ти барабана 1, Вследствие этого при оборотах барабана s пределах 10002000 (оптимапьнях с точки зрения теоретического расчета, сделанного на предположении о жестко вращающемся 1 вместе с барабаном адгезионном слое 3, для удапения частиц твердой фазы с минимальными размерами до

0,07 мм) требуемой тонкости очистки достичь невозможно.

Если же поверхностному слою жид кости сообщить при помощи барабана

4 скорость, равную скорости вращения барабана I то теоретический ЗО . расчет тонкости очистки полностью йодтверждается. В спучаях когда на барабаны 1 и 4 подавалось знакопере" менное напряжение от источника 8 постоянного тока, то за счет снижения поверхностного натяжения барабана 4 и адгеэионного слоя бараба" на 1 тонкость очистки улучшалась.

При этом минимальный размер частиц твердой фазы, удаляемыми из адгезион- 4о ного слоя, составлял 20 мкм. При этом было установлено,,Что при очистке растворов на барабан ) необходимо подавать потенциал, одноименнай с зарядом частиц шлама. Если 4S шлам представлен глинистыми .частицами, заряженными отрицательно, - o рицательный, если положительно эаряженеами частицами кальцита " поло. жительный. 50

В процессе исследований было,установлено, что для качественной очистки буровых растворов с вязкостью

)0-100 сП (до минимального размера . удаляемых частиц Равного 70 мкм),необходимо вращать барабан l со ско1

904368

Составитель Е. Молчанова

Редактор Д. Утехина Техвел: ИдНаль Корректор А, Ференц Заказ 7972 1 Тирам 603 Лодпис но е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

IIo делам изобретений и открытий !

)3035 Иосква Х-35 Ра аская наб. д. 4/5

Филиал mIJI Латент, r. Уигород, ул. Лроектная, 4