Тестовая жидкость

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских социалистических

Рвснубпик (1!)9О91(0 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 21.07.80 (21) 2969139/22-03 с присоеаинением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 28. 02. 82. Бюллетень М 8

Дата опубликования описания 02. 03. 82 (51)М. Кл.

Е 21 В 21/06

3ееударстееииый комитет

СССР ао делом изобретений и открытий (53) УДК 622. 243 . 14 (088. 8) (72) Автор изобретения

Н. Г. Панченко

1

Всесоюзный научно-исследовательский институт, по креплению скважин и буровым растворам (7I) Заявитель (54) ТЕСТОВАЯ ЖИДКОСТЬ

Изобретение относится к области испытания центробежных устройств, предназначенных для разделения частиц твердой фазы, и может быть использовано для оценки работы оборудования для очистки промывочного бурового раствора от выбуренной породы.

Вследствие того, что в буровой технике нет единого подхода к оценке эффективности работы очистного оборудования, в результате получаются различные оценки эффективности для одного и того же оборудования (11.

Известна тестовая жидкость, состоящая иэ воды и 2,5 об.4 песка (2) .

Данная тестовая жидкость не дает возможности правильно оценить эффективность работы оборудования,так как не достигается точное моделирование процесса центробежного разделения частиц твердой фазы и не используются полностью очистные способности гидроциклонов.

Цель изобретения — повышени точности оценки эффективности рабаты оборудования эа счет приближения условий моделирования процесса к идеаль" ным.

Указанная цель достигается тем, что тестовая жидкость содержит твердую фазу следующего фракционного состава, об.ь: мкм об. 3

250-100 12,4" 13, 18

100-80 27,6-35,3

80-63 10,0-15 1

63-40 13,72-16, 1

40-5 19, 56-19, 88

5 7,8-8,46 при следующем соотношении компонентов, об.3:

Твердая фаза 1,5-1,7

Вода Остальное

В качестве твердой фазы может использоваться кварцевый песок, гранит и другие миНеральные материалы, не образующие коллоидных растворов.

Оч Оч

<00, Is j

VlCX MCX

100

Б; Т.

1 б

ИСт и

3 909

На чертеже представлена схема экспериментальной установки.

Установка состоит из рабочей емкости l, выполненной в виде усеченной четырехгранной пирамиды.

Над рабочей емкостью 1 устанавливается гидроциклон 2 заданного размера. К сливному патрубку гидроциклона 2 через поворотное колено крепится расходомер 3 типа ВТ- 100 для замера расходов раствора свыше 10 л/с. При меньших расходах пользуются мерной емкостью объемом 55 л. Выход расходомера 3 направляется в емкость 1. В емкости 1 устанавливается сетка 4, предохраняющая систему от попадания в нее посторонних предметов. Сетка 4 служит для установки на нее мерных емкостей. Емкость 1 снабжается мерной линейкой 5, оттарированной для замера объемов от 400 до 550 л с шагом 25 л. Нижняя часть емкости соединяется через задвижку 6 с центробежным насосом 7 типа 4ПХ-4Р- 1. Давление на выходе насоса 7 измеряется манометром 8. Выход центробежного насоса 7 соединяется через задвижку 9 и через расходомер 10 типа ИР- 11 со входом гидроциклона 2. На входном патрубке гидроциклона 2 устанавливается манометр 11, перед которым сделан отвод байпасной линии с вентилем 12 для регулирования давления на входном патрубке гидроциклона 2.

Выход байпасной линии направляется в емкость 1. Система снабжается также одновинтовым насосом 12 типа

1В-16/5, служацим для перемешивания раствора в емкости 1 и работе на малых давлениях от 1.10 до 3,5 -10 Па

$ в зависимости от типа гидроциклона.

Насос 15 через вентиль 13 и 14 соединяется параллельно насосу 7 к общей напорной линии к входу гидроциклона 2. Вся обвязка.осуществляется трубами йт — — 76 мм), Исходя из условий однородности перемешивания, которое заключается в задании дисперсии плотности на входе

2 = 10 r /см, дисперсии плотности в емкости Dy = 10 4 г0/et1, коэффициента затухания с = 4 с ", подачи через емкость насосом 6 tt = 20 л/с, определяется минимально допустимый объем тестовой жидкости, который находится в емкости.

Рабочий объем установкиМ = 2 мЗ, . угол конусности 3 = 20, высота пио рамиды Н = 1,5 м.

110 4

Твердая фаза для тестовой жидкости приготавливается следующим образом

В качестве твердой фазы используется кварцевый песок, не содержащий глинистых частиц, которые образуют коллоидную составляющую бурового раст вора. Суспензия, приготовленная иэ кварцевого песка, не меняет своих реологических параметров и может служить исходной базой для разработки тестовой жидкости.

После просушивания, просеивания

1 от инородных включений, песок мелется на шаровой мельнице в течение 18 ч с отбором проб на анализ по фракционному составу через каждые 3 ч, Экспериментальные исследования на тестовой жидкости проводятся в следу ющей последоват ел ьности .

Над емкостью 1 устанавливается гидроци клон (,Рг = 75 мм) . В емкость 1 за-. ливается рассчетное количество воды.

Включается винтовой насос 15 и в гидроциклон 2 подается вода. Из верхнего сливного патрубка и песковой насадки гидроциклона 2 жидкость возвращается в емкость 1, образуя замкнутый цикл.

Отвешивается рассчетное количество кварцевого песка, соответствующее заданной концентрации твердой фазы от 1 до 2,5i, вводят постепенно в емкость 1 в течение 3-5 циклов циркуляции. Это делается с целью предотвращения оседания песка на стенки и в напорных ли3S ниях установки. После перемешивания в течение 15 мин и установки входного давления в диапазоне от 1 -!0 до

5 -10 Па с шагом 0,5 -10 Па проводят

5 отбор проб. При каждом значении давле40 ния в заданном диапазоне осуществляют замер расхода исходного раствора с помощью расходомера 10, расход шлама и расход очищенного раствора.

Объем проб: исходной и очиценной

4$ суспензии 3,0 л, шлама 0,2 л.

Дисперсный состав твердой Фазы в отобранных пробах определяется пипеточным методом для фракций размером менее 40 мкм и ситовым для частиц размером свыше 40 мкм.

$0

Эффекти вност ь работы гид роци клонов определяется по формулам

5 90911 гдето - — степень очистки тестовои

?0н) жидкости от частиц заданного о размера, 4;, Ь 2 — расход исходной и очищенной исх Оч суспензии соответственно, 5 л/с;

Й вЂ” расход сгущенного шлама, Ш л/с; ф - содержание частиц заданного иЮ ОЧ ш размера в исходной, очищенной суспензии, в сгущенном шламе, соответственно.

Контролирующий расчет степени очистки по двум формулам (1) и (2) позволяет с большой достоверностью судить об истинной величине степени очистки суспензии.

В таблице содержатся результаты расчетов и экспериментальные данные эффективности очистки.

Степень очистки по общему содержанию твердой фазы оптимальная и составляет 86-89 в зависимости от вида формулы для расчета (1) или (2) . Несовпадение результатов расчетов по 23 (l ) и (2) связано с погрешностью замера плотности суспензии.

При концентрации, меньшей чем

1 1,Я, очистка ухудшается, так как режим. давления не стабилизируется и Зв

Ьурбулентные пульсации не гасятся изза низкой концентрации твердой фазы.

При концентрации более 1,74 хаотические пульсации частиц дестабилизируют движение жидкости. При кон- З5 центрации 1,5-1,7i турбулентные пульсации гасятся вяэкостными силами вяэ0 6 костного трения, которые являются следствием сил взаимодействия между частицами данного фракционного состава. Замер вязкости данного фракционного состава суспензии представлен в графе 4.

При концентрации 1,5- 1,7Ô наступает режим квазиламинарного течения, при котором сопротивление движению частиц минимально и очистка, следовательно, достигает максимальной величины. Для повышения точности фиэи" ческого моделирования важно выдержать квазиламинарный режим течения, так как если движение частиц и жидкости не стабилиэировано, то не соблюдаются условия гидродинамического подобия.

Предлагаемая тестовая жидкость проста в приготовлении и позволяет оценить работу очистного. оборудования, не прибегая к опытам с использованием бурового раствора. Зная технологические параметры бурового раствора такие как плотность, динамическую вязкость, можно перенести результаты исследований с тестовой жидкости на буровой раствор. При этом подразумевается, что соблюдаются условия гидродинамического подобия для тестовой жидкости и для бурового раствора, Применение тестовой жидкости позволяет улучшить методику и точность оценки эффективности очистки бурового оборудования, выявить дополнительwe резервы повышения эффективности ра" боты очистных устройств.

9 Ф ч ч

О

CO о

<Ч а<Ъ

О

ФФЪ

I Ъ!

1

1 CA! !

1

Ю

1 ОЪ

I

1

1 CV

I ФЧ

1 ! e

1! ! !

I !

I

Ф

Ф !

1 !

4.

I

-1

Ф

Ф

Ф

1

1 !

1

Ф аА

° Ч

t4

«Ф ъО о

CO

«

° О иъ

-O м аА

О

Т

Са!

CO

Ф иъ е«4

CO

<Ч

ОЪ аА

ФЧ

ФЧ

О

ФЧ

ФО аА

О\ еО

ceI

ОЪ.Ф

sea .т

О\ о

ФЧ

ФЪ сО

« ъО

CaI

-ф

ФЧ л м о

ФО

Ф«, Ф

CI м

«Ф л

«

° Ф

IA

° Ч

CO м л м

О

МЪ иъ б», ф 1 СО бб О

1 4 О

ca!

Ф ъО л

ФЧ

° ф

« м

II\ м

«

ФЧ м л

СО

ФЧ аА

ФЧ м! О

1 O

1

Ф ФФЪ

1 4 4

ФО

4Ч

4О

ФЧ э

Ю

Фб

Фб

CO

О ф

° э

ФЧ л б

IA

4Ч б л

4<б

4У\

CI б

ФЧ б«

Ф

ОЪ

ФЧ

ФФЪ

<Ч

ФЧ

ФФЪ

« м

ОФ

IA л л

ФО б

ФО

ФЪ м

OI

° О

Os л

А! б л

4 б л

Ф«

° 4 б« бб л

3

3ц 1

f Вн ) ° б

ФЧ

34Ч

Ф

1

° Вб бб!

1

1!

R !

C Ф

Ф<Ъ

Ф«1

«Ф

С4 1

° t

<41

ОФЮ

1 б

sC °

< аА л Ф б б

R„

1- 1

2 Ф ф

Ф (, к !

< I

1 ф 1

g 1 о

С °

3, ° - <

Фб 1

Фб 1

Ф«1

eI Ф

Ъ< I и t

3 о

-g 1 фВ 1

И 1

М ° ф 1

l a s

° 1 ф

1«Ф

1 I

X б IA I ф 1 /

I Г=

«

ЪФЪ < Ф ъО

I.

1 1 1 е Ф О 1

Ф

Ф o

* Г

ФО

Фб 1

° 1

И О

1 ФФЪ

Ф«Ф

1 1

X < ФФЪ

2<О

1 ! «! I

К Ф О 1

Ф 1

R 1 м 1

O 1 ФО 1 е б„ о Ф.м 1

С < О I

;в А

CO

« 1

М ф Ф

s s- C" < сии

<с о ф в е эg

З! ИФ.ФФ у и

909110 ФЬ

CO О

909110

Ь -. аg

;!4 опт

g б т

У

s к з

У а в о

C ф

З у о о з

В с л

° c4

О

I О !

1 1 ! О в

СЧ б

Ф

IA бО ч ъ

ln

»

Р

ln бО с

IA т о а

r. ч

О

СЭ

ln м

CO л

Ф

Сб4

СУ4 м

» л

Ф

О

ССЪ О

С4 бО

Ю

» м

СЧ л м

Ф

Z о с

Y т ч о а ч т

1 т

X т

Y ф с е о с

Ф

Z (СЧ

Ю

С4 л

О

СЧ со.44

ln

Сб4

-4

» л

1 4 !

4 4 бО

S бч о

Y ч т

\Л

» л м

С4

» бО м

СО м

СО

Сб4 м эт о

Ф о

Iи

IU !.

О

О

1 1

I О бв ! С»4

Сб4

tel

Ю

О

Сб4

Ф

1»ь

l4l

О1 б»4

СЧ

Сб4

» м

Ф ббб б- С

u v

1 СС 0

»

I 1

3 о

1 °

° ° ! т

9 !

Э з

4 а и ° и

=4 а

О1 а а

3 а и

Ю л

ln оъ

СЧ

Ю ъ

Щ

С! о ч

ll с и

3

З

1CO ба л

Сб!

Ф!

С! м

О1

CCI

ln

»

Сб4 !

О л

О

» сп

CV бО

an л

v

C

1 $ бС и

<ф

1!, 1 а utC и л

33»

4о чл л о исч

ДО

° 4Е

414

Ф ее

lA

I I 1

1 1D !

О 1

Ф I

1 1 м I

1 бО I м

О I о 1

1 С!о 1

1 I

r а, 1

1 ОО I

1 1 I

О 1

О I

1 1

1 1! 1

I I ю !

1 1

1 I

I 1

LA

1 1 1

О 1

1 1

1 !! I

О !

- 1

1 I 1

1 М б»

1! 1 м I

1 бО 1! 1 1

О 1 со —.б б ! О б С» 1

1 б

О

CD 1 ! !

1 1

aI Ф 1 х в

% 3

aCti

aI a I

Ч Ф 1 о Ф З и се е Ф в, е

Ю Ю л CO ф! Е О б еч

° Ф О.д4 ! !

,hajj, 3Ц

44 t

I f3

if33

4 (38 з34

4р v

1:-И3

,s3; а2

I31 V

ОС! Л

1 СЗ pe

IC Z ! 3gg v б»

IC4 g c, "ikj ! ..84 Ч 1 ° 38

= 1-. I

909110

11

Формула изобретения

Тестовая жидкост ь, содержащая твердую фазу и воду, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения точности оценки эффективности работы центробежного оборудования для очистки бурового раствора, тестовая жидкость содержит твердую фазу следующего фракционного состава: 1О мкм об. Ф

250- 100 12,4- 13, 18

l 00-80 27,6- 35, 3

80-63 10,0-15,1, 63-40 13, 72-16,1

40 5 19,56- 19,88

5 7,8-8,46 при следующем соотношении компонентов, об. 1:

Твердая фаза 1,5-1,7

Вода Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Мустафаев А.М. и Гутман Б.М.

Теория и расчет гидроциклона, Баку, Мариф 1969, с. 97.

2. Сойерсы te cata1og of îi 1 f i е1d

equipment service, Houston ИВА, 1974- 1975, v. 1, р. 1415 (прототип). !

Составитель В. Гришанов

Редактор М, Ткач Техред E. Харитончик Корректор Л. Бокшан

Заказ 797/43 Тираж 624 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

° 11)ОЯ Москва Ж- 3 Раушская наб.z д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4