2.8.4. Приготовление и очистка глинистого раствора

Процесс приготовления глинистого раствора зависит от применяемых материалов. Если используют комовые матери­алы, то их дробят до размеров частиц и создают условия для взаимодействия частиц глины с водой. Раствор приготовляют в механических или гидравлических мешалках на буровой или централизовано на глинозаводе.

В механических глиномешалках можно приготовить ра­створы из сырых глин или глинобрикетов. При использова­нии порошкообразных глин для приготовления глинистого раствора применяют гидравлическую мешалку. В России наи­более распространены гидравлические мешалки типа ГДМ-1.

Гидравлическая мешалка (рис. 2.13) состоит из воронки / для загрузки порошков, камеры смешения 4 с соплом 5, бака 2 и общей сварной рамы 3. В камере смешения через сопло подводится вода или раствор под давлением 2 — 3 МПа. В камере образуется вакуум, благодаря чему порошок из воронки засасывается в нее и смешивается с жидкостью. Обра­зовавшаяся пульпа поступает в бак и ударяется о специаль­ный башмак, в результате чего комки твердой фазы дополни­тельно измельчаются и перемешиваются с жидкостью. Под­нимаясь вверх, суспензия теряет скорость, из нее выпадают на дно комки глины или утяжелителя. Готовая суспензия сливается через выходную трубу в верхней части бака.

Гидравлические мешалки аналогичной конструкции, но без смесительного бака применяются для приготовления цементных растворов при цементировании скважин. В частности, они яв­ляются составной частью цементно-смесительных машин.

Глинистый раствор подается к емкости бурового насоса и затем поступает в бурильную колонну. Проходя через отвер­стия долота, промывочная жидкость захватывает частицы раз­рушенной породы и поднимает их на поверхность. Для очи­стки глинистого раствора от обломков выбуренной породы и абразивных частиц широко используют механические спосо­бы (вибрационные и конвейерные сита) и гравитационные (осаждение в амбарах и при малой скорости течения — в желобах); для удаления наиболее мелких частиц применяют гидроциклоны.

Рис. 2.13. Гидравлическая мешалка эжекторного типа ГДМ-1

Вибрационное сито СВ-2 состоит из двух вибрирующих рам, наклоненных под углом 12 — 18° к горизонту и смонтиро­ванных на одной общей неподвижной раме, распределитель­ного желоба и двух электродвигателей. Каждая вибрирующая рама имеет на концах два специальных барабана, на которые натягивается сетка, плотно прилегающая к промежуточным опо­рам. Сетка изготовляет­ся из проволоки (не­ржавеющая сталь) диа­метром 0,25 или 0,34 мм; на 1 см ее длины при­ходится соответственно 16 или 12 отверстий. На рамах установлены экс­центриковые валы, каж­дый из которых приво­дится во вращение от электродвигателя.

Вибрации сетки раз­рушают тиксотропную структуру раствора и та­ким образом уменьшают ее условную вязкость.

Процеживаясь через сетку и освободившись от обломков выбурен­ной породы, раствор направляется в сборное корыто, а оттуда через боковой лоток — в же­лоб циркуляционной системы или в емкость бурового насоса. Час­тицы выбуренной по­роды под действием вибраций сползают по наклонной поверхности сетки в отвал.

Эффективным очис­тным устройством гли­нистых растворов явля­ется гидроциклон. Гид­роциклон (рис. 2.14) со­стоит из вертикального цилиндра 1 с тангенциальным подводным патрубком 5, конуса 3, сливной трубы 2 и регулировочного устройства с насадкой 4. Промывочный раствор под избыточным давлением 0,2 — 0,3 МПа по тангенци­альному патрубку 5 поступает в цилиндр 1 и приобретает вращательное движение. Под действием центробежной силы более тяжелые частицы отбрасываются у периферии, а наи­более легкие концентрируются в центральных и средних уча­стках гидроциклона. При высокой скорости вращения потока в гидроциклоне вдоль оси образуется воздушный столб, дав­ление в котором ниже атмосферного. Осевая скорость на границе этого столба максимальна и направлена вверх, а на стенках гидроциклона осевая скорость направлена вниз.

Вследствие такого распределения осевых скоростей в гидро­циклоне возникает поверхность, проходящая через точки с ну­левой скоростью и отделяющая периферийную часть потока, в которой сконцентрированы наиболее тяжелые частицы твердой фазы и которая опускается по стенке гидроциклона вниз, от центральной, наиболее легкой части потока, движущейся вверх. Опускающиеся по спирали наиболее тяжелые частицы твердой фазы вместе с небольшим количеством жидкости удаляются через насадку 4 в отвал или отстойник. Основной же объем жидкости, содержащей наиболее легкие фракции твердой фазы, направляясь вверх вдоль воздушного столба, удаляется из гид­роциклона через сливную трубу 2. Диаметр насадки 4 регулиру­ют в зависимости от наибольшего размера частиц, которые должны быть удалены из промывочной жидкости.

Наиболее быстро изнашивающиеся детали (внутреннюю поверхность вводного патрубка, насадку и внутреннюю обли­цовку конуса) изготовляют сменными из резины.

Гидроциклоны рекомендуется использовать для очистки про­мывочной жидкости от мелких фракций твердых частиц, ко­торые не могут быть удалены с помощью сит. В связи с этим промышленность изготовляет специальные ситогидрациклонные установки типа 4СГУ-2.

В состав такой установки входят вибрационное сито, батарея из четырех параллельно смонти­рованных гидроциклонов с наружным диаметром цилиндра 250 мм, шламового насоса и емкости.