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.
| Рис. 2.14. Гидроциклон |
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.
