УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАСТВОРА И ЕГО ОБРАБОТКИ Российский патент 1997 года по МПК B01F5/04 E21B21/06 

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности приготовления и обработки растворов из порошкообразных материалов. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для приготовления бурового раствора и регулирование его свойств, содержащее корпус и размещенный в нем отражательный узел, выполненный в виде ряда дисков с отверстиями, которые делят корпус на множество камер.

Недостатками этого устройства является то, что для диспергирования порошкообразного материала при приготовлении раствора в основном используется гидравлический удар струи об отражательный узел и отсутствуют условия для возникновения кавитационных явлений.

Задача изобретения повышение эффективности устройства для приготовления растворов путем создания условий в размольной камере положительно влияющих на измельчение твердых частиц и структурирование растворов.

Поставленная задача достигается тем, что устройство содержит корпус, разделенный на камеры инжектором, представляющим собой сопло и диффузор, установленных между фланцами и размещенный в камере отражательный узел, выполненный в виде диска, посаженного на подпружиненный шток.

Известны технические решения, где приготовление растворов проводят в отдельных камерах, используя гидравлический удар струй об экран или диск [1, 2] однако в них не обеспечивается эффективное диспергирование материала.

В предлагаемом устройстве выполнение отражательного узла в виде диска посаженного на подпружиненный шток позволяет получить колебательное движение и разрыв сплошности раствора за счет кинетической энергии струй раствора, в результате чего формируется кавитационный эффект. Кроме того, при поступлении раствора в размольную камеру через инжектор, на входе приемной камеры диффузора создается давление меньше чем в других участках. Это приводит к созданию в размольной камере поля вращательного движения, что позволяет повторно использовать часть объема раствора для дополнительного диспергирования.

На фиг. 1 изображен продольный разрез устройства; на фиг. 2 -- устройство с дополнительной камерой; на фиг 3 разрез по А-А на фиг. 1.

Устройство включает корпус 1, верхний переводник 2, нижний переводник 3, соединительный переводник 4, соединительные патрубки 5 и 6, установленный между верхним и нижним фланцами 7 и 8 инжектор, состоящий из сопла 9, диффузора 10, уплотнительных колец 11 и отражательный узел состоящий из штока 12, диска 13, гайки 14, тарельчатой пружины 15, гайки 16 и проставочной втулки 17, штифта 18.

В отверстие верхнего фланца 7 устанавливается сопло 9, а в отверстие нижнего фланца 8 диффузор 10. Верхний и нижний фланцы 7 и 8 соединяются между собой посредством штока 12, тарельчатой пружины 15 и гаек 16. Уплотнение между соплом 9 и диффузором 10 осуществляется кольцами 11. На нижнем конце штока 12 устанавливается диск 13 и закрепляются гайкой 14.

К нижнему концу корпуса 1 присоединяется нижний переводник 4. В корпусе 1 размещают проставочные втулки 17, которые фиксируются от поворота штифтами 18.

Последующие узлы устройства устанавливаются в корпусе 1 в том же порядке, но с поворотом на 90^o, на чертеже не показано.

Диспергаторы в корпусе закрепляются верхним переводником 2.

Устройство работает следующим образом. Раствор буровым насосом подается в устройство, который наворачивается на рабочую штангу (квадрат) или соединяется с манифольдной линией бурового насоса.

При использовании устройства для приготовления тампонажного раствора, оно соединяется последовательно в манифольд перед цементировочной головкой.

Раствор, прокачиваемый насосом через сопла 9 создает разряжение в приемной камере диффузора 10, под действием которого часть раствора повторно поступает в приемную камеру диффузора 10. Кавитация раствора наступает, когда струя раствора разрывается от соприкасающихся элементов диска 13. Причиной этого является то, что диск 13 с помощью штока 12 посажен на тарельчатые пружины 15. Струя раствора ударяется о диск 13 и оказывает на нее давление. В результате разности давлений на верхней и нижней поверхностях диска 13 и вследствие того, что он подвешен на пружине 15, диск 13 получает колебательные движения. Это приводит к разрыву сплошности раствора при прокачивании его через устройство и образованию газовых пузырьков, которые способны захлопываться при восстановлении давления. При этом происходят очаговые изменения давления в порах (микроудары), до сотен мега паскалей и повышение температуры до тысячи градусов по Цельсию. В размольные камеры раствор поступает через инжекторы. На входе приемной камеры диффузора 10 инжектора давление меньше, чем на других участках, поэтому раствор в размольной камере будет находиться в поле вращательного движения. При этом крупная фракция после удара об диск 13 оказывается в поле вращательного движения и повторно подхватывается потоком раствора поступающим в приемную камеру диффузора 10 инжектора.

Наличие инжектора в размольной камере и возникновение кавитационных явлений при прокачивании раствора через устройство снижает затраты энергии для диспергирования твердых частиц раствора и ускоряет процесс приготовления и обработки раствора.

Устройство для приготовления раствора и его обработки по необходимости быстро и легко монтируется и демонтируется.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 889833, кл. E 21 B 33/14, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР N 715766, кл. E 21 B 21/00, 1980.

Сущность изобретения: устройство содержит корпус, разделенный на камеры инжектором, представляющим сопло и диффузор, установленных между фланцами, и размещенный в камере отражательный узел, выполненный в виде диска, посаженного на подпружиненный шток. Устройство снабжено дополнительными камерами, образующими секции обработки раствора, и в каждой последующей секции инжекторы смещены по отношению к предыдущей на 90^o. 3 ил.

Устройство для приготовления раствора и его обработки, содержащее корпус, разделенный на камеры, и размещенные в них отражательные узлы в виде дисков, отличающееся тем, что между камерами во фланце установлены инжекторы, при этом устройство снабжено дополнительными камерами, образующими секции обработки раствора, и в каждой последующей секции инжекторы смещены по отношению к предыдущей на 90^o, а отражательные узлы установлены на подпружиненном штоке.