Устройство для получения тонкодисперсных буровых систем Советский патент 1993 года по МПК B01F5/06 

Изобретение относится к смешению и диспергированию буровых растворов и может быть использовано в горнодобывающей и химической промышленности.

Цель изобретения - повышение степени дисперсности буровых систем.

На фиг, 1 изображено устройство в продольном разрезе; на фиг.2 - полная развертка наружной боковой поверхности полого цилиндра турбулизатора. где буквой L обозначена сторона, соответствующая длине образующей цилиндра, а буквой Р - размер развернутого в прямую линию периметра (длины) окружности с диаметром, равным наружному диаметру внешнего пологЪ ци- линдратурбулизатора.

Устройство состоит из корпуса 1 л входным 2 и выходным 3 каналами. Турбу- лизатор выполнен из коаксиально установленных в корпусе 1 вплотную к друг другу сменных полых цилиндров 4, соединенных

пальцами (не показано) и закрепленных в корпусе 1 стопорными кольцами 5. На наружной боковой поверхности цилиндров нарезанапрямоугольная или трапецеидальная одно- или многозаходная, например правая, резьба 6, представляющая собой чередование канавок 7 и витков 8 резьбы. На фиг.1 и 2, например, показан сменный цилиндр с четырехза- ходной правой прямоугольной резьбой на наружной поверхности. Такая же резьба противоположного направления, например, левая, нарезана на внутренних боковых поверхностях цилиндров. Она состоит из канавок 9 и витков 10 резьбы. На фиг.1 резьба внутренней боковой поверхности цилиндров видна в разрезе, а на фиг,2 показана штриховыми линиями. В первой по ходу движения жидкости входной части цилиндров резьбы имеют постоянные или монотонно уменьшающиеся шаги, ширину и

ел

с

со

ю

о о

СА)

глубину канавки. На фиг, 1 и 2 показан полый сменный цилиндр с монотонно уменьшающимся шагом и шириной канавок входной части. В средней, второй по ходу движения жидкости, части полых сменных цилиндров 4 витки резьбы 8 и 10 снабжены прорезями 1.1, технологически выполненными, например, нарезкой дополнительных винтовых канавок противоположного к основным канавкам направления (левая и правая резьбы) или фрезеровкой пазов, наклонных или перпендикулярных к виткам резьбы. Выходная, третья по ходу движения жидкости, часть полых цилиндров имеет окна .круглые или ромбовидные,соединяющие винтовые канавки, нарезанные на наружной и внутренней боковых поверхностях полых цилиндров, между собой и с осевым каналом турбулизатора. Сменные полые цилиндры изнутри с обоих концов имеют конусные заточки ив сборе образуют осевой канал, представляющий собой трубу Вентури, состоящую из конфузора 13, цилиндрической части 14 и диффузора 15, В осевом канале помещается коноидальный 16 насадок.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно приготовленная и смешанная буровая система (буровой раствор) подается по трубопроводу к устройству и попадает во входной канал 2,-где делится на два потока: осевой и периферийный.

Осевой поток сужается в конфузоре 13. насадке 16, увеличивается его скорость, а давление понижается до значения давления (упругости) насыщенных паров. Возникают кавитационные пузырьки, которые в диффузоре конденсируются и разрушают, измельчают и диспергируют частицы твердой фазы/содержащиеся в растворе, При этом степень дисперсности частиц увеличивается, а концентрация частиц твердой фазы не изменяется, что и позволяет при меньшем количестве химических реагентов получить необходимые структурные показатели раствора Коноидальный насадок 16, помещен- ный в плоскости, секущей окна 12, эжектирует периферийный поток и увеличивает перепад давления между входом в канавки полых цилиндров и плоскостью окон 12. Это позволяет увеличить площадь поперечного сечения канавок, что уменьшает вероятность засорения их крупными частицами твердой фазы. Кроме того, эжектирование периферийного потока к осевому каналу уменьшает влияние центробежного ускорения, действующего на частицы тиердой фазы во вращающихся периферийных струях,и уменьшает их центробежную сепарацию, могущую привести к засорению канавок полых цилиндров.

Во второй по ходу движения жидкости

средней части полых цилиндров отклонение вращающихся периферийных струй под действием эжектирования происходит не только в радиальном, но и в осевом направлении, что заставляет проходящий поток

двигаться не строго по основным винтовым канавкам, а по более сложным траекториям, пересекающим как канавки основной винтовой нарезки, так и прорези 11 витков резьбы. Это усиливает ударное механическое

5 воздействие столкновения частиц твердой фазы с углами прорезей витков резьбы.

Русло периферийного потока сужается от сечения 1-1 к сечению 2-2, так как площадь поперечного сечения входного канала

0 больше суммы площадей поперечных сечений входной части винтовых канаво и да- лее сужается до сечений 3-3; ширина канавок уменьшается, уменьшая площадь поперечного сечения канавки. Площадь по5 перечного сечения канавки в сечении 3-3 выбирается такой, чтобы давление в этом сечении уменьшалось до значения давления (упругости) насыщенных паров, что приводит к появлению факела жавитационных

0 пузырьков за сечением 3-3 по ходу жидкости и распространяющегося в среднюю часть полых цилиндров по винтовым канавкам и прорезям витков резьбы. Наличие прорезей увеличивает площадь живого се5 чения струи, что повышает давление и приводит к конденсации кавитационных пузырьков. Чередование многочисленных зон сужения и расширения в средней части полых цилиндров приводит к скачкам давле0 ния и дальнейшему развитию кавитационных явлений, а также приводит к ударному механическому воздействию столкновений частиц твердой фазы с углами прорезей витков резьбы.

5 Суммарное кавитационное и ударное механическое воздействие приводит к разрушению, измельчению и диспергации частиц твердой фазы.

Пройдя через среднюю часть в выход

0 ную часть полых цилиндров, периферийный поток частично отсасывается эжектирова- нием, частично направляется винтовыми канавками в камеру смешения, состоящую из выходного канала 3 и диффузора 15 осевого

5 канала. Выполнение канавок на внутренних и внешних боковых поверхностях цилиндров с противоположными направлениями нарезки и наличие окон способствуют закрутке жидкости вокруг оси цилиндров и закрутке струй жидкости вокруг собственной оси, гидродинамическим ударам струй жидкости друг о друга, перемешиванию струй, рассеканию их гранями окон.

При выходе из канавок выходной части полых цилиндров, струи жидкости образуют .пересекающийся в пространстве камеры смешения, состоящей из выходного канала 3 и диффузрра 15, веер закрученных струй, каждая из которых под действием центробежного ускорения от закручива- ния струй вокруг их собственной оси стремится конусообразно раздробиться на отдельные частицы. Это способствует тщательному перемешиванию буровой системы.

Устройство для лолуче ния тонкодисперсных буровых систем позволяет путем повышения степени дисперсности химических реагентов, входящих в буровую систему при ее движении по циркуляционной системе и в скважине, ускорить достижение промывочной жидкостью необходимых параметров водоотдачи , стабильности и непрерывно повышать степень дисперсно- сти буровой системы в процессе бурения, что позволяет в большинстве случаев обеспечить качественную проводку буровой скважины. Кроме того, использование тон- кодисперсиых буровых систем при строи- тельстве скважин позволяет резко сократить расход химических реагентов для поддержания требуемых параметров бурового раствора.

Формула изобретения

1. Устройство для получения тонкодисперсных буровых систем, содержащее корпус с входным каналом, турбулизатор в виде коаксиально установленных вплотную сменных полых цилиндров с канавками на наружной и внутренней боковых поверхностях, имеющих противоположное направление, отличающееся тем, что, с целью повышения степени дисперсности буровых систем, турбулизатор выполнен с осевым каналом в форме трубы Вентури и снабжен установленным в осевом канале ко ной дал ь- ным насадком, а канавки на боковых поверхностях полых цилиндров выполнены в виде винтовой нарезки, причем корпус снабжен выходным каналом.

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что винтовые канавки входной по ходу движения жидкости части цилиндров турбулизатора имеют монотонно уменьшающийся шаг и ширину канавки, а в средней и выходной частях цилиндров канавки имеют постоянный шаг и ширину.

3. Устройство по п. отличающееся тем. что цилиндры турбулизатора в средней части имеют прорези, выполненные наклонно к нарезке.

4. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что выходная часть цилиндров турбулизатора выполнена с окнами, сообщающими канавки наружной и внутренней винтовых нарезок цилиндров между собой и с осевым каналом.

S

Сущность изобретения: устройство содержит коаксиально установленные вплотную в корпусе полые цилиндры с винтовой нарезкой на внутренней и внешней поверхностях противоположных направлений. Нарезки в первой трети длины цилиндра имеют монотонно уменьшающиеся шаг и ширину, а две последующие трети - постоянный шаг нарезки. Во второй трети длины цилиндра выполнены встречные винтовые канавки, противоположные по направлениям, соответственно для наружной и внутренних основных нарезок, в последней трети цилиндров выполнены окна, сообщающие нарезки внешней и внутренней поверхностей цилиндра. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

tpt/zfфиг. 2