Тестовая жидкость Советский патент 1982 года по МПК E21B21/06 

(5) ТЕСТОВАЯ ЖИДКОСТЬ

1

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 1 .

Известна тестовая жидкость, состоящая из воды и 2,5 об. 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 гидроци клонов.

Цель изобретения - повышенк точности оценки эффективности работы оборудования за счет приближения условий моделирования процесса к идеальным.

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

мкмоб. %

ш

250-10012,V13,18

100-8027,6-35,3

80-6310,0-15,1

бЗ-Ю13,72-16,1

40-519,56-19,88

15

57,8-8,

при следующем соотношении компонентов, .:

Твердая фаза1,,7

ВодаОстальное

20

В качестве твердой фазы может использоваться кварцевый песок, гранит и другие минеральные материалы, не образующие коллоидных растворов. 39 На чертеже п едставлена схема экс периментальной установки. Установка состоит из рабочей емкости 1, выполненной в виде усеченно четырехгранной пирамиды. Над рабочей емкостью 1 устанавливается гидроциклон 2 заданного разме ра. К сливному патрубку гидроциклона 2 через поворотное колено крепитс расходомер 3 типа ВТ-100 для замера расходов раствора свыше 10 л/с. При меньших расходах пользуются мерной емкостью объемом 55 л. Оыход расходо мера 3 направляется в емкость 1. В емкости 1 устанавливается сетка 4, предохранякндая систему от попадания в нее посторонних предметов. Сетка t служит для установки на нее мерных емкостей. Емкость 1 снабжается мерной линейкой 5, оттарированной для замера объемов от itOO до 550 л с шагом 25 л. Нижняя часть емкости соеди няется через задвиику 6 с центробежным насосом 7 типа ПХ-4Р-1. Давление на выходе насоса 7 измеряется ма нометром 8. Выход центробежного насоса 7 соединяется через задвижку 9 и через расходомер 10 типа ИР-11 со входом гидроциклона 2. На входном па рубке гидроциклона 2 устанавливается манометр 11, перед которым сделан от вод 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-1б/5 служащим 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 I соеди няется параллельно насосу 7 к общей напорной линии к входу гидроциклона 2. Вся обвязка осуществляется тру бами (сЗт 7б мм) . Исходя из условий однородности пе ремешивания, которое заключается в задании дисперсии плотности на входе В)( , дисперсии плотности в емкости DA , коэффицит / , /( ента затухания о, ч с , подачи чере емкость насосом (JH 20 л/с, определяется минимально допустимый объем тестовой жидкости, который находится в емкости. Рабочий объем установкиУ 2 мЗ, угол конусности li 20, высота пирамиды И 1,5 м. 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 раствора. Суспензия, приготовленная из кварцевого песка, не меняет своих реологических параметров и может служить исходной базой для разработки тестовой жидкости. После просушивания, просеивания 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 следующей последовательности. Над емкостью 1 устанавливается гидроциклон (БГ 75 мм). В емкость 1 за-. ли веется рассчетное количество воды. Включается винтовой насос 15 и в гмдроциклон 2 подается вода. Из верхнего сливного патрубка и песковой насадки гидроциклона 2 х идкость возвращается в емкость 1, образуя замкнутый цикл. Отвешивается рассчетное количество кварцевого песка, соответствующее заданной концентрации твердой фазы от 1 до 2,5, вводят постепенно в емкость 1 в течение циклов циркуляции. Это делается с целью предотвращения оседания песка на стенки и в напорных линиях установки. После перемешивания в течение 15 мин и установки входного давления в диапазоне от 1 -10 до 5-10 fla с шагом 0,5-10 Па проводят отбор проб. При каждом значении давления в заданном диапазоне осуществляют замер расхода исходного раствора с помощью расходомера 10, расход шлама и расход очищенного раствора. Объем проб: исходной и очищенной суспензии 3,0 л, шлама 0,2 л. Дисперсный состав твердой фазы в отобранных пробах определяется пипеточным методом для фракций размером менее kO мкм и ситовым для частиц размером свыше lO мкм. Эффективность работы гидроциклонов определяется по формулам ( моо; (1) исх иох 59 гдеб-cj-,- степень очистки тестовой )хидкости от частиц заданно размера, %;, ис-х Оч исходной и очищенной суспензии соответственно, л/с; 3,щ- расход сгущенного шлама, и«) содержание частиц заданного 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 содержа нию твердой фазы оптимальная и соста ляет 86-89% в зависимости от вида формулы для расчета (1) или (2), Несовпадение результатов расчетов по О) и (.2} связано с погрешностью замера плотности суспензии. При концентрации, меньшей чем j1,5, очистка ухудшается, так как режим.давления не стабилизируется и «урбулентные пульсации не гасятся из за низкой концентрации твердой фазы При концентрации более 1,7% хаотические пульсации частиц дестабилизируют движение жидкости. При конЦентрации 1,.7% турбулентныепуль сации гасятся вязкостными силами вяз 6 костного трения, которые являютсяследствием сил взаимодействия между частицами данного фракционного состава. Замер вязкости данного фракционного состава суспензии представлен в графе Ц. При концентрации 1,5-1,7% наступает режим квазиламинарного течения, при котором сопротивление движению частиц минимально и очистка, следовательно, достигает максимальной величины. Для повышения точности физического моделирования важйо выдержать квазиламинарный режим течения, так как если движение частиц и жидкости не стабилизировано, 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 оцен ки эффективности очистки бурового оборудования, выявить дополнительные резервы повышения эффективности рэ боты очистных устройств.

« «

аа

4

«

4 О О

п

г вч

чО

Si

п

см

-.9

оо г

s

Jо ем и

г

JT

00

ГЛ

14

оо

Г4

о

1А

г

«в

i 1 itt IEJB Mi l ||В I |i

IM Iw я t I w« Co I w« fie к и is.

u lo Sd Id,; io l9. lo-

о хО

«м

1Л

m

vC

г

(Г1

Г1

со

00

Гч

(Г

1Л

со

I

г

см

оо

Jсоо

о

см

о

ej

0

е

л

се

г, 1П

3

со «м

оо

о

о см

I

00

о; 8.

л 5 $

S

и

S n9 Формула изобретения Тестовая жидкость, содержащая твердую фазу и воду, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности оценки эффективности ра боты центробежного оборудования для очистки бурового раствора, тестовая жидкость содержит твердую фазу следу ющего фракционного состава: мкмобД 250-10012,13,18 100-8027,6-35,3 80-6310,0-15,1 63- 4013,72-16,

Л

10 0 0-519,56-19,88 57,8-8,(6 при следукхчем соотношении компонентов, обД: Тршрдая фаза1,5 1,7 ВодаОстальное Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Мустафаев A.M. и Гутман Б.М. Теория и расчет гидроциклона, Баку, Мариф, 1969, с. 97. 2.Composite catalog,of о И field equipment service, Houston USA, 1974-1975, V. 1, p. (прототип).