CC BY
20
УДК 622.24
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РАСПУСКАЕМОСТИ ГЛИНОМАТЕ-РИАЛОВ ПРИ ПРИГОТОВЛЕНИИ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ
1 2 А.И. Ламбин , М.П. Сосновских , |Т.П. Бронникова
^Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
2Байкальский филиал «Сосновгеология», 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 53.
Представлены результаты исследования распускаемости глиноматериалов при приготовлении буровых растворов с помощью различных перемешивающих устройств. Предложен показатель эффективности распускаемости в виде кинематической вязкости. Библиогр. 1 назв. Ил.4. Табл. 1.
Ключевые слова: дисперсная система, вязкость, буровой раствор, перемешивающее устройство.
COMPARATIVE ASSESSMENT OF CLAY YIELD WHEN PREPARING DRILLING MUDS
A.I. Lambin, M^. Sosnovskikh, T.P. Bronnikova
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Baikal Branch of "Sosnovgeologiya", 53 Gogol St., Irkutsk, 664074.
The article presents study results of clay yield when preparing drilling muds by means of different mixers. A yield efficiency index is proposed in the form of kinematic viscosity.
1 source. 4 figures. 1 table.
Key words: dispersion system; viscosity; drilling mud; mixer.
Одним из важных вопросов технологической политики в области алмазного бурения ПГО «Сосновгеология» (ныне Байкальский филиал «Сосновгеология») явился вопрос разработки таких составов промывочных жидкостей, которые позволили бы увеличить механическую скорость бурения, длину рейса и предупредить геологические осложне-
ния при разведке урановых месторождений бурением скважин. При решении этого вопроса ставилась задача уменьшить до минимума количество твердой фазы в промывочной жидкости для бурения в осложненных условиях алмазным породоразрушающим инструментом. При существующем в то время оборудовании для приготовления про-
1 Ламбин Анатолий Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры нефтегазового дела, тел.: (3952)40527S, e-mail: burenie@istu.edu
Lambin Anatoly, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department Oil and Gas Business, tel.: (3952)40527S, e-mail: burenie@istu.edu
2Сосновских Михаил Петрович, ведущий инженер БФ «Сосновгеология», тел.: (3952)387267. Sosnovskikh Mikhail, Leading Engineer of Baikal Branch of "Sosnovgeologiya", tel.: (3952)387267.
3Бронникова Тамара Петровна, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии и техники разведки МПИ.
Bronnikova Tamara, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Technology and Equipment of Mineral Deposit Prospecting.
мывочных жидкостей (ГКЛ-2, ГКЛ-4) эту задачу выполнить было невозможно. Для лучшего диспергирования глин и реагентов начали применять дезинтеграторы, шаровые и щеточные мельницы, что позволило получить следующие результаты:
- более быстрое приготовление промывочных жидкостей;
- уменьшение расхода глинопорош-ков и реагентов;
- снижение себестоимости 1 м3 очистного агента;
- увеличение механической скорости и длины рейса;
- снижение расхода алмазов.
Лучшим диспергирующим устройством оказался жидкостный дезинтегратор, выполненный по инициативе ПГО в СКТБ «Дезинтегратор» г. Таллина. Он был установлен и опробован в экспедиции № 33. Промышленный эксперимент показал, что для обработки промывочных жидкостей типа глинистых и малоглинистых растворов, полимерных систем применение дезинтегратора с потребляемой мощностью в 230-240 кВт является неэффективным. По результатам эксперимента был сделан вывод, что приемлемой установкой этого типа явился бы дезинтегратор с установленной мощностью в 70 кВт и меньше. Реализация предложения по этому выводу в МинГео СССР не удалась по причине развала Союза.
Поскольку работу жидкостного диспергатора оценить было трудно в сравнении только с лопастными глиномешалками, конструкторы ПГО «Зеле-ногорск-геология» (Екатеринбург) параллельно разрабатывали другие, более доступные и не дорогостоящие перемешивающие устройства типа щеточной и шаровой мельниц, фасонного и простого диспергаторов, турбинной мешалки. При этом встала задача определения
сравнительной эффективности указанных перемешивающих устройств.
Эффективность перемешивания зависит от интенсивности перемешивания, которая, как известно [1], определяется с помощью следующих величин:
- частоты оборотов мешалки, n;
- окружной скорости конца лопастей мешалки, u;
- критерия Рейнольдса для процессов перемешивания, Re;
- расходуемой на перемешивание мощности, N.
Каждая из этих величин является соответствующей мерой интенсивности перемешивания для конкретного аппарата с мешалкой, работающего на конкретной системе (данной жидкости). Однако для сравнения различных аппаратов по интенсивности ни одна из перечисленных выше величин не является достаточно надежным критерием.
Точнее об интенсивности можно судить по отношению мощности к объему перемешиваемой дисперсии N/V, но и этот показатель не является универсальным, так как диссипируемая энергия распределяется неравномерно в аппарате одного вида, тем более в разнотипных аппаратах.
Эффективность перемешивания определяется количеством энергии, затрачиваемой на перемешивание для достижения требуемого технологического эффекта. При сравнении (таблица) двух аппаратов видно, что более эффективно работает тот, в котором достигается определенный технологический эффект при более низкой затрате энергии.
Замена крупных частиц на идентичные по суммарному объему, минеральному составу и физико-химическим свойствам мелкие при диспергировании в различных аппаратах приводит только к увеличению контактного взаимодействия частиц и объема связанной их по-
Характеристика перемешивающих устройств
Показатели Перемешивающее устройство
Щеточная Диспергатор с пря- Турбинная Дезинте- Миксер
мельница мым статором мешалка гратор
Готовность глинистого 21 24 180 3,5 2500
р-ра, цикл
Производительность 250 265 4500 0,725 28
циркуляции, л/мин
Производительность 715 665 1500 12 0,7
приготовления, л/час
Цена цикла, мин 2 1,9 0,222 0,95 0,03
К-во оборотов, мин 609 1015 150 м/с 7900
Затраты мощности, 19,2 6,5 9,5 1,75 0,21
кВт
верхностью дисперсионной среды, что и увеличивает вязкость дисперсии.
В качестве технологического показателя эффективности приготовления раствора при использовании того или иного перемешивающего устройства было принято отношение | = пТц / р1 где р - плотность раствора после его приготовления, кг/м ; Тц - время одного цикла перемешивания, с;
1 - время перемешивания, с.
Здесь величина 1;/Тц определяет число циклов перемешивания. Число циклов перемешивания определялось готовностью раствора, которая соответствует параметрам раствора, установленным технологической службой, исходя из практического применения глинистого раствора в сложных геологических условиях при использовании оптимальных режимов бурения. Поэтому разным перемешивающим устройствам соответствует определенное количество циклов перемешивания. В табл. 1 приведены циклы перемешивания промывочной жидкости для соответствующих устройств.
Отношение ц имеет размерность кинематической вязкости м2/с.
Эффективная вязкость дисперсий глинопорошка плотностью р=1055 кг/м3, полученных после приготовления с использованием различных перемешивающих устройств, приведена на графике рис. 1. Технологический показатель эффективности приготовления дисперсии для щеточной мельницы составил 9,855*10-4 м2/с, фасонного дис-пергатора - 4,548*10 -4 м2/с, прямого диспергатора - 8,086* 10-4 м2/с и турбинной мельницы - 6,013*10" м/с.
тг^мИас
1 ,мнн
Рис. 1. Эффективная вязкость дисперсий глинопорошка плотностью р=1055 кг/м3, приготовленной на:
1 - щеточной мельнице; 2 - фасонном диспергаторе; 3 - прямом диспергаторе; 4 - турбинной мельнице
Наиболее эффективным устройством по показателю ц оказалась щеточная мельница. На графике эффективная вязкость дисперсии после выхода из турбинной мельницы выше, чем
вязкость ее после фасонного дисперга-тора, однако большее число циклов перемешивания уменьшило значение ц.
Конструктивно щеточная мельница представлена на рис. 2.
Рис. 2. Щеточная мельница ЩМ-3
Рис. 3. График затрат мощности в зависимости от заполнения рабочей камеры водой и
частоты вращения ротора
Благодаря щеткам истирателя и ротора, изготовленным в виде закрепленных отрезков троса с расплетенными концами, агрегированные частицы глины распадаются на более мелкие частицы.
Далее рассматривалась эффективность работы щеточной мельницы в зависимости от заполнения рабочей камеры водой и частоты вращения ротора. Результаты исследования приведены на рис. 2, где штриховкой показана зона приемлемых затрат мощности двигателя щеточной мельницы при заполнении на 2/3 ее рабочей камеры и при частоте вращения ротора в пределах от 610 до 680 оборотов в минуту. При большем заполнении камеры и дальнейшем увеличении частоты вращения ротора затраты мощности резко возрастают.
Следующим этапом изучения эффективности щеточной мельницы явилось исследование зависимости вязкости жидкости от числа циклов перемешивания при неизменном содержании твердой фазы. В качестве показателя вязкости использовалась условная вязкость (время истечения фиксированного объема жидкости). Результаты изучения представлены на рис. 3. Здесь увеличение вязкости дисперсии соответствует увеличению коллоидной фракции, скорость роста которой можно характеризовать тангенсом угла наклона прямой, аппроксимирующей зависимость вязкости от числа циклов (рис. 4). В данном
о
о ^
о п:
ш
ее п: х
о >
О 20 40 60 80 Количество циклов
Рис. 4. Зависимость условной вязкости от количества циклов
случае этот тангенс с ошибкой в 5% составляет 0,39. Указанная зависимость будет иметь вид
у = 0.39х, где у - условная вязкость;
х - число циклов перемешивания.
Таким образом, распускаемость глиноматериалов зависит от эффективности перемешивающего устройства, которая, в свою очередь, зависит от конструкции устройства, степени его заполнения и частоты вращения его роторных элементов.
Изучение степени распускаемости глиноматериалов предложено производить путем измерения эффективной вязкости. Причем для учета содержания твердой фазы в дисперсии предлагается брать отношение эффективной вязкости к плотности дисперсии. В результате количественным показателем дисперсности твердой фазы в растворе становится кинематическая вязкость приготовленной жидкости. Кроме того, степень готовности раствора зависит для каждого перемешивающего устройства от числа циклов перемешивания, определяющего его эффективность. Отношение кинематической вязкости к числу циклов перемешивания будет представлять окончательный вариант параметра [1] оптимизации при изучении распус-каемости глиноматериалов при приготовлении буровых растворов как с точки зрения состава и свойств самого гли-номатериала, так и с точки зрения конструктивных особенностей перемешивающего устройства.
Библиографический список
1. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. Л.: Химия, 1975. 384 с.
Рецензент кандидат технических наук, доцент Иркутского государственного технического университета П.С.Пушмин
