Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния вопроса.
1.1 Обзор работ по изучению надежности и долговечности бурового оборудования 9
1.2 Условия эксплуатации бурового оборудования 17
1.3 Влияние различных факторов на надежность бурового оборудования в специфических условиях сооружения скважин 19
Выводы по главе 37
ГЛАВА 2. Статистическая оценка показателей надежности элементов и узлов оборудования, контактирующего с промывочной жидкостью 39
Выводы по главе 61
ГЛАВА 3. Исследования содержания песка в глинах и бентонитовых глинопорошках и совершенствование очистки промывочной жидкости циркуляционных систем .
3.1 Изнашивающая способность глин и суспензий 62
3.2 Лабораторные исследования массовой доли песчаной фракции в различных глинопорошках 64
3.3 Перспективы использования глинопорошков свободных от твердых примесей 71
3.4 Совершенствование очистки промывочной жидкости от шлама при ее циркуляции 78
Выводы по главе 80
ГЛАВА 4. Пути повышения надежности бурового оборудования за счет совершенствования очистки забоя от выбуренной породы 82
Выводы по главе 92
Заключение 94
Список литературы
- Условия эксплуатации бурового оборудования
- Влияние различных факторов на надежность бурового оборудования в специфических условиях сооружения скважин
- Лабораторные исследования массовой доли песчаной фракции в различных глинопорошках
- Перспективы использования глинопорошков свободных от твердых примесей
Введение к работе
Актуальность темы. Технический прогресс в области бурения геотехнологических скважин (ГТС) в Кызылкумском регионе Навоийского горно-металлургического комбината (НГМК) возможен на основе внедрения надежного и безотказного оборудования.
Недостаточная надежность бурового оборудования приводит к простоям, авариям и значительному увеличению материальных и финансовых затрат.
Многолетний опыт сооружения ГТС в НГМК показывает, что используемое буровое оборудование имеет свои специфические условия эксплуатации: проходка скважин в рыхлых песчаных и песчано-глинистых отложениях глубиной 400-500 м долотом диаметром 215,9 мм осуществляется буровыми установками УРБ-3А3 при использовании бурильных труб СБТ-73 и максимальной подаче промывочной жидкости 16,3 л/с буровым насосом НБ-125. Кроме разрушенной долотом породы в циркулирующий поток поступает кварцевый песок, отделившийся со стенок скважины и песок, содержащийся в местных комовых глинах, используемых для приготовления буровых растворов. Накопление частиц выбуренной породы и обвального песка имеет отрицательные последствия: все поверхности и детали бурового инструмента и оборудования, контактирующие с промывочной жидкостью подвержены гидроабразивному износу. Следует учитывать также, что причиной отказов ротора и вертлюга является попадание в масляные ванны этих устройств промывочной жидкости, содержащей абразивные частицы. В этих условиях существующая система очистки бурового раствора путем естественного выпадения выбуренной породы в желобах и отстойнике малоэффективна. В настоящее время в литературе отсутствуют какие – либо сведения о методах своевременного выноса частиц выбуренной породы восходящим потоком промывочной жидкости и надлежащей очистки промывочной жидкости при бурении ГТС в аналогичных условиях.
Таким образом, повышение надежности гидравлического оборудования буровых установок путем снижения до минимума интенсивности гидроабразивного изнашивания является актуальной задачей.
Объект и предмет исследования: Элементы циркуляционных систем бурового оборудования и циркулирующих сред, используемых при сооружении геотехнологических скважин.
Цель работы - установление закономерностей интенсивности отказов и поиск условий, обеспечивающих повышение надежности гидравлического оборудования буровых установок.
Для решения поставленной цели, необходимо решить следующие основные задачи:
- провести анализ состояния и опыта эксплуатации гидравлического
оборудования, а также систем очистки промывочной жидкости от
выбуренной
породы;
- собрать, систематизировать и проанализировать информацию об отказах элементов циркуляционной системы с помощью специально разработанных форм учета отказов;
- определить показатели надежности, установить законы распределения
времени безотказной работы быстроизнашиваемых деталей и узлов
циркуляционной системы;
- провести сравнительные лабораторные исследования процентного
содержания песка в глинистых суспензиях, приготовленных из местных
комовых глин и бентонитовых порошков;
- выявить методы повышения безотказности и долговечности
оборудования, контактирующего с промывочной жидкостью.
Методы исследования. Работа выполнена с применением комплексных методов исследований, включающих анализ и обобщение литературных данных, вероятностно-статистические методы оценки надежности оборудования, контактирующего с циркулирующим потоком промывочной жидкости, теоретические и лабораторные исследования, а также методы научно-технического творчества.
Научная новизна диссертации:
-
Установлены зависимости изменения показателей надежности и характеристик изнашивания деталей и узлов оборудования от времени контактирования их с циркулирующим потоком промывочной жидкости, которые подтверждены законом распределения наработок до отказа.
-
Уточнена зависимость изменения сортности глинопорошков от содержания песка в них, что позволило ввести коэффициент очистной способности и эффективности очистки промывочной жидкости от шлама путем использования специальной установки.
3. Установлена зависимость соотношения диаметров бурильной колонны
и скважины, которая позволила выявить оптимальные значения этих
соотношений с целью наиболее полного выноса шлама из ствола скважины в специфических условиях бурения геотехнологических скважин.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждены: теоретическими исследованиями и выводами с использованием методов математической статистики и теории вероятностей, достаточным математически обоснованным объемом статистического материала об отказах бурового оборудования, полученного по результатам наблюдений за эксплуатацией буровых установок (погрешность не более 10% при доверительной вероятности 0,90).
В общей сложности накоплены данные, охватывающие более 400 значений наработок на отказ отдельных элементов буровых установок. Использованы материалы отчетной и ремонтной документации отделов: главного механика НГМК, ТО ПУР.РМ НГМК.
Личный вклад автора заключается в сборе и обработке большого объема статистического материала об отказах гидравлического оборудования с помощью специально разработанных статистических форм учета отказов, в проведении теоретических и лабораторных исследований, позволяющих сделать сравнительный анализ и дать рекомендации по повышению долговечности и безотказности бурового оборудования.
Практическая значимость работы заключается в реализации результатов исследований в виде рекомендаций по повышению надежности, путем применения: глинопорошков струйного помола, свободных от твердых примесей, а также гладкоствольных бурильных колонн с приваренными замками и шламоприемника, позволяющих своевременно удалять шлам за счет увеличения скорости восходящего потока промывочной жидкости, повысить ресурс бурильных замков, снизить интенсивность разрушения стенок скважины, уменьшить количество шлама на забое скважины и его повторное измельчение, снизить количество времени и число операций затрачиваемых на сооружение ГТС.
Апробация и внедрение результатов: Основные положения и содержание работы были доложены: на международных научно-технических конференциях «Новые идеи в науках о земле» - 2013, 2014, 2015» в МГРИ-РГГРУ; на научных семинарах кафедры «СТБС» МГРИ-РГГРУ (2013, 2014 и 2015).
Публикации по теме диссертации: Основные результаты работы изложены в 7 печатных работах, в том числе 4 научных статьи, вошедших в перечень ВАК Минобрнауки РФ, 3 тезисах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения, содержит 104 страницы, 17 таблиц, 36 рисунка и
Условия эксплуатации бурового оборудования
Анализ работ по надежности бурового оборудования показывает, что в отечественной и зарубежной литературе недостаточно полно изучены причины и характер отказов основных узлов буровых установок. Авторы [46,56 и др.] отмечают, что для объективной оценки вопросов повышения надежности бурового оборудования требуется большой объем статистических данных.
Вопросу повышения надежности и долговечности бурового оборудования посвящены работы: С.Г. Бабаева, Р.А Баграмова, Д.А. Башкатова, И.Ю. Быкова, В.Н. Виноградова, Р.А. Ганджумяна, А.А. Даниеляна, СИ. Ефимченко, А.И. Ильского, А.Г. Калинина, ЯМ. Кершенбаума, В.М. Кононова, Л.А. Лачиняна, Э.Л. Мархасина, А.К. Проникова, В.Н. Протасова, А.Е. Сарояна, Б.З. Султанова, Н.Д. Цхадая, Г.К. Шрейбера, Е.Ф. Эпштейна и др.
Ими созданы: методологические основы ресурсного подхода к техническому обслуживанию и ремонту оборудования [5,10,22], рассчитаны коэффициенты использования оборудования [14,28], даны прогнозы ресурса техники [1,8,40], параметры выбора перспективного оборудования по показателям качества и надежности [23,45,92], описаны и охарактеризованы показатели надежности [14,44], предложены методы исследования надежности буровых установок [5,44,77], приведены результаты оценки надежности [24,49], а также законы распределения наработки до отказа и методика определения характеристик безотказности[5,11,56].
Уровень полезной работы оборудования большей частью работающему в тяжелых условиях, многие исследователи связывают с надежностью, которая зависит не только от конструктивных параметров, от характера и величины действующих нагрузок, материала и конструкции сопряженных деталей, качества изготовления, но и от различных факторов его эксплуатации [9,49]. В работах [5,14,15,43,81] описаны методы по сбору и обработке информации при расчетах показателей надежности и предложены методы поиска новых технических решений важнейших вопросов, касающихся увеличения износостойкости деталей и узлов оборудования. Однако в них отсутствуют количественные показатели надежности установок, мало внимания уделено причинам возникновения отказов, не учитывается влияние эксплуатационных факторов на надежность оборудования.
Множество факторов, влияющих на долговечность и возможность различных сочетаний этих факторов в условиях эксплуатации, приводит к рассеиванию фактических данных по выходам из строя деталей и узлов. Решение некоторых вопросов повышения долговечности оборудования довольно сложно в связи с большим количеством задач, требующих проведения теоретических и экспериментальных исследований [5].
В монографии А.С. Проникова [76] рассмотрены основные проблемы надежности машин, возникающих на стадии проектирования, изготовления и эксплуатации. Основное внимание уделено общим закономерностям потери машиной работоспособности. Рассмотрены методы расчета и прогнозирования надежности, модели отказов, испытания на надежность, расчеты на износ, диагностика технических устройств. Материалы базируются на обобщении и критической переработке исследований по надежности и на оригинальных работах автора.
В работе Ю.А. Васильева [15] изложены некоторые вопросы о физической природе отказов бурового оборудования. Следует считать, что роторы и вертлюги отказывают главным образом вследствие износовых отказов (нормальное распределение), буровые насосы - вследствие внезапных отказов деталей и узлов и буровые лебедки, гидравлический тормоз - как в следствие износовых, так и из-за внезапных отказов деталей.
И.Ю. Быковым и Н.Д. Цхадая [14] подробно описан характер и виды изнашивания оборудования, влияние пого дно-климатических условий агрессивных сред на работоспособность оборудования, изложены пути повышения износостойкости оборудования в этих условиях.
С.Г. Бабаев [5] анализируя причины отказов и неисправностей оборудования, изложил результаты исследования видов изнашивания, описал экспериментально-теоретические разработки по повышению надежности и долговечности деталей и узлов буровых установок.
Опыт эксплуатации бурового оборудования показывает, что для большинства узлов критерием, определяющим сроки службы отдельных деталей, как правило, является интенсивное изнашивание [5]. Постепенное истирание элементов машин при трении друг о друга является наиболее распространенным видом разрушения деталей бурового оборудования. Изучению явлений трения и изнашивания деталей, также посвящены работы Н.Б. Демкина, Х.С. Измайлова, А.Ю. Ишлинского, Б.И. Костецкого, И.В. Крагельского, Я.С. Мкртычана, А.А. Ребиндера, а процессу абразивного и гидроабразивного изнашивания М.А. Бабичева, В.Н. Виноградова, Д.Н. Гаркунова, Г.Е. Лазарева, А.В. Семенова, Г.М. Сорокина, М.М. Тененбаума, М.М. Хрущова, Л.А. Шрейнера и др. В работах перечисленных авторов в основном описываются внешние признаки видов изнашивания, предложены критерии износостойкости, но не установлены зависимости видов изнашивания от условий трения. В них не рассматривалось влияние промывочной жидкости на износ оборудования и инструмента.
Изучение износа металлов при трении осложняется тем, что многие из факторов, влияющих на величину износа, действуют одновременно и трудно иногда установить, какие из них являются основными, а какие второстепенными [6]. Многочисленные исследования явлений изнашивания ограничены специфическими условиями трения рабочих поверхностей деталей, вследствие чего практически невозможно использовать их результаты непосредственно при изучении износа деталей бурового оборудования. Наиболее детально разработаны классификации видов изнашивания, предложенные Б. И. Костецким [57] и И.В. Кагельским [58]. Так, для одной группы деталей характерно абразивное изнашивание под действием промывочной жидкости, для другой группы - интенсивное разрушение поверхностей трения при высоких удельных давлениях и при одновременном коррозионном воздействии среды, а для третьей группы - усталостные виды изнашивания рабочих поверхностей.
Классификация, разработанная М.М. Хрущевым [92], сводится к механическому, молекулярно-механическому и коррозионно-механическому явлениям, которые определяют вид изнашивания.
Абразивный износ приводящий к изменению геометрии деталей и узлов является самым распространенным видом износа оборудования и инструмента [88].
Изучению гидроабразивного износа деталей гидравлической части буровых насосов следует отнести работы А.С. Волкова, Х.С. Измайлова, Г.Р. Ионнесяна, Я.М. Кершенбаума, Я.С. Мкртычана, Н.А. Прохорова, В.И. Рощупкина, и др.
Я.С. Мкртычан [67] исследуя износ пары «поршень-втулка» пришел к выводу, что износ в большинстве случаев начинается с втулки. Абразивные частицы, попав на поверхность трения, перемещаются по ним, вызывая частичное микрорезание, шаржирование резины поршня. Таким образом износ вызывается процессом многократного деформирования рабочей поверхности абразивными частицами и абразивной жидкостью и частично процессом микрорезания.
Влияние различных факторов на надежность бурового оборудования в специфических условиях сооружения скважин
На наш взгляд, устранение приведенных причин, снижающих ресурс работы буровых насосов, возможно только при обеспечении тщательной очистки промывочной жидкости путем использования глин для приготовления растворов с минимальным содержанием твердых примесей.
У вертлюга БА15-ЗЗГСБ средний срок наработки составляет 10-16 месяцев. При капитальном ремонте было обследовано 12 вертлюгов. Наиболее слабым местом в конструкции вертлюга являются напорная труба и отвод вертлюга. В результате действия высокоскоростного потока абразивной жидкости в напорной трубе и отводе вертлюга появляются микросрезы, кольцевые выработки глубиной 1,5-3 мм, которые в конечном итоге приводят к появлению сквозных промоин. Напорная труба вырабатывается в области посадки манжетных уплотнений. В момент выхода из строя манжета, который невозможно сразу визуально определить, глинистый раствор попадает во внутрь корпуса вертлюга, что приводит к загрязнению и поломке подшипников. Абразивный износ отвода вертлюга развивается в области его изгиба, где происходит изменение направления движения бурового раствора [14]. Износ элементов узла напорного сальника вертлюга в основном происходит по причине наличия абразивной прослойки между трущимися поверхностями. У 8 вертлюгов из 12 было отмечено усталостное изнашивание рабочей поверхности цилиндрических роликов.
Ротор. Из общего числа (24) обследованных роторов Р-410 в 70% случаях обнаружилось попадание бурового раствора на венец, вал-шестерня, зубья, а также в масляные ванны роторов. Анализ показывает, что раствор проникает через верхнее и нижнее лабиринтные уплотнения, в процессе наращивания колонны. В маслинную ванну раствор попадает через лабиринтное уплотнение со стороны шестерни. Загрязненность смазки приводит к интенсивному износу и коррозии таких основных деталей и узлов роторов Р-410, как венец, вал-шестерня, зубья ротора.
Бурильная колонна представляет собой систему, состоящую из большого числа соединенных элементов, отказ каждого из которых может привести к отказу работы всей системы. Надежность всей колонны может определяться по характеристикам надежности ее элементов (труб, замков, переводников) [63].
Установлено несколько случаев поломок бурильных труб с приваренными замками (ГОСТ 51245-99) диаметром 70 мм во время эксплуатации по сварному шву и телу. Причина аварий - промывы в местах наличия дефектов (посторонние включения в металле, расслоения, раковины и т.д.) [74].
Сочетание используемых диаметров скважины и труб муфтово-замкового соединения на месте работ приводит к неблагоприятным условиям работы бурильной колонны: росту кривизны нижней части колонны и стрелы прогиба; возникновению переменных напряжений изгиба и явления усталости металла труб (что подтверждается на практике при анализе причин аварий с бурильными трубами); разрушению замкового соединения вследствие размыва резьбового соединения. Кроме того, соотношения диаметров скважин и бурильных труб (при диаметрах скважин 200 и более), заложенные в технической характеристике на установку, не согласуется с общепринятыми рекомендациями и не гарантируют прямолинейности ствола скважины [83].
При спускоподъёмных операциях и при вращении колонны бурильных труб возникает контакт с массивом горных пород. Вращаясь, колонна касается стенок скважины вершиной полуволны, совпадающей с замковым соединением. Длительное трение колонны о стенки скважины приводит к абразивному истиранию наружной поверхности замков, муфт и переводников, имеющих увеличенный диаметр по сравнению с телом бурильных труб и, следовательно, к их повышенному расходу, а также к ограничению возможностей увеличения частоты вращения из-за значительных зазоров между трубами и стенками скважины, вызывающих вибрации и, как следствие повышенные затраты мощности на вращение колонны. При этом допускаемый износ наружной поверхности замков составляет 10-12 мм, а при одностороннем 4-6 мм [14]. Выступающие наружу по отношению к поверхности труб замки создают значительные затраты мощности на продвижение труб в скважине [64]. В данном случае замковое соединение действует как фреза, срезая корку и царапая породу делающая сечение скважины эллиптическим, овальным или еще более сложным по геометрии, что на ряду со сложным характером вращения колонны приводящем к возникновению сопротивлений [2,85]. В результате действия сопротивлений движению труб происходит осыпание и обваливание пород, локально расширяется ствол скважины, существенно затрудняется транспортировка выбуренной и осыпающейся породы на дневную поверхность так как уменьшаются скорость восходящего потока и его подъемная сила. Это вызывает потерю циркуляции промывочной жидкости в пластах, имеющих карстовые пустоты, каверны и трещины [83]. Радиус предельной области, определяющей потенциальные размеры каверны [20]: Rn=0,61rcexp , (1.1) где: 8- предел текучести породы при одноосном сжатии, МПа; гс- номинальный радиус скважины, Рг- горное давление, Рс- гидравлическое давление в скважине. На участке «Букинай» около 20% скважин попадает в зоны с интенсивным поглощением. Удельный вес непроизводительных затрат времени и средств на предупреждение и борьбу с поглощениями на этом участке в общем балансе времени достаточно велик и составляет 25-30%. Возрастает аварийность с бурильными трубами, так как в зоне каверны увеличивается стрела прогиба и, следовательно, напряжения изгиба. При этом стрела прогиба определяется из выражения [82]: z=0,5(k DcKB-d), (1.2) где: к - коэффициент разработки ствола скважины; d - диаметр бурильной трубы, DCKe- диаметр скважины. Существенным фактором разрушения стенок скважины является механическое воздействие бурильной колонны с выступающими замками. Механические сопротивления движению труб, связанные со скоблящим действием бурильных замков можно представить в виде выражения:
Лабораторные исследования массовой доли песчаной фракции в различных глинопорошках
Качество применяемых промывочных жидкостей оказывают влияние практически на все показатели бурения, а общая доля затрат на их приготовление, как отмечается в работе [13], составляет от 5 до 14% стоимости проходки скважин.
При бурении ГТС наибольшее распространение получили глинистые суспензии. В качестве материалов для приготовления буровых растворов используются комовые глины карьеров Южного Букиная и Тохумбета (см. табл. 3.1). Местные - жирные комовые глины в их естественном состоянии пригодны для приготовления растворов, лишь при тщательной их очистки от твердых включений.
Из табл.3.1 видно, что преобладающим минералом местных глин является монтмориллонит (77-83%). С точки зрения приготовления промывочной жидкости монтмориллонит и другие бентонитовые минералы обладают наилучшими качествами. Среди неглинистых материалов присутствуют кварц, плагиоклаз, примесь шпатов.
Одним из основных показателей, характеризующих качество применяемой промывочной жидкости на месте работ, является наличие в ней песка.
Чрезмерно-высокая массовая доля песчаной фракции в составе Тохумбетской глины 8-10%, а глин Южного Букиная около72% резко ухудшает их качество. Поэтому для дальнейшего использования глинистых растворов, приготовленных из местных глин, необходимо максимально очистить их от твердых примесей песка.
Исследования показали, что из одной тонны Тохумбетской глины можно получить в среднем около 8 м3 глинистого раствора, а из низкосортных глин Южного Букиная - менее 5 м3.
Основные свойства промывочной жидкости зависят от размера, формы и химического состава взвешенных в ней частиц. Как указывается в работе [3] размеры этих частиц удобно разделить на три группы: коллоиды размером от 0,1 до 2мкм, определяющие вязкостные и фильтрационные свойства раствора; ? илы с размером частиц от 1 до 70 мкм, обеспечивающие необходимую плотность раствора;
песок с размером частиц от 50 до 400 мкм, которые хотя и закупоривают крупные отверстия в некоторых очень пористых пластах, в остальном оказывают отрицательное воздействие в силу высокой абразивности.
При закачке в скважину буровой раствор за короткое время дополнительно обогащается мельчайшими частицами выбуренной породы, которая содержит различные по размеру загрязняющие частицы песка. Наблюдения показали, что размер основной массы частиц составляет 0,5-3,5 мм, величина отдельных частиц доходит до б мм и более. Такие частицы в основном оседают в отстойниках, либо удаляются при помощи желобов. Значительно сложнее удалять частицы размером меньше 0,5-0,7мм [5].
Как известно из работы [19] литературного обзора, абразивная способность минералов зависит от их твердости, формы частиц, шероховатости поверхности.
При изучении нами под микроскопом частиц песка из местных глин, было установлено, что частицы размером 2-3 мм имеют более окатанную форму с уменьшенным образованием режущих граней, а частицы размером 0,5-0,7мм имеют остроугольную форму. При взаимодействии промывочной жидкости, содержащей остроугольные частицы с элементами циркуляционной системы, резко увеличивается ее изнашивающая способность.
Лабораторные исследования массовой доли песчаной фракции в различных глинопорошках. В лаборатории буровых растворов кафедры «СТБС» МГРИ-РГГРУ проводились исследования по определению содержания песка в промывочной жидкости, приготовленной из глинопорошков различных видов. Полученные значения плотности, вязкости и содержания песка сравнивались с теми же показателями растворов, приготовленных из местных комовых глин. Глина, используемая для приготовления буровых растворов по основным своим физико-химическим показателям (выход раствора, массовая доля песчаной фракции), должна соответствовать требованиям ISO 13500:2008 (табл.3.3). Марки глинопорошков и их показатели Таблица 3. Вид глинопорошка Марка Выход раствора,м3/т Массовая доля песчаной фракции, %, от до не более 1 2 3 4 5 Порошок бентонитовый (ПБ) Б-1,Б-2 Б-3 Б-4 Б-5 Б-6 Б-7 Б-8 Б-9 12 8585 Более 16 15,5 11,57,5 4,5 11,5 7,5 Менее 4,5 6668106810 Порошокпалыгорскитовый(ПП) П-1 П-2 П-3 П-4 П-5 П-6 16 12 85 Более 20 19,5 15,511,57,5 Менее 4,5 6 6 6 8 8 10
Порошок каолин-гидрослюдистый (ПКГ) КГ-1 КГ-2 КГ-3 5 76,5 Менее 3,5 8 8 10 При проведении исследований были использованы следующие глинопорошки: серпуховской, палыгорскитовыи, волжский и саригюхскии. Общее количество проведённых замеров составило 28. На каждый образец глинопорошка произведено по 7 замеров, изменяя при этом в допустимых пределах плотность растворов. Сравнение показателей, полученных промывочных жидкостей проводилось с предварительной гидратацией глины в емкости на 48 часов, при следующих условиях: условная вязкость Т=25 с, температура используемой воды t=20-23 С0. Полученные данные, зафиксированные в табл. 3.4 - 3.7, позволили судить о качестве использованных глинопорошков.
Перспективы использования глинопорошков свободных от твердых примесей
В начальной стадии помола вероятность соударения друг с другом и измельчения частиц твердой фазы мала, поскольку из-за большой сопротивляемости измельчению твердые частицы не могут разрушаться при столкновении с частицами глины. Это приводит к накоплению во внутримельничном пространстве значительного объема песка. Скопившийся песок препятствует проникновению в мельницу глины и способствует увеличению вероятности соударения и измельчения самых твердых частиц и загрязнения готового продукта. При превышении объема примесей в мельнице некоторого заданного количества из переключающего устройства (ПУ) 18 поступают сигналы на привод питателя 2 и заслонку 73. С помощью сигнала прекращается подача глины в мельницу, закрывается выход осадительного циклона 12 и открывается выход разгрузочного циклона 16 подключая его к фильтру 14 и вентилятору 75.
На данной стадии измельчения оставшаяся в камере помола твердая фаза под действием тяги вентилятора по патрубку поступает в разгрузочный циклон 76, где и осаждается, разгружая мельницу от излишней циркулирующей нагрузки. Мелкие же частицы глины выносятся в фильтр и осаждаются. После разгрузки мельницы ПУ возвращает заслонку и выходы осадительного и разгрузочного циклонов первоначальное положение и цикл повторяется.
Проведенные в лабораторных условиях на специальной установке исследования показали (рис. 3.4), что при измельчении 200 кг бентонита Саригюхского месторождения марки Б-3 с содержанием песка 6% (точка А), получен бентопорошок с выходом 87,5%. При этом содержание песка в нем составило всего 0,13% (точка В), а сортность глинопорошка увеличилась до марки Б-2.
Для суждения об эффективности очистки глинопорошка струйного помола от песка с помощью специального устройства введены понятия: коэффициент очистной способности (К0) и эффективности очистки Кэ.
Закономерность повышения качества бентонитового глинопорошка за счет измельчения и удаления песка с помощью специальной установки. Благодаря введенным коэффициентам и полученным числовым значениям нами сделан прогноз очистной способности данной установки с применением к местным глинам. Так, например, массовая песчаная фракция Южно-Букинайского глинистого сырья составляет 12%, после очистки на рассмотренной установке будет содержать всего 0,39% песка.
С целью использования низкосортных местных комовых глин Тохумбетского и Южно-Букинайского месторождений предлагается технологическая схема получения качественных глинопорошков (рис.3.5).
Функциональная схема установки для производства глинопорошка свободного от твердых примесей. Принцип действия предлагаемой установки заключается в первоначальной сушке материала, после чего комовая глина, через камеру загрузки поступает в сушильный барабан, с последующим предварительным измельчением в конусной дробилке. Далее осуществляется подача полученного глинопорошка в струйную мельницу со специальным устройством для максимального удаления песка из сырья при одновременном его измельчении. На наш взгляд предложенный комплекс технологического оборудования, в состав которого входит противоточная струйная мельница, с дополнительным устройством для удаления песка, целесообразно использовать на месте работ. Внедрение данной схемы позволит обеспечить получение максимально очищенных от твердых примесей материалов, из местных глин, расположенных вблизи от производства работ, сократить время на приготовление промывочной жидкости, увеличить ее выход.
Немаловажное внимание заслуживает очистка промывочной жидкости от шлама при циркуляции в процессе бурения выходящей из устья скважины на поверхность. Если не принимать мер к очистке раствора, то в короткое время он настолько обогатится частицами выбуренных пород, что не будет пригоден для бурения [13].
В связи с этим актуальной проблемой является качественная очистка бурового раствора в процессе бурения. Выбор оборудования и технологии очистки промывочной жидкости от шлама, основывается на конкретных условиях бурения скважин. При выборе оборудования учитывают многообразие конкретных условий, в противном случае возможны дополнительные затраты средств и времени. Несмотря на то, что системы очистки [69,70] сложные и дорогие, в большинстве случаев применение их рентабельно вследствие значительного увеличения скоростей бурения, сокращения расходов на регулирование свойств ПЖ, уменьшения степени осложненности ствола, удовлетворения требований защиты окружающей среды [13].
Существующая при сооружении ГТС система очистки промывочной жидкости в желобах и отстойниках обеспечивает лишь частичное удаление шлама. В связи с этим предлагается ввести разработанную схему двухступенчатой системы очистки промывочной жидкости от шлама, состоящей из энергоемкого, малогабаритного, но эффективного оборудования (рис.3.6).
Выходящая из скважины промывочная жидкость по схеме рис. 3.6 попадает в зумпф , где оседают крупные и тяжелые частицы шлама (более 1,0 мм), откуда с помощью центробежного насоса 1 поступает в устройство грубой очистки 3 там шлам средних размеров (0,1-1,0 мм) осаждается, после чего, через патрубок 4, (который принципиально расположен выше основания конусной части емкости), с открытием задвижки 5 грубо очищенный раствор поступает в гидроциклон б, с помощью которого мелкие частицы шлама (менее 0,1 мм) - ил, оседают в урне 7. Максимально очищенная промывочная жидкость от частичек выбуренных пород поступает в буровой насос, тем самым снижая гидроабразивный износ деталей гидравлического блока. Для удаления накопившегося песка, в днище емкости предусмотрена насадка, с открытием которой, песок попадает в урну 2.
Отличие предлагаемой схемы очистки заключается в конструкции устройства грубой очистки. Сливной патрубок смонтирован выше конусного основания емкости. Тем самым основная масса всего песка слоями осаждается в нижней части данного устройства, а грубоочищенная промывочная жидкость, через сливной патрубок поступает в гидроциклон для полного очищения бурового раствора.