Гидроциклоны над виброситом нужны, когда в растворе накапливается мелкая твёрдая фаза, которую сетка первой ступени пропускает. Линейное вибросито отсекает в основном крупный шлам. Пескоотделитель и илоотделитель забирают частицы песковой и иловой фракции. Пульпа с их песковых насадок падает на мелкую сетку, поэтому вместе со шламом не теряется жидкая фаза. Такую связку называют ситогидроциклонной установкой, в англоязычной литературе — mud cleaner.
Что делает каждая ступень очистки
Ступени работают последовательно, и каждая рассчитана на свой диапазон частиц. Значения ниже — ориентиры. Реальная точка отсечки D50 зависит от плотности и вязкости раствора, напора на входе и износа насадок.
- Линейное вибросито — удаляет крупный шлам. Тонкость очистки задаёт сетка: чем выше номер по API RP 13C, тем мельче отсекаемая частица. Ускорение у линейных машин обычно порядка 5–7 G (ориентир). Если поднять его выше, сетка быстрее изнашивается.
- Пескоотделитель — конусы диаметром 10–12 дюймов. Точка отсечки ориентировочно 40–70 мкм, это песковая фракция.
- Илоотделитель — конусы 4–5 дюймов. Ориентировочно убирает частицы 15–35 мкм.
- Центрифуга — отдельная ступень для коллоидной и тонкодисперсной фазы. Гидроциклоны её не заменяют.
В ситогидроциклонной установке гидроциклоны ставят прямо над деком. Например, так устроена компоновка СВЛК-1 с гидроциклонами SWACO: батарея конусов разгружается на сетку того же вибросита.
Когда гидроциклоны оправданы, а когда мешают?
На неутяжелённых растворах на водной основе связка почти всегда даёт выигрыш. Без неё содержание твёрдой фазы растёт, повышаются вязкость и плотность, а механическая скорость проходки падает. На практике чаще всего это видно при бурении по песчаникам и глинистым породам, которые быстро диспергируются.
Утяжелённый раствор — главное исключение. Размер частиц барита во многом совпадает с иловой фракцией, поэтому илоотделитель выбрасывает утяжелитель вместе со шламом.
Ситогидроциклонная установка частично решает эту проблему: сетка под конусами возвращает в систему часть барита, прошедшего через ячейки. Однако при высокой плотности раствора потери утяжелителя всё равно бывают значительными. Тогда гидроциклоны часто отключают и оставляют вибросита и центрифугу.
Как понять, что гидроциклоны работают неправильно
- Сплошная струя («канат») из песковой насадки — конус перегружен твёрдой фазой или насадка слишком мала. Мелкие частицы уходят обратно в раствор.
- Факельный («зонтичный») выброс без твёрдой фазы — насадка открыта слишком широко, конус теряет жидкость.
- Низкий напор на манифольде — точка отсечки смещается в сторону крупных частиц. Обычно ориентируются на напор около 20–23 м столба жидкости (ориентир, точное значение указывает производитель конусов).
- Быстро рвётся сетка под конусами — на неё попадает абразивный песок, который должен был задержаться на первой ступени.
От чего зависит эффективность вибросита с гидроциклонами
- Номер сетки на вибросите — слишком крупная ячейка перегружает конусы. Слишком мелкая вызывает перелив раствора через дек.
- Тип раствора — неутяжелённые системы очищаются хорошо. На утяжелённых приходится искать компромисс между удалением шлама и сохранением барита.
- Производительность шламового насоса — подача должна покрывать суммарную пропускную способность всех конусов, иначе напор падает.
- Реология раствора — при высокой вязкости и большом пластическом пределе сепарация в конусе ухудшается, D50 растёт.
- Состояние насадок и конусов — изношенная песковая насадка меняет режим разгрузки. Её проверяют и меняют регулярно.
- Обвязка ёмкостей — каждая ступень должна забирать раствор из отсека после предыдущей. Без этого очищенный и неочищенный потоки смешиваются.