РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПУЛЬСАЦИОННОГО ДИСПЕРГАТОРА ПРИ
РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ
Степень однородности приготавливаемого бурового раствора на основе глинистой
суспензии является важным показателем эффективности работы пульсационного
диспергатора. Диспергированные твёрдые частички суспензии должны быть
равномерно распределены по всему объёму приготовленного продукта перед подачей
в скважину. Поэтому при использовании диспергатора как перемешивающего
устройства необходимо обеспечить отсутствие застойных зон внутри аппарата: что
определяет необходимость экспериментальной проверки перемешивающей способности
данного устройства. Вместе с тем экспериментальное исследование перемешивающей
способности ПД даёт возможность произвести предварительную оценку длительности
работы аппарата для достижения требуемого уровня гомогенизации, а также выбрать
оптимальный режим обработки.
В процессе приготовления промывочных жидкостей для буровых скважин на основе
глины осуществляются две важные технологические операции, определяющие
структурно-механические и реологические показатели получаемого продукта и его
стойкость. Во-первых, производится измельчение включений глины или других
компонентов с последующим разрушением мелких агрегатов глинистых частиц вплоть
до достижения гомогенного состояния. Дробление твёрдых дисперсий в ПД в
результате воздействия гидравлического удара в рабочей камере аппарата и
эффекта кавитации, который инициируется внутри трубы в каждом цикле работы
аппарата. Во-вторых, в ПД осуществляется перемешивание обрабатываемой смеси с
целью её гомогенизации и получения однородного продукта пастообразной
консистенции. Операция перемешивания не требует применения ударных воздействий
и связана преимущественно с такой организацией потоков внутри аппарата, которая
предусматривает исключение застойных зон и байпасных потоков.
Оптимальное обеспечение обеих технологических операций связано с выбором
рациональных режимов, которые в равной степени обеспечивали бы и высокий
уровень диспергации, и высокий уровень перемешивания. Экспериментальные
исследования гидродинамических характеристик аппарата были проведены
применительно к изучению его перемешивающей и диспергирующей способности.
Исследования проводились на лабораторной модели ПД, снабжённого измерительными
приборами.
2.1. Экспериментальные исследования гидродинамической обстановки в
пульсационном диспергаторе
На основании проведённого аналитического исследования работы диспергатора
[66,67,69-71] и экспериментальных исследований [68] следует предполагать, что
интенсивность процессов перемешивания и гомогенизации в суспензии глины в воде
пропорциональна величине давления в рабочей камере при гидроударе и величине
абсолютного значения скорости в трубе пульсатора. Кроме того, для повышения
эффективности обработки глинистого раствора необходимо обеспечить в каждом
цикле работы аппарата полное удаление жидкости из рабочей камеры, с тем чтобы
инициировать кавитационные эффекты ДИВЭ - взрывное вскипание при резком
понижении давления и схлопывание образовавшихся кавитационных пузырьков. С
целью выбора оптимальных режимов работы аппарата, при которых указанные эффекты
проявляются в наибольшей степени, были проведены специальные исследования
динамических свойств уже существующей лабораторной модели пульсатора [72-74]. В
качестве переменных режимных параметров, определяющих эффективную работу
аппарата, необходимо рассматривать следующие величины.
1. Динамические характеристики, которые включают значения величины давления в
ресивере высокого давления РR и в ресивере низкого давления РV.
2. Частотные характеристики, которые включают продолжительность подключения
рабочей камеры аппарата к ресиверу высокого давления tR и к ресиверу низкого
давления tV. Эти характеристики определяются цикличностью работы клапана,
периодически присоединяющего рабочую камеру диспергатора к одному из
ресиверов.
3. Геометрические характеристики, которые включают высоту и объём рабочей
камеры, а также высоту и диаметр вертикальной трубы диспергатора.
Очевидно, что оптимальные режимы работы аппарата должны определяться
геометрическими размерами газового тракта - длиной и диаметром подводящих труб,
а также геометрическими размерами диафрагмы и её упругими свойствами.
В данном исследовании фиксировались геометрические характеристики газового
тракта, характеристики диафрагмы, размеры рабочей камеры и вертикальной трубы
диспергатора. В ходе исследования варьировались величины давления в ресиверах
высокого и низкого давления, и при фиксированных значениях РR и РV
варьировались частотные характеристики клапана tR и tV, которые устанавливались
с помощью управляющего прибора – электронного реле.
2.2.Описание экспериментального стенда
Исследования по определению оптимальных режимных параметров проводились на
лабораторном стенде, разработанном и сконструированном для исследования
гомогенизации и перемешивания высоковязких смесей и суспензий, в том числе
глинистых буровых растворов. Схема экспериментального стенда представлена на
рис.2.1. Он состоит из резервуара 1, источника сжатого газа 2, источника
вакуума 3 и пульсатора 4, разделённого двумя гибкими мембранами 5 на три
ёмкости, крайние из которых посредством трубопровода 6 и клапанов 7,8 соединены
с источником сжатого газа 2 и источником вакуума 3, а средняя ёмкость
оборудована трубой 9, нижняя часть которой опущена в резервуар 1.
В данных исследованиях объём ёмкости 1 составлял – 0,032 м3, объём рабочей
камеры ПД – 1Ч10-3 м3. Давление воздуха в ресиве
- Київ+380960830922