Устройство для получения тонкодисперсных буровых систем

(51)5 В 01 Е 5/06ГОСУДАРСТВЕН О ВЕДОМСТВО ССС (ГОСПАТЕНТ СССР) АТЕНТНОЕ Е ИЗОБ ДЕТЕЛБСТВУ СА О К АВТОРСКОМ(56) Авторское свидетельство СССР М 1590124., кл. В 01 Е 5/10, 1990.Авторское свидетельство СССР ЬВ 1209305, кл. В 05 В 1/34, 1986,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ БУРОВЫХ СИСТЕМ ф 7) Сущность изобретения: устройство содержит коаксиально установленные вплотИзобретение относится к смешению идиспергированию буровых растворов и моавт быть использовано в горнодобывающейи химической промышленности,Цель изобретения - повышение степени дисперсности буровых систем,На фиг.1 изображено устройство в продольном разрезе; на фиг.2 - полная развертка наружной боковой поверхности пологоЧилиндра турбулизатора, где буквой 1 обозначена сторона, соответствующая длине обрезуЮцей цилиндра, а буквой Р - размерраэаарнутого в прямую линию. периметра(йаюиц) окружности с диаметром, равнымнаружному диаметру внешнего полого циаюнша турбулюзатора.Устройство состоит иэ корпуса 1 .сЕеаный 2 и выходным 3 каналами. Турбулизатер выполнен из коаксиально установленных в корпусе 1 вплотную к друг другусменных полых цилиндров 4, соединенных 1819663 А 1 ную в корпусе полые цилиндры с винтовои нарезкой на внутренней и внешней поверхностях противоположных направлений, Нарезки в первой трети длины цилиндра имеют монотонно уменьшающиеся шаг и ширину, а две последующие трети - постоянный шаг нарезки. Во второй трети длины цилиндра выполнены встречные винтовые канавки, противоположные по направлениям, соответственно для наружной и внутренних основных нарезок, в последней трети цилиндров выполнена окна, сообщающие нарезки внешней и внутренней поверхностей цилиндра, 3 з.п. ф-лы, 2 ил. пальцами (не показано) и закрепленных в а корпусе 1 стопорными кольцами 5, На наружной боковой поверхности цилиндров нарезана прямоугольная или а трапецеидальная одно- или многозаходная, р например правая, резьба 6, представляющая собой чередование канавок 7 и витков 8 резьбы. На фиг.1 и 2, например, показан сменный цилиндр с четырехэа" ходной правой прямоугольной резьбой на О наружной поверхности. Такая же резьба (д противоположного направления, например, левая, нарезана на внутренних боковых поверхностях цилиндров. Она состоит из канавок 9 и витков 10 резьбы. На фиг,1 резьба внутренней боковой поверхности цилиндров видна в разрезе, а на фиг,2 показана штриховыми линиями. В первой по ходу движения жидкости входной части цилиндров резьбы имеют постоянные или монотонно уменьшающиеся шаги, ширину иглубину канавки. На фиг.1 и 2 показан полый сменный цилиндр с монотонно уменьшающимся шагом и шириной канавок входной части. В средней, второй по ходу движения жидкости, части полых сменных цилиндров 4 витки резьбы 8 и 10 снабжены прорезями 11, технологически выполненными, например, нарезкой дополнительных винтовых канавок противоположного к основным канавкам направления (левая и правая резьбы) или фрезеровкой пазов, наклонных или перпендикулярных к виткам резьбы. Выходная, третья по ходу движения жидкости, часть полых цилиндров имеет окна 12, круглые или ромбовидные, соединяющие винтовые канавки, нарезанные на наружной и внутренней боковых поверхностях полых цилиндров, между собой и с осевым каналом турбулизатора. Сменные полые цилиндры изнутри с обоих концов имеют конусные заточки и в сборе образуют осевой канал, представляющий собой трубу Вентури, состоящую иэ конфузора 13, цилиндрической части 14 и диффузора 15. В осевом канале помещается коноидальный 16 насадок;Устройство работает следующим образом,Предварительно приготовленная и смешанная буровая система (буровой раствор) подается по трубопроводу к устройству и попадает во входной канал 2, где делится на два потока: осевой и периферийный,Осевой поток сужается в конфузоре 13, насадке 16, увеличивается его скорость, а давление понижается до значения давления (упругости) насыщенных паров. Возникают кавитационные пузырьки, которые в диффуэоре кондеисируются и разрушают, измельчают и диспергируют частицы твердой фаэ.ы, содержащиеся в растворе, При этом степень дисперсности частиц увеличивается, а концентрация частиц твердой фазы не изменяется, что и позволяет при меньшем количестве химических реагентов получить необходмые структурные показатели раствора, Коноидальный насадок 16, помещенный в плоскости, секущей окна 12, эжектирует периферийный поток и увеличивает перепад давления между входом в канавки селык цилиндров и плоскостью окон 12. Это позволяет увеличить площадь пемрещего сечения канавок, что уменьшаЕт вероятность засорения их крупными частицамв твердой фазы. Кроме того, эжектирееение периферийного потока к осеаему каналу уменьшает влияние центробюкм 1 егеускорЖния, действующего на частицы твердой фазы во вращающихся мриферийных струях,и уменьшает их центробежную. сепарацию, могущую приве.сти к засорению канавок полых цилиндров,Во второй по ходу движения жидкости5 средней части полых цилиндров отклонениевращающихся периферийных струй поддействием эжектирования происходит нетолько в радиальном, но и в осевом направлении; что заставляет проходящий поток10 двигаться не строго по основным винтовымканавкам, а по более сложным траекториям,пересекающим как канавки основной винтовой нарезки, так и прорези 11 витков резьбы. Это усиливает ударное механическое15 воздействие столкновения частиц твердойфазы с углами прорезей витков резьбы.Русло периферийного потока сужаетсяот сечения 1-1 к сечению 2 - 2, так как площадь поперечного сечения входного канала20 больше суммы площадей поперечных сечений входной части винтовых канавок,и далее сужается до сечений 3 - 3; ширинаканавок уменьшается, уменьшая площадьпоперечного сечения канавки. Площадь по 25 перечного сечения канавки в сечении 3 - 3выбирается такой, чтобы давление в этомсечении уменьшалось до значения давления(упругости) насыщенных паров, что приводит к появлению "факела" кавитационных30 пузырьков эа сечением 3 - 3 по ходу жидкости и распространяющегося в среднюючасть полых цилиндров по винтовым канавкам и прорезям витков резьбы. Наличиепрорезей увеличивает площадь живого се 35 . чения струи, что повышает давление и приводит к конденсации кавитационныхпузырьков. Чередование многочисленныхзон сужения и расширения в средней частиполых цилиндров приводит к скачкам давле 40 ния и дальнейшему развитию кавитационных явлений, а также приводит к ударномумеханическому воздействию столкновенийчастиц твердой фазы с углами прорезей витков резьбы,45 Суммарное кавитационное и ударноемеханическое воздействие приводит к разрушению, измельчению.и диспергации частиц твердой фазы.Пройдя через среднюю часть в выход.50 ную часть полых цилиндров, периферийныйпоток частично отсасывается эжектированием; частично направляется винтовыми канавками в камеру смешения, состоящую извыходного канала 3 и диффузора 15 осевого55 канала. Выполнение канавок на внутреннихи внешних боковых поверхностях цилиндров с противоположными направленияминарезки и наличие окон способствуют закрутке жидкости вокруг оси цилиндров изакрутке струй жидкости вокруг собствен 1819663ной оси, гидродинэмическим ударам струй жидкости друг о друга, перемешиванию струй, рассеканию их гранями окон.При выходе из канавок выходной части полых цилиндров, струи жидкости образуют , пересекающийся в пространстве камеры смешения, состоящей из выходного канала 3 и диффузрра 15, веер закрученных струй, каждая из которых под действием центробежного ускорения от закручивания струй вокруг их собственной оси стремится конусообразно раздробиться на отдельные частицы, Это способствует тщательному перемешиванию буровой системы,Устройство для получения тонкодисперсных буровых систем позволяет путем повышения степени дисперсности химических реагентов, входящих в буровую систему при ее движении по циркуляционной системе и в скважине, ускорить дОстижение промывочной жидкостью необходимых параметров водоотдачи, стабильности и непрерывно повышать степень дисперсности буровой системы в процессе бурения, что позволяет в большинстве случаев обеспечить качественную проводку буровой скважины. Кроме того, использование тонкодисперсных буровых систем при строительстве скважин позволяет резко сократить расход химических реагентов для поддержания требуемых параметров бурового раствора,Формула изобретения 1, Устройство для получения тонкодисперсных буровых систем, содержащее корпус с входным каналом, турбулизатор в виде 5 коаксиально установленных вплотнуюсменных полых цилиндров с канавками на наружной и внутренней боковых поверхностях, имеющих противоположное направление, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью 10 повышения степени дисперсности буровыхсистем, турбулизатор выполнен с осевым каналом в форме трубы Вентури и снабжен установленным в осевом канале коноидальным насадком, а канавки на боковых повер хностях полых цилиндров выполнены в видевинтовой нарезки, причем корпус снабжен выходным каналом,2, Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что винтовые канавки входной по 20 ходу движения жидкости части цилиндровтурбулизатора имеют монотонно уменьшающийся шаг и ширину канавки, а в средней и выходной частях цилиндров канавки имеют постоянный шаг и ширину.25 3, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что цилиндры турбулизатора в средней части имеют прорези, выполненные наклонно к нарезке.4, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что выходная часть цилиндров турбулизатора выполнена с окнами, сообщающими канавки наружной и внутренней винтовых нарезок цилиндров мехду собой и с осевым каналом.сТСС изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 1 Заказ 1995 . Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по из 113035, Москва, Ж, РПодписноеетениям и открытиям при Гшская наб., 4/5