ГИДРОДИСПЕРГАТОР ДЛЯ ЦЕМЕНТНЫХ И БУРОВЫХ РАСТВОРОВ

Предложение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин и может найти применение также в химической и пищевой промышленности, а именно к устройствам для интенсификации растворения химических реагентов в жидкостях, активации цементов, в том числе лежалых, измельчения твердых частиц в суспензиях, перемешивания застоявшихся буровых растворов.
Известен гидродиспергатор цементных растворов класса «струя в струю» (см. книгу Булатова А.И., Измайлова Л.Б. и др. «Справочник по креплению нефтяных и газовых скважин», - М., Недра, 1982 г., стр.62), содержащий полый корпус, в котором в двух диаметрально противоположных направлениях вмонтированы патрубки с конусоидальными насадками.
Работа гидродиспергатора основана на использовании кинетической энергии турбулентных потоков, выходящих из двух насадок. Вследствие возникающего кавитационного эффекта происходит разрушение скомковавшихся лежалых цементов и гидратных оболочек на частицах цемента.
Этот гидродиспергатор не лишен недостатков. Известный активатор в силу своих конструктивных особенностей имеет боковой отвод существенно большей длины, что обусловливает сложности при включении гидродиспергатора в систему его использования, а сварочное соединение отвода к корпусу опасно при работе под высокими значениями давления. Кроме того, он металлоемок, а его монтаж в высоконапорную линию не технологичен.
Известен также гидродиспергатор (см. Патент RU №2156855, МПК 7Е21В 33/14, 21/06, B01F 11/02, опубл. в Б.И. №27, 27.09.2000 г.), включающий полый двухступенчатый корпус с присоединительными резьбами на концах концентрично и с зазором размещенный в большей ступени корпуса стакан, донной частью обращенный к выходному отверстию меньшей ступени корпуса и с наружными и внутренними присоединительными резьбами со стороны его открытого конца и насади установленные в боковых отверстиях стакана, выполненных в диаметрально противоположных направлениях, оси которых перпендикулярны к центральной оси корпуса,
Эффект диспергирования этим устройством заключается в следующем. Две струи жидкости, выходящие из боковых насадок, встречаясь на большой скорости, на центральной оси стакана создают гидравлический экран, который разбивается струей жидкости выходящей из верхней насадки. При этом происходит диспергирование твердых частиц в жидкости.
Известный гидродиспергатор частично устраняет недостатки вышеприведенного аналога. Однако и он не лишен недостатков. Так, выполнение наружной поверхности дна стакана куполообразной формы не обеспечивает полноту силы удара диспергируемого раствора, поскольку такая форма не может служить в качестве экрана, раствор его только омывает. Кроме того, истекающий раствор из выходного отверстия корпуса меньшей ступени нуждается в повышении скорости истечения.
Другим недостатком его является также и то, что установка третьей насадки в стенке дна стакана, обеспечивая большую скорость истечения струи раствора, играет и отрицательную роль, ослабляя силу удара двух струй, истекающих из боковых насадок, при их встрече.
Известен гидродиспергатор (см. патент RU №24502 на полезную модель, МПК 7Е21В 33/14, 21/00, B01F 11/02, опубл. в Б.И. №22, 10.08.2002 г.), содержащий полый двухступенчатый корпус с присоединительными
н
н
резьбами на концах, концентрично и с зазором размещенный в большей ступени корпуса стакан, донной частью обращенный к выходному отверстию меньшей ступени корпуса и с наружными и внутренними присоединительными резьбами со стороны открытого конца и прикреплен к большей ступени корпуса, конусоидальные насадки, установленные в диаметрально противоположно выполненных отверстиях в ее боковых стенках, оси которых перпендикулярны к оси корпуса, на дне стакана выполнено третье отверстие с осью, совмещенной с осью корпуса, и снабжено аналогичной конусоидальной насадкой с потоковращателем в виде криволинейных лопаток, при этом расстояние от сечения выходного отверстия третьей насадки до точки встречи с осями вышеупомянутых двух других боковых насадок выбрано из следующего соотношения: L=5÷6 D, где L - оптимальное расстояние от сечения выходного отверстия третьей насадки до точки встречи с осями двух других боковых насадок, мм; D - диаметр сечения выходного отверстия третьей насадки, мм. Этот гидродиспергатор по технической сущности и достигаемому результату более близок к предлагаемому и может быть принят в качестве прототипа. В этом гидродиспергаторе недостатки вышеотмеченных аналогов частично устранены. Однако в повышении его эффективности резервы еще имеются. Установка только одного потоковращателя, например, над третьей насадкой в стенке дна стакана не приводит к существенному повышению его эффективности.
Задачей настоящей полезной модели является создание гидродиспергатора, обладающего повышенной эффективностью.
Поставленная задача решается гидродиспергатором для цементных и буровых растворов включающим полый двухступенчатый корпус с присоединительными резьбами на концах, концентрично и с зазором размещенный в большей ступени корпуса стакан, донной частью обращенный к выходному отверстию меньшей ступени корпуса, с наружными и внутренними присоединительными резьбами со стороны открытого конца, и прикреплен к большей ступени корпуса, конусоидальные
н
н
насадки, установленные в диаметрально противоположно выполненных отверстиях в ее боковых стенках, оси которых перпендикулярны к оси корпуса, на дне стакана выполнено третье отверстие с осью, совмещенной с осью корпуса, и снабжено аналогичной конусоидальной насадкой с потоковращателем с криволинейными лопатками, при этом расстояние от сечения выходного отверстия третьей насадки до точки встречи с осями вышеупомянутых двух других боковых насадок выбрано из следующего соотношения: L=5÷6 D, где L - оптимальное расстояние от сечения выходного отверстия третьей насадки до точки встречи с осями двух других боковых насадок, мм; D - диаметр сечения выходного отверстия третьей насадки, мм.
Новым является то, что боковые насадки со стороны входных отверстий снабжены аналогичными, как и у третьей насадки, потоковращателями для увеличения кинетической энергии струй.
Представленные рисунки поясняют суть полезной модели, где на фиг.изображен общий вид гидродиспергатора в частичном продольном разрезе. На фиг.2 - вид на А фиг.1, одна из насадок с потоковращателем: на фиг.3 - вид на Б-Б фиг.2, где изображен потоковращатель в сечении с криволинейными лопатками.
Гидродиспергатор для цементных и буровых растворов содержит полый двухступенчатый корпус, выполненный в виде переходника с меньшей и большей ступенями 1 и 2 соответственно с присоединительными внутренними резьбами 3 и 4 на концах. Внутри большей ступени 2 корпуса концентрично и с зазором 5 установлен куполообразный стакан 6, донной частью 7 обращенный к выходному отверстию 8 меньшей ступени 1 корпуса, и с наружными и внутренними присоединительными резьбами 9 и 10 соответственно. Стакан с помощью наружной резьбовой нарезки 9 присоединен к корпусу 1. На дне стакана выполнено ступенчатое отверстие в меньшей ступени которого герметично с помощью кольцевого уплотнительного элемента 11 установлена конусоидальная насадка 12, ось
которой совмещена с осью корпуса. Над этой насадкой, в большей ступени, на резьбе установлен потоковращатель 13 с криволинейными лопатками 14 (см. фиг.2 и 3). В боковых стенках стакана в диаметрально противоположных направлениях выполнены также аналогичные двухступенчатые отверстия, в которых установлены насадки 15 и 16 с потоковращателями 13. Насадки 12, 15 и 16 выполнены одинаковой конструкции, в качестве которых выбраны конусоидальные насадки гидромониторного шарошечного долота. Оси боковых насадок 15 и 16 перпендикулярны к оси корпуса 1. С целью обеспечения наибольшего эффекта диспергирования реагентов в растворе расстояние L от выходного сечения насадки 12 дна стакана 7 до точки встречи с осями боковых насадок 15 и 16 выбрано из следующего соотношения:
н
L=5÷6D,
н
где D - диаметр выходного отверстия насадки, мм.
При таком расстоянии L (мм) кинетическая энергия истекающей струи из выходного отверстия насадки наибольшая, а сила удара о преграду - максимальная.
Работа диспергатора заключается в следующем.
Его в собранном виде, как это изображено на фиг.1, на резьбах 3 и 10 присоединяют к напорной линии цементировочного агрегата или бурового насоса так, чтобы жидкость поступала со стороны корпуса с меньшей ступенью 1.
При включении в работу насоса жидкость с диспергируемым материалом через выходное отверстие меньшей ступени 1 корпуса под высоким давлением попадает в полость корпуса большей ступени.
Часть жидкости при этом направляется через потоковращатель 13, далее в насадку 12 и попадает в полость стакана, а часть через кольцевой зазор 5 между корпусом большей ступенью 2 и наружной стенкой стакана 6 попадает в потоковращатели 17 и 18 и затем в насадки 15 и 16, откуда в виде
напорной струи направляются навстречу друг другу в полость стакана, с увеличенной кинетической энергией, создавая гидравлический экран.
Повышение эффекта диспергирования с помощью описанного диспергатора заключается в следующем.
При прохождении через потоковращатели 13, 17 и 18 струи с диспергируемым материалом приобретают повышенную кинетическую энергию. При ударе двух струй, истекающих из боковых насадок 15 и 16 с большой скоростью, происходит предварительное диспергирование. Полное диспергирование обеспечивается при ударе с большой скоростью и оптимальной длиной струи, исходящей из насадки 12, установленной в дне стакана, об гидравлический экран, созданный струями с помощью двух боковых насадок 15 и 16.
Благодаря такому конструктивному исполнению диспергатора и сочетанию в нем ударов струи типа «струя в струю» и «струя в преграду», обладающих большой кинетической энергией за счет использования потоковращателей, позволяет получить повышенный положительный эффект - достаточно полное диспергирование твердой фазы в растворах и в конечном итоге повысить качество бурового или цементного раствора.