Многофункциональная установка для приготовления растворов «БПР-4»
в.м. миненков,
генеральный директор
ООО «НПК «ЭКСБУР-К»
exbure@mail.ru
в.и. мищенко,
генеральный директор
ООО «Компания «Техномехсервис»
tmc@tmc.su
В статье представлены описание и принцип работы универсального блока для приготовления различных растворов и технологических жидкостей «БПР-4»
ALL SET FOR THE PREPARATION OF SOLUTIONS BPR-4
b. minenkov, Scientific & production company «EХBURЕ Oc» Ltd, v. mishchenko, The company Tehnomechservis Ltd. The article describes the principle of universal block for the preparation of various solutions and process liquids BPR-4. Keywords: preparation of solutions, stirrer, dispersion, emulsion, cement slurry, cement bridges, tails
Технико-экономическая эффективность практической реализации процессов приготовления технологических жидкостей, используемых при строительстве и ремонте скважин различного назначения, во многом зависит от оборудования, которое используется при этом.
В 2009 г. нами разработан и освоен в производстве новый многофункциональный блок «БПР-4», общий вид которого представлен на рис. 1.
Блок «БПР-4» предназначен для приготовления:
- высококачественных буровых растворов и водных растворов химических реагентов;
- тампонажных растворов и буферных жидкостей при цементировании обсадных колонн;
- гидрофобных эмульсионных систем;
- солевых растворов и суспензий любого состава.
Блок «БПР-4» может эксплуатироваться самостоятельно либо в сочетании с другими установками, используемыми для различных технологических процессов.
Многофункциональность блока позволяет эффективно использовать его не только в нефтегазовой отрасли, но и в строительной и химической промышленности (пено-бетоны, известковые растворы, краски, лаки и т. д.), сельскохозяйственной индустрии (приготовление растворов и эмульсий хими-
Рис. 1. Блок «БПР-4»
ческих удобрений). В нефтегазовой промышленности блок «БПР-4» может успешно использоваться вместо морально устаревшей глиномешалки типа «МГ2-4Х».
Комплектность и конструктивное исполнение «БПР-4» обеспечивает его многофункциональность и ряд преимуществ при эксплуатации, а именно:
- минимальное время для монтажа и демонтажа блока;
- форма днища и расположение всасывающего трубопровода обеспечивают полное опорожнение емкости;
- перемешиватели типа «ПЛМ», в отличие от «ПБР-75» и «ЦСЗ-3000ЭУК», обеспечивают интенсивное перемешивание раствора не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскости. При этом исключается образование застойных зон и расслоение раствора;
- энергосберегающий диспергатор «ДШМ-100» позволяет обеспечить быстрое и качественное измельчение и активацию твердой фазы растворов (бентонитовый глинопорошок, цемент, полимерные реагенты);
- приготовление стабильных гидрофобных эмульсионных растворов при установке на блок диспергатора гидравлического «ДГ-40»;
- механизация ввода сыпучих и жидких материалов из любой тары (мешки, контейнеры, бочки) путем установки гидросмесителя «СГМ-100» с переносной воронкой. Гидросмеситель устанавливается непосредственно на емкости и соединяется с переносной воронкой специальным резинотканевым материа-лопроводом. Такое расположение гидросмесителя и воронки исключает слив на почву и потерю раствора из сливной линии гидросмесителя;
- габаритные размеры блока позволяют транспортировать его любым видом транспорта, в том числе автомобильным и вертолетным;
- по желанию заказчика на блок может устанавливать-
ся дизель-генераторная станция, наличие которой обеспечивает полную автономность работы блока;
- для повышения мобильности работы блок «БПР-4» может быть установлен на шасси автомобиля или прицепа.
Принципиальная схема «БПР-4» приведена на рис. 2.
Приготовление исходной смеси осуществляется следующим образом.
В емкость 1 (рис. 2) по трубопроводу 2 заливается расчетное количество воды. Контроль за объемом воды - по мерной линейке 3, установленной в емкости. Затем включается механический перемеши-ватель 4.
Насосным агрегатом 5 создается круговая циркуляция по циклу: емкость 1 - насос 5 - гидросмеситель 6 - емкость 1. При этом в рабочей камере гидросмесителя образуется вакуум. В переносную
воронку 7, соединенную гофрированным шлангом 8 с гидросмесителем, засыпается из мешков расчетное количество сыпучих материалов. Контроль за количеством введенных материалов ведется либо по мерной линейке 9, установленной в воронке 14, либо по количеству опорожненных мешков. За счет вакуума сыпучий материал засасывается в рабочую камеру гидросмесителя, где происходит первичное измельчение и качественное смешение компонентов с водой. Возможен ввод порошкообразного материала непосредственно из мешков или контейнеров через специальный всасывающий шланг гидросмесителя (процесс подобен работе пылесоса). При порционном приготовлении цементных растворов практикуется за-
Табл. 1. Технические характеристики «БПР-4»
Наименование показателя Величина показателя
Полезный объем емкости, м3 от 2,0 до 6,0
Характеристика электронасосного агрегата; м3/час, не менее - подача, м3/час - напор, м - установленная мощность, кВт 75 - 100 30 22,5 - 30
Гидросмеситель «СГМ-100» - подача, м3/час - давление, МПа - высота самовсасывания порошкообразных материалов смесителем, м, не менее 100 0,3 - 0,4 5
Диспергатор низкого давления «ДШМ-100»: - пропускная способность, л/с - рабочее давление, МПа 40 0,3 - 0,4
Диспергатор гидравлический «ДГ-40»: - пропускная способность, л/с - рабочее давление, МПа 40 4,0 - 6,0
Полная установленная мощность, кВт 22,5
Габаритные размеры, см (в скобках указана высота в транспортном положении) не более 6000х2500х 3800 (2500)
Масса, кг не более 6000
Рис. 2. Принципиальная схема обвязки «БПР-4»
грузка цемента через специальный люк непосредственно в емкость «БПР-4». Качественное смешение обеспечивается перемешивателем и круговой циркуляцией от центробежного насоса.
После ввода исходных компонентов раствор при необходимости прокачивается в течение 2 - 4 циклов через диспергатор «ДШМ-100». Раствор поступает в диспергатор по входному патрубку и затем через щелевидное сопло в пространство между внутренней камерой и фильтром. За счет тангенциального подвода раствор приобретает вращательное движение и приводит в движение мелющие тела. Специальная конфигурация пространства между внутренней камерой и фильтром диспергатора обеспечивает разноускоренное движение мелющих тел, что кратно повышает эффективность процесса диспергирования и эмульгирования по сравнению с известными механическими мельницами (шаровые, бисерные и т. п.). За счет кинетической энергии потока и механического воздействия мелющих тел происходит измельчение (диспергирование) твердых компонентов раствора. Полученный раствор через фильтр сливается в емкость.
Приготовление качественных и стабильных гидрофобных эмульсионных растворов требует более мощного энергетического воздействия на процесс эмульгирования жидких фаз. Для этого необходимо вместо гидромехани-
Табл. 2. Технические характеристики перемешивателя
Показатель Вели показ чина ателя
Мощность привода, кВт 3,0 7,5
Частота вращения рабочего органа, об/мин. 70 75
Наружный диаметр мешалки, мм 950 1200
Габаритные размеры, мм, не более длина ширина высота (без учета длины вала) длина вала 780 450 460 1820 1340 650 560 1820
Масса, кг, не более 200 450
ческого диспергатора «ДШМ-100» использовать гидравлический диспер-гатор «ДГ-40» 21.
Подача исходной смеси в «ДГ-40» осуществляется через напорный трубопровод плунжерным насосом высокого давления (на схеме не показан). Рабочее давление должно быть не менее 4,0 МПа.
После 3 - 5 циклов прокачки эмульсии через гидравлический дис-пергатор «ДГ-40» готовый продукт откачивается из емкости.
Для отбора проб смеси из емкости и контроля ее качества предусмотрен пробоотборник 12.
Хотелось бы более подробно остановиться на механическом перемешивателе «ПЛМ».
При приготовлении любых типов растворов и эмульсионных систем в емкостях прямоугольной формы с применением лопастных перемешивателей типа «ПБР-7,5» образуются обширные застойные зоны, в которых происходит выпадение твердых компонентов (утяжелитель, глинопо-рошок и т. п.), расслоение растворов и эмульсий, что, в конечном итоге, отрицательно сказывается на качестве конечного продукта. Применение для ликвидации застойных зон гидравлических перемешивателей, например типа «4-УПГ», не всегда позволяет устранить указанные недостатки и требует дополнительных энергозатрат (специальный насосный агрегат для подачи раствора).
Основные преимущества нового перемешивателя по сравнению с применяемыми - предотвращение образования застойных зон, расслоения суспензий и эмульсий и обеспечение однородного состава перемешиваемой среды во всех точках емкости.
В зависимости от диаметра рабочего органа и скорости его вращения разработаны две модификации перемешивателя, технические характеристики которых приведены в табл. 2.
Перемешиватель «ПЛМ» состоит из червячного редуктора, соединенного муфтой с электродвигателем, пустотелого вала и рабочего органа мешалки.
В отличие от перемешивателя «ПБР-7,5», рабочий орган которого представляет собой наклонные лопасти (рис. 3), закрепленные на диске, модернизированный перемешива-тель «ПЛМ» оснащен рабочим органом (рис. 4), выполненным в виде комбинации наклонных и вертикальных лопастей, соединенных между собой кольцевой обечайкой.
Все мешалки лопастного типа производят круговую циркуляцию с забором жидкости сверху или снизу и направлением ее в стороны - вверх. Как итог в емкостях по углам и у стен возникают застойные зоны, особенно при работе на высоковязких и утяжеленных жидкостях.
Рис. 3. Рабочий орган «ПБР-7,5»
Рис. 4. Рабочий орган «ПЛМ»
В «мешалке-кольце» реализован принцип разделения потока, который направляется через горизонтальное кольцо и разделяется за кольцом на придонный слой и наклонно-вертикальный поток, образующийся с помощью лопастей на наружном ободе кольца. В комплексе это увеличивает длину горизонтального потока, переходящего на краях емкости в вертикальный, а в сочетани
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.