Циклон представляет собой вертикальный конический сосуд с цилиндрической верхней частью, который используется для контроля твёрдых частиц в буровом растворе. Его конструкция показана на рисунке. Верхняя цилиндрическая часть конуса служит камерой для ввода бурового раствора, а её внутренний диаметр определяет размер циклона. На боковой стороне камеры имеется тангенциальный вход для жидкости; в центре верхней части расположен вихреотделитель, образующий сливное отверстие. Нижняя часть корпуса имеет коническую форму с углом конуса 150–200°. Отверстие внизу называется нижним сливным отверстием, и его размер можно регулировать.
Принцип работы циклона:
Под давлением буровой раствор, содержащий твёрдые частицы, поступает через входное отверстие в циклон в тангенциальном направлении. В процессе вращения крупные и тяжёлые частицы под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам устройства и движутся вниз по спирали вдоль корпуса, выходя через нижнее сливное отверстие. Жидкость, содержащая мелкие частицы, при приближении к нижней части изменяет направление движения, образуя внутренний восходящий спиральный поток, который выходит через сливное отверстие. Таким образом, внутри циклона одновременно существуют два потока, движущихся по спирали: один поток с крупными частицами движется вниз, а другой, содержащий мелкие частицы и воздушный столб, движется вверх.
Использование и регулировка:
В настоящее время циклоны, используемые для контроля твёрдых частиц в буровом растворе, в основном являются сбалансированными циклонами. Если размер нижнего сливного отверстия такого циклона отрегулирован правильно, то при подаче чистой жидкости через циклон вся жидкость будет выходить через сливное отверстие; если подается жидкость, содержащая отделяемые твёрдые частицы, они будут выходить через нижнее сливное отверстие, при этом каждая частица будет покрыта тонким слоем жидкости. В этом случае размер нижнего сливного отверстия называют точкой баланса циклона.
Если размер нижнего сливного отверстия отрегулирован меньше точки баланса, то между точкой баланса и реальным размером отверстия будет образовываться сухой конический слой песка. Когда мелкие частицы проходят через этот слой, они теряют жидкую оболочку и вызывают засорение нижнего сливного отверстия. Это неправильно отрегулированное состояние называется "сухим дном", а вызванная этим неисправность - "сухим засором". Если же размер нижнего сливного отверстия превышает диаметр, соответствующий точке баланса, часть жидкости будет выходить через нижнее сливное отверстие, что называется "мокрым дном". В реальной эксплуатации найти и поддерживать идеальную точку баланса достаточно сложно. При необходимости выбора между "сухим дном" и "мокрым дном" предпочтение обычно отдают последнему. Если потери жидкости незначительны, это считается нормальным. В идеальном рабочем состоянии циклона через нижнее сливное отверстие проходят два встречных потока. Один из них - это втягиваемый воздух, а другой - густая суспензия с твёрдыми частицами, которая выходит в виде "зонтика". Только в этом состоянии циклон может работать с максимальной эффективностью. Причина всасывания воздуха заключается в том, что высокая скорость восходящего спирального потока создаёт зону низкого давления внутри циклона, что позволяет всасываемому воздуху и восходящему потоку жидкости выходить через сливное отверстие. Если содержание твёрдых частиц в буровом растворе слишком велико, и количество отделяемых частиц превышает максимальную пропускную способность циклона, то нижнее сливное отверстие начинает выпускать поток в виде "верёвки", и в этом случае воздух не втягивается, что приводит к лёгкому засорению. В этом нештатном рабочем состоянии многие частицы, которые должны быть удалены циклоном, могут вернуться обратно в систему бурового раствора через переливную трубу.
Обычно "верёвочный" поток можно устранить путём регулировки размера нижнего сливного отверстия, но если перегрузка твёрдыми частицами слишком велика, появление "верёвочного" потока неизбежно, и для предотвращения этого явления необходимо улучшить работу вибрационного сита или увеличить количество циклонов.
>