Сепаратор бурового розчину

Изобретение относится к технике бурения нефтяных и газовых скважин, в частности, для сепарации газированного раствора. Известен сепаратор для очистки бурового раствора от газа [1], представляющий сосуде патрубками ввода газожидкостной смеси, отвода газа и дегазированной жидкости. Недостаток этого устройства обусловлен тем, что в нем отсутствуют разделители и отражатели потока. Газожидкостный поток воздействует непосредственно на корпус сепаратора, который при пульсирующем режиме испытывает периодическую перегрузку, и возможен преждевременный выход его из строя. Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является дегазатор [2], по функциональному назначению аналогичный сепаратору бурового раствора. Дегазатор содержит рабочую камеру с отводными трубами, в которой установлены циклон с впускным патрубком и отражатели потока, вертикально-щелевой разделитель установлен в нижней части циклона, круговой гаситель потока с окнами в верхней части установлен снаружи разделителя, притом циклон выполнен с дополнительными окнами в верхней части, расположенными выше впускного патрубка, а рабочая камера снабжена дополнительной трубой для отвода газа. Отражатели потока выполнены в виде многоярусных сетчатых элементов, установленных наклонно, а между отражателями и стенкой рабочей камеры выполнены окна для прохода газа. Однако это устройство не обеспечивает необходимой сепарации газожидкостной смеси из-за недостаточного дегазационного пространства, ограниченного конусом кругового гасителя потока. В связи с тем, что поток раствора в нем растекается не по всей площади отражателей, снижаются условия для необходимой дегазации потока. Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности сепарации за счет увеличения степени газоотделения путем расширения дегазационного пространства, взаимосвязанного воздействия на поток центробежных сил, его турбулизации и равномерного растекания жидкости по сливным конусам. Для решения этой задачи предлагается сепаратор бурового раствора, содержащий рабочую камеру с отводными патрубками, в которой установлен разделитель жидкости пo функциональному назначению идентичен циклону) со сливными окнами в нижней части и впускной патрубок газированного раствора и отражатели. Согласно изобретению, внутри корпуса разделителя жидкости соосно ему установлена усеченная конусная вставка, ориентированная большим основанием вниз, а на вертикальных кромках сливных окон разделителя по ходу потока укреплены направляющие лопатки, которые выполнены в виде сопрягаемых от вертикального до горизонтального положения поверхностей. При этом отражатели потока выполнены в виде многоярусных сливных конусов, а нижняя кромка верхнего конуса установлена над верхней кромкой нижнего конуса и на верхнем конусе против окон расположены рассекатели струй и на его внешней кромке по окружности установлен отражательный борт, что позволяет расширить дегазационное пространство. Кроме того, впускной патрубок газированного бурового раствора подсоединен к корпусу разделителя жидкости тангенциально и под углом к оси корпуса разделителя по управлению к его нижней части. Снабжение разделителя жидкости усеченной конусной вставкой, которая установлена соосно в его нижней части и ориентирована большим основанием вниз, позволяет обеспечить турбулизацию очищаемого от газа бурового раствора; укрепление пологих направляющих лопаток на вертикальных кромках сливных окон по ходу потока позволяет приобрести дополнительное центробежное ускорение жидкости и обеспечить равномерное истечение нарастающего потока; выполнение отражателей потока в виде многоярусных сливных конусов позволяет значительно увеличить контактную площадь потока, которая способствует окончательной дегазации раствора, т.к. площадь поверхности конуса всегда больше площади его основания; снабжение верхнего конуса рассекателями струй и их расположение против сливных окон, а также установление на его внешней кромке отражательного борта обеспечивает дополнительную турбулизацию потока, а следовательно интенсивное газоотделение; установление впускного патрубка газированного раствора потенциально к корпусу разделителя и с наклоном к его нижней части обеспечивает разделение газовой и жидкой фазы без перелива потока через патрубок, отводящий газ. Таким образом, повышается эффективность сепарации за счет увеличения степени газоотделения путем расширения дегазационного пространства, взаимосвязанного воздействия на поток центробежных сил, его турбулизации и равномерного растекания жидкости по сливным конусам. На фиг.1 схематично изображено предлагаемое устройство, вертикальный разрез; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1. Сепаратор состоит из рабочей камеры 1, внутри которой размещены разделитель потока 2 и отражатели, выполненные в виде многоярусных сливных конусов: верхнего 3, последующих 4. Камера 1 снабжена в верхней части отводной трубой 5 и патрубком 6 отвода газа, а в нижней части - патрубком 7 для слива дегазированной жидкости. Разделитель потока 2 размещен по оси камеры 1 и выполнен в виде цилиндрического корпуса, внутри которого соосно ему расположена перфорированная труба 8 и усеченная конусная вставка 9, ориентированная большим основанием вниз. В нижней части разделителя имеются вертикальные окна 10, на кромках которых укреплены направляющие лопатки 11, выполненные в виде сопрягаемых от вертикального до горизонтального положения поверхностей и ориентированные по ходу потока. К корпусу разделителя тангенциально и под углом γ (относительно горизонтальной плоскости) подсоединен впускной патрубок 12 ввода газированного бурового раствора. Этот угол выбирается из условий спиральной укладки струй в полости цилиндрической части корпуса разделителя. Наклон оси входного патрубка предотвращает пересечение входящих и отраженных струй, снижает непроизводительные потери кинетической энергии потока. Экспериментально установлено, что оптимальной установкой входного патрубка является угол у, равный 6-9°. Между верхним торцом разделителя и крышкой сепаратора выполнен зазор, предназначенный для перелива излишнего объема жидкости при пульсирующем режиме ее поступления в сепаратор. На верхнем сливном конусе 3 по окружности укреплены рассекающие пластины 13, выполненные, например, в виде уголкового профиля и ориентированные углами навстречу к лопаткам 11. На этом же конусе на внешней кромке по окружности установлен отражательный борт 14. Сепаратор работает следующим образом. Газированный буровой раствор поступает по патрубку впускному 12 в верхнюю часть разделителя потока 2, в котором жидкость приобретает круговое движение и под действием центробежных сил происходит первичное отделение газа, который через отверстия перфорационной трубы 8 и патрубок 5 отводится в атмосферу. При этом за счет того, что патрубок впускной 12 встроен в корпус разделителя под углом, происходит поступательное движение жидкости, направленное вниз. По мере дальнейшего поступательного движения в области конусной вставки жидкость приобретает дополнительное центробежное ускорение и под действием возросшей кинетической энергии выбрасывается с повышенной скоростью из окон 10 во внутреннюю полость сепаратора. В связи с истечением потока по направляющим лопаткам 11 жидкость равномерно распределяется на поверхности верхнего конуса 3, и при прохождении через, рассекающие пластины 13 и ударе об отражательный борт 14 происходит турбулизация потока, способствующая интенсивному газоотделению. Далее жидкость стекает в нижнюю часть сепаратора, равномерно распределяясь по последующим конусям 4, которые, имея значительную площадь, способствуют окончательной дегазации раствора. Выделившийся при этом газ поднимается вверх и через зазоры между конусами и стенкой корпуса сепаратора и далее через патрубок 6 выводится в атмосферу. Дегазированная жидкость через патрубок 7 сливается в циркуляционную систему буровой установки. Таким образом, обеспечивается эффективная сепарация бурового раствора.