Підвищення ефективності піногенеруючих пристроїв насосно-циркуляційних систем бурових установок

Abstract

Теоретично обгрунтовано й експериментально підтверджено доцільність та ефективність ціноутворення в розробленому піногенеруючому пристрої ежекційного типу із можливістю зміни його основних геометричних параметрів для необхідних режимів роботи за рахунок зміни внутрішніх конструктивних елементів. Математично описано рух газорідинної суміші в піногенеруючому пристрою ежекційного типу від соплової вставки до місця стрибка ущільнення, де проходить її перетворення в рідинно-бульбашкову суміш (пінну). Здійснено комп’ютерне моделювання потоків рідини, повітря і їх суміші при русі у розробленому пристрої. Запропоновано математичну модель, з використанням якої визначено основні параметри потоків рідини, повітря і їх суміші, при яких можна було б досягти найбільшої ефективності в процесі ціноутворення. Розроблена конструкція піногенеруючого пристрою захищена патентами України. Загальні економічний і екологічний ефекти отримуються за рахунок зменшення використання поверхнево-активних речовин на 15...25%, відмові у використанні хімічних піногасників, що дає змогу при повторному створенні ціни економити більше 50 % поверхнево-активних речовин та значного підвищення ефективності ціноутворення.

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованных источников и приложений. В первом разделе рассмотрены: проблемы эффективного пенообразования, анализ условий работы циркуляционной системы буровой установки и пеногенерирующих устройств (ПГУ) при использовании пенистого раствора; конструктивные особенности, эффективность ПГУ различных типов и методы оценки их эксплуатационных параметров; работы ведущих ученых, посвященные исследованиям основных эксплуатационных параметров ПГУ; конструктивные особенности ПГУ. Определены цель и задачи исследований. Второй раздел посвящен теоретическим исследованиям процессов, происходящих при движении жидкости, газа и их смесей через внутренние элементы ПГУ. Рассмотрена математическая модель образования пены в устройстве эжекционного типа. Получены графические зависимости: относительного изменения давления, скорости движения потока и объемной газовместительности, которые происходят в скачке уплотнения, от степени аэрации при различных значениях числа Маха; числа Маха, мощности и объемной плотности потока от степени аэрации при различных значениях давления в камере смешивания и т.п. Аналитически исследован процесс пенообразования. Установлены эксплуатационные параметры ПГУ для движущейся жидкостно-газовой смеси. Теоретически исследована эффективность процесса пенообразования в зависимости от геометрических параметров ПГУ и физико-технологических параметров жидкостно-газовой смеси. В третьем разделе уделено внимание компьютерным исследованиям ПГУ эжекционного типа. Выполнено компьютерное моделирование односоплового и многосоплового ПГУ и произведен выбор их наиболее эффективных геометрических параметров. Изучен процесс движения газо-жидкостной смеси в ПГУ, определено место скачка уплотнения смеси для образования пенного потока. Построены графические зависимости необходимых давлений жидкости на входе в устройство в зависимости от прогнозированного значения давления пены при различных значения давления воздуха, с помощью которых можно подбирать необходимые режимы работы насосного агрегата и компрессора для получения пены заданных параметров. В четвертом разделе освещены результаты экспериментальных исследований разработанного лабораторно-экспериментально-промышленного образца ГІГУ эжекционного типа. Приведены задачи и методика его экспериментальных исследований. Экспериментальные исследования проводились на экспериментальной установке при изменении геометрических параметров ПГУ, а также изменении параметров жидкости, воздуха и содержания поверхостно-активных веществ в жидкости. Определены параметры ПГУ для наиболее эффективного ценообразования. Описано принцип работы предложенной конструкции ПГУ. В пятом разделе приведены результаты промышленных испытаний и исследований предложенной конструкции пеногенерирующего устройства. Данная конструкция ПГУ эжекционного типа рекомендована к внедрению. Конструкция ПГУ защищена патентами Украины. Общие экономический и экологический эффекты получаются за счет уменьшения использования поверхностно-активных веществ на 15...25%, отказе от использовании химических пеногасителей, что дает возможность при повторном образовании пены экономить более 50 % поверхностно-активных веществ и значительного повышения эффективности ценообразования.

There have been verified theoretically and confirmed experimentally the actuality and the efficiency of foamcreating in the developed foamgenerating ejection device with the ability to change its basic geometrical parameters for the desired mode of operation by changing the internal structural elements. There has been described mathematically the motion of gas-liquid mixture in foamgenerating ejection device from the nozzle insert to the place of shock wave, where it is transformed in liquid-bubble mixture (foam). There has been done the computer modeling of riuid flows, air and their mixture during the motion in the developed device. There has been suggested the mathematical model, which has helped us define the basic parameters of fluid flows, air and their mixture during which there could be achieved the maximum efficiency in process of foaming. There has been designed the construction of foamgenerating device, protected by Ukraine patents. General economic and environmental effects are obtained by reducing the use of surface-active substances by 15 ... 25%, failure in using chemical defoamers, that enable to save more than 50% of surfactants and significant increase of efficiency of foaming during the re-creation of foam.