钻井液中重晶石旋流分级回收技术研究

发布时间：2020-07-13 11:51

【摘要】：废弃钻井液中含有大量的重晶石等有用固相颗粒,这些颗粒回收就成为资源,进入环境则造成污染。因此钻井液中重晶石的分离回收是循环经济与节能减排领域的重要课题。但由于钻井液泥化现象严重,固含量高、粘度大,传统工艺及方法回收难度大、效果差。本文提出利用旋流器对重晶石进行分选回收的工艺方案,对高浓度工况下颗粒的受力情况进行了分析,对固体颗粒在离心力场中的自由沉降和干涉沉降公式进行了推导,分析了采用旋流器对重晶石进行回收的可行性。采用Fluent14.5软件对旋流器分级分选性能进行数值模拟,选用DDPM模型(Dense Discrete Phase Model)和雷诺应力湍流模型,得到了入口速度、溢流口直径、底流口直径和物料浓度的变化对旋流器内部流场和分离性能的变化规律,获取了旋流场中的湍流强度分布规律和颗粒运动轨迹。通过分析钻井液物料性质,设计并进行了单因素与正交试验。通过单因素试验研究了结构参数和操作参数的变化对分股比、底流产率、回收率、重晶石含量等分离性能指标的影响规律。试验结果表明,随着给料压力的增大,底流中重晶石含量提高,回收率增大。溢流口直径增大,底流产率降低,底流中重晶石含量上升,回收率降低。底流口直径增大,底流产率提高,重晶石含量下降,重晶石回收率提高。给料浓度增大,底流固相产率略有降低,底流中重晶石含量提高,重晶石回收率下降。通过正交试验,以重晶石回收率为指标,分析了给料压力、溢流口直径、底流口直径、物料浓度对分离性能影响的主次关系,确定了最佳参数组合为:进料浓度62%,进料压力0.4MPa,底流口直径5mm,溢流口直径6mm,此时底流重晶石含量为71%,底流产率为55%,重晶石回收率为65%。在实验室试验的基础上,按照4t/h处理量要求,设计了中试试验装置并进行了试验,试验结果与实验室试验结果规律一致。
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X741
【图文】：

旋流器,工作原理图

逦底流逡逑图２－２旋流器工作原理图逦图２－３旋流器内部颗粒分布逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋Ｆｉｇ．邋２－３邋Ｔｈｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｐａｒｔｉｃｌｅ邋ｓｉｚｅ邋ｉｎ逡逑ｔｈｅ邋ｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅ逡逑旋流器就是利用物料之间粒径或密度的差异对非均匀相混合物进行分离的逡逑固控设备，其分离原理如图２－２和图２－３所示，当物料在一定给料压力下切向进逡逑入旋流器后，会沿壁面作高速旋转运动，在旋流器内部产生强大的离心力场，逡逑由于受到离心力的作用，粒径或密度大的颗粒做向下向外运动形成外旋流，由逡逑底流口排出；粒径或密度较小的颗粒做向上向内运动形成内旋流从溢流口排出，逡逑达到分离的目的。逡逑２．２．２旋流器中颗粒的受力逡逑旋流器中固体颗粒的受力情况较为复杂，受到离心力、重力、液相的浮力逡逑和阻力以及颗粒间的相互作用等诸多因素的影响。在体积浓度小于０．５％的情况逡逑下，颗粒之间的相互作用还十分微弱，通过分析纯流体相就能对旋流器中的两逡逑相流动的情况进行预测。随着固体浓度的不断增大，颗粒之间的互作用力逐渐逡逑增强

颗粒受力,旋流器,颗粒

逡逑综上所述，在忽略Ｍａｇｎｕｓ力和Ｓａｆｆｍａｎ力的情况下，颗粒在旋流器中的受逡逑力分析如下图２－４所示。逡逑由于颗粒受离心力影响较大，颗粒会向壁面运动，在轴向力的作用下进入逡逑外旋流做向下旋转运动。运动过程中颗粒Ａ和颗粒Ｂ经过随机弥散交换了位置，逡逑颗粒Ａ的速度由ｗ，变为ｗ２，颗粒Ｂ的速度由《２变为，颗粒的动量和能量发生逡逑了交换。颗粒Ｃ，和颗粒Ｃ２碰撞产生了摩擦力和碰撞应力，颗粒的运动形态发逡逑生了改变。颗粒Ａｉ与器壁碰撞后，受到壁面的反作用力，向相反的方向运动。逡逑１１逡逑

干涉沉降,运动图,颗粒,沉降过程

在沉降过程中，沿器壁向下沉降的大固体颗粒在沉降过程中会与以较小速逡逑度沉降的小固体颗粒发生碰撞，由于碰撞会产生能量交换，大颗粒的沉降速度逡逑减慢，小颗粒的沉降速度会变快，如图２－５邋（ａ）所示。大颗粒会携带被撞上的逡逑小颗粒一起沉降，被侧面碰上的小颗粒在碰撞后又会恢复以前的运动状态，见逡逑图２－５邋（ｂ）。当两个平行的颗粒在沉降过程中侧面发生碰撞后，运行轨迹会发逡逑生变化，由于两个颗粒间间隙较小导致反向流动的流体速度增大，颗粒的沉降逡逑速度会减小，如图２－５邋（ｃ）。逡逑１３逡逑

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