Вібросито для просіювання сипучих будівельних матеріалів

Вібраційне сито (вібросито, гуркіт) — (англ. "shale shaker", "vibrating screen") просеивающий апарат, який застосовується в різних галузях промисловості (нафтової, гірської, харчовій тощо). Термін «вібраційне сито» при цьому найчастіше застосовують до установок, використовуваних в нафтовій промисловості. Термін «гуркіт» частіше використовується по відношенню до гірського устаткування.

Вібраційні сита, призначені для нафтової промисловості, застосовуються для очищення бурового розчину від вибуреної породи (шламу), Крім того, існують спеціальні застосування вібраційних сит, такі як відновлення кольматуючих добавок, обтяжувача бурового розчину та ін.

Класично, вібраційні сита є першою сходинкою очищення бурового розчину, перебуваючи в самому початку технологічного ланцюжка системи очищення бурового розчину (перед гідроциклонами (пескоотделителями і илоотделителями) і центрифугами); тим не менш, в деяких випадках перед виброситами можуть бути встановлені сито-конвеєри, що представляють собою стрічкові конвеєри з т. зв. нескінченної ланцюгом або нескінченної сіткою.

Система очищення бурового розчину, таким чином, може складатися з різного набору технологічного обладнання. При цьому кожна наступна ступінь очищення видаляє вибурену породу меншою фракції, ніж попередня. Ступінь очищення кожної конкретної ступені залежить від великої кількості факторів, але в середньому можна говорити про наступні т. н. «точках відсічення», англ. "cut point" (середньому розмірі видаляються частинок вибуреної породи):

• вібраційне сито — очищення до 75 мкм,
• гидроциклон пескоотделителя — 45 мкм,
• гидроциклон илоотделителя — 25 мкм,
• центрифуга — 5-10 мкм.

При цьому потрібно враховувати, що точка відсічення конкретного технологічного обладнання підкоряється закону нормального розподілу, тобто твердження, що, наприклад, пескоотделитель має точку максимуму — 45 мікрон, може означати в тому числі, що незначна кількість великих, ніж 45 мкм, частинок могло пройти далі по системі, не будучи відокремленим від бурового розчину.

Вібраційне сито, частіше за все розглядається як основне обладнання для очищення, а в деяких випадках може бути єдиним обладнанням очищення на буровій. Кількість застосовуваних вібросит залежить від продуктивності бурових насосів і пропускної здатності застосовуваної моделі вібросита, що в свою чергу безпосередньо залежить від застосовуваних на ситі сіток (їх конструкції, типу плетіння і розміру чарунок). Забезпечення правильної експлуатації і обслуговування вібраційного сита є головною запорукою якісної очистки бурового розчину і, як наслідок, економії на проведенні бурових робіт.

Основні компоненти вібраційного сита

• Висота переливу сита (відстань по вертикалі від підстави сита до місця де розчин, залишаючи приймальну ємність, виливається на сітку),
• Ситова площа (при цьому не враховується реальна площа просіювання, яка залежить від конструкції сітки),
• Сила коливань (перевантаження на виброраме). Класично вимірюється в G (прискорення вільного падіння). Наприклад: «сила коливань — 5G».

Принцип роботи вібраційних сит

Буровий розчин надходить від гирла свердловини бурової з відкритого або закритого жолобу до батареї вібросит (або до одного виброситу). Розчин входить до приймальної (живильну) ємність, в якій знижується його швидкість. Це необхідно для запобігання передчасного зносу сітки від удару важкого бурового розчину або великих шматків бурового шламу про неї. Більшість вібросит має в своїй конструкції так чи інакше виконаний розподільник потоку; його призначення — рівномірно і з малою швидкістю подати буровий розчин на сітку. Вібраційна рама (виброрама) сита наводиться в врівноважені коливання за допомогою вибродвигателей (вібраторів, вібромотор). Підстава вібраційного сита зазвичай жорстко закріплений на блоці очищення бурового розчину, коливається тільки виброрама з установленими на неї сітками, гасіння коливань здійснюється за рахунок застосування пружин.

Після потрапляння бурового розчину на сітку за рахунок природного просочування через осередки сітки і під дією сили коливання виброрамы розчин починає проходити через сітку, залишаючи великі частинки вибуреної породи на її поверхні.

Під дією коливань шлам починає транспортуватися по поверхні сітки до кінця вібросита.

Шлам скидається з кінця вібросита в шламовый контейнер, шнек, комору чи інакше організований приймач бурових відходів.

Очищений буровий розчин, проходячи через сітку, потрапляє в основу вібраційного сита і зливається в ємність блоку очищення (один з технологічних відсіків ємності, пескоотстойник), звідки самопливом через систему переливів (перетоків) або за допомогою насосів подається на наступне обладнання очищення або в т. н. активну ємність бурового розчину.

Класифікація вібраційних сит

За типом встановлюються сіток

Вібраційні сита діляться на сита під натяжну сітку і сита під каркасну (преднатянутую) сітку.

До початку двохтисячних років багато виробників вібраційних сит стали виробляти свої апарати «під каркасні сітки», т. к. у таких звт є три основних переваги порівняно з ситами «під натяжні сітки»: рівномірний розподіл розчину (і як наслідок — збільшення поверхні, що просіює сітки або сіток), заводське натяг сітки (тобто виключення «людського фактору» при її установці, коли оператор міг перетягнути або дотягнути сітку) і простота установки.

За кількістю рівнів очищення (дек)

Вібросита можуть відрізнятися за кількістю рівнів очищення або дек. Різні конструкції вібросит використовуються для різних випадків застосування. Найпоширенішими типами звт є однорівневі сита. Основна перевага звт такої конструкції: наочність процесу очищення на ситі і зручний контроль зносу сітки.

Дворівневі сита найчастіше застосовуються для того, щоб збільшити площу просіювання бурового розчину, не збільшуючи площу, займану технологічним обладнанням. При цьому на першому рівні зазвичай здійснюється т. н. «груба очистка» (англ. — scalping).

Трирівневі сита можуть застосовуватися як для збільшення площі просіювання, так і для відновлення кольматуючих добавок в буровий розчин. При такому відновленні зазвичай на верхньому (першому) рівні очищення відбувається грубе очищення бурового розчину, на середньому (другому) рівні відбувається відновлення кольматанта з його поверненням в активну розчинну систему, на нижньому (третьому) рівні відбувається т. н. тонке очищення бурового розчину. При такому стилі роботи, природно, на всіх трьох рівнях встановлюються сітки різного розміру.

За типом коливань

У порядку впровадження в галузі:

• З незбалансовано-еліптичними коливаннями,
• З круговими коливаннями,
• З лінійними коливаннями,
• З збалансовано-еліптичними коливаннями,
• З прогресивно-еліптичними коливаннями.

Зазвичай ці типи коливань одержують такими способами:

• Незбалансовано-еліптичні — установкою одного вибродвигателя поза центру тяжкості вібраційної рами,
• Кругові коливання — установка одного вибродвигателя у центрі тяжкості вібраційної рами. При цьому виходять рівномірні гармонійні коливання (кругові) у всіх точках виброрамы (по всій ситової поверхні),
• Лінійні коливання:

а) встановленням двох вибродвигателей, що обертаються в різні сторони нагорі на виброраме. При цьому вважається, що вісь, що проходить між вибродвигателями, повинна проходити через центр ваги для отримання рівномірних гармонійних коливань (лінійних) у всіх точках виброрамы (по всій ситової поверхні),

б) встановленням двох вибродвигателей, що обертаються в різні сторони по боках від виброрамы і нахилених в одній площині,

• З збалансовано-еліптичними коливаннями. Такий тип коливань можна отримати трьома основними способами. Найпоширеніші з них:

а) вібратори встановлюються з боків від виброрамы, обертаються в різних напрямках (див. рекомендації виробника по електричному підключення і напрямку обертання вібраторів) і нахилені в двох площинах, б) запатентований компанією M-I SWACO (вібросито Mongoose PT) підхід використання третього вибродвигателя. При цьому два вібратора задіяні, коли потрібно отримати лінійний тип коливань, а третій включається в роботу, коли необхідно отримати збалансовано-еліптичний тип коливань виброрамы.

• З прогресивно-еліптичними коливаннями.

Тип коливань, застосовуваний на віброситі, впливає на якість просіювання, швидкість транспортування (виносу) шламу, швидкість зносу ситової поверхні та ступінь деградації бурового шламу на сітці (ступінь «розбивання» шламу про сітку внаслідок впливу на нього перевантаження). Проведені в 1980-х роках дослідження бурової компанії AMOCO показали наявність як позитивного, так і негативного ефекту від застосування обох найпоширеніших в галузі типів коливань (лінійних і збалансовано-еліптичних). Прийнято вважати, що при лінійному типі коливань пропускна здатність сита з розчину (просочування) і по шламу (швидкість виносу) — високі. При цьому збалансовано-еліптичні коливання дозволяють краще осушувати шлам, менше впливають на його розбивання на сітці і призводять до збільшення терміну служби сітки (за деякими оцінками на 10-15%).

Сітки вібросит

Сепараційні здатність сіток

В нафтовій промисловості (як і деяких інших) застосовується термін «число меш». Число меш — кількість комірок сітки на лінійний дюйм (Версія визначення: кількість ниток плетіння на лінійний дюйм сітки). Отже, чим вище число меш, тим кращу очищення забезпечить така сітка. Різними виробниками використовуються різні ряди типорозмірів сіток вібраційних сит, тим не менш, деякі типорозміри у різних виробників іноді збігаються або дуже близькі за значенням.

Приклад ряду типорозмірів сіток: 10, 20, 30, 38, 50, 70, 84, 105, 120, 165, 200, 230, 270, 325, 400, 500.

Частіше за все з наведеного ряду застосовуються сітки з числом меш від 38 до 230. У різних виробників і організацій в ходу є таблиці переведення числа меш в мікрони комірки сітки. Слід знати, що будь-які спроби такого перерахунку призводять до отримання великої похибки (часто невідома товщина дроту плетіння) і не можуть ставати показниками реальної сепараційної здібності.

Цікаві факти

• Перші вібросита почали вироблятися в США у 20-х роках 20-го століття.
• Спочатку в нафтовій промисловості паралельно розвивалося два напрямки здійснення грубої очистки бурового розчину: вібраційні сита і барабанні сепаратори (shale separators). Але від останніх швидко відмовилися, як від тупикової гілки розвитку.
• Термін shale shaker (від англ. вібраційне сито) вперше був застосований у 1938 компанією Jeffery Manufacturing Co. Причому, це було назвою конкретної моделі пристрою. Пізніше, все у галузі почали застосовувати цей термін по відношенню до своїх виробів.