Дискретно-элементная модель износа конструктивных элементов центробежного декантера для улучшения очистки буровых растворов

Показано, что в процессе бурения, очистка бурового раствора с помощью центробежных декантеров минимизирует присутствие абразивных частиц в системе и снижает механический износ конструктивных элементов и насосных агрегатов. Представлены результаты сравнительного анализа ресурса исходной конструкции сопел и трех предложенных модификаций, отличающихся геометрией поверхности и ориентацией относительно направления вращения барабана. Проведена комплексная оценка влияния конструктивных изменений на скорость вылета частиц и, как следствие, на интенсивность износа, с использованием аналитической модели расчёта объёма износа при ударном воздействии частиц.

Разработана дискретно-элементная модель процессов, сопровождающих работу центробежного декантера (движение бурового раствора вдоль шнека центрифуги). Рассчитано время до формирования критического износа (разрушения) поверхностей сопел. Изучено влияние геометрических и конструктивных параметров сопел центробежных декантеров на эффективность процесса очистки буровых растворов. Показано, что уменьшение высоты и диаметра сопел до 34 мм и 37 мм соответственно увеличило время износа поверхности в 1,5 раза.

Выполнена аналитическая оценка ресурса цилиндрических поверхностей сопел для различных конструктивных вариантов. Значительное увеличение срока службы достигается при изменении наклона цилиндрических поверхностей сопел против направления вращения барабана. Время износа поверхности сопел увеличивается в 12,5 раз.

1. Menesklou P., Sinn T., Nirschl H., and Gleiss M. Scale-Up of Decanter Centrifuges for the Particle Separation and Mechanical Dewatering in the Min-erals Processing Industry by Means of a Numerical Process Model // Minerals. — 2021 (11), no. 2, 229

2. Башкирцев В.И., Юдицкий Л.А. Научные представления об адгезии // Сервис в России и за рубежом. — 2012, № 3(30), 216—223

3. Юдаков В.С., Деканоидзе Э.М., Мухтаров М.Ш., Тиличкан А.А. Исследование влияния зенитного угла наклонно-направленной скважины на напряженно-деформированное состояние околоскважинного пространства // Международный научно-исследовательский журнал. — 2020, № 8-1, 157—162

4. Yi-jing Liu, Li-Na Zhu, Mei-gui Feng, et al. Study on the Erosion Wear Characteristics and Structural Optimization of Key Components of Drilling Fluid Centrifuge // Journal of Failure Analysis and Prevention. — 2025 (25), no. 18, 468—486

5. Kewei Li, Faqi Zhou, Shuangcheng Fu, et al. Study on the Separation Performance of a Decanter Centrifuge Used for Dewatering Coal Water Slurry // Chemical Engineering Research and Design. — 2023 (195), 711—720

6. Hongbin Liu, Pingying Li, Huina Xiao, et al. The fluid–Solid Coupling Analysis of Screw Conveyor in Drilling Fluid Centrifuge Based on ANSYS // Petroleum. — 2015 (1), no. 3, 251—256

7. Юдаков В.С., Деканоидзе Э.М. Создание алгоритма для выполнения расчетов устойчивости стенок наклонно-направленной скважины с помощью MATCAD // Актуальные научные исследования в современном мире. — 2020, № 7-2, 147—152

8. Деканоидзе Э.М. Разработка алгоритма и написание программ для выполнения расчетов с помощью MATLAB // Актуальные научные исследования в современном мире. — 2020, № 7–1(63), 50—53

9. Changzhi Bai, Hangil Park, Liguang Wang. Modelling Solid-Liquid Separation And Particle Size Classification In Decanter Centrifuges // Separation and Purification Technology. — 2021 (263), no. 15, 118408

10. Mingjun Zhu, Yunfei Xu, Dapeng Hu. et al. Design and Computational Fluid Dynamics Analysis of a Three-Phase Decanter Centrifuge for Oil-Water-Solid Separation // Chemical Engineering and Technology. — 2020 (43), no. 5, 1005—1015

11. Marco Gleiss, Simon Hammerich, Michael Kespe et al. Application of the Dynamic Flow Sheet Simulation Concept to the Solid-Liquid Separation: Separation of Stabilized Slurries in Continuous Centrifuges // Chemical Engineering Science. — 2017 (163), no. 18, 167—178

12. Alessandro Leone, Roberto Romaniello, Riccardo Zagaria et al. Mathematical Modelling of the Performance Parameters of a New Decanter Centrifuge Generation // Journal of Food Engineering. — 2015 (166), 10—20

13. Непомнящий Е.Ф. Трение и износ под воздействием струи твердых сферических частиц // Контактное взаимодействие твердых тел и расчет сил трения и износа. — М.: Наука. — 1971, 190—200

14. Тамаркин М.А., Тихонов А.А. Метод расчета съема металла при гидроабразивной обработке // Вестник ДГТУ. — 2011 (11), № 3(54), 327—332