Оборудование для очистки бурового раствора

Оборудование  для очистки бурового раствора

Во время бурения ствола скважины происходит интенсивное разрушение горной породы, которая в свою очередь  загрязняет призабойную зону. Для  промывки забоя  и выноса шлама  на поверхность применяют промывочные  жидкости способные удерживать кусочки  породы во взвешенном состоянии.

С углублением ствола скважины происходит постоянное насыщение бурового раствора выбуренной породой, что в  свою очередь ведет к ухудшению  его физико-механических свойств, снижает выносную способность раствора.

Постоянное накопление шлама  в растворе ведет к увеличению плотности и высокому содержанию твердой фазы. Абразивные частицы, находясь в растворе при циркуляции, ведут  к разрушению оборудования. Высокое  содержание твердой фазы уменьшает  механическую скорость бурения, а высокая  плотность приводит к интенсивным  поглощениям бурового раствора, что  может привести к аварии.

Процесс     очистки    бурового    раствора    заключается     в  удалении  из   него  частиц   выбуренной      породы,   ила   и  газа.  Своевременная     и  высококачественная         очистка   буровых     растворов    значительно      повышает      долговечность      многих    узлов    бурового    оборудования       и  прежде     всего  насосов   и  гидравлических      забойных    двигателей.    Качество    очистки    растворов     во  многом     определяет     эффективность  процесса     бурения    скважины.     Использование     зашламованных        растворов    приводит     к  сальникообразованию       в  скважине     и  прихватам    бурильной     колонны,    создает   опасность    обвалов    стенок   скважины     и  возникновения     других    осложнений.

    При     высоких    требованиях     к  качеству    буровых    растворов     очистные    системы     представляют      собой   довольно    сложный      комплекс  оборудования.      Буровые    установки    комплектуются      одно-,   двух-  или  трехступенчатыми        устройствами      очистки    растворов.    Д л я   очистки  бурового     раствора     от  шлама    используются      вибрационные       сита,,  гидроциклонные        шламоотделители        (песко-   и  илоотделители) ,     сепараторы      и  центрифуги.    При   необходимости     дополнительно      устанавливают      газовые   сепараторы     и  дегазаторы.

Для регулирования содержания твердой фазы и уменьшения плотности  бурового раствора можно использовать следующие способы:

• разбавление раствора водой

• замещение части бурового раствора более легким

• осаждение частиц шлама  в отстойниках

• очистка с помощью  механических средств

  На практике обычно используют комбинацию из нескольких способов. Наиболее эффективным является способ очистки буровых растворов с помощью механических средств. Он позволяет снизить влияние выбуренной породы на свойства раствора и как следствие сохранить его качество. Для этого применяют ряд механических средств, позволяющих сократить время взаимодействия и количество частиц в буровом растворе. Эти установки условно можно разделить по глубине очистки раствора от выбуренной породы, т.е. по размеру частиц удаляемых на конкретной установке.

Средства грубой очистки  представлены в основном механическими  вибрационными установками (виброситами), способными удалять крупный шлам размером свыше 100 мкм. без особого  нарушения скорости прокачки бурового раствора.

Средства тонкой очистки  представлены более широким спектром механических средств: сито-гидроциклонные сепараторы, песко- и илоотделители, деканторные центрифуги и т.п.

Деление гидроциклонных сепараторов  производится условно по диаметру внутренней цилиндрической части гидроциклона и по способности отделения частиц на пескоотделители и илоотделители.

Центрифуги делятся на прямоточные и противоточные (характер движения жидкости внутри барабана), по отношению диаметра барабана к его  длине, по скорости вращения барабана (высокоскоростные и низкоскоростные).

Набор средств для очистки  бурового раствора подбирается исходя из условий бурения скважин и поставленных задач. Порядок прохождения раствора по установкам определяет схему циркуляции раствора и ступенчатость системы.

      При     идеальной    очистке    бурового   раствора    из   него   должны  быть    удалены   твердые    частицы   размером    более 1  мкм.  Вибросита лучших     мировых     образцов   (ВС-1,   В-21,  двухсеточное     одноярусное сито   фирмы     «Свако»,     двухъярусное       вибросито     фирмы      «Бароид » и    др.)   позволяют      удалять     из  бурового     раствора    частицы      шлама размером       боле е   150   мкм.    Это   практически       технологический        предел    вибросит      при   очистке     глинистых      растворов.

      Гидроциклонные            пескоотделители         позволяют       очистить      буровой    раствор     на   70—80   %,   удаляя    частицы     шлам а    размером      более 40    мкм.     Гидроциклонные           илоотделители        диаметром       не    более 100   мм    повышают       степень    очистки     растворов     д о 90 % -  С их   помощью      удаляются      частицы      шлама     размером     более   2 5  мкм.    Для удаления       мелкодисперсных         частиц    шлама    размером      боле е   10  мкм необходимо        применение       довольно     сложных      аппаратов   —    высоко производительных          центрифуг,      которые      пока  широко     не   применяются     из-за  технических       трудностей      и по   экономически м        соображениям.

Частицы       шлама    размером     до  90  мкм  пока   не  удается    отделить  от   частиц     барита.   Вследствие      недопустимости        потерь    барита    более    тонкая      очистка    буровых      растворов      считается       нецелесообразной.

Принцип работы гидроциклона:

Под действием избыточного давления, создаваемое центробежным насосом, на выходе из насадки 1 улитки 3 (см. рис. 3.3.1) поток жидкости преобразуется  в мощную струю, перемещающуюся по спирали  вниз конуса 4. Отделившиеся более тяжелые  частицы горной породы 8 на периферии  вращающегося потока, соприкасаясь со стенкой конуса, поступают вниз и  выбрасываются через разгрузочное отверстие 5 (насадку) в виде "веера" 6, "зонтика".

В верхней внутренней части  циклона, за счёт вращающейся струи  создается разряжение (вакуум) 9, которое  заполняется воздухом из атмосферы  через шламовую насадку 8. Создающееся  разряжение способствует своевременному отводу (отсосу) через сливную насадку 2 из циклона и далее в циркуляционную систему.

Рис. 3.3.1. Гидроциклон

1-входная насадка; 2-сливная  насадка; 3-улитка; 4-конус; 5-шламовая  насадка; 6-«веер»; 7-шламовый нисходящий  поток; 8-зона отсоса (разряжения).

Вибросито с линейными колебаниями - предназначено для очистки бурового раствора от шлама выбуренной породы, применяются как в циркуляционных системах буровых установок, так и для комплектации стационарных и мобильных циркуляционных систем при капремонте скважин и бурении вторых стволов в эксплуатационных скважинах.

Дегазатор бурового раствора предназначен для фазового разделения газожидкостной смеси и дегазации буровых растворов при бурении нефтяных и газовых скважин. Дегазатор применяется в составе циркуляционных систем буровых установок всех классов.

Илоотделитель предназначен и используется для очистки бурового раствора от шлама, принцип его действия основан на разделении суспендированных частиц по массе под действием инерционных сил, возникающих в вихревом потоке гидроциклона. Для тонкой очистки бурового раствора используют гидроциклонные шламоотделители, первая ступень которых называется пескоотделителем, а вторая – илоотделителем. Илоотделитель предназначен для очистки неутяжеленного бурового раствора от частиц выбуренной породы размером менее 0,8 мм при бурении нефтяных и газовых скважин.

Шламовый  насос - центробежный насос, предназначенный для перекачки различных гидросмесей с большим содержанием песка, шлама либо бурового раствора. Температура смеси предназначенной для перекачки должна находиться в пределах от +5 до +60 градусов С° и с содержанием частиц пород до 25 мм. Насос комплектуется взрывозащищенным электродвигателем.

Центрифуга - предназначена для глубокой очистки утяжелённых и неутяжелённых буровых растворов, от выбуренной породы при бурении нефтяных и газовых скважин. При очистки утяжеленных буровых растворов применяется в режиме регенерации барита и удаления коллоидной фазы. Применяется в составе циркуляционных систем буровых установок. Система очистки включает центрифугу, питающий насос, раму, пульт управления, воронку загрузочную, лоток шламоотводный, кабельную и гидравлическую обвязку. Исполнение центрифуги основных деталей: коррозионно-стойкая, жаропрочная, нержавеющей сталь с повышенным содержанием хрома и никеля стандарт GB, коррозионно-кислотостойкая нержавеющая сталь.

Пескоотделитель грубой очистки предназначен для очистки бурового раствора от шлама. В очистке используется комплекс механических устройств: вибрационные сита, блоки параллельно соединенных гидроциклонов (пескоотделители и илоотделители), сепараторы (блок гидроциклонов в комбинации с виброситом), глиноотделители (гидроциклоны, работающие по обратному циклу, центрифуги). Гидроциклонные установки используются в качестве дополнительных ступеней очистки бурового раствора от шлама. Принцип их действия основан на разделении суспендированных частиц по массе под действием инерционных сил, возникающих в вихревом потоке гидроциклона. Для тонкой очистки бурового раствора используют гидроциклонные шламоотделители, первая ступень которых называется пескоотделителем, а вторая – илоотделителем. Пескоотделитель грубой очистки предназначен для очистки неутяжеленного бурового раствора от частиц выбуренной породы размером не более 1,5 мм при бурении нефтяных и газовых скважин.

Газожидкостный  сепаратор - аппарат, производящий разделение продукта на фракции, предназначен для фазового разделения газожидкостной смеси (газосодержащего бурового раствора) при ликвидации газо-нефтепроявлений и вызове притока в процессе строительства.

Газопереработка

Газопереработка - одна из самых  молодых отраслей промышленности, наиболее быстрорастущая и перспективная. Газоперерабатывающие заводы поставляют для народного  хозяйства страны высокоэкономичное  моторное и бытовое топливо, гелий, элементарную серу, сжиженные газы в виде различных фракций или  химически чистых индивидуальных углеводородов.

 Газопереработка включает  в себя технологические процессы  получения сухого газа, элементарной  серы, гелия, стабильного конденсата, широкой фракции легких углеводородов,  сажи и других ценных для  народного хозяйства продуктов.

В газопереработке используют главным образом изотермическое разделение смесей газ-жидкость, газ - твердое тело, где носителем (сплошной средой) является газ, а дисперсной средой - жидкость или твердая взвесь.

В газопереработке по мере усовершенствования техники и технологии все большее распространение  получают низкотемпературные установки, предназначенные для глубокого  извлечения пропана и этана из природного газа.

 В газопереработке  используют главным образом изотермическое  разделение смесей газ-жидкость, газ - твердое тело, где носителем (сплошной средой) является газ, а дисперсной средой - жидкость или твердая взвесь.

  В газопереработке находят применение аппараты, в которых используют процессы сепарации дисперсной фазы в разных комбинациях. По назначению сепарационную аппаратуру в нефтегазопереработке делят на путевые (трубные), входные и технологические газосепараторы, трехфазные разделители.

  Дальнейшее развитие газопереработки связано с более глубокой переработкой газа и конденсата, расширением газохимических процессов и производства моторных топлив.

  В практике газопереработки применяют многоступенчатые схемы НТК. В настоящем разделе рассматривается работа многоступенчатой схемы на примере трехступенчатой НТК с внешним пропановым холодильным циклом, в котором пропан испаряется на каждой ступени сепарации на разных изотермах. На первой ступени конденсации поступающий газ охлаждается до какой-то промежуточной температуры, более высокой чем температура следующей ступени конденсации, после чего образовавшаяся двухфазная смесь разделяется на паровую и жидкую фазы. Паровая фаза поступает на II ступень низкотемпературной конденсации, где охлаждается до более низкой температуры, которая, однако, выше конечной. Затем образовавшиеся паровая и жидкая фазы снова разделяются. Паровая фаза идет на III ступень, где она охлаждается до заданной температуры и разделяется на паровую и жидкую фазы. Жидкую фазу с каждой ступени выводят и направляют в деэтанизатор.

  В практике газопереработки применяют многоступенчатые схемы НТК с применением различных комбинаций холодильных циклов. В настоящем разделе рассматривается работа многоступенчатой схемы на примере трехступенчатой НТК с внешним пропановым холодильным циклом, в котором пропан испаряется на каждой ступени сепарации на разных изотермах. На первой ступени конденсации поступающий газ охлаждается до какой-то промежуточной температуры, более высокой, чем температура следующей ступени конденсации, после чего образовавшаяся двухфазная смесь разделяется на паровую и жидкую фазы. Паровая фаза поступает на II ступень низкотемпературной конденсации, где охлаждается до более низкой температуры, которая, однако, выше конечной. Затем образовавшиеся паровая и жидкая фазы снова разделяются. Паровая фаза идет на III ступень, где она охлаждается до заданной температуры и разделяется на паровую и жидкую фазы.