Очистка буровых растворов реферат

Обновлено: 05.07.2024

Очистке буровых растворов уделяют особое внимание, так как поступающая в буровой раствор выбуренная порода оказывает вредное влияние на его основные технологические свойства, а, следовательно, и на технико-экономические показатели бурения скважин: на стоимость скважины через скорость проходки, гидравлику, объемы разбавления для под­держания плотности, коэффициент трения бурильного инструмента, диф­ференциальные прихваты, потерю циркуляции, сальники на КНБК, износ бурового оборудования и инструмента и т.д. Кроме того, при накоплении шлама в буровой промывочной жидкости существенно снижается ее гли­низирующая способность, что приводит к образованию толстой рыхлой корки на стенках скважины в зонах фильтрации и создает опасность обва­лов.

За счет повышения плотности промывочной жидкости значительно возрастает вероятность поглощения и гидроразрыва пластов. Частицы по­род, обладающие коагулирующими свойствами, например ангидрит, могут вызвать необратимую коагуляцию промывочной жидкости. Даже в естест­венных промывочных жидкостях крупные частицы - нежелательный ком­понент. Затраты на очистку бурового раствора, а также решение проблем, связанных с повышенным содержанием твердой фазы, составляют значи­тельную часть общих расходов на бурение скважин.

Методы очистки промывочной жидкости от шлама можно классифи­цировать следующим образом: естественные (желобная система и отстой­ники); принудительные - механические (сита); принудительные - гидрав­лические (центрифугирование в гидроциклонах и центрифугах); физико-химические , комбинированные.

Твердые частицы в буровой промывочной жидкости делятся на кол­лоиды (менее 2 мкм), илы (2-80 мкм) и пески (более 80 мкм). Чем меньше размеры частиц, тем сложнее они выводятся из промывочной жидкости. Особую сложность представляет удаление излишней твердой фазы, пред­ставленной глинистыми разностями. Такие частицы в процессе бурения обычно быстро диспергируются до размеров исходной дисперсной фазы.

За период 1990-2004 г.г. произошло достаточно полное переоснащение циркуляционных систем новым современным оборудованием, обеспечивающим решение технологических и экологических проблем в области промывки скважин. Его качество и надежность растут, как итог укрепляется тенденция закупки буровыми компаниями более дешевых изделий отечественного производства. Кроме ценовых вопросов, для буровых компаний тем самым решается и проблема запасных частей, сервиса и квалификации обслуживающего персонала.

К сожалению, все современные разработки ранее и сейчас выполняются на инициативной основе и не финансируются ни бюджетом, ни нефтегазодобывающими предприятиями. Существующая тендерная система закупок зачастую производится при недостаточном участии технических специалистов, что приводит к приобретению более дешевого, но не всегда качественного оборудования. Вследствие этого научно-производственные компании, занимающиеся созданием новых изделий, ограничены в сбыте своей более современной продукции и в финансировании собственных научных разработок.

5.2 Очистка буровых растворов с помощью вибросит

Процесс разделения суспензий по фракционному составу путем просеивания через вибрирующие сетки применяется в различных отраслях промышленности. Очистка бурового раствора от шлама с помощью вибрационных сит является также механическим процессом, в котором происходит отде­ление частиц определенного размера с помощью просеиваю­щего устройства. Главными факторами, определяющими глубину очистки и пропускную способность вибросита, являются размер ячеек сетки и просеивающая поверхность. Основные элементы вибросита это: основание 1, поддон для сбора очищенного раствора 7, приемник с распределителем потока 2, 3 - вибратор, 4 - сетка, 5 - вибрирующая сетка, 6 - амортизаторы (рисунок 1), Вибрирующие рамы располагаются в горизонтальной или наклонной плоскости.

Рисунок 5.1 - Схема вибросита

Работает вибросито следующим образом. Раствор от устья скважины самотеком поступает в распределитель 2 и далее на сетку 4. Распределитель 2 обеспечивает равномерное поступление раствора на виброраму по всей ширине. Частицы породы, размер которых больше размера ячеек сетки, перемещаются к краю виброрамы благодаря колебательному движению сетки, совершаемому вместе с виброрамой, и выбрасываются в амбар. Раствор проходит сквозь сетку и поступает на дальнейшую очистку.

Вибросита делятся по типу вибрации (траектории описываемой ка­ждой точкой вибросита при движении) на:

- круговое, дизайн первых вибросит с ми­нимальными развиваемыми гравитационными силами;

- эллиптическое, модификация первого типа, где центр вибрации поднят над рамой и противовесы на вибраторе используются для создания эллиптического движения, меняюще­гося по интенсивности и форме по длине виб­рационной рамы;

- линейное, использующее два вибратора вращающихся в противоположном направлении, создающие силу, направленную вверх или вниз в момент, когда противовесы находятся в вертикальном положении, и в горизонтальном положении. Каждый из перечисленных типов имеет свои преимущества и недостатки.

Вибросита с круговым движением раз­вивают низкие гравитационные силы и обладают наибольшей транспор­тирующей способностью, что способствует лучшему удалению глинистых пород на верхних интервалах, уменьшая их воздействие на поверхность сетки, в то же время они обладают низкой осушающей способностью. Данный тип вибросит иногда используется для предварительной очистки раствора от крупных глинистых пород, но большее распространение для этой цели приобрели транспортеры с вращающейся крупноячеистой сет­кой. Вибросита с эллиптическим движением развивают повышенные гра­витационные силы по сравнению с 1 типом и обладают меньшей транс­портирующей способностью по сравнению с 1 и 3 типами. Они нашли применение при работе с утяжеленными растворами и в качестве осу­шающих сит для пульпы из под гидроциклонов. Нужно заметить, что чем медленнее шлам удаляется с вибросита, тем интенсивнее происходит из­нос сеток. Вибросита с линейным движением наиболее универсальные, они демонстрируют повышенные гравитационные силы и относительно быструю транспортирующую способность, зависящую от угла наклона рамы и положения вибраторов.

Рекомендации по выбору размера сеток для вибросит включают следующие пункты:

- необходимо устанавливать сетки на одном вибросите одного раз­мера, допускается ставить сетку крупнее на размер в конце вибросита (чтобы основная масса раствора проходила через более мелкие сетки) при условии, что конструкция предусматривает три и более сеток;

- сетки подбираются таким образом, чтобы раствор закрывал 2/4 -3/4 последней сетки вибросита;

- иногда частицы выбуренной породы имеют тот же размер, что и ячейки сеток, и закупоривают их, что приводит к уходу раствора через вибросита. В данном случае необходимо поставить сетки на размер меньше, чтобы предотвратить закупоривание.

Твердая фаза в буровых растворах может быть разделена на 2 кате­гории по плотности: с плотностью от 2300 до 2800 кг/м 3 и плотностью выше 4200 кг/м . Выбуренная порода, бентонит, карбонат кальция, попадают в первую категорию. Утяжелители, такие как барит, гематит, относятся ко второй категории и используются в основном для достиже­ния плотностей растворов более 1200 кг/м . Размеры выбуренной породы варьируются в огромных пределах от 1 мкм до нескольких сантиметров.

Длительный производственный опыт показал, что опти­мальное соотношение между длиной и шириной просеиваю­щих устройств составляет 2: 1, а размеры сетки не должны превышать следующих: длина 2.6 м, ширина 1.3 м. Наибольшая производительность вибросита и том случае, когда шлам состоит из песка, наименьшая — когда шлам представлен вязкими глинами. В зависимости от типа и дисперсного со­става шлама производительность вибросита может сущест­венно изменяться.

Опыт применения вибросит для очистки бурового раство­ра показал, что эффективность очистки возрастает по мере увеличения времени нахождения частиц на сетке. Этого мож­но достичь увеличением длины сетки, снижением скорости потока, уменьшением угла наклона сетки, изменением на­правления перемещения частиц, уменьшением амплитуды ко­лебаний сетки, одновременным использованием двух после­довательных или параллельных сеток.

Эффективность работы вибросита (пропускная способ­ность, глубина и степень очистки) зависит прежде всего от типа и рабочего состояния вибрирующей сетки. В настоящее время в отечественном бурении для очистки бурового рас­твора используют нержавеющую сетку с размером ячейки 0.7«2.3; 1x2.3; 1x5; 0.16x0.16; 0.2x0,2; 0.25x0,25; 0.4x0,4; 0.9x0,9; 1.6x1,6; 2x2 и 4x4 мм. В распоряжении бурови­ков США и Канады имеется более 30 типоразмеров сеток для вибросит: от 12 до 80 отверстий на 1 см, причем величина открытой поверхности (в %)у разных сеток отличается не­значительно.

Для очистки бурового раствора используют сетки с пере­плетениями проволок четырех типов: квадратным, прямоугольным, диагональным и двойным голландским. Наиболее часто используется квадратное переплетение, затем - пря­моугольное, реже — диагональное н очень редко — голланд­ское. При прочих равных условиях с помощью сеток с квад­ратным переплетением удаляют больше шлама, чем сетками с прямоугольным переплетением. Но при прямоугольном пере­плетении появляется возможность плести сетку из более тол­стой проволоки, поэтому такие сетки более долговечны.

Основные размеры зарубежных сеток с квадратным пере­плетением 12x12, 20x20. 24x24. 32x32. 48x48 и 80x80 отверстий на 1 см. основные размеры сеток с прямоуголь­ными пере плетениями 24x16 и 28x12 отверстий на 1 см. Сетки диагонального переплетения применяют только разме­ром 32 х 16 отверстий на 1 см. Выполнены они из проволоки диаметром 0.18 мм и имеют сторону ячейки размером 140 мкм.

Все сетки для очистки бурового раствора в настоящее время изготовляют, как правило, в виде кассет с боковым обрамлением. Такое изготовление позволяет осуществлять равномерное поперечное натяжение сетки при установке ее на вибросите. Состояние натяжения сетки — важный техно­логический фактор, влияющий на эффективность работы ви­бросита. Поэтому натяжению сетки необходимо уделять большое внимание. Обычно поперечное натяжение каждой сетки на вибросите осуществляется шестью болтами. Разви­ваемое при этом суммарное натяжение достигает 50 кН на каждую сетку.

Считают, что только правильно установленная и нормаль­но эксплуатируемая вибрирующая сетка позволяет использо­вать все технологические возможности вибросита. Плохо натянутые сетки в несколько раз менее долговечны. Сухие сет­ки изнашиваются быстрее влажных. Ускоряют износ сеток слишком жесткие опоры. Большое внимание уделяется даже схеме натяжения сетки. Вначале рекомендуется натягивать среднюю часть сетки с помощью центральных болтов, при­ ложив к головке болта крутящий момент 34,5 Нм. Затем коло затянуть крайние болты с таким же усилием и лишь после этого постепенно увеличить крутящий момент при за­тягивании болтов до 48 Нм, начиная натяжение опять же от центра сетки.

Важную роль играет чистота сеток. Когда сетка забивается шламом, ее очищают струей воздуха. Если такая очистка неэффективна, то сетку снимают и чистят проволочной щеткой с обратной стороны. Во время перерывов между циркуляциями сетку промывают и закрывают предохранительной крышкой, чтобы исключить ее случайное механическое повреждение.

Засорить сетку могут соль, ангидрид, гипс, смазки, нефте­продукты. В таких случаях для промывания применяют пресную воду, 10%-ный раствор уксусной или соляной кислоты. Налипшие продукты нефти удаляют керосином или дизельным топливом. Такой тщательный выбор типоразмера сетки и поддержание ее в рабочем состоянии объясняется тем, что именно эта факторы определяют в первую очередь эффективность очистки бурового раствора от шлама на вибраци­онных ситах.

Поступающие в буровой раствор частицы выбуренной породы оказывают вредное влияние на его основные технологические свойства, а следовательно и на технико-экономические показатели бурения, поэтому очистке буровых растворов от вредных примесей уделяют особое внимание.

Поступающие в буровой раствор частицы выбуренной породы оказывают вредное влияние на его основные технологические свойства, а следовательно и на технико-экономические показатели бурения, поэтому очистке буровых растворов от вредных примесей уделяют особое внимание

Для очистки бурового раствора от шлама используется комплекс различных механических устройств:

вибрационные сита, гидроциклонные шламоотделители (песко- и илоотделители), сепараторы, центрифуги.


Кроме того, в наиболее неблагоприятных условиях перед очисткой от шлама буровой раствор обрабатывают реагентами-флокулянтами, которые позволяют повысить эффективность работы очистных устройств

Несмотря на то, что система очистки сложная и дорогая, в большинстве случаев применение ее рентабельно вследствие:

значительного увеличения скоростей бурения

сокращения расходов на регулирование свойств бурового раствора

уменьшения степени осложненности ствола

При выборе оборудования для очистки буровых растворов учитывают многообразие конкретных условий. В противном случае возможны дополнительные затраты средств и времени.

Каждый аппарат, используемый для очистки раствора от шлама, должен пропускать количество раствора, превышающее максимальную производительность промывки скважины (исключая центрифугу).

В составе циркуляционной системы аппараты должны устанавливаться в строгой последовательности.


При этом схема прохождения раствора должна соответствовать следующей технологической цепочке: скважина - газовый сепаратор - блок грубой очистки от шлама (вибросита) - дегазатор - блок тонкой очистки от шлама (песко- и илоотделители, сепаратор)- блок регулирования содержания и состава твердой фазы (центрифуга, гидроциклонный глиноотделитель).

Разумеется, при отсутствии газа в буровом растворе исключают ступени дегазации. При использовании неутяжеленного раствора, как правило, не применяют глиноотделители и центрифуги, а при очистке утяжеленного бурового раствора обычно исключают гидроциклонные шламоотделители (песко-и илоотделители).

Иными словами, каждое оборудование предназначено для выполнения вполне определенных функций и не является универсальным для всех геолого-технических условий бурения.

Следовательно, выбор оборудования и технологии очистки бурового раствора от шлама основывается на конкретных условиях бурения скважины. Чтобы выбор оказался правильным, необходимо знать технологические возможности и основные функции оборудования.

Обычно в буровом растворе в процессе бурения скважины присутствуют твердые частицы различных размеров.
Размер частиц бентонитового глинопорошка изменяется от единицы до десятков микрометров, порошкообразного барита - от 5-10 до 75 мкм, шлама - от 10 мкм до 25 мм. Но пока частицы шлама достигнут циркуляционной системы, они уменьшатся за счет механического измельчения и диспергирования.
В результате длительного воздействия частицы шлама постепенно превращаются в коллоидные частицы (размером менее 2 мкм) и играют весьма заметную роль в формировании технологических свойств бурового раствора.

При идеальной очистке из бурового раствора должны удаляться вредные механические примеси размером более 1 мкм.

Однако технические возможности аппаратов и объективные технологические причины не позволяют в настоящее время достичь этого предела. Лучшие мировые образцы вибросит (ВС-1, В-21, двухсеточное одноярусное сито фирмы "Свако", двухъярусное вибросито фирмы "Бароид" и др.) позволяют удалять из бурового раствора частицы шлама размером более 150 мкм.

Максимальная степень очистки при использовании глинистых растворов достигает 50 %. Это практически технологический предел вибросита при бурении глинистых отложений с промывкой их водными растворами.

Применение гидроциклонного пескоотделителя позволяет увеличить степень очистки бурового раствора до 70-80 %.
Удаляются частицы шлама размером более 40 мкм. Для более глубокой очистки применяют батарею гидроциклонов диаметром не более 100 мм - илоотделителей. С помощью этих аппаратов удается очистить буровой раствор от частиц шлама размером до 25 мкм и повысить степень очистки до 90 % и более.

Более глубокая очистка от шлама сопряжена с применением очень сложных аппаратов - высокопроизводительных центрифуг, и поэтому обычно экономически невыгодна.


Дальнейшее уменьшение содержания твердой фазы в буровом растворе осуществляется разбавлением либо механической обработкой небольшой части циркулирующего бурового раствора, в результате которой из него удаляется избыток тонкодисперсных (размером 10 мкм и менее) частиц.

Механическими средствами можно достичь очень глубокой очистки неутяжеленного бурового раствора.

Для утяжеленного раствора степень очистки ограничивается необходимостью сохранения в растворе утяжелителя. Поэтому механическими аппаратами из утяжеленного раствора практически могут быть извлечены частицы шлама размером лишь до 74 мкм

Частицы шлама размером от 5-10 до 75-90 мкм невозможно отделить от частиц барита, а так как потери барита недопустимы вследствие его высокой стоимости, дальнейшее улучшение степени очистки утяжеленного раствора обычно осуществляют переводом частиц шлама в более грубодисперсное состояние (например, путем применения флокулянтов селективного действия). При этом большое внимание уделяют регулированию содержания и состава твердой фазы с помощью центрифуги или гидроциклонных глиноотделителей.

Процессы очистки, приготовления буровых промывочных жидкостей (буровых растворов) занимают важное место среди других процессов строительства и ремонта глубоких скважин. Современная буровая установка немыслима без эффективной системы удаления выбуренной породы и газа из промывочной жидкости. Длительное и многократное воздействие на буровой раствор высоких температур, сдвиговых напряжений, пластовых флюидов требуют не только глубокой очистки раствора от механических примесей, но и непрерывной обработки раствора соответствующими материалами и реагентами, что в свою очередь предполагает оснащение наземной части бурового комплекса соответствующими техническими средствами.

Содержание

Введение 2
Виды буровых растворов 3
2. Оборудование для приготовления и очистки буровых растворов 7
3. Способы приготовления дисперсных систем 12
4. Влияние свойств бурового раствора 15
Заключение 17
Список использованной литературы

Работа содержит 1 файл

буровые растворы. Рена.doc

2. Оборудование для приготовления и очистки буровых растворов 7

3. Способы приготовления дисперсных систем 12

4. Влияние свойств бурового раствора 15

Список использованной литературы 18

Процессы очистки, приготовления буровых промывочных жидкостей (буровых растворов) занимают важное место среди других процессов строительства и ремонта глубоких скважин. Современная буровая установка немыслима без эффективной системы удаления выбуренной породы и газа из промывочной жидкости. Длительное и многократное воздействие на буровой раствор высоких температур, сдвиговых напряжений, пластовых флюидов требуют не только глубокой очистки раствора от механических примесей, но и непрерывной обработки раствора соответствующими материалами и реагентами, что в свою очередь предполагает оснащение наземной части бурового комплекса соответствующими техническими средствами. Углубление требований к качеству строительства скважин, связанное с истощением месторождений, ужесточение природоохранного законодательства, выход в нефтедобывающие районы со сложными климатическими и геолого-техническими условиями существенно повысили в последние годы уровень требований к технике и технологии очистки и приготовления буровых растворов. Поддержание свойств бурового раствора в заданных пределах особенно важно при вскрытии продуктивных пластов. Огромные затраты, понесенные при сооружении скважины, могут оказаться напрасными, если при вскрытии продуктивного пласта не была приготовлена промывочная жидкость с требуемыми свойствами и не было уделено достаточно внимания работе средств очистки. Трудно переоценить роль средств очистки в обеспечении экологической безопасности процесса бурения. Именно средства очистки и эффективная технология химической обработки раствора обеспечивают минимизацию объемов жидких отходов бурения, позволяют перейти к прогрессивной безамбарной технологии строительства нефтяных и газовых скважин.

При вращательном бурении нефтяных и газовых скважин в качестве промывочных жидкостей используются:

    • агенты на водной основе (техническая вода, естественные буровые растворы, глинистые и неглинистые растворы);
    • агенты на углеводородной основе;
    • агенты на основе эмульсий;
    • газообразные и аэрированные агенты.

    Техническая вода - наиболее доступная и дешевая промывочная жидкость. Имея малую вязкость, она легко прокачивается, хорошо удаляет шлам с забоя скважины и лучше, чем другие жидкости, охлаждает долото. Однако она плохо удерживает частицы выбуренной породы (особенно при прекращении циркуляции), не образует упрочняющей корки на стенке скважины, хорошо поглощается низконапорными пластами, вызывает набухание глинистых пород, ухудшает проницаемость коллекторов нефти и газа.

    Естественным буровым раствором называют водную суспензию, образующуюся в скважине в результате диспергирования шлама горных пород, разбуриваемых на воде.

    Основное достоинство применения естественных буровых растворов состоит в значительном сокращении потребности в привозных материалах на их приготовление и обработку, что ведет к удешевлению растворов. Однако их качество и свойства зависят от минералогического состава и природы разбуриваемых глин, способа и режима бурения, типа породоразрушающего инструмента. Нередко в них велико содержание абразивных частиц. Поэтому естественные буровые растворы применяют в тех случаях, когда по геолого-стратиграфическим условиям не требуется промывочная жидкость высокого качества.

    Глинистые буровые растворы получили наибольшее распространение при бурении скважин. Для бурового дела наибольший интерес представляют три группы глинистых минералов: бентонитовые (монтмориллонит, бейделлит, нонтроиит, сапонит и др.), каолиновые (каолинит, галлуазит, накрит и др.) и гидрослюдистые (иллит, бравиазит и др.). Наилучшими качествами с точки зрения приготовления бурового раствора обладают монтмориллонит и другие бентонитовые минералы. Так, из 1 тонны бентонитовой глины можно получить около 15 м 3 высококачественного глинистого раствора, тогда как из глины среднего качества - 4. 8 м 3 , а из низкосортных глин - менее 3 м 3 .

    Глинистые растворы глинизируют стенки скважины, образуя тонкую плотную корку, которая препятствует проникновению фильтрата в пласты. Их плотность и вязкость таковы, что растворы удерживают шлам разбуренной породы даже в покое, предотвращая его оседание на забой при перерывах в промывке. Утяжеленные глинистые растворы, создавая большое противодавление на пласты, предупреждают проникновение пластовых вод, нефти и газа в скважину и открытое фонтанирование при бурении. Однако по этим же причинам затруднено отделение частиц породы в циркуляционной системе бурового раствора.

    Применяются также другие буровые растворы на водной основе: малоглинистые (для бурения верхней толщи выветрелых и трещиноватых горных пород), соленасыщенные (при бурении в мощных толщах соленосных пород), ингибированные (обработанные химреагентами для предупреждения набухания разбуриваемых пород и чрезмерного обогащения раствора твердой фазой) и т.д.

    К неглинистым относятся буровые растворы, приготовленные без использования глины. Безглинистый буровой раствор с конденсированной твердой фазой готовится на водной основе. Дисперсная фаза в нем получается химическим путем, в результате взаимодействия находящихся в растворе ионов магния с щелочью NaОН или Са(ОН)2. Химическая реакция приводит к образованию в растворе микроскопических частиц гидрооксида магния М§(ОН)2. Раствор приобретает гелеобразную консистенцию и после химической обработки превращается в седиментационно устойчивую систему. Такой раствор сохраняет свои структурно-механические свойства при любой минерализации. Поэтому его применяют в случаях, когда требуется обеспечить высокую устойчивость стенок скважины, но обеспечить контроль и регулирование минерализации раствора сложно.

    Другим типом неглинистых буровых растворов являются биополимерные растворы. Биополимеры получают при воздействии некоторых штаммов бактерий на полисахариды. Свойства биополимерных растворов регулируются так же легко, как свойства лучших буровых растворов из бентонитовых глин. Вместе с тем, некоторые из них оказывают флокулирующее воздействие на шлам выбуренных пород, предупреждая таким образом образование суспензии. Кроме того, растворы биополимеров термоустойчивы. Сдерживает их применение относительно высокая стоимость.

    Буровые растворы на углеводородной основе представляют собой многокомпонентную систему, в которой дисперсионной (несущей) средой является нефть или жидкие нефтепродукты (обычно дизельное топливо), а дисперсной (взвешенной) фазой - окисленный битум, асфальт или специально обработанная глина (гидрофобизированный бентонит).

    Буровые растворы на углеводородной основе не оказывают отрицательного влияния на свойства коллекторов нефти и газа, обладают смазывающей способностью: при их использовании уменьшается расход мощности на холостое вращение бурильной колонны в стволе скважины и снижается износ бурильных труб и долот. Однако стоимость приготовления таких буровых растворов довольно высока, они пожароопасны, трудно удаляются с инструмента и оборудования.

    Применяют буровые растворы на углеводородной основе для повышения эффективности бурения в породах-коллекторах и сохранения их нефтегазоотдачи на исходном уровне, а также для проводки скважин в сложных условиях при разбуривании мощных пачек набухающих глин и растворимых солей.

    Эмульсионные буровые растворы используются при бурении в глинистых отложениях и солевых толщах. Они обладают хорошими смазочными свойствами и способствуют предупреждению прихвата инструмента в скважине.

    Сущность бурения с продувкой газом заключается в том, что для очистки забоя, выноса выбуренной породы на дневную поверхность, а также для охлаждения долота используют сжатый воздух, естественный газ или выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Применение газообразных агентов позволяет получить большой экономический эффект: увеличивается механическая скорость (в 10. 12 раз) и проходка на долото (в 10 раз и более). Благодаря высоким скоростям восходящего потока в затрубном пространстве, ускоряется вынос выбуренных частиц породы. Использование газообразных агентов облегчает проведение гидрогеологических наблюдений в скважинах. Кроме того, увеличивается коэффициент нефтегазоотдачи пласта.

    Аэрированные буровые растворы представляют собой смеси пузырьков воздуха с промывочными жидкостями (водой, нефтеэмульсиями и др.) в соотношении до 30:1. Для повышения стабильности аэрированных растворов в их состав вводят реагенты - поверхностно-активные вещества и пенообразователи.

    Аэрированные буровые растворы обладают теми же свойствами, что и жидкости, из которых они приготовлены (для глинистых растворов - образуют глинистую корку, обладают вязкостью и напряжением сдвига, сохраняют естественную проницаемость призабойной зоны пласта при его вскрытии). Вместе с тем, большим преимуществом аэрированных жидкостей является возможность их применения в осложненных условиях бурения, при катастрофических поглощениях промывочных жидкостей, вскрытии продуктивных пластов с низким давлением.

    2. Оборудование для приготовления и очистки буровых растворов

    Приготовление, утяжеление и обработка буровых растворов, а также их очистка от выбуренной породы — важный процесс при бурении скважины. От качества бурового раствора в значительной мере зависит успех проводки скважины.

    Приготовление буровых растворов может осуществляться в механических мешалках и гидравлических смесителях.

    В настоящее время в отечественной практике для приготовления буровых растворов широко применяются порошкообразные материалы. Для приготовления буровых растворов из этих материалов используют следующее оборудование: блок приготовления раствора (БПР), выносной гидроэжекторный смеситель, гидравлический диспергатор, емкости ЦС, механические и гидравлические перемешиватели, поршневой насос.

    При обработке глинистых растворов химическими реагентами, особенно содержащими щелочи и кислоты, рабочие должны работать в резиновых перчатках, очках, фартуках и сапогах, чтобы брызги щелочи и кислоты не повредили лицо, руки и одежду.

    В механических глиномешалках можно приготовить растворы из сырых глин, глинобрикетов и глинопорошков.

    Более эффективны, чем глиномешалки, фрезерно-струйные мельницы ФСМ-3 и ФСМ-7.

    Фрезерно-струйная мельница может быть использована не только для приготовления растворов, но и для утяжеления бурового раствора, а также для добавки в него глины и глино-порошка. В этом случае в ФСМ вместо воды подается буровой раствор. Техническая характеристика ФСМ приведена ниже.

    Очистка промывочной жидкости от обломков выбуренной породы (шлама). Буровой раствор, выходящий на поверхность из скважины, может быть вновь использован, но для этого он должен быть очищен от обломков выбуренной породы (шлама).

    Поступающие в буровой раствор частицы выбуренной породы оказывают вредное влияние на его основные технологические свойства. Кроме того, наличие в растворе абразивных частиц существенно снижает показатели работы долот, гидравлических забойных двигателей, буровых насосов и другого оборудования. В связи с этим очистке буровых растворов должно уделяться особое внимание.

    Для очистки бурового раствора от шлама используется комплекс различных механических устройств: вибрационные сита, гидроциклонные шламоотделители (песко- и илоотделители), сепараторы, центрифуги. В составе циркуляционной системы все эти механические устройства должны устанавливаться в строгой последовательности. При этом схема прохождения бурового раствора должна соответствовать следующей технологической цепочке: скважина — газовый сепаратор — блок грубой очистки от шлама (вибросита) дегазатор — блок тонкой очистки от шлама (песко- и илоотделители, сепаратор) — блок регулирования содержания и состава твердой фазы (центрифуга, гидроциклонный глиноотделитель) — буровые насосы — скважина.

    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.

    Прикрепленные файлы: 1 файл

    Оборудование для очистки бурового раствора.docx

    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.

    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

    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 - 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.

    Читайте также: