Приготовление и очистка буровых растворов
Приготовление бурового раствора — это получение промывочной жидкости с необходимыми свойствами в результате переработки исходных материалов и взаимодействия компонентов.
Организация работ и технология приготовления бурового раствора зависят от его рецептуры, состояния исходных материалов и технического оснащения. Рассмотрим их на примере приготовления глинистого раствора.
Такой раствор приготовляют либо централизованно на гли-нозаводе, либо непосредственно на буровой. Централизованное обеспечение буровым растворомцелесообразно при длительном раз-буривании крупных месторождений и близком расположении буровых, когда для проводки скважин требуются растворы с одинаковыми или близкими параметрами. В этом случае более полно и экономично используются исходные материалы, требуются меньшие энергетические затраты по сравнению с приготовлением раствора на буровых, ниже себестоимость раствора, персонал буровой освобождается от тяжелой и трудоемкой работы.
Наиболее экономично централизованное приготовление бурового раствора гидромониторным способом непосредственно в глинокарьере, расположенном вблизи от большой группы буровых. Если таких условий нет, то глинозавод размещают в центре разбуриваемой площади, а комовую глину доставляют с карьера автомобильным, железнодорожным или водным транспортом. На гли-нозаводах в гидромешалках объемом 20. 60 м :! приготовляют 400. 1000 м 3 глинистого раствора в сутки. Доставляют его на буровые по трубопроводу, в автоцистернах или на специальных судах.
При большой разбросанности буровых, сложности доставки готового раствора на них (болотистая или сильнопересеченная местность, зимние условия и т.д.), потребности в растворах с различными параметрами целесообразно готовить глинистые растворы непосредственно на буровой.Для этого в настоящее время буровые оснащают блоком приготовления бурового раствора из порошкообразных материалов.
Глинопорошки готовят на специальных заводах из качественных глин путем их сушки и последующего помола в шаровых мельницах. При этом влажность комовых глин не снижают ниже 6 %, а также не допускают спекания глинистых частиц. Заводы глинопорошков строят на месторождениях высококачественных глин или непосредственно в местах потребления.
Блок приготовления бурового раствора из порошкообразных материалов состоит из двух бункеров общим объемом 42 м : ‘, системы подачи глиногюрошка и гидравлического смесителя (рис. 6.25). При подаче воды с большой скоростью через патрубок 10 в смесительной камере 2 создается разряжение и в нее из воронки 1 гидросмесителя поступает глинопорошок. Образовавшаяся смесь поступает в емкость 6, откуда направляется в запасные или приемные емкости для окончательной доводки раствора. Производительность гидросмесителей достигает 80 м ! раствора в час.
Готовый буровой растворчерез напорный рукав, присоединенный к неподвижной части вертлюга, закачивается в бурильную колонну буровыми насосами. Пройдя по бурильным трубам вниз, он с большой скоростью проходит через отверстия в долоте к забою скважины, захватывает частички породы, а затем поднимается между стенками скважины и бурильными трубами. Отказываться от его повторного использования экономически нецелесообразно, а использовать без очистки вновь нельзя, т.к. в противном случае происходит интенсивный абразивный износ оборудования и бурильного инструмента, снижается удерживающая способность бурового раствора, уменьшаются возможности выноса новых крупных обломков породы.
Через систему очистки необходимо пропускать и вновь приготовленные глинистые растворы, т.к. в них могут быть комочки нераспустившейся глины, непрореагировавших химических реагентов и других материалов.
Очистка промывочной жидкостиосуществляется как за счет естественного выпадания частиц породы в желобах и емкостях, так и принудительно в механических устройствах (виброситах, гидроциклонах и т.п.). Использованный буровой раствор (рис. 6.14) из устья скважины 1 через систему желобов 2 поступает на расположенную наклонно и вибрирующую сетку вибросита 3. При этом жидкая часть раствора свободно проходит через ячейки сетки, а частицы шлама удерживаются на стенке и под воздействием вибрации скатываются под уклон. Для дальнейшей очистки буровой раствор с помощью шламового насоса 7 прокачивается через гидроциклоны 4, в которых удается отделить частицы породы размером до 10. 20 мкм. Окончательная очистка раствора от мельчайших взвешенных частиц породы производится в емкости 6 с помощью химических реагентов, под действием которых очень мелкие частицы как бы слипаются, после чего выпадают в осадок.
 |
| Рис. 6.25 Гидравлический смеситель МГ: |
| 1 — конический бункер (воронка); 2 — смесительная камера; 3 — люк; 4 – крышка емкости; 5 — сливной патрубок; 6 — емкость; 7 — сварная рама (сани); 8 – отбойник (башмак); 9 — штуцер; 10 — патрубок для подвода жидкости |
При отстаивании в емкостях 6 и 8 одновременно происходит выделение растворенных газов из раствора.
Очищенный буровой раствор насосом 9 по нагнетательному трубопроводу 10 вновь подается в скважину. По мере необходимости в систему вводится дополнительное количество свежеприготовленного раствора из блока 5.
Источник
Очистка бурового раствора от шлама механическим способом
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.
Источник
Способы очистка бурового раствора
Готовый буровой раствор через напорный рукав, присоединенный к неподвижной части вертлюга, закачивается в бурильную колонну буровыми насосами. Пройдя по бурильным трубам вниз, он с большой скоростью проходит через отверстия в долоте к забою скважины, захватывает частички породы, а затем поднимается между стенками скважины и бурильными трубами. Отказываться от его повторного использования экономически нецелесообразно, а использовать без очистки вновь нельзя, т.к. в противном случае происходит интенсивный абразивный износ оборудования и бурильного инструмента, снижается удерживающая способность бурового раствора, уменьшаются возможности выноса новых крупных обломков породы.
Через систему очистки необходимо пропускать и вновь приготовленные глинистые растворы, т.к. в них могут быть комочки нераспустившейся глины, непрореагировавших химических реагентов и других материалов.
Очистка промывочной жидкости осуществляется как за счет естественного выпадания частиц породы в желобах и емкостях, так и принудительно в механических устройствах (виброситах, гидроциклонах и т.п.). Использованный буровой раствор (рис. 14) из устья скважины 1 через систему желобов 2 поступает на расположенную наклонно и вибрирующую сетку вибросита 3. При этом жидкая часть раствора свободно проходит через ячейки сетки, а частицы шлама удерживаются на стенке и под воздействием вибрации скатываются под уклон. Для дальнейшей очистки буровой раствор с помощью шламового насоса 7 прокачивается через гидроциклоны 4, в которых удается отделить частицы породы размером до 10. 20 мкм. Окончательная очистка раствора от мельчайших взвешенных частиц породы производится в емкости 6 с помощью химических реагентов, под действием которых очень мелкие частицы как бы слипаются, после чего выпадают в осадок.
Рис. 14. Циркуляционная система бурового раствора:
1 — устье скважины; 2 — желоб; 3 — вибросито; 4 — гидроциклон;
5 — блок приготовления бурового раствора; 6 — ёмкость; 7 — шламовыйнасос;
8 — приёмная ёмкость; 9 — буровой насос; 10 — нагнетательный трубопровод.
При отстаивании в емкостях 6 и 8 одновременно происходит выделение растворенных газов из раствора.
Очищенный буровой раствор насосом 9 по нагнетательному трубопроводу 10 вновь подается в скважину. По мере необходимости в систему вводится дополнительное количество свежеприготовленного раствора из блока 5.
Источник
Очистка бурового раствора от шлама
Как известно, в процессе проведения буровых работ вращательным способом главным технологическим фактором, обеспечивающим эффективность всего процесса бурения, является поток специальной жидкой среды, который постоянно циркулирует в скважине и тем самым обеспечивает эффективное удаление из зоны бурения продуктов разрушения породы, именуемых шламом. Эту технологическую жидкость называют промывочной средой или буровым раствором – «Drilling Mud».
Назначение буровых растворов
Современные буровые растворы выполняют широкий спектр технологических задач:
- удаляют шлам из-под долота бурильной установки с последующим его транспортированием по кольцевому зазору между бурильной колонной и скважинным стволом вверх, после чего, уже на поверхности, обеспечивают эффективное отделение частиц твердой фазы;
- обеспечивают свойство седиментационной устойчивости, то есть удерживают в своем объеме частицы выработанной породы во взвешенном состоянии в моменты вынужденного прерывания циркуляции раствора;
- содействуют охлаждению долота бурильной установки и облегчают процесс механического разрушения породы в зоне бурения;
- обеспечивают заданное давление на стенки скважины изнутри для недопущения нефте- и газопроявлений;
- вступают в физико-химическое взаимодействие со стенками скважины для предупреждения их эрозии и обрушения;
- обеспечивают стабильность проницаемости продуктивного пласта в процессе его вскрытия и пр.
Разновидности буровых растворов
В зависимости от специфики конкретных пород, подлежащих бурению и условий их залегания, а также с учетом технических особенностей проходки скважины могут использовать следующие типы буровых растворов:
- водные буровые растворы (глинистые (бентонитовые), полимерглинистые, безглинистые);
- неводные буровые растворы (на углеводородной основе, на синтетической основе, обращенные эмульсионные растворы, дегазированные нефтепродукты);
- аэрированные и пеноподобные буровые растворы.
Чаще всего используют буровые растворы на водной и неводной основах.
Почему буровые растворы требуют эффективной очистки от шлама?
Частицы выбуренной породы, которыми насыщается буровой раствор в процессе бурения скважины, оказывают негативное влияние на его главные технологические параметры, а значит и на технико-экономические показатели бурения. По этой причине повышение эффективности очистки буровых растворов от примесей вредных частиц является приоритетной задачей во время буровых работ.
Предпосылки оснащения буровых установок высокоэффективными системами очистки промывочных жидкостей от шлама:
- высокая относительная стоимость буровых растворов на углеводородной и синтетической основах;
- проблемы, связанные с утилизацией отработанных буровых растворов;
- необходимость повышения рентабельности применяемых буровых растворов.
Следует учитывать, что в случае использования буровых растворов на углеводородной и синтетической основах, частицы выбуренной породы в них не подвергаются гидратации, в отличие от буровых растворов на водной основе. Однако, несмотря на это, оба распространенных типа буровых растворов нуждаются в строгом регулировании концентрации частиц твердой фазы. Превышение концентрации твердых частиц породы в промывочной жидкости сверх допустимого порога приводит к резкому увеличению ее вязкости и снижению пластической текучести, благодаря существенному росту взаимного поверхностного трения между такими частицами в объеме раствора. Кроме этого, чрезмерное насыщение бурового раствора частицами породы значительно снижает его седиментационную устойчивость. Конечно же, возможен вариант регулирования концентрации твердой фазы в растворе путем его разбавления специальными смачивателями и поверхностно-активными агентами, но такой подход является весьма дорогим и способен обеспечить отрицательную рентабельность применяемых буровых растворов. Поэтому на сегодняшний день самым эффективным способом поддержания стабильных технологических параметров буровых растворов является использование специального очистного оборудования, позволяющего эффективно контролировать в промывочных жидкостях концентрацию твердой фазы разных фракционных диапазонов.
Механическая очистка бурового раствора от шлама
На сегодняшний день вибросита являются основным техническим средством, позволяющим эффективно очищать углеводородные и синтетические буровые растворы от частиц твердой фазы. Современные комплексы механической очистки промывочных жидкостей оснащаются ситовыми панелями с минимальными размерами ячеек, что обеспечивает беспрепятственное прохождение жидкой основы бурового раствора и сохранение в нем требуемой концентрации утяжеляющего компонента (барита).
Следует учитывать, что в условиях высоких скоростей бурения и, соответственно, повышенного удельного расхода бурового раствора, правильней всего использовать комплексную механическую очистку:
- начальный этап очистки – на виброситах, оснащенных ситовыми панелями для грубой очистки (эффективно удаляются сравнительно крупные частицы породы);
- основной этап очистки — на виброситах, оснащенных ситовыми панелями с мелкими ячейками, рассчитанными на максимальный расход бурового раствора, оптимальный размер таких ситовых панелей составляет не более 200 меш.
Комплексный подход к механической очистке бурового раствора от шлама также предполагает использование специальных осушающих вибросит с целью сокращения содержания остаточной влаги в шламе. Таким образом, становится понятным основное назначение осушающих вибросит – снижение объемов буровых отходов, подлежащих утилизации за счет сокращения жидкого остатка, содержащегося в них.
Таким образом, эффективная очистка буровых растворов от шлама является тем ключевым фактором, благодаря которому можно обеспечить наиболее оптимальные технологические параметры бурового раствора и свести вынужденные технологические простои оборудования к минимуму. Использование качественных высокоэффективных ситовых панелей для современных вибросит и комплексов механической очистки обеспечит максимальную рентабельность применяемых буровых растворов.
Источник
