Система 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. БПР представляет собой единый транспортабельный блок, на раме которого смонтированы две цилиндрические телеско­пические емкости, состоящие из общего нижнего основания, на котором установлены неподвижные части емко­сти, и верхней подвижной части. Обе части емкости соединены между собой уплотнением из резинотканевой материи. Подвижная часть емкости оборудована воздушно-матерча­тым фильтром 13, фиксирующим устройством, смотровым лю­ком, ограждением, загрузочным трубопроводом, неподвижные ча­сти емкости оборудованы пневматическим разгрузочным устрой­ством 16, состоящим из аэрирующего шиберного устройства 15, где порошкообразный материал при помощи сжатого воздуха компрессора дополнительно аэрируется и транспортируется в гидросмеситель 17, другую емкость или автоцементовоз. Пневматическое разгрузочное устройство в сочетании с гид­росмесителем 17 используется для приготовления или утяже­ления бурового раствора. Промывочный раствор приготовляется и утяжеляется сле­дующим образом: при приготовлении глинистого раствора к гидросмесителю 17 от бурового насоса подается вода, при утяжелении — глинистый раствор. В камере гидросмесителя об­разуется разрежение, достаточное для засасывания порошка из емкости. Количество подаваемого порошка регулируется пово­ротным шибером 15 или изменением разрежения в гидросмеси­теле. БПР может быть использован также для приготовления цементных растворов при цементировании скважин. При этом емкости загружаются цементом. При морском бурении индивидуальное приготовление глинис­того раствора целесообразно только для отдельных разведочных скважин, находящихся далеко в море. В этом случае порошко­образный материал подвозят на морских судах.

Буровые, расположенные вблизи от берега или эстакады, наиболее выгодно снабжать глинистым раствором с глинозавода. Для этого с глинозавода прокладывают глинопровод, используемый в дальнейшем как нефтепровод. В целом ряде случаев буровой раствор приготовляется при помощи механической мешалки (глиномешалки). Глинистый раствор в глиномешалке приготовляется перио­дически или непрерывно. При периодическом способе приготов­ления глинистого раствора в глиномешалку заливается вода, затем она пускается в ход, после этого забрасывается глина. Через 45—55 мин проверяют вязкость раствора. Как только вязкость раствора становится равной заданной величине, гли­номешалку останавливают, открывают нижний люк и готовый раствор сливают в приемный резервуар (емкость). Затем цикл повторяется. При непрерывном способе приготовления с торцо­вой стороны глиномешалки на уровне раствора приваривают сливной патрубок. В глиномешалку непрерывно через люк за­брасывают глину, снизу поступает вода. Через верхний сливной патрубок готовый глинистый раствор непрерывно поступает в желобную систему и через нее в приемный резервуар (ем­кость). Поступление воды и глины регулируют так, чтобы из сливного патрубка выходил глинистый раствор заданной вяз­кости. Непрерывный способ приготовления глинистого раствора имеет следующие преимущества: нет перерывов для слива го­тового раствора, забрасывания глины и заливки водой; произ­водительность глиномешалки непрерывного действия почти в 3 раза больше. Во время приготовления глинистого раствора в глиноме­шалке во избежание несчастного случая нельзя проталкивать через отверстия решетки глину или утяжелитель в воронку глиномешалки ломом или лопатой; в глине, подготовленной для приготовления раствора, не должно быть комков, их надо размельчать. 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.

Фрезёрно-струйная мельница представляет собой металли­ческую емкость, разделенную перегородкой на две части: при­емный бункер 10 и метательную камеру с лопастным ротором 2. Комовая глина (или глинопорошок) загружается в бункер, куда через перфорированную трубку 12 подается вода. Лопастной ротор 2 захватывает лопастями-фрезами глину, измельчает и выбрасывает ее вместе с водой на диспергирующую рифленую плиту 1, где происходит интенсивное диспергирование глины. Не успевшие продиспергировать глинистые комочки стекают в ловушку 17, откуда вновь попадают под лопасти фреза. Го­товый раствор переливается через отверстия выходной решетки 6 в желоб и оттуда в циркуляционную систему или запасные емкости. 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 глинопорошка. В этом случае в ФСМ вместо воды подается буровой раствор.

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.

При отсутствии газа в буровом растворе исключают ступени дегазации; при использовании неутяжеленного раствора, как правило, не применяют сепараторы, глиноотделители и центри­фуги; при очистке утяжеленного бурового раствора обычно ис­ключают гидроциклонные шламоотделители (песко- и илоотде­лители). Таким образом, выбор оборудования и технологии очистки бурового раствора от шлама должен основываться на конкретных условиях бурения. Бурение нефтяных и газовых скважин в большинстве нефте­газодобывающих районов ведут с промывкой неутяжеленным и буровыми растворами плотностью до 1,25 г/см³. Для очистки буровых растворов, как обязательная, принята трехступенчатая система. Технология очистки неутяжеленного бурового раствора по этой системе представляет собой ряд последовательных опера­ций, включающих грубую очистку на вибросите и тонкую очи­стку — пескоотделение и илоотделение—на гидроциклонах шламоотделителях. Буровой раствор после выхода из скважины подвергается на первой ступени грубой очистке на вибросите 2 и собирается в емкости 10. Из емкости центро­бежным насосом 3 раствор подается в батарею гидроциклонов пескоотделителя 4, где из раствора удаляются частицы песка. Очищенный от песка раствор поступает через верхний слив в емкость 9, а песок сбрасывается в шламовый амбар. Из ем­кости 9 центробежным насосом 5 раствор подается для окон­чательной очистки в батарею гидроциклонов илоотделителя 6. После отделения частиц ила очищенный раствор направляется в приемную емкость 8 бурового насоса 7, а ил сбрасывается в шламовый амбар. Остановимся на описании основных механизмов, применяю­щихся при очистке бурового раствора от шлама.

Вибросита. Очистка бурового раствора от шлама с по­мощью вибрационных сит — механический процесс, в котором частицы отделяются с помощью просеивающего устройства. Главные факторы, определяющие глубину очистки и про­пускную способность вибросита,— размер ячеек сетки и просе­ивающая поверхность. Основные элементы вибросита: основание 1, поддон для сбора очищенного раствора 7, прием­ник с распределителем потока 2, вибрирующая рама 5 с сет­кой 4, вибратор 3, амортизаторы 6. Вибрирующие рамы распо­лагают как в горизонтальной, так и в наклонной плоскости, а их движение может быть возвратно-поступательным по пря­мой, эллипсообразным, круговым и комбинированным. В практике отечественного бурения используют одноярус­ные сдвоенные вибросита СВ-2 и СВ-2Б, одноярусные двухсеточные вибросита ВС-1. Вибросито СВ-2 в состоянии пропустить до 60 л/с бурового раствора при сетке с размером ячейки 1x5 мм. Рабочая часть сетки имеет длину 1,2 м и ширину 0,9 м. Сетка имеет частоту колебаний 1600 или 2000 в 1 мин. Наклон сетки к горизонту 12—18°. Вибрационное сито СВ^-25— модернизированный ва­риант сита СВ-2. Вибросито ВС-1 оснащено двумя заделанными в кассеты сетками. Используются сетки с размером ячейки 0,16x0,16; 0,2X0,2; 0,25X0,25; 0,4X0,4 и 0,9X0,9. Первая сетка устанав­ливается горизонтально, а вторая — с наклоном около 5° к го­ризонту. Траектория колебаний сеток эллиптическая. Наиболь­шая двойная амплитуда 8 мм, частота колебаний 1030 и 1040 в 1 мин. Рабочая поверхность сетки 2,7 м². Вибросито ВС-1 способно пропустить через сетку с ячейкой 0,16x0,16 до 10 л/с бурового раствора. При использовании сетки 0,9x0,9 про­пускная способность вибросита превышает 100 л/с.

Гидроциклонные шламоотделители. Принцип работы гидроциклона следующий. Буровой раствор подается насосом по тангенциальному патрубку 1 в гидроцик­лон 2. Под влиянием центробежных сил более тяжелые частицы отбрасываются к периферии и по конусу гидроциклона спу­скаются вниз и сливаются наружу через отверстие 3, регулируе­мое заслонкой. Чистый буровой раствор концентрируется в цен­тральной части гидроциклона и через патрубок 4 сливается в приемный резервуар (емкость). Для повышения скорости жидкости входное отверстие 5 тангенциального патрубка су­жено. Для нормальной работы гидроциклона необходимо дав­ление 0,2—0,5 МПа. Совершенно условно гидроциклонные шламоотделители де­лят на песко- и илоотделители. Пескоотделители — это объединенная единым подающим и сливным манифольдом батарея гидроциклонов диаметром 150 мм и более. Илоотделителями называют аналогичные устройства, составленные из гидроцик­лонов диаметром 100 мм и менее. Число гидроциклонов в ба­тареях песко- и илоотделителя разное. Так, в пескоотделителе 2ПГК четыре параллельно работающих гидроцикона диаметром 150 мм, а илоотделители включают в себя 12—16 гидро­циклонов диаметрами 75 или 100 мм.

Дегазация промывочных жидкостей. Газирование бурового раствора препятствует ведению нормального процесса бурения. Во-первых, вследствие снижения эффективной гидравлической мощности уменьшается механическая скорость проходки, во-вторых, возникают осыпи и проявления пластовой жидкости и газа в результате снижения эффективной плотности бурового раствора, т. е. гидравлического давления на пласты, в-третьих, возникает опасность взрыва или отравления ядовитыми пла­стовыми газами (например сероводородом). Пузырьки газа препятствуют удалению шлама из раствора, поэтому оборудо­вание для очистки от шлама работает неэффективно. Газ в буровом растворе может находиться в свободном, жидком и растворенном состояниях. Свободный газ легко уда­ляется из бурового раствора в поверхностной циркуляционной системе путем перемешивания в желобах, на виброситах, в ем­костях. При устойчивом газировании свободный газ из буро­вого раствора удаляют с помощью газового сепаратора.

Газовый сепаратор представляет собой герметич­ный сосуд, оборудованный системой манифольдов, клапанов и приборов. Буровой раствор из скважины поступает по танген­циальному вводу 7 в полость газового сепаратора 1, где ско­рость потока резко снижается. Из промывочной жидкости ин­тенсивно выделяется газ, который скапливается в верхней части сепаратора и отводится по трубопроводу 5 на факел. Буровой раствор, очищенный от свободного газа, собирается в нижней части газосепаратора, откуда он подается по линии 2 для очистки от шлама на вибросито. Применяющиеся в настоящее время сепараторы имеют вме­стимость 1—4 м³ и рассчитаны на давление до 1,6 МПа. Они оборудуются предохранительным клапаном 6, регулятором уровня бурового раствора поплавкового типа 3 и эжекторным устройством 10 для продувки и очистки сепаратора от нако­пившегося шлама. Эжекторное устройство работает следующим образом. Воду, а в зимнее время пар пропускают через штуцер эжектора 10, в результате чего в сбросовом патрубке газо­сепаратора создается разрежение. При открытой сбросовой задвижке 9 скопившегося на дне газового сепаратора шлам 8 вместе с частью бурового раствора устремляется в камеру эжекторного смесителя, подхватывается потоком воды (или пара) и выбрасывается из сепаратора наружу. После очистки поло­сти сепаратора сбросовую задвижку 9 закрывают. Для конт­роля за давлением внутри сепаратора газовая часть его поло­сти оборудуется манометром 4. Очищенный от свободного газа буровой раствор обычно поступает на вибросито. Однако при наличии в буровом рас­творе жидкости токсичного газа, например сероводорода, поток из сепаратора по закрытому трубопроводу сразу подается на дегазатор для очистки от газа. Только после окончательной дегазации буровой раствор очищают от шлама. Наибольшее распространение в отечественной практике получили вакуумные дегазаторы. Они представляют собой двухкамерную герметич­ную емкость, вакуум в которой создается насосом. Камеры включаются в работу поочередно при помощи золотникового устройства. Производительность дегазатора при использовании глинистого раствора достигает 45 л/с; остаточное газосо­держание в буровом растворе после обработки не превышает 2%.

Регенерация утяжелителей. Утяжелители — дорогие и дефи­цитные материалы, поэтому их экономное и повторное исполь­зование— весьма важная задача работников бурения.

Существуют следующие способы повторного использования утяжеленного раствора.

1. При близком расположении бурящихся скважин утяже­ленный раствор перекачивают из одной буровой в другую по трубопроводу.

2. При отсутствии трубопровода утяжеленный раствор из буровой в буровую перевозится в автоцистернах.

3. Утяжелитель извлекают из раствора при помощи специ­альных устройств. Регенерацию утяжелителей из отработан­ных растворов производят осаждением в желобах, в гидроцик­лонных установках или в специальных регенерационных уста­новках.