20. Оборудование для приготовления, циркуляции и очистки буровых растворов. Состав и технологическая схема циркуляционной системы. Очистные устройства циркуляционной системы.

Ц иркуляционная система буровых установок включает в себя наземные устройства и сооружения, обеспечивающие промывку скважин путем многократной принудительной циркуляции бурового раствора по замкнутому кругу насос — забой скважины — насос. В со­став циркуляционной системы входят также всасывающие и на­порные линии насосов, емкости для хранения раствора и необхо­димых для его приготовления материалов, желоба, отстойники, контрольно-измерительные приборы и др. Устройства для приготовления и утяжеления буровых растворов по принципу действия делятся на механические и гидравличе­ские. В связи с возрастающим применением порошкообразных материалов в последние годы преимущественное распространение получили гидравлические устройства. По сравнению с механиче­скими глиномешалками они обладают более высокой производи­тельностью, обеспечивают необходимое качество буровых раство­ров и экономное расходование материалов для их приготовления. Положительно зарекомендовали себя гидроэжекторные смесители блоков приготовления бурового раствора (БПР). Гидравлический диспергатор ДГ-1 (рис. XV.2) используется для тонкого измельчения твердых и жидких фаз бурового раст­вора. Он состоит из камеры 2, входной дугообразной трубы 1 и сливного патрубка 4. На концах входной трубы с помощью на­кидных гаек установлены сменные насадки 3 из твердых спла­вов либо металлокерамических материалов.

Рис. XV.2. Гидравлический диспергатор

Гидравлические перемешиватели действуют подобно гидро­монитору. Раствор посредством бурового либо центробежного на­соса подается в приемный патрубок / (рис. XV.3) гидравлического перемешивателя. Оттуда раствор поступает в ствол 2, вращаю­щийся на шарикоподшипниках замкового типа. ОЧИСТНЫЕ УСТРОЙСТВА ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ. Очистка буровых растворов осуществляется путем последователь­ного удаления крупных и мелких частиц выбуренной породы и других примесей, содержащихся в поступающем из скважины бу­ровом растворе Для полной очистки буровых растворов циркуля­ционные системы оборудуются комплексом очистных устройств. Первичная очистка проводится вибрационными ситами, посред­ством которых удаляются крупные частицы (размером более 75 мкм) Мелкие частицы вредных примесей удаляются посредством пескоотделителя (40 мкм), илоотделителя (25 мкм) и центрифуги (5 мкм), используемых на последующих степенях очистки. На вибрационных ситах частицы выбурепной породы просеиваютс я через сито под действием вибраций, которые создаются эксцентриковым (рис XV 5, а) либо инерционным (рис W 5 б) вибратором. Частицы буровою раствора, превышающие размеры ячеек сегки вибросита, оседают на ней и по транспортному желобу сбрасываются в отвал (шламовый амбар). Очищенный раствор, пройдя через ячейки сетки, посту­пает в приемные емкости циркуляционной системы. Последующая более тонкая очи­стка буровых растворов осуществ­ляется гидромеханическим спосо­бом. Для этого в песко- и илоотде-лителях применяются конические гидроциклоны. В гидроциклон 1 (рис. XV.6) буровой раствор подается под давле­нием по питающей насадке 4. Бла­годаря тангенциальному располо­жению питающей насадки и высо­коскоростному истечению буровой раствор интенсивно вращается от­носительно оси гидроцпклона. Наи­более крупные и тяжелые частицы, содержащиеся в буровом растворе, отбрасываются центробежными си­лами во внешний поток раствора, образующийся в пристенной зоне конуса 2. Опускаясь по винтообраз­ной траектории до вершины конуса, частицы удаляются через шламовую насадку 3 в находящийся под гидроциклоном шламосборник.

СОСТАВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ. Устройства для приготовления и очистки бурового раствора рас­полагаются в виде отдельных блоков, взаимодействующих согласно технологической схеме. Глинопорошки и порошкообразные утяжелители хранятся в силосах 1 блока приготовления промывочного раствора (БПР). Порошкообразные химические реагенты, затаренные в мешки, скла­дируются на крытой площадке 2. В блок приготовления промы­вочного раствора входят также дозатор, гидро-эжекторный смеситель 4, диспергатор 3 и механический смеситель 5. Загрузка порошкообразных материалов в силосы и подача их в гидроэжекторный смеситель осуществляются пневмотранспортом. Приготовленный для промывки скважины буровой раствор поступает в ре­зервуар 9, снабженный гидравлическими 17 и механическими 18 перемешивателями. Подпорными насосами 6 готовый раствор из резервуара 9 подается на прием буровых насосов 7, нагнетающих его по манифольду 30 в бурильную колонну 27. Из скважины буровой раствор по устьевому желобу 28 посту­пает в блок очистки, включающий два вибросита 26, отстойник 23, гидроциклонные пескоотделитель 22 и илоотделитель 14, цент­рифугу 13 Для подачи бурового раствора в пескоотделитель 22 и илоотделитель 14 используются центробежные шламовые на­сосы 15. Специальное вибросито 16 с мелкоячеечной сеткой слу­жит для разделения частиц утяжелителя и глины Кроме того, для удаления избытка глины при утяжелении бурового раствора пре­дусмотрено эжекторно гидроциклонное устройство 11. Для подачи раствора в центрифугу 13 служит винтовой насос 19. При наличии пластового газа буровой раствор направляется в блок очистки от газа, в состав которого входят газовый сепаратор 29 и дега­затор 25. В циркуляционную систем также входят блок 12 обработки промывочного раствора, блок 6 подпорных насосов и резервуарный блок, состоящий из нескольких металлических емкостей, часть которых имеет отдельные отсеки с механическими и гидрав­лическими перемешивателями. Люки 5 служат для очистки резер­вуаров от скопившихся отходов бурового раствора. Мерный отсек 20 и центробежный насос 21 используются для долива скважины при подъеме бурильной колонны. При спуске труб в скважину отсек 20 используется для кон­троля объема вытесняемого бурового раствора. Для контроля про­цесса промывки скважин применяются уровнемеры 10, установлен­ные на всех резервуарах, расходомеры 31 и манометры, регистри­рующие давление буровых и подпорных насосов, а также в камере эжекторного гидросмесителя и входных гидроциклонов. Газосодержание и плотность бурового раствора на приеме буровых насосов и при сливе из скважины контролируются приборами, расположенными на панели 24. Блок приготовления промывочного раствора снабжен гидравлическим измерителем массы порошкообразных материалов (ГИВ-М) Частота вращения центрифуги контролируется тахометром.

21. Буровые насосы. Назначения и основные требования. Расчет и выбор основных технических показателей насосов. Назначения и основные требования. Буровые насосы предназначены для нагнетания в скважину про­мывочной жидкости с целью очистки забоя и ствола от выбурен­ной породы (шлама) и выноса ее на дневную поверхность, охлаж­дения и смазки долота, создания гидромониторного эффекта при бурении струйными долотами, приведения в действие забойных гидравлических двигателей. Исходя из назначения и условий эксплуатации, к буровым на­сосам предъявляют следующие основные требования:1)подача насоса должна быть регулируемой в пределах, обеспечивающих эффективную промывку скважины;2)мощность насоса должна быть достаточной для промывки скважины и привода забойных гидравлических двигателей;3)скорость промывочной жидкости на выходе из насоса должна быть равномерной для устранения инерционных нагрузок и пуль­саций давления, вызывающих осложнения в бурении, дополни­тельные энергетические затраты и усталостные разрушения;4)насосы должны быть приспособлены для работы с абразиво-и маслосодержащими коррозионно активными промывочными ра­створами различной плотности;5)узлы и детали, контактирующие с промывочным раствором, должны обладать достаточной долговечностью и быть приспособ­ленными к удобной и быстрой замене при выходе из строя; 6)крупногабаритные узлы и детали должны быть снабжены уст­ройствами для надежного захвата и перемещения при ремонте и техническом обслуживании; 7)узлы и детали приводной части должны быть защищены от промывочного раствора и доступны для осмотра и технического обслуживания; 8)насосы должны быть приспособлены к транспортировке в со­бранном виде на далекие и близкие расстояния и перемещению волоком в пределах буровой; 9)конструкция насосов должна допускать правое и левое расположение двигателей насосного агрегата; 10)надежность и долговечность насосов должны сочетаться с их экономичностью и безопасностью эксплуатации. Расчет и выбор основных технических показателей насосов. Подачу, давление и полезную мощность буровых насосов выби­рают на основе требований, предъявляемых технологией промывки скважин Исходной является объемная подача, oт которой зави­сят эффективность роторного бурения и нормальная работа за­бойных двигателей. Подача насоса определяется по выбранной скорости восходя­щего потока промывочного раствора (в л/с): Q = F_{a г}U_ж 10³, где Fз п — площадь затрубного пространства, м², U_ж — скорость восходящего потока жидкости, м/с, D_A — диаметр долота м. Удельная подача, характеризующая интенсивность промывки, выбирается согласно опытным данным, выбирается в зависимости от диаметра долота. Давление на выходе из насоса зависит от потерь давления на преодоление гидравлических сопротивлений в манифольде, бу­рильной колонне и затрубном кольцевом пространстве, возникаю­щих при промывке скважин. Полная потеря давления определяется арифметической суммой линейных и местных потерь давления в системе циркуляции промывочной жидкости: p=p_м+р_бт+р_убт+р_з+р_д+р_зд+р_кп, где р — давление промывочной жидкости на выходе из насоса, Рм, Рбт, бубт, Рз, Р_у, Рзд и р_кп — потери давления соответственно в манифольде, бурильных трубах, УБТ, замковых соединениях долоте, забойном двигателе и кольцевом пространстве. Потери давления на гидравлические сопротив­ления в трубах принято определять по формуле Дарси—Вейс-баха (в Па): p=λρ∙lU²/2d, где λ — коэффициент гидравлического сопротивления, р — плот­ность жидкости, кг/м³, / — длина труб, м, d — внутренний диаметр труб, м, v — средняя скорость течения жидкости, м/с. Потери давлений в бурильных трубах (в МПа): р_тр.=альфа*ρQ²l, где Q — подача промывочной жидкости, л/с, / — длина бурильной колонны, м. Полезная мощность, сообщаемая буровыми насосами пода­ваемой жидкости, выражается обычно в киловаттах и определя­ется зависимостью: N_п=Qp,, где Q — подача насоса, м³/с, Р — давление насоса, Па. Мощность, потребляемая насосом, суммируется из полезной мощности и мощности, затрачиваемой на гидравлические, объем­ные и механические потери в самом насосе. Отношение полезной мощности к мощности насоса определяет к. п. д. насоса: К.п.д.=N_п/N. Индикаторный к. п. д. насоса учитывает гидравлические и объемные потери в насосе: к.п.д._ин.=pQ/(p+∆p)(Q+∆Q)= pQ/(p+∆p)Q* pQ/(Q+∆Q)p=к.п.д._гидр.к.п.д._о, где p — давление на выходе насоса, Q — подача насоса, Ар — по­тери давления на преодоление гидравлических сопротивлений в насосе; AQ — потери подачи вследствие утечек в насосе; ц_г -гидравлический к. п д. насоса, равный отношению полезной мощ­ности к мощности, затраченной на преодоление гидравлических сопротивлений в насосе; ц₀— объемный к. п. д. насоса, равный отношению полезной мощности насоса к сумме полезной мощно­сти и мощности, потерянной с утечками. Гидравлический к. п. д, учитыва­ющий потери энергии на преодоление гидравлических сопротивлений в на­гнетательном коллекторе и клапанах, 5ависит от конструкции шдравлического блока и в расчетах буровых на­сосов принимается к.п.д. = 0,97. Объемный к. п. д., учитывающий потери энергии от утечек через не­плотности цилиндропоршневои пары, уплотнения штоков, а также от утечек в результате запаздывания посадки клапанов, принимается к.п.д. = 0,97. Механический к. п. д учитывает потери энергии на трение в подвижных элементах приводного и гидрав­лического блоков бурового насоса. Мощность насосного агрегата — мощность, потребляемая на­сосным агрегатом или насосом, в конструкцию которого, кроме насоса, входят двигатель и узлы трансмиссии: N_насоса=N/к.п.д.*к.п.д._тр., где к.п.д._тр.— к. п. д. трансмиссии насосного агрегата.