11.2 Очистка буровых растворов.

Очистка буровых растворов от шлама является одной из самых актуальных задач при бурении скважины, так как излишняя твер­дая фаза снижает технические показатели работы долот и соответ­ственно технико-экономические показатели бурения. Так при со­держании общей твердой фазы выше нормы только на 1 % механи­ческая скорость снижается от добавки барита на 2.6%, глинопорошка на 4.8%, а при вязкости раствора около 50с — на 6.7%. Снижение содержания общей твердой фазы только на 1 % позволяет повысить механическую скорость на 8-10%, снизить расход долот на 7-10%, а если же снижение произвести на 50%, то механическая скорость и проходка на долото повышаются вдвое, а расход долот и химреаген­тов уменьшается.

Следует учесть, что при современном состоянии уровня техни­ки очистки буровых растворов в России, повторно на забой попада­ет до 50-80% выбуренной породы. Для очистки бурового раствора от шлама используются желобная система, отстойники, вибраци­онные сита, песко-илоотделители, глиноотделители (гидроцикло­ны, работающие по обратному циклу), центрифуги. При этом про­пускная способность всех механизмов очистки должна быть равна максимальной подаче буровых насосов при любых параметрах бу­ровых растворов или превышать ее на 10%. Расположение механиз­мов очистки наиболее эффективно в такой последовательности: скважина — газовый сепаратор — вибросито — дегазатор — песко-отделитель — илоотделитель — глиноотделитель — центрифуга. Эф­фективность удаления частиц в некоторых случаях можно резко повысить путем комбинирования механических и химических (фло-куляция) способов очистки.

Одним из обязательных элементов очистки является вибросито.

При повышении вязкости раствора (>45 с), а также использова­нии утяжеленных растворов пропускная способность вибросит и количество удаляемой ими породы резко падает.

Линейное одноярусное вибросито ЛВС-1 устанавливается на первом резервуаре блока очистки и состоит из станины, вибрирую­щей рамы с двумя гибкими типовыми трехслойными кассетами, на которой установлен электродвигатель, четырех пружинных аморти­заторов, дисбалансов, установленных на валу в корпусе вибратора и контргрузов, уравновешивающих массу привода. Передача враще­ния от электродвигателя к вибратору осуществляется двумя клино­выми ремнями.

Для обеспечения максимальной пропускной способности ЛВС-1 устанавливается так, чтобы его основание было ниже врезки мани-фольда или дна желоба не менее чем на 1.3 м. При правильной экс­плуатации срок службы кассет при различных размерах ячейки сет­ки 0.9x0.9; 0.4x0.4; 0.2x0.2; 0.16x0.16 составляет соответственно 1000; 500; 350; 100 часов. Сетка считается изношенной, когда ее разрыв достигает 100 мм, чему способствуют агрессивные компоненты ра­створа, механические повреждения, недостаточная подача раствора буровыми насосами (на 25% ниже максимальной пропускной спо­собности вибросита для установленных сеток, частичная заку­порка ячеек и др.).

Количество удаляемых частиц на ЛВС-1 размером 0.8 мм и бо­лее составляет 100% при всех размерах ячеек сеток в комплекте, а частиц размером 0.4-0.65 мм на 75-85% при ячейках сеток 0.4 мм и менее. Из бурового раствора всегда удаляются также частицы мень­шего размера, чем размер ячейки. Например, при ячейках сетки 0.4x0.4 мм удаляется до 15% частиц размером менее 0.4 мм, в основ­ном, за счет агрегирования мелких частиц.

Максимальные потери раствора при очистке составляют до 1 % при всех размерах ячеек сеток, кроме 0.16 мм, где они равны 1.5-2.0 %.

Преимущества:

простота конструкции;

более высокая очистная способность (>40%) по сравнению с виброситом ВС-1.

Недостатки:

установка электродвигателя на вибрирующей раме, что при­водит к его преждевременному износу;

неточность изготовления (по массе) дисбалансов, обеспечи­вающих заданную амплитуду колебаний;

низкое качество кассет, сеток.

Для улучшения качества очистки бурового раствора используем гидроциклонные пескоотделители.

Утяжелитель и глина в гидроциклоне перемещаются с разной скоростью в поле центробежных сил, что связано с большей плот­ностью первого, а также с размером частиц.

С увеличением впускного давления до 0.4 МПа и диаметра слив­ного отверстия до 40 мм общая эффективность удаления утяжели­теля и глины самая лучшая, а для максимального удаления утяже­лителя диаметр сливного отверстия должен быть больше диаметра разгрузочной насадки в 1.2-1.6 раза. Наиболее простой способ по­вышения извлечения частиц барита — это увеличение противодав­ления на сливе до 0.05 МПа путем частичного закрытия задвижки, но при этом снижается пропускная способность аппарата. При вы­сокой вязкости и плотности раствора с помощью гидроциклона уда­ляется больше крупных частиц, а для удаления тонкодисперсных частиц в этом случае необходимо повысить давление на входе в гид­роциклон. Но так как при этом снижается пропускная способность механизмов, то растворы, имеющие вязкость более 45 с перед пода­чей в гидроциклонный аппарат, разбавляются водой до 35-40 с, что не всегда допустимо, особенно в утяжеленных растворах, где про­изойдет выпадание утяжелителя. Работа пескоотделителей предус­мотрена в режиме погружения песковых насадок в шлам при закры­той заслонке, если плотность удаляемых частиц менее 1700 кг/м3 (применяется только в теплое время года), и без их погружения при открытой заслонке (последний более продуктивен). Для очистки буровых растворов от частиц размером более 74 мкм применяются гидроциклоны диаметром 150 мм и более, илистых частиц разме­ром менее 74 мкм — 50-100 мм и частиц размером 5-10 мкм — цен­трифуги. Использование пескоотделителей и илоотделителей спо­собствует увеличению механической скорости проходки, эконо­мии материалов и повышению технико-экономических показателей бурения за счет снижения плотности и вязкости очищенного бурового раствора. При этом двухступенчатая очистка (вибросито-пескоотделитель) позволяет удалить до 35-40% твердой фазы, а трехступенчатая (вибросито-пескоотделитель-илоотделитель) бо­лее 50%. Если наблю­дается большая потеря раствора через песковую насадку, а плот­ность пульпы менее 1700 кг/м , то основными причинами являют­ся износ песковой насадки до 20 мм и более, низкое содержание шлама в растворе и недостаточное давление перед гидроциклона­ми.

Для эффективного удаления мелких частиц утяжелителя (ре­генерации) применяются центрифуги и сепараторы. Для регенерации утяжелите­ля используем шнековую осадительную центрифугу типа ОГШ 502к-4 с горизонтальным расположением барабана (ротора), диаметром 400 мм, частота вращения которого 1600-2000 об/мин. Внутри барабана в том же направлении вращается шнек с часто­той вращения на 25-40 об/мин., меньше, чем ротор. Осадительная центрифуга удаляет до 98% барита, а гидроциклон до 75-80%. Режим работы центрифуг зависит от условий бурения. При высо­ких скоростях проходки и небольшой плотности раствора рацио­нально более полно удалять глину (особенно агрегированную флокулянтами), а при средних скоростях проходки и утяжеленном ра­створе необходимо удалять частицы барита. Регулирование эффективности работы цен­трифуги возможно за счет изменения частоты вращения, вязкос­ти подаваемого раствора и его расхода через центрифугу

Преимущества: более полное возвращение барита в систему цир­куляции.

Недостатки:

недостаточное разделение твердой фазы;

необходимость разбавления бурового раствора водой.