11.6. Оборудование для дегазации бурового раствора

Циркуляционная система для бурения нефтяных скважин должна обеспечивать непрерывную дегазацию раствора. Для этого применяют специальные устройства: газовые сепараторы, атмосферные и вакуумные дегазаторы. Необходимо, чтобы пропускная способность устройств допускала бы обработку всего бурового раствора, выходящего из скважины при бурении интервала.

Газирование бурового раствора препятствует ведению нормального процесса бурения. Во-первых, вследствие снижения эффективной гидравлической мощности уменьшается скорость бурения, особенно в мягких породах; во-вторых, возникают осыпи, обвалы и флюидопроявления в результате снижения эффективной плотности бурового раствора (следовательно, и гидравлического давления на пласты); в-третьих, возникает опасность взрыва или отравления ядовитыми пластовыми газами (например, сероводородом).

Попадающий в циркуляционный поток газ приводит к изменению всех технологических свойств бурового раствора, а также режима промывки скважины.

Растворы, газированные сероводородом, создают особенные трудности при дегазации:

• система дегазации должна быть весьма эффективной, так как при объемной концентрации 0,1 % сероводород - опасный яд;

• сероводород взрывоопасен даже пр и объемной концентрации 4,3 % (для сравнения, нижний предел взрываемости метана 5 %);

• сероводород растворим в буровых растворах, его растворимость в воде приблизительно пропорциональна давлению;

• сероводород обладает высокой корродирующей способностью.

Различная степень газирования бурового раствора требует применения разного оборудования для дегазации. Свободный газ удаляется достаточно просто. Поток раствора из межтрубного пространства поступает в сепаратор, где газ отделяется от раствора и направляется по отводной линии на факел. Оставшийся в растворе свободный газ удаляется в атмосферу окончательно на виброситах или в емкости для сбора очищенного от шлама раствора.

Газ, проникший в молекулярную структуру раствора, извлечь значительно труднее. Для этого требуется не только затратить некоторую энергию, но и часто необходимо применять понизители вязкости и поверхностного натяжения, если используется недостаточно совершенная система дегазации.

Обычная схема дегазации бурового раствора при интенсивном поступлении газа (например, при несбалансированном давлении в скважине) показана на рис. 4.1. Газожидкостный поток из скважины 2, дойдя до вращающегося превентора 3, через регулируемый штуцер 4 и герметичные манифольды поступает в газовый сепаратор 5, где из раствора выделяется основной объем газа. Очищенный от свободного газа раствор поступает на вибросито 6 и собирается в первой емкости циркуляционной системы. Дальнейшая очистка раствора от газа осуществляется с помощью специального аппарата-дегазатора 7. Окончательная дегазация происходит в промежуточных емкостях 1 циркуляционной системы с помощью механических перемешивателей.

Рис.11.5. Схема дегазации бурового раствора.

11.7. Выбор гидроциклонов

Ограниченный ассортимент гидроциклонных установок, выпущенных отечественными заводами для очистки буровых растворов не дает возможность делать выбор между различными моделями. Поэтому при включении гидроциклонов в систему очистки бурового раствора нужно лишь сопоставит пропускную способнос ть гидроциклонной установки с заданной по проекту подачей буровых насосов.

Буровой раствор закачивают по касательной к гидроциклону, под действием результирующей центробежной силы твердая фаза движется к стенкам гидроциклона и выгружается из сливного отверстия с небольшим объемом жидкости. Гидроциклоны устанавливают так, чтобы сначала удалить крупные частицы песка. Такие гидроциклоны называют пескоотделителями. Из пескотделителя буровой раствор направляется в илоотделитель, где удаляются частицы малого размера.

Гидроциклон (рис.11.5) представляет собой цилиндр, соединенный с усеченным перевернутым конусом. Нижняя часть конуса заканчивается насадкой для слива песков, а цилиндрическая часть оборудуется входной насадкой, через которую нагнетается буровой раствор, и сливным патрубком, через который отводится очищенный раствор.

Буровой раствор насосом подается через входную насадку в цилиндрическую часть гидроциклона по касательной к внутренней поверхности. Обладая сравнительно большой скоростью на входе, частицы шлама под действием инерционных сил отбрасываются к стенке гидроциклона и движутся к песковой насадке.

Тонкодисперсные частицы шлама вместе с компонентами бурового раствора сосредоточиваются в спиралевидном потоке, движущемся снизу вверх. Попадая в сливной патрубок, очищенный раствор выводится из циклона, а шлам (пески) перемещается внешним, движущимся вниз спиралевидным потоком к песковой насадке и выгружается через нее вместе с некоторой частью бурового раствора.

Технологические показатели работы циклона при разделении суспензии на жидкую и твердую фазы ухудшаются при уменьшении напора подающего насоса, увеличении вязкости или плотности подаваемой жидкости, повышении концентрации твердых частиц в суспензии, понижении плотности твер дой фазы, уменьшении размера отделяемых частиц, резком отличии формы частиц от сферической, сокращении размера отверстия песковой насадки.

Рис.11.6 Гидроциклон

Гидроциклонные шламоотделитеи делят на песко- и илоотделители условно. Пескоотделители - это объединенная единым подающим и сливным манифольдом батарея гидроциклонов диаметром 140 мм и более.

Илоотделителями называют аналогичные устройства, составленные из гидроциклонов диаметром 100 мм и мене. Число гидроциклонов в батареях песко- и илоотделителя разное.

В отечественной практике распространен гидроциклонный шламоотделитель ШГК, называемый пескоотделителем.

Он представляет собой батарею из четырех параллельно работающих гидроциклонов диаметром 140 мм. Буровой раствор в гидроциклоны подается вертикальным шламовым насосом.

Батарея гидроциклонов состоит из сварной рамы, четырех гидроциклонов, крестовины и четырех отводов с резиновыми рукавами. Внутренняя часть рамы выполнена в виде лотка с наклонным дном и люком. В передней торцовой стенке установлен шибер. При открытом шибере песковые насадки погружаются в раствор со шламом, вытекающим через верхнюю кромку передней торцовой стенки. При открытом шибере шлам свободно вытекает через люк.

Гидроциклон состоит из металлического корпуса, внутри которого установлен цельнолитой полый резиновый или пластмассовый конус, резиновой насадки и металлической сливной насадки. В нижнюю часть гидроциклона вставляется резиновая песковая насадка с отверстием 15 или 25 мм. Раствор из гидроциклона сливается по патрубку.