Практическое занятие № 6 оБоРудование для приготовления и очистки бурового раствора

Приготовление, утяжеление и обработка буровых растворов, а также их очистка от выбуренной породы являются важными процессами при бурении скважины. От качества бурового раствора в значительной мере зависит успех проводки скважины.

Приготовление 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.

Раствор приготовляют либо централизованно на глинозаводе, либо непосредственно на буровой.

Централизованное обеспечение буровым раствором целесообразно при длительном разбуривании 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.

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.

При использова­нии порошкообразных глин для приготовления глинистого раствора применяют гидравлическую мешалку. В России наи­более распространены гидравлические мешалки типа ГДМ-1 (рис. 1).

Рис. 1 Гидравлическая мешалка эжекторного типа ГДМ-1 1 – загрузочная воронка; 2 – бак; 3 – рама; 4 – камера смешения; 5 – сопло.

Гидравлические мешалки аналогичной конструкции, но без смесительного бака применяются для приготовления цементных растворов при цементировании скважин. В частности, они яв­ляются составной частью цементно-смесительных машин.

Если используют комовые глинистые матери­алы, то их дробят до размеров частиц и создают условия для взаимодействия частиц глины с водой. Раствор приготовляют в механических или гидравлических мешалках на буровой или централизовано на глинозаводе.

В механических глиномешалках можно приготовить ра­створы из сырых глин или глинобрикетов.

Более эффективными, чем глиномешалки, являются фрезерно-струйные мельницы ФСМ-3 и ФСМ-7 (рис. 2). Фрезерно-струйная мельница (ФСМ) представляет собой металлическую емкость, разделенную перегородкой на две части: приемный бункер 1 и метательную камеру с лопастным ротором 14. Комовая глина (или глинопорошок) загружается в бункер, куда через перфорированную трубу 3 подается вода.

Рис. 2. Фрезерно-струйная мельница ФСМ-7: 1 — приемный бункер; 2 — подвижной щиток; 3 — перфорированная труба; 4, 21 — шарниры; 5— предохранительная плита; 6 — сменные штифты; 7 — регулирующая планка; 8 — ловушка; 9 — резиновая прокладка; 10 — механизм для открытия и закрытия крышки ловушки; 11 — рама; 12 — откидная крышка; 13 — диспергирующая рифленая плита; 14 — лопастной ротор; 15 — горизонтальный вал; 16 — лоток; 17 — отражательный щиток; 18—лопасть; 19 — выходная решетка; 20 — борты

Лопастный ротор 14 захватывает лопастями-фрезами глину, измельчает и выбрасывает ее вместе с водой на диспергирующую рифленую плиту 13, где происходит интенсивное диспергирование глины. Не успевшие продиспергироваться глинистые комочки стекают в ловушку 8, откуда вновь попадают под лопасти фрез. Готовый раствор переливается через отверстия выходной решетки 19 в желоб и оттуда в циркуляционную систему (рис. 3) или запасные емкости.

Рис. 3. Схема циркуляционной системы.

Очистка промывочной жидкости

Очистка буровых растворов осуществляется как за счет естественного выпадения частиц породы в желобах и емкостях, так и принудительно - в механических устройствах (виброситах, гидроциклонах и т.п.). Типовая схема циркуляционной системы бурового раствора показана на рис. 4.

Использованный буровой раствор 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. 4. Циркуляционная система бурового раствора: 1 - устье скважины; 2 - желоб; 3 - вибросито; 4 - гидроциклон; 5 – блок приготовления бурового раствора; 6 - ёмкость; 7 - шламовый насос; 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.

Вибрационное сито

Вибрационное сито (Рис. 5) состоит из двух вибрирующих рам, наклоненных под углом 12 — 18° к горизонту и смонтиро­ванных на одной общей неподвижной раме, распределитель­ного желоба и двух электродвигателей. Каждая вибрирующая рама имеет на концах два специальных барабана, на которые натягивается сетка, плотно прилегающая к промежуточным опо­рам.

Рис. 5. Вибросито одноярусное сдвоенное.

Сетка изготовляет­ся из проволоки (не­ржавеющая сталь) диа­метром 0,25 или 0,34 мм; на 1 см ее длины при­ходится соответственно 16 или 12 отверстий. На рамах установлены экс­центриковые валы, каж­дый из которых приво­дится во вращение от электродвигателя.

Вибрации сетки раз­рушают тиксотропную структуру раствора и та­ким образом уменьшают ее условную вязкость.

Процеживаясь через сетку и освободившись от обломков выбурен­ной породы, раствор направляется в сборное корыто, а оттуда через боковой лоток — в же­лоб циркуляционной системы или в емкость бурового насоса. Час­тицы выбуренной по­роды под действием вибраций сползают по наклонной поверхности сетки в отвал.

Гидроциклонные шламоотделители.

При работе гидроциклонного шламоотделителя буровой раствор подается насосом по тангенциальному патрубку 2 в гидроциклон 4 (рис. 6). Под влиянием центробежных сил более тяжелые частицы отбрасываются к периферии, по конусу гидроциклона спускаются вниз и сливаются наружу через отверстие 5, регулируемое заслонкой. Чистая промывочная жидкость концентрируется в центральной части гидроциклона и через патрубок / сливается в приемный резервуар (емкость). Для повышения скорости жидкости входное отверстие 3 тангенциального патрубка сужено. Нормальная работа гидроциклона обеспечивается давлением 0,2...0,5 МПа.

Рис. 6. Гидроциклон: 1 — патрубок выпускной; 2 — патрубок тангенциальный; 3 — входное отверстие; 4— гидроциклон; 5— выходное отверстие

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 марки 2 ПГК четыре параллельно работающих гидроциклонов диаметром 150 мм, а илоотделители включают в себя 12... 16 гидроциклонов диаметрами 75 или 100 мм.

Дегазация промывочных жидкостей.

Газирование промывочной жидкости препятствует ведению нормального процесса бурения. Во-первых, вследствие снижения эффективной гидравлической мощности уменьшается скорость бурения, во-вторых, возникают осыпи, обвалы и проявления пластовой жидкости и газа в результате снижения эффективной плотности промывочной жидкости, т.е. 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 с газированными буровыми растворами неэффективно.

Газ в промывочной жидкости может находиться в свободном, жидком и растворенном состояниях. Свободный газ легко удаляется из промывочной жидкости в поверхностной циркуляционной системе путем перемешивания в желобах, на виброситах, в емкостях. При устойчивом газировании свободный газ из промывочной жидкости удаляют с помощью газового сепаратора.

Газовый сепаратор представляет собой герметичный сосуд, оборудованный системой манифольдов, клапанов и приборов (рис. 7). Буровой раствор из скважины поступает по тангенциальному вводу 4 в полость газового сепаратора 10, где скорость потока резко снижается. Из промывочной жидкости интенсивно выделяется газ, который скапливается в верхней части сепаратора и отводится по трубопроводу 2 на факел.

Буровой раствор 5, очищенный от свободного газа, собирается в нижней части газового сепаратора, откуда он подается по линии 8 для очистки от шлама на вибросито.

Применяющиеся в настоящее время сепараторы имеют вместимость 1...4 м³ и рассчитаны на давление до 1,6 МПа.

Рис. 7. Газовый сепаратор: 1 — манометр; 2 — газовый трубопровод; 3 — предохранительный клапан; 4 — ввод для бурового раствора; 5 — буровой раствор; 6 — сбросовая задвижка; 7 — эжекторное устройство; 8 — линия для очистки; 9 — регулятор уровня; 10 — полость газового сепаратора

Они оборудуются предохранительным клапаном 3, регулятором уровня промывочной жидкости поплавкового типа 9 и эжекторным устройством /для продувки и очистки от накопившегося шлама.

При работе эжекторного устройства воду, а в зимнее время пар пропускают через штуцер эжектора, в результате чего в сбросовом патрубке газового сепаратора создается разряжение.

При открытой сбросовой задвижке 6 скопившийся на дне газового сепаратора шлам вместе с частью промывочной жидкости устремляется в камеру эжекторного смесителя, подхватывается потоком воды (или пара) и выбрасывается из сепаратора наружу. После очистки полости сепаратора сбросовую задвижку 6 закрывают.

Для контроля за давлением внутри сепаратора газовая часть его полости оборудуется манометром 1. Очищенная от свободного газа промывочная жидкость поступает на вибросито. Однако при наличии в промывочной жидкости токсичного газа, например сероводорода, поток из сепаратора по закрытому трубопроводу сразу подается на дегазатор для очистки от газа. Только после окончательной дегазации промывочную жидкость 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 промывочной жидкости после обработки не превышает 2 %.

Регенерация утяжелителей.

Утяжелители — дорогие и дефицитные материалы, поэтому их экономное и повторное использование является важной задачей работников бурения. Существуют следующие способы повторного использования утяжеленного раствора:

• при близком расположении бурящихся скважин утяжеленный раствор перекачивают из одной буровой в другую по трубопроводу;

• при отсутствии трубопровода утяжеленный раствор из буровой в буровую перевозится в автоцистернах.