Интегрированная система очистки бурового раствора и система снижения сопротивления технологическому процессу. 

Очиститель бурового раствора — это устройство для контроля твердых частиц, объединяющее в одном блоке пескоотделитель и илоотделитель, обычно устанавливаемое после вибрационного грохота и перед центрифугой. Традиционные раздельные компоновки страдают от таких проблем, как длинные пути потока, большие перепады давления и большие габариты. Интегрированная конструкция и технология снижения технологического сопротивления, благодаря интеграции групп гидроциклонов, общих нижних сит и оптимизированных каналов потока, значительно повышают компактность системы и энергоэффективность. В данной статье анализируются технические преимущества и механизм снижения технологического сопротивления интегрированных очистителей на основе новейших интегрированных решений.

Основные показатели эффективности: производительность 120–400 м³/ч; размер частиц удаляемого песка 45–74 мкм; размер частиц удаляемого осадка 15–30 мкм; перепад давления в процессе ≤0,25 МПа

I. Принцип интегрированного проектирования

Интегрированная система очистки бурового раствора устанавливает на одном резервуаре гидроциклон для удаления песка (диаметром 150-300 мм) и гидроциклон для удаления ила (диаметром 100-125 мм), которые используют общий распределитель подачи и сетчатый фильтр для сбора отработанного раствора. Буровой раствор сначала поступает в гидроциклон для удаления песка, где отделяются крупные частицы, а излишки самотеком поступают в гидроциклон для удаления ила для дальнейшего отделения мелких частиц. Отработанный раствор из обоих гидроциклонов отводится на нижний мелкоячеистый вибрационный грохот для обезвоживания, что в конечном итоге обеспечивает «одновременную подачу, двухступенчатую сепарацию и централизованное просеивание».

Многослойная компоновка

Гидроциклон для удаления песка размещается в верхнем слое, а гидроциклон для удаления осадка — в среднем слое. Для обеспечения промежуточного потока используется гравитация, что исключает необходимость в промежуточных насосах и снижает сопротивление процесса на 25%.

Общий фильтр для отвода конденсата

Двухступенчатый нижний поток подается на тот же вибрационный грохот с мелкой сеткой (обычно 80–150 меш), что позволяет сократить количество грохотов на один, сэкономить 40% площади и снизить энергопотребление на 30%.

Модульный быстросменный гидроциклон

Каждый гидроциклон соединен зажимами, что позволяет быстро заменять трубки гидроциклона различного диаметра в зависимости от свойств бурового раствора, таким образом, получается “одна машина для многоцелевого использования”.

II. Ключевые технологии снижения сопротивления потоку

Помимо упрощенного канала потока, на входе в гидроциклон используется эвольвентный канал потока, что уменьшает внутреннюю шероховатость и снижает локальный коэффициент сопротивления на 30%.

III. Преимущества в производительности универсальных чистящих средств

-35%

Падение давления в технологическом процессе

-40%

Область

-25%

Установленная мощность

+15%

эффективность разделения

• Повышенная точность разделения: две ступени соединены последовательно, без взаимного влияния между ними. В секции удаления песка d50 размер частиц достигает 50 мкм, в секции удаления ила d20 — 20 мкм, а содержание влаги в твердой фазе нижнего потока после обезвоживания методом тонкого просеивания составляет <30%.
• Энергопотребление значительно снижается: за счет исключения промежуточного перекачивающего насоса и использования единого нижнего сетчатого фильтра потребление электроэнергии на тонну пульпы снижается с 0,35 кВт·ч до 0,22 кВт·ч.
• Простота обслуживания: Все гидроциклоны расположены по обеим сторонам платформы и видны невооруженным глазом, что позволяет одному человеку легко демонтировать и заменить их.

IV. Моделирование поля потока и структурная оптимизация

1. Равномерность распределения корма.

Использование кольцевого распределителя и радиально сужающегося канала для потока, как показывают результаты CFD-моделирования, позволяет снизить отклонение входного потока в каждом гидроциклоне до менее чем 3%, что предотвращает перегрузку одних гидроциклонов и недогрузку других.

2. Конструкция переливной накопительной камеры

Камера перелива для удаления песка и камера подачи осадка объединены в единую конструкцию, а автоматическое пополнение воздуха осуществляется за счет разницы уровней жидкости для предотвращения гидроциклонных перегрузок. Оптимизированный выходной патрубок перелива имеет равномерное распределение скорости и не образует вихревой зоны.

3. Буфер подачи сита с нижним потоком

Двухступенчатый поток сначала поступает в буферный отсек, а затем равномерно распределяется по поверхности экрана, предотвращая удары по экрану и продлевая срок его службы на 30%.

Пример применения: Буровая платформа на Бохайском нефтяном месторождении.

Первоначальный процесс контроля твердых частиц на платформе был следующим: вибрационный грохот → пескоотделитель (с нижним ситом) → промежуточный резервуар → илоотделитель (с нижним ситом). Этот процесс был длительным, включал множество насосов, имел общее падение давления 0,48 МПа, а общая мощность нижнего сита составляла 45 кВт. После модернизации до интегрированной системы очистки бурового раствора (производительность 250 м³/ч): падение давления снизилось до 0,27 МПа; общая установленная мощность уменьшилась с 82 кВт до 51 кВт; площадь палубы платформы освободилась на 18 м²; эффективность пескоотделителя увеличилась до 96%, эффективность илоотделителя — до 92%, а колебания плотности бурового раствора снизились на 50%.

V. Ключевые моменты эксплуатации и технического обслуживания на месте.

• Регулирование давления подачи: Рекомендуемое рабочее давление составляет 0,22–0,28 МПа. Слишком высокое давление усугубит износ гидроциклона, а слишком низкое — снизит эффективность разделения.
• Осмотр морфологии нижнего потока: Нормальный нижний поток должен представлять собой сплошной конус зонтикообразной формы. Если появляется веревкообразный или прерывистый поток, это указывает на засорение или износ гидроциклона, и его необходимо своевременно очистить или заменить.
• Выбор сита для нижнего слива: обычно используется сито с размером ячейки 80–120 меш. Слишком маленькое число ячеек приведет к чрезмерному увлажнению нижнего слива, а слишком большое — к вытеканию пульпы. Необходимо корректировать сито в зависимости от содержания твердых частиц в нижнем сливе.
• Регулярная промывка: промывайте распределитель и входное отверстие гидроциклона каждые 12 часов, чтобы предотвратить накопление грязи, которое может привести к неравномерному распределению.

VI. Тенденции развития будущих технологий

Благодаря развитию интеллектуальных технологий и новых материалов, интеллектуальная интегрированная система очистки будет включать в себя онлайн-анализатор размера частиц и автоматически регулируемый нижний входной патрубок, регулирующий коэффициент разделения гидроциклона в режиме реального времени в зависимости от содержания твердых частиц в подаваемом потоке. Одновременно использование гидроциклонов из карбида кремния позволит увеличить срок службы износостойкости до более чем 8000 часов. Кроме того, система цифрового двойника будет моделировать все поле потока, обеспечивая раннее предупреждение о риске засорения и позволяя проводить прогнозируемое техническое обслуживание.

В заключение, интегрированная система очистки бурового раствора и технология снижения технологического сопротивления, благодаря комплексной конструкции, оптимизации каналов потока и общему нижнему фильтру, обеспечивают существенное сокращение занимаемой площади, энергопотребления и перепада давления, одновременно повышая эффективность разделения. Это представляет собой основное направление модернизации современных систем контроля твердых частиц и особенно подходит для морских платформ с ограниченным пространством и скважинных площадок.