Важность в буровой инженерии 

Система контроля твердых частиц представляет собой комплексное механическое оборудование, используемое для отделения и удаления вредных твердых частиц (таких как буровой шлам и песок) из циркулирующего бурового раствора (или «буровой смеси»).

Основная цель этой системы — поддержание стабильности и чистоты свойств бурового раствора, что обеспечивает безопасность, эффективность, экономичность и экологичность буровых работ.

Почему необходим контроль за твердыми отходами? (Цель и важность систем контроля за твердыми отходами)

Буровой раствор часто называют «кровью» буровых работ, поскольку он выполняет несколько важнейших функций, включая охлаждение бурового долота, удаление бурового шлама, стабилизацию ствола скважины и балансировку пластового давления. Во время бурения буровое долото разрушает пласт, образуя большое количество бурового шлама (твердых частиц). Если этот шлам не удалить своевременно, это может привести к:

1.Ухудшение свойств бурового раствора : повышение плотности и вязкости, а также ухудшение реологических свойств.

2.Снижение скорости механического бурения : Загрязненный буровой раствор приводит к тому, что буровое долото многократно разрезает уже разрушенную породу, что снижает эффективность.

3.Сложные условия в скважине : Эти условия могут легко привести к авариям, таким как застревание бурового долота, нестабильность ствола скважины и утечка из скважины.

4.Повышенный износ оборудования : Высокое содержание твердых частиц приводит к сильному износу такого оборудования, как грязевые насосы, бурильные трубы и клапаны.

5.Значительное увеличение затрат : буровой раствор необходимо постоянно разбавлять или заменять, а большое количество отработанного раствора требует утилизации, что обходится очень дорого.

6.Загрязнение окружающей среды : объемы отходов ила огромны, и неправильная обработка приведет к серьезным экологическим проблемам.

Таким образом, эффективная система контроля твердых частиц является неотъемлемой частью современных буровых работ.

Основные компоненты системы контроля твердых частиц (расположенные в порядке обработки и размера частиц от крупных к мелким).

В системах контроля твердых частиц обычно используется многоступенчатый принцип обработки, при котором оборудование располагается последовательно для последовательного удаления твердых частиц различного размера.

1.Вибростенд

Функция : Первая и важнейшая линия защиты. Используя высокочастотную вибрацию и сита с различным размером ячеек, она отделяет буровой шлам большего диаметра (обычно >74 микрометров). Это оборудование обладает самой высокой производительностью и удаляет наибольшее количество твердой фазы.

Принцип действия : Грязь проходит через вибрационное сито. Жидкие и мелкие частицы проходят через отверстия сита, а крупные частицы остаются на сите и сбрасываются в отстойник для отходов.

2.Десандер и десилтер

Функция : удаление средних и мелких частиц. Все они относятся к категории гидроциклонов.

Пескоотделители : обычно перерабатывают частицы размером 45-74 микрометра. Гидроциклоны имеют больший диаметр (обычно 6 дюймов и более).

Оборудование для удаления шлама : предназначено для обработки частиц размером 15-44 микрона. Гидроциклоны имеют меньший диаметр (обычно 4-5 дюймов).

Принцип действия : Под высоким давлением буровой раствор поступает в конический гидроциклон тангенциально, создавая высокоскоростной вращающийся вихрь. Под действием центробежной силы более тяжелые твердые частицы отбрасываются к стенке и скользят вниз по конусу для выгрузки, в то время как очищенный буровой раствор возвращается в систему через центральную переливную трубу в верхней части.

3.Центрифуга

Назначение : Тончайшая обработка. Используется для отделения чрезвычайно мелких твердых частиц (обычно 2-7 микрометров) и для извлечения барита (дорогостоящего материала, используемого для взвешивания).

Принцип : Существует два основных типа:

Высокоскоростная центрифуга : используется для удаления чрезвычайно мелких вредных коллоидных частиц и снижения вязкости суспензии.

Центрифуги средней скорости/большой производительности : используются для извлечения барита из отходов производства, что позволяет экономить средства.

Благодаря высокоскоростному вращению барабана создается чрезвычайно сильная центробежная сила, обеспечивающая тонкое разделение твердой и жидкой фаз или даже трех фаз (воды, масла и твердого вещества).

Вспомогательное оборудование:

Дегазатор : Хотя он не предназначен для удаления твердых частиц, он обычно является частью системы контроля твердых частиц и используется для удаления вредных газов (таких как метан и сероводород) из бурового раствора, чтобы предотвратить проникновение газа.

Мешалка : устанавливается в резервуаре с буровым раствором для предотвращения оседания твердых частиц, таких как барит, и для поддержания однородности раствора.

Очиститель бурового раствора : комбинация вибрационного грохота и устройства для удаления шлама, используемая для обработки нижнего потока, выходящего из устройства для удаления шлама, и дальнейшего извлечения жидкой фазы.

Конвейерные системы , такие как шнековые конвейеры и сдвиговые насосы, используются для транспортировки твердых отходов, отделенных с помощью различных устройств, в заданные места.

Типичный рабочий процесс твердотельной системы управления

Буровой раствор выходит из устья скважины → Дегазатор (удаляет газ) → Вибрационный грохот (удаляет крупные частицы) → Пескоотделитель (удаляет средние частицы) → Илоотделитель (удаляет мелкие частицы) → Центрифуга (сверхтонкая обработка/извлечение барита) → Очищенный буровой раствор возвращается в резервуар и закачивается обратно в скважину грязевым насосом, образуя замкнутый цикл.

Вкратце:

Система контроля твердых частиц по сути представляет собой «почку» или «очистную установку» для бурового раствора. С помощью ряда физических методов разделения она непрерывно очищает буровой раствор, обеспечивая поддержание его различных эксплуатационных характеристик на оптимальном уровне. Это имеет решающее значение для достижения четырех основных целей: безопасного бурения, быстрого бурения, снижения затрат и защиты окружающей среды. Эффективность и глубина современных буровых работ во многом зависят от технологического уровня системы контроля твердых частиц.