Как системы контроля твердых частиц защищают «золотые свойства» буровых растворов? 

Не позволяйте «крови» превратиться в «яд»: как оборудование для контроля твердых частиц защищает «золотые свойства» буровых растворов.

В буровой технике часто говорят, что буровой раствор — это «кровь бурения». Он отвечает не только за охлаждение бурового долота и транспортировку шлама, но и за балансировку пластового давления и стабилизацию ствола скважины.

Однако по мере углубления бурения возникла фатальная проблема: кровь загрязнилась .

При бурении каждого метра породы в буровой раствор будут попадать твердые частицы (шлам), образующиеся в пласте. Если эти твердые частицы не будут удалены вовремя, они…

Подобно «токсинам в крови», концентрация увеличивается, в конечном итоге превращая высокоэффективные буровые растворы в «яд», который вызывает коррозию оборудования и засоряет нефтегазовые месторождения.

На данном этапе оборудование для контроля твердых частиц перестает быть вспомогательным инструментом и становится ключевой системой, определяющей, является ли буровой раствор «живым» или «мертвым» .

I. Логика управления твердыми отходами: все не так просто, как «просеивать песок».

Понимание многих ограничивается вопросом: «Разве контроль твердых частиц не сводится лишь к отсеиванию камней?»

Да, но не совсем. С точки зрения инженера по буровым растворам, контроль твердых частиц по сути сводится к избирательному удержанию полезных твердых частиц и удалению вредных .

Твердые частицы в буровом растворе делятся на две категории:

1.Полезные твердые фазы : такие как утяжелители (барит, плотность 4,2 г/см³) и герметизирующие материалы. Они добавляются искусственно для выполнения определенных функций.

Добавлен.

2.Вредная твердая фаза : низкоплотные обломки горных пород (обычно около 2,5 г/см³), образующиеся в результате разрушения пласта буровым долотом.

Задача оборудования для контроля твердых частиц чрезвычайно сложна: оно должно удалять легкие обломки горных пород, одновременно удерживая тяжелый барит .

Если произойдет оперативная ошибка и барит по ошибке будет отсеян как отходы, плотность бурового раствора снизится, что потенциально может привести к выбросу нефти или обрушению ствола скважины.

II. Усовершенствованное управление: разные размеры частиц, разное оружие.

Размер частиц в буровом растворе варьируется от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Системы контроля твердых частиц используют стратегию «многоуровневой защиты», при которой каждый уровень оборудования отвечает за…

Враг размера частиц.

Первая линия обороны: вибрационный экран – «Перехват основных сил»

– Цель : Крупные фрагменты горных пород размером >100 микрометров (миллиметровый уровень).

работы : механическая вибрация + фильтрация через сетку.

– Воздействие на буровой раствор : это наиболее интенсивное физическое разделение. Если сито слишком плотное, барит будет отсеиваться; если сито слишком разреженное, будет удалено большое количество барита.

Частицы, попадающие на следующую стадию, могут засорить оборудование. Поэтому вибрационные грохоты обычно оснащаются ситами с размером ячейки API 140-200 меш , чтобы найти баланс между удалением обломков породы и удержанием барита.

Вторая линия защиты: пескоуборочная и грязеуборочная машина (гидроциклон) – «Центробежная экстракция»

– Целевые объекты : 15-100 микрометров (частицы песка, частицы порошка).

Принцип работы : Использование центробежной силы. Шлам впрыскивается тангенциально в конический контейнер, где более тяжелые частицы отбрасываются к внешней стенке и падают, а более легкие жидкости поднимаются.

– Влияние на буровой раствор : это «переломный момент» в работе бурового раствора. Для прохождения этого этапа содержание песка в буровом растворе должно быть снижено до уровня ниже 0,5%.

Чрезмерное содержание песка может изнашивать поршень и гильзу цилиндра грязевого насоса подобно наждачной бумаге , вызывая утечку под высоким давлением, снижение эффективности насоса и даже остановку бурения и необходимость замены деталей.

Третья линия защиты: центрифуга – «глубокий диализ».

– Целевые объекты: 2-15 микрометров (ультрадисперсные частицы).

Принцип работы: Высокоскоростное вращение (скорость может достигать 3000-4000 об/мин) создает центробежную силу до 3000G.

— Два режима переключения:

– Режим осветления: Используется для буровых растворов на водной основе. Удаляет все мелкие твердые частицы (включая некоторое количество барита) для достижения минимально возможного содержания твердых частиц.

– Режим извлечения барита: используется для буровых растворов высокой плотности. Увеличение скорости подачи позволяет более тяжелому бариту (4,2) оседать и извлекаться, в то время как более легкие обломки породы (2,5) уносятся вместе с отработанной жидкостью. Это вершина технологий системы контроля твердых частиц .

III. Катастрофические последствия отказа твердотельных элементов управления

Что произойдет с буровым раствором, если оборудование для контроля содержания твердых частиц выйдет из строя или будет обслуживаться неправильно?

Проблема, явление, первопричина, последствия катастрофы.

Резкое повышение вязкости приводит к накоплению мелких фрагментов породы (частиц глины), что вызывает увеличение удельной поверхности, повышение давления насоса и даже утечку из пласта; также увеличивается время циркуляции.

Оно адсорбирует большое количество свободной воды, что затрудняет спуск и подъем из буровой колонны.

Неконтролируемая фильтрация: Твердые частицы не могут забить поры фильтра, позволяя большому количеству воды из бурового раствора просачиваться внутрь, вызывая загустение буровой корки и перепад давления, приводящий к застреванию бурильной колонны (бурильная колонна плотно прижата).

(Вход в пласт. На стенке скважины).

Сильный износ, чрезмерное содержание песка (>1%), твердые частицы, напоминающие абразивы. Корпуса клапанов грязевого насоса и гильзы цилиндров изношены настолько, что ремонту не подлежат, а гидравлические компоненты бурового долота выходят из строя.

Дисбаланс плотности: неисправность дегазатора, проникновение газа, приводящее к снижению плотности. Выброс (неконтролируемое проникновение нефти и газа под высоким давлением в ствол скважины).

Данные подтверждают это : полевая статистика с нефтяного месторождения показывает, что высокоэффективная система контроля содержания твердых частиц (способная контролировать содержание твердых частиц ниже 6%) значительно эффективнее, чем экстенсивные методы.

Контроль содержания твердых частиц (выше 12%) может увеличить скорость механического бурения более чем на 30%, продлить срок службы бурового долота в 2 раза и снизить затраты на буровой раствор на 40% .

IV.Золотые правила работы на объекте

Поскольку контроль содержания твердых частиц так важен, почему же его часто плохо проводят на месте? Потому что существует распространенное заблуждение: «Чем плотнее сито, тем лучше».

Правда в том, что :

– Если сито слишком мелкое (>250 меш), большое количество барита будет потеряно, плотность бурового раствора снизится, и вам придется добавлять в систему дорогостоящий баритовый порошок.

Это было сделано для компенсации резкого снижения производительности оборудования для контроля твердых отходов.

– Если сетка слишком мелкая (<80 меш), крупные частицы попадут в пескоотделитель, вызывая засорение нижнего сопла гидроциклона и делая пескоотделитель непригодным для использования.

Правильный подход :

1.Подбор оптимальной скорости бурения : При высокой скорости бурения и большом количестве обломков породы необходимо увеличить размер ячейки сита или площадь сита.

2.Контроль нижнего потока : Наблюдайте за выходным отверстием нижнего потока пескоотделителя. Нижний поток должен расходиться в форме «зонтика». Если он разбрызгивается в форме «столба», это указывает на слишком жидкий состав или расслоение.

Неэффективно; если он сухой, как песок, это значит, что есть засор.

3.Работа центрифуги : Не используйте центрифугу круглосуточно. Используйте центрифугу для очистки при бурении обычных горных пород; переключайте режимы работы при обработке баритового бурового раствора.

Режим.

 V.Заключение: Контроль содержания твердых частиц — это «руки и глаза» инженера по буровым растворам.

Состав бурового раствора можно составить в письменном виде, но эффективность контроля содержания твердых частиц полностью зависит от тщательного контроля на месте.

Квалифицированный инженер по буровым растворам будет контролировать скорость возврата песка через вибрационный грохот и пескоотделитель с той же тщательностью, с какой врач контролирует данные диализного аппарата.

Морфология подповерхностного стока и изменения крутящего момента центрифуги. Поскольку каждая тонна барита теряется, каждый дюйм пласта подвергается воздействию нестабильной грязи,

Все они сжигают прибыль от бурения.

В современной нефтедобывающей промышленности снижение затрат и повышение эффективности — это уже не просто лозунги. Внимание к контролю твердых частиц означает контроль затрат; понимание контроля твердых частиц означает истинное понимание бурового раствора.