Конфигурация системы твердотельного контроля 

Система контроля твердых частиц (СКЧ) является ядром системы циркуляции бурового раствора, и ее конфигурация напрямую влияет на эффективность бурения, стоимость и безопасность в скважине. Ниже я приведу подробный анализ конфигурации системы контроля твердых частиц с четырех точек зрения: основное оборудование, принципы конфигурации, распространенные схемы конфигурации и тенденции развития.

I. Основное оборудование (пятиступенчатый процесс очистки)

Полная система контроля твердых частиц обычно состоит из пяти ступеней оборудования, расположенных в форме буквы «Z» или «I» в соответствии с процессом обработки бурового раствора:

Уровень 1: Вибрационный грохот для бурового раствора (виброгрохот)

Функция: Первое и наиболее важное устройство для контроля твердых частиц , удаляющее буровой шлам размером более 75 мкм (200 меш и более). Производительность должна превышать максимальную пропускную способность.

Основные параметры конфигурации: В современном бурении обычно используются 2-4 параллельных линейных вибрационных грохота или сбалансированные эллиптические вибрационные грохоты. Высокочастотные и сверхвысокоскоростные грохоты более эффективны при работе с мелкозернистыми породами. Размер ячейки грохота выбирается в зависимости от типа породы и бурового раствора (обычно используется 80-200 меш).

Уровень 2:Вакуумный дегазатор

Функция: Удаляет свободные газы (такие как метан и сероводород) из бурового раствора, предотвращает проникновение газа и защищает расположенные ниже по потоку центробежные насосы и оборудование.

Конфигурация: Обычно устанавливается после вибрационного грохота и перед устройством для очистки шлама . Необходим в районах с высоким содержанием нефти и газа или в разведочных скважинах.

Уровень 3: Пескоочиститель/Десилтер

Функция:

Пескоотделитель: удаляет твердые частицы размером 45-74 мкм (приблизительно 100-200 меш). Обычно используется гидроциклон диаметром 8-12 дюймов.

Устройство для удаления шлама: удаляет мелкие твердые частицы размером 15-44 мкм (приблизительно 250-400 меш). Обычно используется гидроциклон диаметром 4-5 дюймов.

Ключевые особенности конфигурации: Возможность выборочной активации в зависимости от типа пласта и стадии бурения. Современные тенденции отдают предпочтение интегрированным очистителям шлама, оснащенным переключаемыми гидроциклонными установками для обеспечения гибкости и эффективности.

Уровень 4: Центрифуга для бурового раствора

Функция: Ключевое оборудование в системах контроля твердых отходов , подразделяющееся на две категории:

Высокоскоростная центрифуга (для извлечения барита): используется для извлечения барита и жидкой фазы, удаляя вредные твердые частицы размером >5-10 мкм. Это ключевой компонент для поддержания рабочих характеристик буровых растворов высокой плотности.

Высокопроизводительные центрифуги (сушилки для бурового шлама): используются для обработки отработанного бурового раствора, что позволяет максимально извлечь жидкую фазу и сократить выбросы отходов.

Конфигурационные особенности: В современном бурении обычно используются две установки (одна большая и одна малая или одна основная и одна вспомогательная) для обеспечения извлечения барита и точного контроля бурового раствора.

Уровень 5: Мешалка и система смешивания

Функция: Хотя устройство не удаляет твердые частицы напрямую, оно поддерживает однородность бурового раствора в каждом циркуляционном резервуаре и предотвращает образование осадка, что является основой для обеспечения контроля содержания твердых частиц и стабильной работы бурового раствора.

Основные требования к конфигурации: Каждый циркуляционный резервуар должен быть оборудован достаточным количеством мешалок достаточной мощности для предотвращения образования застойных зон.

Вспомогательное оборудование:

Насосы сдвига/смесительные насосы: используются для быстрого смешивания лечебных веществ.

Насос для заправки/перекачивающий насос: используется для перекачки жидкости между резервуарами.

обеспечивают стабильный поток под давлением для пескоотделителей, илоотделителей и т. д.

Электронная система контроля уровня жидкости: мониторинг уровня жидкости в каждом резервуаре в режиме реального времени для обеспечения безопасности.

II. Принципы конфигурации

1.Принцип подбора: буровой раствор должен соответствовать проекту бурения (глубина скважины, тип скважины, пласт), типу бурового раствора (на водной основе, на масляной основе, на синтетической основе) и процессу бурения (вытеснение, давление). Например, буровые растворы на масляной основе в значительной степени зависят от центрифугирования.

2.Принцип приоритета производительности обработки: Производительность вибрационного грохота первой ступени должна превышать максимальную скорость выгрузки бурового раствора, в противном случае вся система выйдет из строя.

3.Принцип постепенной обработки: следуйте процессу «сначала крупнозернистая обработка, затем мелкозернистая, и удаляйте пошагово». Это предотвращает засорение оборудования для крупнозернистой обработки мелкими частицами, а также предотвращает повреждение оборудования для мелкозернистой обработки крупными частицами.

4.Принципы резервирования и гибкости: критически важное оборудование (например, вибрационные грохоты и центрифуги) должно иметь резервные источники питания или возможность параллельной работы. Конструкция трубопроводов должна предусматривать возможность переключения технологических процессов для адаптации к потребностям различных этапов бурения.

5.Экологические и экономические принципы: При проектировании следует учитывать сокращение общего объема отходов (например, за счет использования сушилок для бурового шлама) и повышение коэффициента переработки ценных материалов (например, барита, базового масла) для снижения затрат.

III. Типичные схемы конфигурации (по типу бурения)

Вариант А: Стандартная конфигурация бурения на суше/традиционное бурение на шельфе

Технологический процесс: Устье скважины → 2-3 высокочастотных вибрационных грохота → вакуумный дегазатор → интегрированный пескоотделитель и очиститель → интегрированный пескоотделитель и очиститель бурового раствора → высокоскоростная центрифуга (основная) + высокопроизводительная центрифуга (вспомогательная) → циркуляционный резервуар (с мощным перемешивающим устройством).

Особенности: Обеспечивает пять уровней очистки, удовлетворяя потребности большинства скважин средней и большой глубины, обеспечивая баланс между производительностью и стоимостью.

Вариант B: Высокоэффективная/дальнобойная скважина/буровой раствор на нефтяной основе

Технологический процесс: Устье скважины → 3-4 высокопроизводительных линейных/эллиптических сита → вакуумный дегазатор → модульный очиститель с переключаемыми гидроциклонами → две высокоскоростные центрифуги (последовательно или параллельно) → сушилка для бурового шлама → циркуляционный резервуар (с усовершенствованной мешалкой).

Особенности: Улучшенная сортировка и центробежное разделение, особенно для буровых растворов на масляной основе, обеспечивающие максимальное извлечение жидкой фазы и строгий контроль размера твердых частиц. Высокая степень автоматизации.

Вариант C: Неглубокая/недорогая конфигурация работы

Технологический процесс: Устье скважины → 2 обычных вибрационных грохота → простой пескоотделитель → циркуляционный резервуар.

Особенности: Упрощенная конструкция оборудования, может не включать пескоотделитель и центрифугу. Подходит для неглубоких скважин с низкими требованиями к характеристикам бурового раствора.

Вариант D: Высокомодульная/автоматизированная конфигурация буровой установки

Особенности: Все оборудование для контроля содержания твердых частиц интегрировано в несколько модулей, использующих интеллектуальную систему управления, которая может автоматически регулировать угол наклона сита и параметры центрифуги, контролировать содержание твердых частиц и скорость потока в режиме реального времени, а также обеспечивать дистанционный мониторинг и раннее предупреждение. Это представляет собой направление развития глубоководного бурения и «интеллектуальных буровых установок».

IV. Тенденции развития

1.Высокоэффективная интеграция оборудования: многоступенчатое оборудование (например, вибрационные грохоты , очистители , центрифуги ) интегрировано в компактный модуль (например, модуль "NOV Brandt Crown"), что экономит место и упрощает монтаж.

2.Интеллектуальное цифровое управление: С помощью датчиков и технологий IoT в режиме реального времени собираются такие данные, как нагрузка на вибрационный грохот, крутящий момент центрифуги и содержание твердых частиц. Алгоритмы используются для автоматической оптимизации параметров работы оборудования и связи с системой отчетности по буровому раствору.

3.Усовершенствованная и экологически чистая обработка:

Применение многоярусных сит и трехмерных вибрационных сит позволило повысить производительность переработки мелких частиц.

Двухчастотные центрифуги позволяют независимо регулировать скорость вращения барабана и спирали, что обеспечивает более точное разделение.

Требования к нулевым выбросам/сокращению выбросов стимулируют широкое внедрение таких технологий, как сушилки для бурового шлама и микроволновая обработка.

4.Адаптивная конструкция: Оборудование быстро адаптируется к переходу с буровых растворов на водной основе на буровые растворы на масляной основе, сокращая время простоя.

Резюме и рекомендации

для настройки твердотельной системы управления не существует . Ключевые шаги следующие:

1.Определение требований: Анализ проектной документации на бурение и геологических условий.

2.Проектирование технологического процесса: Определите уровень обработки и выберите основное оборудование.

3.Выбор оборудования: Выберите конкретную модель, которая отличается надежной работой и соответствует производительности оборудования.

4.Проектирование компоновки: Оптимизация расположения оборудования и соединений трубопроводов для обеспечения бесперебойного процесса.

5.Учитывайте автоматизацию и будущие обновления: зарезервируйте интерфейсы для сбора данных и интеллектуального управления.

Грамотно настроенная и исправно работающая система контроля твердых частиц может значительно снизить затраты на буровой раствор, увеличить скорость механического бурения и уменьшить количество сложных ситуаций, таких как застревание бурильной колонны.