Принцип работы 

Это сложная система, включающая механическое разделение и управление потоками жидкости, основная цель которой — очистка бурового раствора (бульдозера), поддержание его рабочих характеристик и извлечение ценных компонентов.

I. Основные цели и их значение

Буровой раствор часто называют «кровью» буровых работ, поскольку он играет решающую роль в транспортировке бурового шлама, стабилизации ствола скважины, охлаждении бурового долота и передаче гидравлической энергии. Во время бурения буровое долото разрушает пласт, образуя большое количество твердых частиц (называемых «буровым шламом»). Эти примеси, смешанные с буровым раствором, могут привести к:

1.Повышенная вязкость и плотность приводят к ухудшению текучести, что затрудняет перекачивание и увеличивает энергопотребление.

2.Износ бурового оборудования (например, насосов, бурильных труб, гильз цилиндров и поршней).

3.Снижение скорости механического бурения влияет на эффективность бурения.

4.Образование толстых глинистых отложений на стенках скважины может легко привести к сложным авариям, таким как застревание буровых долот.

5.Наносит ущерб нефтегазовым месторождениям , влияя на добычу.

Таким образом, система контроля твердых частиц является «почкой» бурового раствора. Она должна удалять вредные твердые фазы в режиме реального времени, сохранять полезные компоненты и обеспечивать стабильность характеристик бурового раствора. Это имеет решающее значение для безопасных, эффективных, экологически чистых и экономичных буровых работ.

II. Системная композиция и принцип иерархической обработки

Система контроля твердых частиц представляет собой многоступенчатый, последовательно соединенный процесс очистки, основанный на принципе «сначала удаление крупных частиц, затем мелких; сначала гравитация, затем центрифугирование». Типичный процесс и основное оборудование выглядят следующим образом:

Первый этап: Вибрационный грохот – грубая фильтрация (удаляет частицы >74 мкм)

Принцип работы: Это первая и наиболее важная линия защиты в контроле твердых частиц. Буровой раствор сначала поступает на высокочастотный вибрационный грохот. Вибрация грохота заставляет раствор быстро проходить через сетку, в то время как более крупные буровые отходы отделяются и удаляются вдоль поверхности грохота.

Ключевой момент: размер ячейки сита можно изменять по мере необходимости. В современном бурении часто используются линейные или эллиптические вибрационные грохоты, обладающие большой производительностью и высокой эффективностью разделения.

Второй этап: пескоотделитель и грязеотделитель – циклонная сепарация (удаление частиц размером 15-74 мкм).

Принцип работы: Основан на принципе центробежного осаждения. Под высоким давлением суспензия поступает в конический гидроциклон тангенциально, создавая высокоскоростной вращающийся вихрь. Под действием центробежной силы более тяжелые и крупные твердые частицы отбрасываются к стенке конуса и по спирали спускаются вниз, выходя через нижний патрубок; очищенная суспензия возвращается в циркуляционную систему через верхнюю центральную переливную трубу.

Пескоотделитель: обычно обрабатывает частицы размером >74 мкм, имеет относительно большой диаметр конуса (обычно 8-12 дюймов).

Оборудование для удаления шлама: предназначено для обработки мелких частиц размером 15-74 мкм, имеет небольшой диаметр конуса (обычно 4-6 дюймов), и для увеличения производительности используются несколько установок, работающих параллельно.

Третий этап: центрифугирование – тонкое разделение (удаление ультрамелких частиц размером 2-10 мкм).

Принцип действия: Это последний барьер в системе контроля твердых частиц, используемый для удаления коллоидных частиц и ультрадисперсного барита, которые не могут быть удалены на первых двух этапах.

Высокоскоростные центрифуги: высокая скорость вращения (обычно 1600-3500 об/мин), используются для разделения твердых фаз низкой плотности (бурового шлама), извлечения барита и жидких фаз, а также для контроля плотности и вязкости бурового раствора.

Низкоскоростные центрифуги (центрифуги с большим углом конуса): используются для извлечения барита из отработанного бурового раствора, что снижает затраты на обработку.

Ключевой момент: регулируя скорость и расход центрифуги , можно точно контролировать точку разделения, что делает ее ключевым элементом оборудования для управления характеристиками бурового раствора.

Вспомогательное и поддерживающее оборудование

Дегазатор: При обнаружении нефтегазовых пластов газ может смешиваться с буровым раствором (что может вызвать выбросы газа из скважины или взрывы). Дегазатор отделяет газ с помощью вакуума или центробежной силы.

Резервуары с мешалкой и циркуляцией: Последовательно соединенные резервуары для бурового раствора, оснащенные мощными мешалками, предназначены для хранения, буферизации и перемешивания бурового раствора до и после обработки для обеспечения равномерной эффективности.

Песочные насосы и трубопроводы: обеспечивают подачу энергии и канал для потока жидкости по всей системе.

Очиститель: По сути, это комбинация устройства для удаления шлама и мелкодисперсного вибрационного сита , используемая для обработки нижнего потока из устройства для удаления шлама и извлечения содержащейся в нем жидкой фазы.

III. Полный рабочий процесс

1.Обратный поток: "Загрязненный" буровой раствор, содержащий большое количество бурового шлама, проходит из устья скважины через вибрационный грохот.

2.Первичная фильтрация: Вибрационный грохот удаляет крупные буровые отходы (>74 мкм), а предварительно очищенный буровой раствор поступает в отстойник.

3.Вторичное пескоотделение: Песконасос подает пульпу из нижнего потока в пескоотделитель , удаляя частицы среднего размера (>44-74 мкм). Нижний поток (отходы) отводится, а верхний поток (более чистая пульпа) поступает в резервуар для пескоотделения.

4.Трехступенчатая очистка от шлама: Насос подает суспензию из резервуара для удаления шлама в устройство для удаления мелких частиц (>15 мкм). Излишки поступают во входной резервуар центрифуги.

5.Тонкая сепарация: В соответствии с требованиями к характеристикам бурового раствора, раствор из подающего резервуара перекачивается в высокоскоростную центрифугу для отделения мельчайших вредных твердых частиц (2-10 мкм) с целью получения качественного чистого раствора, который затем возвращается в циркуляционный резервуар/резервуар для использования.

6.Смешивание и циркуляция: После проведения эксплуатационных испытаний и необходимого перемешивания чистый буровой раствор из резервуара закачивается обратно на дно скважины буровым насосом для запуска новой циркуляции.

IV. Ключевые точки управления твердотельной системой управления

Принцип «кратчайшее, наименьшее и самое медленное время» означает, что буровой раствор должен находиться в системе короткое время, обрабатываться небольшим объемом за один раз (полная циркуляция) и обрабатываться медленно (соответствуя скорости циркуляции бурового раствора) для достижения непрерывной и стабильной очистки.

Оптимизация комбинации оборудования: Не все оборудование необходимо включать одновременно. Комбинацию следует оптимизировать в соответствии с литологией пласта, типом бурового раствора и этапом бурения для достижения наилучшего соотношения затрат и эффективности.

Экологические требования: Отделенные твердые отходы (буровой шлам) должны быть обработаны в соответствии с экологическими нормами для обеспечения их безвредности (например, путем затвердевания, обратной засыпки, обработки без оседания на грунте и т. д.).

Автоматизация и мониторинг: Современные системы контроля твердых частиц стремятся к интеграции и автоматизации, отслеживая такие параметры, как плотность и вязкость бурового раствора, в режиме реального времени и взаимодействуя с оборудованием для достижения интеллектуального управления.

Подведите итоги

Система контроля твердых частиц использует трехступенчатый процесс физического разделения — вибрационный грохот (просеивание), пескоотделитель (циклонная центрифуга) и центрифуга (высокоскоростная центрифуга) — действующий как сложная фильтрационная установка, постепенно удаляющая вредные твердые частицы различного размера из бурового раствора. Эффективная работа системы напрямую определяет качество бурового раствора и является ключевой технической системой, обеспечивающей безопасные, быстрые и экономичные буровые работы.