12.3. Очистка буровых растворов.

Очистка буровых растворов от шлама является одной из самых актуальных задач при бурении скважины, так как излишняя твер­дая фаза снижает технические показатели работы долот и соответ­ственно технико-экономические показатели бурения.

Следует учесть, что при современном состоянии уровня техни­ки очистки буровых растворов в России, повторно на забой попада­ет до 50-80% выбуренной породы. Для очистки бурового раствора от шлама используются желобная система, отстойники, вибраци­онные сита, песко-илоотделители, глиноотделители (гидроцикло­ны, работающие по обратному циклу), центрифуги. При этом про­пускная способность всех механизмов очистки должна быть равна максимальной подаче буровых насосов при любых параметрах бу­ровых растворов или превышать ее на 10%. Расположение механиз­мов очистки наиболее эффективно в такой последовательности: скважина — газовый сепаратор — вибросито — дегазатор — песко-отделитель — илоотделитель — глиноотделитель — центрифуга. Эф­фективность удаления частиц в некоторых случаях можно резко повысить путем комбинирования механических и химических (фло-куляция) способов очистки.

Одним из обязательных элементов очистки является вибросито.

Выбор сит зависит от гранулометрического состава шлама, которые следует определить опытным путем по результатам ситового анализа пробы глинистого раствора, выходящего из скважины. В любом случае следует применить сетки, обеспечивающие удаление из раствора частиц, содержание которых в растворе велико. Сопоставим подачу бурового раствора насосами пропускной способностью сетки. Необходимо использовать два параллельно работающих вибросита. Наименьший размер удаленных частиц выбуренной породы составит 160 мкм. На вибросите удаляются частицы крупнее 80-150мкм. Пропускная способность вибросит должна быть больше подачи буровых насосов. На буровой целесообразно установить не менее 2-х вибросит.

Различают четыре вида очистки:

а) прямая;

б) ступенчатая;

в) двухсекционная прямая;

г) трехсекционная ступенчатая.

Рис. 12.3. Виды очистки.

Буровой раствор, выходящий из ствола скважины, проходит через вибросито, где шлам отделяется от раствора. Вибросито состоит из вибрационных сеток, ячейки которые дост аточно велики для прохождения бурового раствора и его твердой фазы, но достаточно малы для удерживания шлама. Шлам собирают в резервуар, откуда, где выбрасывают, либо геологи проводят исследование параметров пласта.

Главными факторами, определяющими глубину очистки и пропускную способность вибросита, являются размер ячеек сетки и просеивающая поверхность. Основные элементы вибросита следующие (рис. 11.4): основание 1, поддон для сбора очищенного раствора 7, приемник с распределителем потока 2, вибрирующая рама 5 с сеткой 4, вибратор 3, амортизаторы 6. Вибрирующие рамы располагают как в горизонтальной, так и в наклонной плоскости, а их движение может быть возвратно- поступательным по прямой, эллипсообразным, круговым и комбинированным. Оптимальное соотношение между длиной и шириной просеивающих устройств составляет 2:1, а размеры сетки не должны превышать следующих: длина 2,6 м, ширина 1,3 м. Наибольшую производительность вибросито имеет в том случае, когда шлам состоит из песка, наименьшую - когда шлам представлен вязкими глинами. В зависимости от типа и дисперсного состава шлама производительность вибросита может существенно изменяться. Эффективность очистки возрастает по мере увеличения времени нахождения частиц на сетке. Этого можно достичь увеличением длины сетки, снижением скорости потока, уменьшением угла наклона сетки, изменением направления перемещения частиц, уменьшением амплитуды колебаний сетки, одновременным использованием двух последовательных или параллельных сеток.

Рис.12.4. Схема вибросита.

Эффективность работы вибросита (пропускная способность, глубина и степень очистки) зависит прежде всего от типа и рабочего состояния вибрирующей сетки. В отечественном бурении для очистки бурового раствора используют нержавеющую сетку с размером ячейки 0,7x2,3; 1x2,3; 1x5; 0,16x0,16; 0,2x0,2; 0,25x0,25; 0,4x0,4; 0,9x0,9; 1,6x1,6; 2x2 и 4x4 мм.

На средства грубой очистки, т.е. вибросита, приходится большая часть очистки бурового раствора от шлама, поэтому именно им следует уделять наиболыпе внимание. Для утяжеленных буровых растворов это, в сущности, единственный высокоэффективный аппарат.

Недостатки:

- установка электродвигателя на вибрирующей раме, что при­водит к его преждевременному износу;

- неточность изготовления (по массе) дисбалансов, обеспечи­вающих заданную амплитуду колебаний;

- низкое качество кассет, сеток.

Для улучшения качества очистки бурового раствора используем гидроциклонные пескоотделитель ИПГ 2/300 представляет собой два 300-мм (12 дюймов) гидроциклона предназначенных для удаления из буровых растворов частиц размером до 0,04 мм.

В зависимости от свойств бурового раствора на пескоотделитель устанавливаются насадки с разным диаметром сбросовых отверстий. Все части гидроциклона соединены быстроразъемными хомутами. Гидроциклоны изготовлены из износоустойчивого полиуретана., наружные металлические поверхности покрыты органической цинковой грунтовкой и окрашены высокопрочной эмалью. Наиболее изнашиваемая часть гидроциклона выполнена в виде отдельной, быстросменной детали, что позволяет увеличить общий срок эксплуатации. С увеличением впускного давления до 0.4 МПа и диаметра слив­ного отверстия до 40 мм общая эффективность удаления утяжели­теля и глины самая лучшая, а для максимального удаления утяже­лителя диаметр сливного отверстия должен быть больше диаметра разгрузочной насадки в 1.2-1.6 раза. Наиболее простой способ по­вышения извлечения частиц барита — это увеличение противодав­ления на сливе до 0.05 МПа путем частичного закрытия задвижки, но при этом снижается пропускная способность аппарата. При вы­ сокой вязкости и плотности раствора с помощью гидроциклона уда­ляется больше крупных частиц, а для удаления тонкодисперсных частиц в этом случае необходимо повысить давление на входе в гид­роциклон. Но так как при этом снижается пропускная способность механизмов, то растворы, имеющие вязкость более 45 с перед пода­чей в гидроциклонный аппарат, разбавляются водой до 35-40 с, что не всегда допустимо, особенно в утяжеленных растворах, где про­изойдет выпадание утяжелителя. Работа пескоотделителей предус­мотрена в режиме погружения песковых насадок в шлам при закры­той заслонке, если плотность удаляемых частиц менее 1700 кг/м3 (применяется только в теплое время года), и без их погружения при открытой заслонке (последний более продуктивен). Для очистки буровых растворов от частиц размером более 74 мкм применяются гидроциклоны диаметром 150 мм и более, илистых частиц разме­ром менее 74 мкм — 50-100 мм и частиц размером 5-10 мкм — цен­трифуги. Использование пескоотделителей и илоотделителей спо­собствует увеличению механической скорости проходки, эконо­мии материалов и повышению технико-экономических показателей бурения за счет снижения плотности и вязкости очищенного бурового раствора. При этом двухступенчатая очистка (вибросито-пескоотделитель) позволяет удалить до 35-40% твердой фазы, а трехступенчатая (вибросито-пескоотделитель-илоотделитель) бо­лее 50%. Если наблю­дается большая потеря раствора через песковую насадку, а плот­ность пульпы менее 1700 кг/м , то основными причинами являют­ся износ песковой насадки до 20 мм и более, низкое содержание шлама в растворе и недостаточное давление перед гидроциклона­ми.

Для эффективного удаления мелких частиц утяжелителя (ре­генерации) применяются центрифуги и сепараторы. Для регенерации утяжелите­ля используем шнековую осадительную центрифугу типа ОГШ 502к-4 с горизонтальным расположением барабана (ротора), диаметром 400 мм, частота вращения которого 1600-2000 об/мин. Внутри барабана в том же направлении вращается шнек с часто­той вращения на 25-40 об/мин., меньше, чем ротор. Осадительная центрифуга удаляет до 98% барита, а гидроциклон до 75-80%. Режим работы центрифуг зависит от условий бурения. При высо­ких скоростях проходки и небольшой плотности раствора рацио­нально более полно удалять глину (особенно агрегированную флокулянтами), а при средних скоростях проходки и утяжеленном ра­створе необходимо удалять частицы барита. Регулирование эффективности работы цен­трифуги возможно за счет изменения частоты вращения, вязкос­ти подаваемого раствора и его расхода через центрифугу

Преимущества: более полное возвращение барита в систему цир­куляции.

Недостатки:

- недостаточное разделение твердой фазы;

- необходимость разбавления бурового раствора водой.