Регулювання вмісту і складу твердої фази в буровому розчині

Тверді частинки в буровому розчині, як правило, необхідні, але вони істотно утрудняють процес буріння свердловини. Вони приводять до підвищення його в'язкості, збільшення гідравлічних опорів, посиленого зносу деталей гідравлічного устаткування, в першу чергу бурових насосів, елементів підземного устаткування, бурильних труб і циркуляційної системи, а також до зростання витрати палива і (або) електроенергії.

Коли в не обважненому розчині в результаті його зашламування накопичується велика кількість твердої фази і видалити її очисними пристроями важко, буровий розчин просто замінюють свіжо приготованим.

Основна частка вартості розчинів, що обважнюють, доводиться на барит, тому навіть в тих випадках, коли вміст твердих частинок настільки великий, що розчин стає практично не прокачуваним, його прагнуть не замінювати, а відрегулювати в ньому вміст і склад твердої фази.

Якщо не протидіяти забрудненню бурового розчину твердими частинками, то витрати на його обслуговування різко зростуть.

Найпомітніший прогрес в регулюванні вмісту і складу твердої фази в бурових розчинах був досягнутий, починаючи з 50-х років минулого століття, в результаті застосування центрифуг-відстійників. Це устаткування, зазнавши значну модернізацію, використовується до теперішнього часу. Основним сучасним апаратом для виконання цієї технологічної операції є відцентровий сепаратор, що є різновидом центрифуг.

Відцентровий сепаратор для бурових розчинів (мал. 6.21) є перфорованим ротором 2, що обертається усередині корпусу 1. Буровий розчин, поступаючи в корпус 1, потрапляє у відцентрове поле ротора. Потік розчину придбаває поступально-обертальний рух, внаслідок чого відбувається розділення твердої фази по масі. Наймасивніші частинки розчину (барит, крупний шлам) відтісняються до стінок корпусу сепаратора і переміщаються периферійною частиною потоку до зливного отвору 4 корпуси. Рідка фаза бурового розчину з тонкодисперсними частинками рухається усередині ротора і виходить з апарату через порожнистий вал 3 ротори.

Розділивши буровий розчин на полегшений і пульпу, що обважнює, оператор дістає можливість регулювати їх повернення в циркуляційну систему і подачу в запасні ємності, таким чином здійснюючи первинне регулювання змісту і складу твердої фази в буровому розчині. Остаточне доведення розчину до кондиції виробляють шляхом додавання в нього (при необхідності) свіжих порцій компонентів.

Поступаючий через введення 5 на обробку у відцентрового сепаратора буровий розчин звичайно розбавляють водою для того, щоб зменшити в'язкість і таким чином поліпшити умови розділення твердої фази по масі.

За допомогою агрегату можна виконувати наступні функції:

1) тонке очищення розчину від шламу - для цього сепаратор встановлюють як четвертий ступінь очищення після муловідділювача; частина бурового розчину, очищеного на блоці гідроциклонів муловіддільника, подають в сепаратора і таким чином видаляють з розчину частинки шламу розміром більше 4 мкм;

2) регенерацію обважнювача — в процесі циркуляції або спуско–підйомних операцій сепаратори включають в роботу і з надмірної частини розчину витягують пульпу обважнювача; цю пульпу потім збирають в запасну ємність і при необхідності додають в робочий об’єм бурового розчину;

3) регулювання вмісту і складу твердої фази — це основна технологічна задача.

Сучасна центрифуга при нормальному режимі роботи здатна обробляти до 1,5 л/с бурових розчинів. На форсованому режимі допускається подача до 2 л/с; робочий діапазон пропускної спроможності 45 — 75 л/хв.

Центрифуга — високоефективний апарат для розділення суспензій, але і вона має недоліки: конструкція її складна і потрібна висока кваліфікація обслуговуючого персоналу. Тому найбільш доцільно апарати використовувати короткочасно. Наявність численних деталей, що обертаються, абразивне робоче середовище, високі частоти обертання (1800 — 2300 об/хв.), сальникові ущільнення, гвинтові насоси — все це вимагає ретельного відходу і високої культури експлуатації.

Центрифуга в 10-11 разів дорожча за піско- і муловіддільників.

При обробці бурового розчину, що обважнює, перед подачею в центрифугу його необхідно розбавляти водою. Інакше втрати обважнювача будуть істотними. Сучасні умови експлуатації центрифуг такі, що кожні один-два об'єму бурового розчину треба розбавляти одним об'ємом води. Тому, по-перше, полегшену частину розчину разом з реагентами доводиться викидати, а по-друге, виникає необхідність в спеціальній системі оборотного водопостачання і похованні (або нейтралізації) освітленого продукту, що скидається. Все це свідчить про необхідність строгого аналізу меж застосовності центрифуги в певних геолого-технічних умовах буріння свердловин.

У практиці буріння свердловин для регулювання змісту і складу твердої фази широко використовуються шнекові центрифуги (рисунок 6.37). Шнек обертається з певною

швидкістю і транспортує згущуючу пульпу, що накопичується біля стінок корпусу, до розвантажувального пристрою. Такий тип центрифуги дозволяє майже повністю відділяти від бариту рідку фазу і тому найчастіше використовується для регенерації обважнювача з бурового розчину.

Режим роботи цих центрифуг регулюють подачею розчину на обробку, ступенем його розбавлення водою, частотою обертання ротора.

Проте у зв'язку з високою вартістю і складністю технічного обслуговування центрифугу не завжди доцільно застосовувати. Вигідніше і простіше використовувати гідроциклонні апарати. Суть роботи такого апарату в режимі регенерації обважнювача полягає у тому, що розбавлений водою буровий розчин поступає по тангенціальному введенню в гідроциклон, у відцентровому полі якого відбувається відділення бариту від розчину.

Баритова пульпа повертається в буровий розчин або зливається в спеціальну ємність, а полегшена водоглиниста суміш через верхній злив гідроциклона скидається у відстійник. Вода у відстійнику відділяється від глинистих частинок і може повторно використовуватися для розбавлення нових порцій бурового розчину, що подається на обробку .

Такі апарати, звичайно звані гідроциклонними глиновідділювачем, достатньо ефективні. Вони здатні регенерувати до 80 — 90 % барита при ступені розбавлення бурового розчину, рівної чотирьом. Значне розбавлення розчину водою (співвідношення води: розчин складає 4:1) є головним недоліком гідроциклонних глиновідділювача. Проте вони можуть використовуватися з хорошою економічною ефективністю.

Останніми роками помічається тенденція до використовування для регулювання вмісту і складу твердої фази бурових розчинів спеціальних реагентів — флокулянтів — в поєднанні з відомими і широко вживаними засобами очищення: відстійниками, віброситами і гідроциклонними шламовідділювачами. Принцип дії флокулянтів заснований на тому, що частинки твердої фази під дією цього реагенту агретуються в так звані флокули і перетворюються на порівняно великі за розміром пластівці, які можна видалити за допомогою звичних засобів очищення розчину від шламу.

Флокулянти бувають загальної і селективної дії. Перші флокулюють тверду фазу розчинів незалежно від її природи і дисперсного складу, другі агрегують лише частинки певного розміру.

Технологія триступінчатого очищення (рисунок 6.33) припускає обробку розчину густиною не більш 1,25 г/см3, умовною в'язкістю не більш 45 с. На першому ступені очищення використовуються вібраційні сита СВ-2, СВ-2Б, СВ-2В, ВС-1, на другій — пісковідділювач 1ПГК, ПГ-50, ПГ-90, на третій — муловідділювач ЯРЕМ-45.

Технологія очищення необважненого бурового розчину згідно триступінчатій системі є рядом послідовних операцій, що включають грубе очищення на віброситі і тонке очищення — піско- і муловидділенні — на гідроциклонних шламовідділювачах. Буровий розчин з шламом після виходу з свердловини / піддається на першому ступені грубому очищенню на віброситі 2 і збирається в ємкості 10. Відцентровим насосом 3 розчин подається в батарею гідроциклонів песковідділювача 4, де з розчину віддаляються частинки піску. Очищений від піску розчин поступає через верхній злив в ємність 9, а пісок скидається в шламову комору. З ємкості 9 відцентровим насосом 5 розчин подається для остаточного очищення в батарею гідроциклонів муловідділювачів б. Після відділення частинок мула очищений розчин прямує в приймальну ємність 8 бурового насоса 7, а мул скидається в шламову комору.

Особливістю технології є, по-перше, використовування 25 — 35 % очищеного від піску розчину для розбавлення розчину, що поступає в пісковідділювач; по-друге, для підвищення ефективності роботи муловідділювача подача в нього (минувши пісковідділювач) до 10 % бурового розчину; по-третє, розбавлення (при необхідності) розчину, що поступає в муловідділювач, водою до мінімальної в'язкості, регламентованої геолого-технічним нарядом.

Для ефективного очищення бурового розчину від тонкодисперсних частинок вибуреної породи необхідно підібрати оптимальні параметри роботи вібросит (подачу розчину, число сіток, розмір осередків сітки), гідроциклонних шлам про віддільників (подачу розчину, тиск на вході) і підтримувати мінімально можливими в'язкість і густину бурового розчину.