Очистка бурового раствора от обломков выбуренной породы (шлама).

Буровой раствор, выходящий на поверхность из скважины, может быть вновь использован, но для этого он должен быть очищен от обломков выбуренной породы (шлама). Поступающие в буровой раствор частицы выбуренной породы оказывают вредное влияние на его основные технологические свойства, а следовательно, на технико-экономические показатели бурения.

Для очистки бурового раствора от шлама используется комплекс различных механических устройств: вибрационные сита, гидроциклонные шламоотделители (песко- и илоотделители), сепараторы, центрифуги. В составе циркуляционной системы все эти механические устройства должны устанавливаться в строгой последовательности. При этом схема прохождения промывочной жидкости должна соответствовать следующей технологической цепочке: скважина →газовый сепаратор→блок грубой очистки от шлама (вибросито)→дегазатор→блок тонкой очистки от шлама (песко- и илоотделители, сепаратор)→блок регулирования содержания и состава твердой фазы (центрифуга, гидроциклонный глиноотделитель)→буровые насосы→скважина.

При отсутствии газа в буровом растворе исключают ступени дегазации; при использовании неутяжеленного раствора, как правило, не применяют сепараторы, глиноотделители и центрифуги; при очистке утяжеленного бурового раствора обычно не пользуются гидроциклонными шламоотделителями (песко- и илоотделители). Таким образом, выбор оборудования и технологии очистки бурового раствора от шлама должен основываться на конкретных условиях бурения.

Бурение нефтяных и газовых скважин в большинстве нефтегазодобывающих районов ведут с промывкой неутяжеленными буровыми растворами плотностью до 1,25 г/см³. Для очистки буровых растворов используется трехступенчатая система. Технология очистки неутяжеленного бурового раствора (рис.3) по этой системе представляет собой ряд последовательных операций, включающих в себя грубую очистку на вибросите и тонкую очистку — пескоотделение и илоотделение — на гидроциклонных шламоотделителях. Буровой раствор после выхода из скважины 1 подвергается на первой ступени грубой очистке на вибросите 2 и собирается в емкости 10. Из емкости центробежным насосом 3 раствор подается в батарею гидроциклонов пескоотделителя 4, где из раствора удаляются частицы песка. Очищенный от песка раствор поступает через верхний слив в емкость 9, а песок сбрасывается в шламовый амбар. Из емкости 9 центробежным насосом 5 раствор подается для окончательной очистки в батарею гидроциклонов илоотделителя 6. После отделения частиц ила очищенный раствор направляется в приемную емкость 8 бурового насоса 7, а ил сбрасывается в шламовый амбар.

Рис.3. Схема трехступенчатой очистки неутяжеленного бурового раствора:

1- скважины; 2- вибросито; 3. 5 — насосы: 4 — пескоотделитель; 6 — илоотделитель; 7 — буровой насос; 8 — приемная емкость; 9, 10 — емкости

В настоящее время на буровых применяют четырехступенчатые схемы очистки с использованием центрифуги.

Вибросита. Очистка промывочной жидкости от шлама с помощью вибросит является механическим процессом, в котором происходит отделение частиц с помощью просевающего устройства. Главными факторами, определяющими глубину очистки и пропускную способность вибросита, являются размер ячеек сетки и просеивающая поверхность. Вибрирующие рамы располагают как в горизонтальной, так и в наклонной плоскостях, а их движение может быть возвратно-поступательным по прямой, эллипсообразным, круговым и комбинированным.

В практике отечественного бурения используются одноярусные сдвоенные вибросита СВ-2 и СВ-2Б, одноярусные двухсеточные вибросита ВС-1.

Вибросито СВ-2 в состоянии пропустить до 60 л/с бурового раствора при сетке с размерами ячейки 1x5 мм. Рабочая часть сетки имеет длину 1,2 м и ширину 0,9 м. Сетка колеблется с частотой 1 600 или 2 000 колебаний в минуту. Наклон сетки к горизонту составляет 12... 18°. Вибрационное сито СВ-2Б является модернизированным вариантом сита СВ-2.

Рис.4. Вибросито ВС-1:

1-вибратор; 2-приемник; 3-основание; 4-поддон; 5-амортизаторы; 6-вибрирующая рама; 7-сетка

Вибросито ВС-1 (рис. 4) оснащено двумя заделанными в кассеты сетками. Используются сетки с размерами ячейки 0,16x0,16; 0,2x0,2; 0,25x0,25; 0,4x0,4 и 0,9x0,9 мм. Первая сетка устанавливается горизонтально, а вторая — с наклоном около 5° к горизонту. Траектория колебаний сеток эллиптическая. Наибольшая двойная амплитуда — 8 мм. Сетка колеблется с частотой 1 130 и 1 040 колебаний в минуту. Рабочая поверхность сетки - 2,7 м² Вибросито ВС-1 способно пропустить через сетку с ячейками размерами 0,16x0,16 мм до 10 л/с бурового раствора. При использовании сетки с размерами ячеек 0,9 х 0,9 мм пропускная способность вибросита превышает 100 л/с.

Гидроциклонные шламоотделители. При работе гидроциклонного шламоотделителя буровой раствор подается насосом по тангенциальному патрубку 2 (рис.5) в гидроциклон 4. Под влиянием центробежных сил более тяжелые частицы отбрасываются к периферии и по конусу гидроциклона спускаются вниз и сливаются наружу через выходное отверстие 5, регулируемое заслонкой. Чистая промывочная жидкость концентрируется в центральной части гидроциклона и через выпускной патрубок 1сливается в приемный резервуар (емкость). Для повышения скорости жидкости входное отверстие 3 тангенциального патрубка сужено. Для нормальной работы гидроциклона необходимо давление 0,2...0,5 МПа.

Условно гидроциклонные шламоотделители подразделяют на песко- и илоотделители. Пескоотделители — это объединенная единым подающим и сливным манифольдом батарея гидроциклонов диаметром 150 мм и более. Илоотделителями называются аналогичные устройства, составленные из гидроциклонов диаметром 100 мм и менее.

Рис.5. Устройство гидроциклона:

1 — патрубок выпускной; 2 — патрубок тангенциальный; 3 — входное отверстие; 4 — гидроциклон; 5 — выходное отверстие

Гидроциклонные шламоотделители обычно включают в работу с момента забуривания скважины. Уже при бурении под кондуктор система очистки бурового раствора должна работать в полную силу. Шлам необходимо удалить из бурового раствора раньше чем он будет подвергнут многократному истиранию и диспергированию в циркуляционной системе и стволе скважины. Только в этом случае удается сохранить стабильными параметры бурового раствора, избежать перерасхода трущихся запасных деталей гидравлическому оборудованию, сохранить стабильным ствол и достичь высоких показателей работы долот.Число гидроциклонов в батареях песко- и илоотделителя разное. Так, пескоотделитель марки 2ПГК включает в себя четыре параллельно работающих гидроциклонов диаметром 150 мм, а илоотделители включают в себя 12... 16 гидроциклонов диаметрами 75 или 100 мм.

Дегазация промывочных жидкостей. Газирование промывочной жидкости препятствует ведению нормального процесса бурения. Во-первых, вследствие снижения эффективной гидравлической мощности уменьшается скорость бурения; во-вторых, возникают осыпи, обвалы и проявления пластовой жидкости и газа в результате снижения эффективной плотности промывочной жидкости, т.е. давления на пласты; в-третьих, возникает опасность взрыва или отравления ядовитыми пластовыми газами (например, сероводородом). Пузырьки газа препятствуют удалению шлама из раствора, поэтому оборудование для очистки от шлама работает неэффективно.

Рис.6. Газовый сепаратор:

1 — манометр; 2 — газовый трубопровод; 3 — предохранительный клапан; 4 — ввод для бурового раствора; 5 — буровой раствор; 6 — сбросовая задвижка; 7 — эжекторное устройство; 8 — линия для очистки; 9 — регулятор уровня; 10 — полость газового сепаратора

Газ в промывочной жидкости может находиться в свободном, жидком и растворенном состояниях. Свободный газ легко удаляется из промывочной жидкости в поверхностной циркуляционной системе путем перемешивания в желобах, на виброситах, в емкостях. При устойчивом газировании свободный газ из промывочной жидкости удаляют с помощью газового сепаратора.

Газовый сепаратор (рис. 6) представляет собой герметичный сосуд, оборудованный системой манифольдов, клапанов и приборов. Буровой раствор из скважины поступает по тангенциальному вводу 4 в полость газового сепаратора /0, где скорость потока резко снижается. Из промывочной жидкости интенсивно выделяется газ, который скапливается в верхней части сепаратора и отводится по газовому трубопроводу 2 на факел.

Буровой раствор 5, очищенный от свободного газа, собирается в нижней части газосепаратора, откуда он подается по линии 8 для очистки от шлама на вибросито.

Применяющиеся в настоящее время сепараторы имеют вместимость 1 ...4 м3 и рассчитаны на давление до 1,6 МПа. Они оборудуются предохранительным клапаном 3, регулятором уровня 9 промывочной жидкости поплавкового типа и эжекторным устройством 7 для продувки и очистки сепаратора от накопившегося шлама.

При работе эжекторного устройства воду (а в зимнее время — пар) пропускают через штуцер эжектора, в результате чего в сбросовом патрубке газосепаратора создается разрежение.

При открытой сбросовой задвижке 6 скопившийся на дне газового сепаратора шлам вместе с частью промывочной жидкости устремляется в камеру эжекторного смесителя, подхватывается потоком воды (или пара) и выбрасывается из сепаратора наружу. После очистки полости сепаратора сбросовую задвижку 6 закрывают. Для контроля за давлением внутри сепаратора газовая часть его полости оборудуется манометром 1.

Очищенная от свободного газа промывочная жидкость обычно поступает на вибросито. Однако при наличии в промывочной жидкости токсичного газа, например сероводорода, поток из сепаратора по закрытому трубопроводу сразу подается на дегазатор для очистки от газа. Только после окончательной дегазации промывочную жидкость очищают от шлама.

Наибольшее распространение в отечественной практике получили вакуумные дегазаторы. 0ни представляют собой двухкамерную герметичную емкость, вакуум в которой создается насосом. Камеры включаются в работу поочередно при помощи золотникового устройства. Производительность дегазатора при использовании глинистого раствора достигает 45 л/с; остаточное газосодержание в промывочной жидкости после обработки не превышает 2 %.