Буровой раствор является важной составляющей при бурении скважин. От его состава, свойств и чистоты зависят эффективность и безопасность работ. При бурении мелкие частицы горной породы попадают в раствор. Это негативно сказывается на производительности скважины, а оборудование быстрее изнашивается. Поэтому очистка бурового раствора относится к ключевым процессам при разработке нефтяных и газовых месторождений.
Цель очистки бурового раствора
Очистка проводится для удаления частиц металла, горной породы и других загрязнений, образующихся при бурении. Она позволяет:
- поддерживать необходимые свойства бурового раствора;
- увеличить сроки его использования;
- повысить скорость бурения;
- снизить степень осложненности ствола;
- сократить затраты на приготовление новых буровых растворов.
Основные технологии очистки
Выбор системы очистки бурового раствора осуществляется с учетом особенностей работы и видов бурильного оборудования на конкретной скважине. Если их не принять во внимание, вероятны дополнительные потери средств и времени. Объем бурового раствора, который перерабатывает единица оборудования, должен превышать максимальную производительность скважины, за исключением центрифуги. Используется следующая цепочка блоков, в каждом из которых применяется определенная технология:
- грубая очистка (механический способ);
- дегазатор (фазовое разделение);
- тонкая очистка (центробежная сепарация);
- регулирование твердой фазы (гидроциклон, центрифугирование).
При отсутствии в буровом растворе газов второй блок исключается. Если используются неутяжеленные составы, в схему очистки, как правило, не включают центрифуги и глиноотделители. В системе для утяжеленных жидкостей обычно отсутствуют гидроциклонные песко- и илоотделители.
Каждый вид оборудования для буровых растворов предназначен для определенного вида очистки и не является универсальным для всех геологических условий бурения. Поэтому схема подбирается под каждую скважину индивидуально.
Оборудование для очистки
Вибросита
Предназначаются для удаления самых крупных частиц размером более 40–250 мкм, в зависимости от величины ячеек. Вибросита представляют собой первую ступень очистки, которая устанавливается перед гидроциклонами и центрифугами. Выбор наименьшего размера ячейки позволяет в разы снизить содержание твердой фазы в растворе и не допускать дробления частиц в ходе дальнейшей обработки. Устройство бурового сита сравнительно простое, но требует высокого качества сборки и монтажа. Особенно важными являются:
- правильность крепления рамы к несущему основанию;
- выбор оптимального угла наклона согласно типу раствора;
- равномерное распределение потока по всей поверхности сита.
Принцип работы вибросита очень прост. Буровой раствор подается разделителем со скважины и через специальные жалюзи равномерно распределяется по сетке. В процессе постоянной вибрации крупные частицы задерживаются на сите и направляются к зоне сброса шлама. Более мелкие частицы и жидкая фаза проходят сквозь ячейки и направляются по отдельному каналу для последующей очистки. Важно следить за состоянием сита и предотвращать закупоривание сетки: из-за этого раствор сбрасывается вместе с крупными фракциями.
Гидроциклоны
Оборудование очищает состав от более мелких частиц. Гидроциклоны обычно не применяются для очистки утяжеленных буровых составов: при этом утяжелитель сбрасывается вместе со шламом, что ведет к его значительным потерям. Конструкция гидроциклонного оборудования представляет собой цилиндр, соединенный с усеченным перевернутым конусом. Раствор нагнетается под высоким давлением через входную насадку цилиндрической части, сброс песков осуществляется через нижнюю часть конуса, очищенная жидкая фаза отводится через сливной патрубок. Условно все гидроциклоны делятся на две группы:
- пескоотделители – Ø 150 мм и больше;
- илоотделители – Ø 100 мм и меньше.
Для эффективности гидроциклонной очистки производительность оборудования первой группы должна быть порядка 125 % от максимального объема подаваемой жидкости, а второй – 150 %. Такое соотношение позволяет полностью провести обработку бурового раствора и при необходимости разбавлять неочищенную жидкость очищенной.
Центрифуги
Оборудование предназначается для удаления твердой фазы и регенерации баритов в утяжеленных буровых растворах. Включение центрифуги в систему очистки позволяет:
- сократить расход баритового утяжелителя благодаря его регенерации и многократному использованию;
- уменьшить объем избыточного бурового раствора, характерный для бурения скважин в глинистых слоях;
- повысить уровень очистки, благодаря чему снижаются затраты реагентов и загруженность оборудования для приготовления бурового раствора.
Центрифуга оснащена цилиндроконическим барабаном и шнеком, изготовленными из прочных материалов. Для моделей серии AKR это сталь марок SS2205 и SS316L и твердосплавные вставки из карбид-вольфрама. В процессе очистки на подаваемый в барабан буровой раствор воздействует центробежная сила. Тяжелые частицы оседают на внутренней поверхности, а затем выводятся наружу шнековым конвейером. Центрифуга может применяться:
- для регенерации дорогостоящих баритовых утяжелителей. Устанавливается на первом этапе очистки, работает на небольших скоростях, предназначается для утяжеленных растворов;
- улавливания мелких частиц, которые не были задержаны гидроциклонами. Оборудование представляет собой заключительный этап очистки неутяжеленного бурового раствора.
Флокулянты
Установка блока коагуляции и флокуляции (БКФ) позволяет удалить мельчайшие коллоидные частицы, которые не задерживаются центрифугами и гидроциклонами. Флокулянты не являются обязательным оборудованием. Они применяются в тех случаях, когда требуется высокая очистка буровых растворов. Под воздействием специальных реагентов коллоидные частицы слипаются в более крупные, которые легко задерживаются просеиванием, центрифугированием и другими способами.
Дегазаторы
Представляют собой технологическую установку для дегазации буровых растворов. Оборудование выполняет следующие функции:
- восстанавливает удельный вес буровых растворов после грубой очистки;
- удаляет из жидкой фазы растворенные попутные газы.
Дегазатор может устанавливаться в качестве первой или второй ступени очистки, в зависимости от особенностей скважины (например, бурение при несбалансированном давлении).
Так как скважины отличаются по геологическим условиям и производительности, подбор оборудования для очистки бурового раствора и схема обработки должны проводиться специалистами в индивидуальном порядке.