Система очистки утяжелённого бурового раствора

 

Изобретение относится к области промывки бурящихся нефтяных и газовых скважин. Система очистки утяжеленных буровых растворов включает циркуляционную емкость с отсеками, вибросита, глиноотделитель, шламовый насос, перемешиватели утяжеленного бурового раствора. Трубный канал придонного сообщения связывает циркуляционную емкость с буровыми насосами. Трубопроводы низкого и высокого давления с запорно-регулировочной арматурой выполнены и установлены с возможностью обеспечения подачи утяжеленного бурового раствора из скважины на вибросита. Шламовый насос подает раствор из циркуляционной емкости в глиноотделитель, имеющий линию возврата обезглиненного утяжеленного бурового раствора в циркуляционную емкость. Система снабжена пескоотделителем, диспергатором, вторым шламовым насосом, выполненным с возможностью подачи утяжеленного бурового раствора после вибросит в пескоотделитель. Из пескоотделителя освобожденный от песка утяжеленный буровой раствор возвращается во второй отсек циркуляционной емкости. Имеется резервуар с дозатором для хранения и подачи в утяжеленный буровой раствор во втором отсеке циркуляционной емкости реагента-пептиатора глин. Диспергатор имеет линию возврата диспергированного утяжеленного бурового раствора в третий отсек циркуляционной емкости и выполнен с возможностью прокачивания утяжеленного бурового раствора по циклу буровые насосы - диспергатор - третий отсек циркуляционной емкости. Шламовый насос выполнен с возможностью подачи диспергированного утяжеленного бурового раствора в глиноотделитель. Обезглиненный утяжеленный буровой раствор возвращается в циркуляцию. Повышается эффективность очистки утяжеленного бурового раствора от шлама, сокращаются потери утяжелителя, улучшаются основные технологические параметры бурового раствора при одновременном сокращении расхода материалов на его обработку, улучшаются условия работы буровых насосов, забойных двигателей, долот и очистных механизмов. 1 ил.

Изобретение относится к системам промывки бурящихся нефтяных и газовых скважин.

Известна система очистки неутяжеленного бурового раствора при промывке скважин (аналог) [1] . Здесь буровой раствор последовательно подвергается очистке на виброситах (первая ступень), пескоотделителе (вторая ступень) и на илоотделителе (третья ступень).

Эта система не решает проблемы предотвращения потерь утяжелителя при промывке скважин утяжеленным буровым раствором.

Недостатком ее является отсутствие возможности удаления из бурового раствора и возврат в циркуляционную систему (ЦС) скважины бурового шлама размером частиц <30 мкм, которые оказывают наиболее негативное влияние на технологические параметры бурового раствора и показатели бурения.

Известна система очистки малоутяжеленного бурового раствора при промывке скважины (аналог) [1] . Здесь буровой раствор последовательно очищается на виброситах (первая ступень) и на илоотделителе (вторая ступень), где разделяется на два потока. Один поток со шламом размером частиц <30 мкм и утяжелителем размером частиц <20 мкм возвращается в ЦС, а второй направляется на вибросито тонкой очистки от части твердой фазы размером, например, >50 мкм (шлам + утяжелитель) удаляемых в отвал, при этом более мелкие частицы, включая утяжелитель, возвращаются в ЦС.

Недостатком системы является использование оборудования низкой пропускной способности (вибросито тонкой очистки), а также возврат в ЦС довольно большого количества шлама (~50%), в том числе, тонкодисперсной глины.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является система очистки утяжеленного бурового раствора (прототип) [1], включающая вибросита, например, типа СВ-1 и глиноотделитель, например, центрифугу типа ОГШ-501.

Работа системы по прототипу организована так, что утяжеленный буровой раствор из скважины поступает на вибросита (первая ступень) для очистки от крупного шлама размером частиц, например, >250 мкм, затем направляется на глиноотделение от частиц размером, например, >5 мкм (вторая ступень).

Недостаток этой системы состоит в том, что вместе с утяжелителем размером частиц от ~4 мкм и более в ЦС возвращается практически весь шлам, не удаленный на первой ступени (например, фракции, то 5 до 245 мкм). Тонкодисперсный утяжелитель (частицы <4 мкм) при этом теряется, уходя в отвал с тонкодисперсным шламом (частицы <5 мкм).

Принцип работы современных глиноотделителей и их настройка на режим сохранения основной массы утяжелителя не позволяют одновременно с этим удалить из раствора в отвал шлам дисперсностью более 5 мкм без дополнительной потери вместе с ним утяжелителя. Обусловлено это тем, что разбавленный перед глиноотделением утяжеленный буровой раствор в глиноотделителе разделяется на два потока. Один из них - легкий уносит в отвал с водой тонкодисперсные частицы шлама и утяжелителя, а другой - тяжелый в виде пульпы возвращает в ЦС циркуляционную систему основную массу утяжелителя и шлама. При этом, учитывая различие в плотности (утяжелитель - 4-5 г/см³, глинистый шлам - 2-2, 6 г/см³) с частицами утяжелителя размером, например, 5 мкм в пульпу поступает шлам частицами размером 6-7 мкм, с частицами утяжелителя 50 мкм в пульпе окажутся шлам частицами 75 мкм и более.

Такой многократный возврат шлама в ЦС приводит к быстрому образованию его избытка в буровом растворе. Дальнейшее диспергирование глинистой фракции шлама в скважине приводит к ухудшению технологических параметров бурового раствора, условий работы насосов и долот.

В практике выход из этого положения достигается удалением из циркуляции части объема бурового раствора с последующим разбавлением водой, химической обработкой и доутяжелением оставшегося его объема. Эти действия в процессе бурения скважины могут повторяться многократно, по мере образования избытка твердой фазы в растворе. Такое решение проблемы, естественно, приводит к большим перерасходу и потере утяжелителя, а также других дорогостоящих спецматериалов. К примеру, стоимость одной тонны баритового утяжелителя сегодня достигает 3000 рублей.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности очистки утяжеленного бурового раствора от шлама, сокращение потерь утяжелителя, улучшение основных технологических параметров бурового раствора при одновременном сокращении расхода спецматериалов на его обработку, улучшение условий работы буровых насосов, забойных двигателей, долот и очистных механизмов.

Поставленная цель достигается тем, что система очистки утяжеленных буровых растворов, включающая циркуляционные емкости, первая из которых после скважины, с отсеками, вибросита, глиноотделитель, шламовый насос, перемешиватели утяжеленного бурового раствора, трубный канал придонного сообщения циркуляционной емкости с буровыми насосами, трубопроводы низкого и высокого давления с запорно-регулировочной арматурой, выполненные и установленные с возможностью обеспечения подачи утяжеленного бурового раствора из скважины на вибросита, и шламовым насосом из циркуляционной емкости - в глиноотделитель, имеющий линию возврата обезглиненного утяжеленного бурового раствора в циркуляционную емкость, причем она снабжена пескоотделителем, диспергатором, вторым шламовым насосом, выполненным с возможностью подачи утяжеленного бурового раствора после вибросит в пескоотделитель, имеющий линию возврата освобожденного от песка утяжеленного бурового раствора во второй отсек циркуляционной емкости, резервуаром с дозатором для хранения и подачи в утяжеленный буровой раствор во втором отсеке циркуляционной емкости реагента-пептиатора глин, при этом диспергатор имеет линию возврата диспергированного утяжеленного бурового раствора в третий отсек циркуляционной емкости и выполнен с возможностью прокачивания утяжеленного бурового раствора по циклу: буровые насосы - диспергатор - третий отсек циркуляционной емкости, а шламовый насос выполнен с возможностью подачи диспергированного утяжеленного бурового раствора в глиноотделитель, и последующего возврата обезглиненного утяжеленного бурового раствора в циркуляцию.

Повышение эффективности глиноотделения достигается возможностью максимального измельчения глины в шламе с учетом минимизации измельчения утяжелителя. По [2] известно, что твердость сухого баритового минерала по шкале Мооса равна 3-3,5 условным единицам, а сухого глинистого минерала бентонита на порядок меньше. Барит практически не гидратируется, а слабо уплотненная глина сильно гидратируется в водной среде, при этом ее прочность резко уменьшается.

Дополнительное оснащение системы резервуаром с дозатором, из которого утяжеленный буровой раствор перед диспергированием подвергается обработке реагентом-пептизатором (например, карбонат натрия. М-14, метас), повышает податливость шламовой глины измельчению в диспергаторе.

Включение в систему пескоотделителя (вторая ступень) позволяет уменьшить нагрузку на последующие агрегаты в системе очистки. Включение в состав системы диспергатора повышает эффективность работы глиноотделителя (третья ступень). Увеличивается удельное содержание утяжелителя в обезглиненном буровом растворе и содержание глины в потоке разбавленного лишенного утяжелителя раствора, уходящего в отвал (фугате).

Повышение эффективности работы глиноотделителя основано на том, что предварительно диспергированный шлам уступает теперь утяжелителю не только по плотности, но и по размеру частиц. В результате этого частицы утяжелителя опережают частицы шламовой глины в перемещении от центра к периферии ротора глиноотделителя в поле центробежных сил глиноотделителя, так как известно, что скорость V движения частиц в этих условиях прямо пропорциональна их плотности ρ и квадрату радиуса r, т.е.

V=ρr².

На чертеже изображена принципиальная схема предложенной системы очистки утяжеленного бурового раствора.

Изображение содержит скважину 1, безнапорную линию 2 перетока раствора из скважины на вибросита 3, первой по течению бурового раствора емкости ЦС 21, первый отсек 4 этой емкости, второй отсек емкости 5, третий отсек 6, перемешиватель 7, трубный канал придонного сообщения емкостей ЦС 8 с буровыми насосами 9, линию низкого давления 10 и шламовый насос 11 для подачи утяжеленного бурового раствора на вторую ступень очистки в пескоотделитель 12, линия 13 для возврата утяжеленного бурового раствора из пескоотделителя во второй отсек ЦС, диспергатор 14 с линией 15 для возврата диспергированного раствора в третий отсек емкости ЦС, шламовый насос 16 с линией 17 для подачи диспергированного утяжеленного бурового раствора из третьего отсека емкости ЦС на глиноотделитель 18, линия 19 возврата, обезглиненного утяжеленного бурового раствора в ЦС, линию 20 сброса разбавленного лишенного утяжелителя насыщенного глинистым шламом раствора, резервуар с дозатором 23 для хранения и подачи в утяжеленный буровой раствор реагента-пептизатора.

Предложенная система очистки утяжеленного бурового раствора работает следующим образом.

Зашламленный в скважине 1 утяжеленный буровой раствор поступает на первую ступень грубой очистки (от частиц, например, более 245 мкм) виброситами 3 и поступает в первый отсек 4 первой после скважины емкости 21 ЦС, далее по линии 10 насосом 11 раствор из первого отсека подается в пескоотделитель 12. Освобожденный от песка (размером частиц, например, >75 мкм), раствор возвращается во второй отсек 5, где может быть обработан реагентом-пептизатором из емкости 22 через дозатор и по линии 8 буровыми насосами 9 подается в диспергатор 14. После диспергатора утяжеленный буровой раствор с измельченной шламовой глиной по линии 15 поступает в третий отсек 6 емкости, откуда шламовым насосом 16 по линии 17 подается в глиноотделитель 18. В глиноотделителе под воздействием центробежных сил, утяжеленный буровой раствор разделяется на два потока: первый поток обезглиненный обогащенный утяжелителем по линии 19 возвращается в ЦС, ниже первой емкости от скважины по течению бурового раствора, а второй - разбавленный обогащенный глинистым шламом и лишенный утяжелителя направляется на утилизацию.

Источники информации 1. И. Н. Резниченко. Приготовление, обработка и очистка буровых растворов. Москва, "НЕДРА", 1982, с.176, 183, 219.

2. С. А. Рябоконь. Утяжелители для буровых растворов и технология их применения, Москва, "НЕДРА", 1981, с.21.

Формула изобретения

Система очистки утяжеленных буровых растворов, включающая вибросита, глиноотделитель, шламовый насос, перемешиватели утяжеленного бурового раствора, циркуляционную емкость с отсеками, трубный канал придонного сообщения циркуляционной емкости с буровыми насосами, трубопроводы низкого и высокого давления с запорно-регулировочной арматурой, выполненные и установленные с возможностью обеспечения подачи утяжеленного бурового раствора из скважины на вибросита, и шламовым насосом из циркуляционной емкости - в глиноотделитель, имеющий линию возврата обезглиненного утяжеленного бурового раствора в циркуляцию, отличающаяся тем, что она снабжена пескоотделителем, диспергатором, вторым шламовым насосом выполненным с возможностью подачи утяжеленного бурового раствора после вибросит на пескоотделитель, имеющий линию возврата освобожденного от песка утяжеленного бурового раствора во второй отсек циркуляционной емкости, резервуаром с дозатором для хранения и подачи в утяжеленный буровой раствор во втором отсеке циркуляционной емкости реагента-пептиатора глин, при этом диспергатор имеет линию возврата диспергированного утяжеленного бурового раствора в третий отсек циркуляционной емкости и выполнен с возможностью прокачивания утяжеленного бурового раствора по циклу буровые насосы - диспергатор - третий отсек циркуляционной емкости, шламовый насос выполнен с возможностью подачи диспергированного утяжеленного бурового раствора в глиноотделитель, обеспечивающий возврат обезглиненного бурового раствора в циркуляцию.

РИСУНКИ

Рисунок 1