Способ дегазации бурового раствора и устройство для его осуществления
Предлагаемое изобретение относится к области бурения скважин и предназначено для дегазации бурового раствора. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности дегазации бурового раствора и экономия пеногасителя. В способе дегазации бурового раствора, включающем циркуляцию бурового раствора в скважине и выделение газовой фазы в системе очистки, в системе очистки поток бурового раствора пропускают через псевдоожиженный слой гранул гидрофобного адсорбента, обладающего положительной плавучестью, в котором создают циркуляцию гранул для регенерации адсорбента. В качестве указанного адсорбента используют полиэтилен, пламилон, тефлон. Указанный адсорбент и крупность его гранул выбирают из условия максимальной сорбирующей способности для состава газовой фазы. Высоту указанного слоя изменяют в зависимости от эффекта дегазации бурового раствора. Устройство для дегазации бурового раствора включает емкость, в которую входит поток бурового раствора, с концентричным отверстием на дне, оснащенную патрубком для выхода дегазированного бурового раствора, в указанной емкости размещен слой гранул гидрофобного адсорбента, а указанная емкость имеет диаметр, равный трем диаметрам струи d входящего потока бурового раствора, наружный бандаж для обеспечения ее плавучести, а указанный патрубок имеет проходной диаметр, равный d. 2 н. и 3 з. п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Изобретение относится к области бурения скважин и предназначено для дегазации бурового раствора.
Известны три основных способа дегазации буровых растворов:
механический, вакуумный и физико-химический.
Механический способ дегазации реализуется с помощью вибросит, трапов, гидроциклонов, струйных дегазаторов и других устройств, а для вакуумного способа дегазации используются вакуумные дегазаторы [1].
Их общим недостатком является значительный расход энергии, в частности электроэнергии, необходимой для привода механизмов, обеспечивающих работу дегазирующих устройств.
Физико-химический способ дегазации состоит в том, что в буровой раствор вводят так называемые пеногасители и, в частности, гидрофобные дисперсные адсорбенты газовой фазы - резиновую, каучуковую или полиэтиленовую крошку [2]. Пузырьки воздуха или газа прилипают к частицам гидрофобного абсорбента, коалесцируют и выделяются на поверхности при движении бурового раствора в желобной системе и емкостях.
К основным недостаткам этого способа относятся:
1) большой расход пеногасителя (0,4% от объема циркулирующего бурового раствора из расчета на сухие вещества);
2) большие потери пеногасителя при очистке бурового раствора от выбуренной породы (до 40%), которые необходимо выполнять;
3) недостаточная степень дегазации, т.к. некоторая часть газа остается в буровом растворе, вследствие чего теряется плотность последнего и снижается подача буровых насосов.
В качестве наиболее близких аналогов для заявленных способа и устройства использованы способ дегазации бурового раствора, включающий циркуляцию бурового раствора в скважине и выделение газовой фазы в системе очистки, и устройство для его осуществления - дегазатор вакуумный, включающее емкость, в которую входит поток бурового раствора, с концентричным отверстием на дне, оснащенную патрубком для выхода дегазированного бурового раствора, по а.с. СССР № 1706664, опубликованному 23.01.1992.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности дегазации бурового раствора и экономия пеногасителя.
В способе дегазации бурового раствора, включающем циркуляцию бурового раствора в скважине и выделение газовой фазы в системе очистки, в системе очистки поток бурового раствора пропускают через псевдоожиженный слой гранул гидрофобного адсорбента, обладающего положительной плавучестью, в котором создают циркуляцию гранул для регенерации адсорбента. В качестве указанного адсорбента используют полиэтилен, пламилон, тефлон. Указанный адсорбент и крупность его гранул выбирают из условия максимальной сорбирующей способности для состава газовой фазы. Высоту указанного слоя изменяют в зависимости от эффекта дегазации бурового раствора.
Устройство для дегазации бурового раствора включает емкость диаметром D, в которую входит поток бурового раствора, с концентричным отверстием на дне, оснащенную патрубком для выхода дегазированного бурового раствора, в указанной емкости размещен слой гранул гидрофобного адсорбента, а указанная емкость имеет диаметр, равный трем диаметрам струи d входящего потока бурового раствора, наружный бандаж для обеспечения ее плавучести, а указанный патрубок имеет проходной диаметр, равный d.
Устройство представлено на чертеже. Оно состоит из емкости (2), заполненной гранулированным гидрофобным адсорбентом (3) и имеющей на дне концентрично расположенное отверстие диаметром d и патрубок (5) для выхода бурового раствора. Вокруг емкости (2) крепится бандаж (4), выполненный в виде тора, заполненного воздухом или другим плавучим материалом.
Устройство опускается в приемную емкость бурового насоса (6) и плавает на поверхности бурового раствора. Струя бурового раствора (1), идущая из скважины, формируется в диаметре (d) и направляется в центр емкости (2). Она проходит через слой адсорбента (3), взаимодействуя с ним, и выходит через патрубок (5) в приемную емкость (6). При этом струя (1) производит циркуляцию адсорбента (3) в емкости (2), как показано стрелками. Гранулы адсорбента при протекании бурового раствора находятся в псевдоожиженном состоянии. Они сорбируют микропузырьки газа и выносят их на периферию за пределы струи, где за счет соударения гранул пузырьки газа коалесцируют (укрупняются) и выделяются на поверхности в атмосферу. Буровой раствор, освобожденный от газовой фазы, поступает к насосу.
Преимущество предлагаемого способа и устройства для дегазации бурового раствора перед известным состоят в том, что:
- во-первых, расход пеногасителя, а именно дисперсии гидрофобного адсорбента газовой фазы, сокращается в 1000 и более раз;
- во-вторых, отсутствие дисперсии пеногасителя в буровом растворе улучшает качество последнего и не создает помех для процесса бурения;
- в-третьих, улучшается адсорбция газа за счет максимального насыщения бурового раствора частицами гидрофобного адсорбента;
- в-четвертых, за счет создания псевдоожиженного слоя осуществляется более интенсивное динамическое взаимодействие газовых пузырьков с гидрофобным адсорбентом и между собой, что существенно улучшает дегазацию бурового раствора;
- в-пятых, исключаются потери пеногасителя при очистке бурового раствора на вибросите и в гидроциклонах;
- в-шестых, исключаются затраты труда и реагентов на приготовление и введение пеногасителя в буровой раствор.
Лабораторные испытания предлагаемого способа дегазации бурового раствора по сравнению с известным проводили по методике, изложенной в работе [2].
В качестве пенообразователя использовали один из наиболее широко применяемых в бурении реагентов - конденсированную сульфит-спиртовую барду (КССБ).
Глинистый раствор перемешивали на высокоскоростной мешалке пропеллерного типа (1400 об/мин) в течение 10 мин. Теоретический удельный вес раствора определяли расчетным путем по формуле:
Удельный вес газированного раствора определяли с помощью пикнометра. По разности удельных весов (γтеор. - γгаз) определяли степень газирования раствора (Δγ).
Результаты испытаний приведены в табл. 1.
| Таблица 1. | |||||
| Содержание КССБв растворе | Δγ=γтеор - γгаз, г\куб.см | ||||
| Исх. | После обработки суспензий полиэтиленовой крошки | После пропускания через псевдоожиженный слой полиэтиленовой крошки толщиной | |||
| 2% | 5% | 20см | 50см | ||
| 5 | 0,2 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 |
| 8 | 0,3 | 0,03 | 0,03 | 0,01 | 0,005 |
| 10 | 0,36 | 0,06 | 0,04 | 0,02 | 0,01 |
γ исх - удельный вес исходного бурового раствора
V исх - объем исходного бурового раствора
γ КССБ - удельный вес КССБ
V КССБ - объем КССБ
γ Газ - удельный вес газированного раствора
Источники информации
1. Бережной А.И., Дегтев Н.И. Дегазация промывочных растворов при бурении Гостоптехиздат, М., 1963.
2. Скальская У.Л. Исследования в области пеногашения промывочных жидкостей. Тематический научно-технический обзор ВНИИОЭНГ, М., 1968.
1. Способ дегазации бурового раствора, включающий циркуляцию бурового раствора в скважине и выделение газовой фазы в системе очистки, отличающийся тем, что в системе очистки поток бурового раствора пропускают через псевдоожиженный слой гранул гидрофобного адсорбента, обладающего положительной плавучестью, в котором создают циркуляцию гранул для регенерации адсорбента.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве указанного адсорбента используют полиэтилен, пламилон, тефлон.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный адсорбент и крупность его гранул выбирают из условия максимальной сорбирующей способности для состава газовой фазы.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что высоту указанного слоя изменяют в зависимости от эффекта дегазации бурового раствора.
5. Устройство для дегазации бурового раствора, включающее емкость, в которую входит поток бурового раствора, с концентричным отверстием на дне, оснащенную патрубком для выхода дегазированного бурового раствора, отличающееся тем, что в указанной емкости размещен слой гранул гидрофобного адсорбента, а указанная емкость имеет диаметр, равный трем диаметрам струи d входящего потока бурового раствора, наружный бандаж для обеспечения ее плавучести, а указанный патрубок имеет проходной диаметр, равный d.
