Baroid Surface Solutions-Rus - 2 - PDF [PDF]

Zitiervorschau

Baroid Surface Solutions™ РУКОВОДСТВО ПО КОНТРОЛЮ СОДЕРЖАНИЯ ТВЁРДОЙ ФАЗЫ И УПРАВЛЕНИЮ ОТХОДАМИ

Baroid Surface Solutions выражает благодарность Майку Моргенталеру (Сutpoint, Inc.) за вклад в подготовке данного руководства.

Содержание 1.

Введение ........................................................................................................................................... 1-1

Baroid Surface Solutions™ ............................................................................................ 1-1 Предпосылка .................................................................................................................. 1-2 Роль Буровых Растворов в Буровых Оперциях .................................................... 1-2 Функции системы циркуляции бурового раствора низкого давления.............. 1-3 Ориентированность на Разработку Технологические Процесса ...................... 1-4 О Данном Руководстве ................................................................................................ 1-4 2.

Безопасность................................................................................................................................... 2-1

Приверженность Безопасности Baroid Surface Solutions .................................... 2-1 Управление Охраной Труда, Техникой Безопасности и Охраной Окружающей Среды (ОТ, ТБ, и ООС) в Halliburton Energy Services ............... 2-1 Обучение Безопасности .............................................................................................. 2-2 Где и когда может возникнуть опасность в системах циркуляции бурового раствора? ........................................................................................................................ 2-2 Планированием Мер по Технике Безопасности .................................................... 2-3 Информационные Ресурсы ........................................................................................ 2-4 Электробезопасность................................................................................................... 2-5 Меры Безопасности при Спуско-Подъемных Операциях ................................... 2-6 Безопасность Шланговых и Трубных Систем и Соединений............................. 2-7 3.

Фундаментальные Принципы Обработки Буровых Растворов .................................... 3-1

Основные Понятия........................................................................................................ 3-1 Концентрация Твердых Частиц ................................................................................. 3-1 Экономические Аспекты Традиционного Контроля Твердой Фазы.................. 3-2 Объем Отходов.............................................................................................................. 3-3 Размер и Площадь Поверхности Частиц ................................................................ 3-4 Сепарация Отстаиванием........................................................................................... 3-6 Выбор Сита ..................................................................................................................... 3-6 4. Природоохранное Законодательство: Буровые Жидкости и Отходы Бурения....................................................................................................................................................... 4-1

Регулирование Буровых Растворов и Отходов Бурения .................................... 4-1 Предпосылка .................................................................................................................. 4-1 Соответствие Нормативным Требованиям: Северное Море ............................ 4-2 Соотвествие Нормативным Требованиям: Соединенные Штаты .................... 4-2 Соотвествие Нормативным Требованиям: Другие Нефтедобывающие Регионы............................................................................................................................ 4-3 Ссылки на Другие Информационные Ресурсы...................................................... 4-5 5.

Управление Отходами.................................................................................................................. 5-1

Общий Обзор.................................................................................................................. 5-1 Принципы Управления Отходами ............................................................................. 5-1 Руководящие Принципы Управления Отходами Бурения.................................. 5-2

Содержание © 2004 Baroid Surface Solutions V1

i

Содержание 6.

Проектирование Систем Циркуляции Низкого Давления для TFM............................... 6-1

Проектирование Поверхностных Систем Буровых Растворов.......................... 6-1 Критерии Проектирования Поверхностных Емкостей Буровых Растворов........................................................................................................................ 6-1 Описание Систем Буровых Растворов Низкого Давления ................................. 6-2 Проектирование Выкидной Линии ............................................................................ 6-3 Делители Потока ........................................................................................................... 6-4 Вместимость Резервуаров.......................................................................................... 6-5 Направление Бурового Раствора.............................................................................. 6-6 Конструкция Песколовок ............................................................................................. 6-8 Конструкция Других Отделений................................................................................. 6-9 Конструкция Выходной Секции.................................................................................. 6-9 7. Насосы и Трубные Системы для Поверхностных Систем Буровых Растворов................................................................................................................................................... 7-1

Обзор................................................................................................................................ 7-1 Центробежные Насосы ................................................................................................ 7-3 Скорость Потока Раствора ......................................................................................... 7-4 Энегрия и Напор Раствора ......................................................................................... 7-5 Выбор Центробежных Насосов ................................................................................. 7-6 Требования к Скорости и Напору Потока ............................................................... 7-7 Расчет Потери Напора................................................................................................. 7-7 Методические Указания к Конструкции Насосов и Трубных Систем............... 7-8 Назначение Характеристических Кривых Насосов .............................................. 7-9 8.

Предварительные Разделители ............................................................................................... 8-1

Введение ......................................................................................................................... 8-1 Конвееры Удаления Вязкой Массы .......................................................................... 8-1 Предварительные Вибро-Сита .................................................................................. 8-2 Недостатки Предварительных Сепараторов ......................................................... 8-2 Список Применяемых Конвееров Вязкой Массы .................................................. 8-3 9.

Высокопроизводительные Вибросита .................................................................................. 9-1

Предпосылка .................................................................................................................. 9-1 Высокопроизводительные Вибросита ..................................................................... 9-2 Особенности Механической Конструкции............................................................... 9-4 Сила Инерции и Смещение Корзины....................................................................... 9-5 Руководящие Принципы для Вибросит ................................................................... 9-5 Руководящие Прнципы по Установки и Техническому Обслуживанию .......... 9-6 10. Сита Вибросит...............................................................................................................................10-1

Функции Сита ............................................................................................................... 10-1 Предпосылка ................................................................................................................ 10-1 Разработка сит TECHMESH™ компанией Baroid ............................................... 10-3 Изготовители Сит и Собственные Разработки.................................................... 10-4 Обозначение Сит......................................................................................................... 10-5 Руководящие Принципы для Сит ............................................................................ 10-6 Устронение Неполадок Связанных с Ситами ...................................................... 10-7 Номенклатура Сит....................................................................................................... 10-8

ii

Содержание © 2004 Baroid Surface Solutions V1

Содержание 11. Дегазаторы .....................................................................................................................................11-1

Предпосылка ................................................................................................................ 11-1 Атмосферные Дегазаторы ........................................................................................ 11-1 Вакуумные Дегазаторы.............................................................................................. 11-1 Рекомендации по Установке .................................................................................... 11-2 Рекомендации по Эксплуэтации.............................................................................. 11-3 Устронение Неполадок .............................................................................................. 11-3 12. Гидроциклонные Сепараторы.................................................................................................12-1

Предпосылка ................................................................................................................ 12-1 Принципы Работы ....................................................................................................... 12-1 Направление Жидкости ............................................................................................. 12-3 Методические Рекомендации по Установке......................................................... 12-4 Методические Рекомендации по Эксплуэтации.................................................. 12-4 Устранение Неполадок .............................................................................................. 12-5 13. Устройства для Очистки Буровых Растворов ...................................................................13-1

Обзор.............................................................................................................................. 13-1 Особенности Конструкции......................................................................................... 13-1 Направление Раствора.............................................................................................. 13-2 Методические Рекомендации по Установке......................................................... 13-2 Методические Рекомендации по Эксплуэтации.................................................. 13-2 Устранение Неполадок .............................................................................................. 13-3 14. Декантирующие Центрифуги....................................................................................................14-1

Предпосылка ................................................................................................................ 14-1 Принципы Работы ....................................................................................................... 14-1 Особенности Механических Конструкций............................................................. 14-2 Методические Рекомендации по Эксплуэтации.................................................. 14-4 Методические Указания по Центрифугам............................................................. 14-6 15. Оборудование Транспортировки и Подачи Материалов................................................15-1

Обзор.............................................................................................................................. 15-1 Объем Бурового Шлама ............................................................................................ 15-1 Гравитационная Транспортировка ......................................................................... 15-2 Пневматическая Транспортировка ......................................................................... 15-3 Вакуумная Транспортировка .................................................................................... 15-3 Механическая Транспортировка ............................................................................. 15-4 Критерии Конструкции Винотвого Конвеера ........................................................ 15-4 Безопасность Винтовых Конвейеров ..................................................................... 15-5 16. Термическая Десорбция ............................................................................................................16-1

Методы Термической Десорбции............................................................................ 16-2 Характеристики Процесса......................................................................................... 16-4 Методические Рекомендации по Эксплуэтации.................................................. 16-4 17. Биоремедиация Буровых Отходов........................................................................................17-1

Обзор.............................................................................................................................. 17-1 Процесс Биоремедиации .......................................................................................... 17-1 Выбор Базового Масла .............................................................................................. 17-2 Выбор Дисперсной Фазы........................................................................................... 17-2 Утяжелители................................................................................................................. 17-2 Технологиии Биологической Очистки .................................................................... 17-3

Содержание © 2004 Baroid Surface Solutions V1

iii

Содержание 18. Технология Закачки Шлама в Пласт......................................................................................18-1

Обзор.............................................................................................................................. 18-1 Теория Закачки Шлама в Пласт .............................................................................. 18-1 Закачка в Затрубное Пространство и Закчка в Скважина для Захоронения Отходов.......................................................................................................................... 18-2 Особенности Конструкции Скважины для Закачки Шлама .............................. 18-3 Поверхностное Оборудование по Закачки Шлама............................................. 18-4 Закчка Шлама Частями.............................................................................................. 18-5 Управление Процессом Закачки Шлама ............................................................... 18-6 Методические Рекомендации по Закачке Пульпы.............................................. 18-7 19. Осушение и Флокуляция ...........................................................................................................19-1

Обзор.............................................................................................................................. 19-1 Влияние Химической Обработки на Производительность Центрифуг ......... 19-2 Коагуляция .................................................................................................................... 19-2 Флокуляция ................................................................................................................... 19-3 Установки Baroid ENVIRO-FLOC® .......................................................................... 19-5 Методические Рекомендации по Процессам Осушения и Флоккуляции...... 19-5 20. Технология Фиксации Бурового Шлама ..............................................................................20-1

Обзор.............................................................................................................................. 20-1 Процесс Baroid ENVIRO-FIX™ ................................................................................. 20-1 ПРИЛОЖЕНИЯ ..............................................................................................................................................1

Приложение 1 Полезные Расчеты................................................................................1 Приложение 2 Спецификация Сит................................................................................5 Приложение 3 Спецификации Вибро-Сит...................................................................6 Приложения 4 Сравнительная Таблица Центрифуг ................................................9 Приложение 5a Информация по Фланцам ANSI.....................................................11 Приложение 5b Информация по Размерам Фланцов ANSI .................................12 Рисунки Рисуноr 1-1 Структура Baroid Surface Solutions......................................................... 1-1 Рисунок 3-1 Сравнение Размера и Поверхности Частиц........................................ 3-5 Рисунок 6-1 Принципиальная Схема Стандартного Технологического Процесса Для Секции Удаления......................................... 6-2 Рисунок 6-2 Рекомендуемый Минимальный Уклон Выкидной Линии.................. 6-4 Рисунок 6-3 Методы Распределения Потока на Несколько Вибросит ................ 6-5 Рисунок 6-4 Вид Песколовки в Разрезе....................................................................... 6-8 Рисунок 7-1 Иллюстрация Напора и Потока .............................................................. 7-5 Рисунок 7-2 Иллюстрация Напора на Выходе........................................................... 7-6 Рисунок 7-3 Примерный График Рабочих Характеристик для Насоса 8x6x14 с Крыльчаткой в 11” .................................................................. 7-11 Рисунок 7-4 Примерный График Рабочих Характеристик для Насоса 8x6x14 с Крыльчаткой 12"....................................................................... 7-12 Рисунок 8-1 Конвейер Вязкой Массы Модели GM 125 National Oilwell ............... 8-1 Рисунок 9-1 Модель вибросита D285P-DM National Oilwell.................................... 9-3 Рисунок 10-1 Влияние диаметра провода на размер отверстия ........................ 10-2 Рисунок 10-2 Иллюстрация Вытянутой Ячейки ....................................................... 10-2 Рисунок 11-1 Принцип Работы Вакуумного Дегазатора........................................ 11-2 Рисунок 12-1 Гидроциклоны – Принципы Работы .................................................. 12-2

iv

Содержание © 2004 Baroid Surface Solutions V1

Содержание Рисунок 12-2 Надлежащее Направление Жидкости Для Пескоотделителей и Илоотделителей ...................................................................................................... 12-4 Рисунок 13-1 Устройство для очистки бурового раствора National Oilwell D380P 20/3.............................................................................................................................. 13-3 Рисунок 14-1 Компоненты Центрифуги и Потока Подачи..................................... 14-3 Рисунок 14-2 Схема Технологического Процесса Двойной Центрифуги.......... 14-6 Рисунок 14-3 Схема Технологического Процесса для Получения Утежеляющего Материала................................................................................................................. 17-7 Рисунок 14-4 Схема Технологического Процесса Удаления Коллоидных Частиц ...................................................................................................................................... 14-7 Рисунок 15-1 Компоненты Винтового Конвеера ...................................................... 15-1 Рисунок 18-1 Геометрия скважины для закачки в затрубное пространство и скважины для захоронения отходов................................................................... 18-2 Рисунок 18-2 Зональная Изоляция Пластами Низкой Проницаемости ............ 18-3 Рисунок 18-3 Рост Площади Гидроразрыва от Закачки Партиями .................... 18-6 Рисунок 19-1 Схема Технологическго Процесса ENVIRO-FLOC ........................ 19-5 Таблицы Таблица 3-1 Диапозон Размера Частиц Распространенных Материалов ........... 3-4 Таблица 4-1 Обзор Регулируемых Вариантов Удаления Отходов Бурения ....... 4-4 Таблица 4-2 Ссылки на Другие Информационные Ресурсы ..................................... 4-6 Таблица 6-1 Рекомендуемые Размеры Выкидной Линии........................................... 6-3 Таблица 6-2 Рекомендуемые Размеры Выравнивающего Устройства в Зависимости от Скорости Циркуляции ..................................................................... 6-8 Таблица 7-1 Общие Особенности Насосов для Систем Буровых Растворов Низкого Давления ............................................................................................................. 7-2 Таблица 7-2 Сводка Характеристик Питающих Насосов ............................................ 7-7 Таблица 7-3 Данные Потерь Скорости И На Трение Для Труб Резервуаров Бурового Раствора ........................................................................................................... 7-9 Таблица 8-1 Применяемые Конвееры Вязкой Массы .................................................. 8-3 Таблица 9-1 Особенности Конструкции Вибросит ........................................................ 9-4 Таблица 10-1 Просеивающие Свойства Сита XTRA-FLO с TECHMESH ............ 10-4 Таблица 10-2 Изготовители Сит и Собственные Разработки ................................. 10-5 Таблица 10-3 Устронение Неполадок Встречающихся Проблем связанных с Ситами ................................................................................................................................ 10-7 Таблица 10-4 Обозночение Сит Baroid............................................................................ 10-9 Таблица 11-1 Устранение Непладок Дегазаторов ...................................................... 11-3 Таблица 12-1 Номинальная Граница Отсечки и Производительность Гидроциклонов ................................................................................................................. 12-3 Таблица 12-2 Устранение неполадок гидроциклонов ................................................ 12-5 Таблица 12-3 Изменения Давления для Гидроциклонного Коллектора ............. 12-6 Таблица 15-1 Выработка в Час Влажного Бурового Шлама в Тоннах для Данных Значений Диаметра Бурового Долота и Скорости Проходки ......................... 15-2 Таблица 15-2 Количество Кубических Футов в Час Бурового Шлама для Данных Значений Диаметра Бурового Долота и Скорости Проходки ......... 15-2 Таблица 15-3 Число Баррелей в Час Бурового Шлама для Данных Значений Диаметра Бурового Долота и Скорости Проходки ............................................. 15-2 Таблица 15-4 Выбор Размера и Мощности Винтового Конвейера ....................... 15-5 Таблица 16-1 Температуры Испарения для Различных Базовых Масел ........... 16-5

Содержание © 2004 Baroid Surface Solutions V1

v

Содержание Таблица 17-1 Типы Базового Масла Используемые Baroid .................................... 17-3 Таблица 18-1 Стандартные Свойства Пульпы для ЗШ ............................................. 18-5 Таблица 19-1 Наиболее Распространенные Неорганические Коагулянты ....... 19-3 Таблица 19-2 Диаграмма Растворения Полимера Для Получения Необходимой Концентрации Полимера (В Галлонах) ................................................................... 19-7 Таблица 19-3 Диаграмма Растворения Полимера Для Получение Необходимой Концентрации Полимера (В Литрах) ........................................................................ 19-7 Таблица 20-1 Стандартные технологические данные ENVIRO-FIX ..................... 20-2 Формулы Формула 3-1 Расчет Требуемого Объема Разбавления............................................. 3-2 Формула 3-2 Закон Стока ....................................................................................................... 3-6 Формула 7-1 Расчет Гидростатистического Давления ................................................ 7-5 Формула 9-1 Расчет Силы Инерции для Вибросита .................................................... 9-5 Формула 12-1 Закон Стока ................................................................................................... 12-2 Формула 14-1Расчет Ускорения Центрифуги ............................................................... 14-1 Формула 14-2 Закон Стока ................................................................................................... 14-2 Формула 14-3 Расчет Диференциальной Скорости Конвеера (Шнека) / Чаши 14-4 Формула 18-1 Расчет Гидростатического Давления ................................................. 18-5 Формула 18-2 Расчет Скорости Эрозии .......................................................................... 18-7 Формула 18-3Расчет Максимальной Скорости Потока для Любого Типа Железа ............................................................................................................................................... 18-7

Формула 19-1 Закон Стока ................................................................................................... 19-2 Формула 19-2 Расчет Потребления Полимеров .......................................................... 19-4

vi

Содержание © 2004 Baroid Surface Solutions V1

1. Введение

1. Введение Baroid Surface Solutions™ Создание Baroid Surface Solutions было вызвано в ответ на запросы клиентов и собственного персонала, что является для компании Halliburton основным стимулом для непрерывного повышения уровня услуг и продукции на рынке разведки и добычи. Как будет показано ниже, Baroid Surface Solutions работает в тесном взаимодействии с Baroid Drilling Fluids, Completion Fluids, и Filtration Services при выполнении мероприятий по уплотнению растворов, контролю содержания твердой фазы и организации управления отходами. Baroid Surface Solutions, в мировом масштабе, обеспечивает технологии, персонал и оборудование по следующим аспектам: • • •

Технологии контроля содержания твердой фазы Управление буровым шламом и технологическое оборудование по его управлению Соблюдение природоохранных требований

История возникновения Baroid Surface Solutions восходит к 1960-м годам и связана с деятельностью Baroid в области контроля содержания твердой фазы и управления отходами бурения. Baroid производила работы по усовершенствованию технологии контроля содержания твердой фазы и управления отходами путем внедрения флокуляционных установок ENVIROFLOC® в начале 1980-х гг., а также с высокопроизводительными ситами для вибросита в конце 1990-х гг.. В течение последних десятилетий усилия Baroid были направлены на проблемы, связанные с буровыми растворами, а именно – разработкой технологий обработки бурового раствора, закачки шлама, и транспортировки шлама. Baroid Surface Solutions объединилась с National Oilwell, единственным крупнейшим производителем буровых установок и оборудования, чтобы своевременно реагировать на проблемы, связанные с составом бурового раствора. Альянс дает возможность Baroid Surface Solutions влиять на конструкцию систем бурового раствора и улучшать характеристики систем бурового раствора и удаления отходов. Halliburton Fluids Division

Cementing Product Service Line

Baroid Product Service Line

Baroid Drilling Fluids

Baroid Completion Fluids и Filtration Services

Baroid Surface Solutions Контроль Твердой Фазы Управление Отходами Соответствие Требованиям по Охране Окружающей Среды

Рисуноr 1-1 Структура Baroid Surface Solutions 1. Введение

© 2004 Baroid Surface Solutions V1

1-1

1. Введение

Предпосылка Отрасль контроля содержания твердой фазы претерпевала неуклонную консолидацию различных дисциплин с начала 1970-х гг. Услуги, оказываемые ранее небольшими специализированными компаниями, теперь оказываются объединенными сервисными компаниями. Несмотря на интеграцию, расходы на контроль содержания твердой фазы, бурового шлама и отходов бурения резко выросли начиная с 80 гг. прошлого столетия (с темпами роста примерно в 10% в год), даже во время периодов спада буровых работ. Причин такого роста много, но самые основные включают: • • • • •

Рост использования неводных буровых растворов Более высокие темпы циркуляции Рост использования турбонасосных забойных двигателей для направленного бурения и бурения с отклонением от оси скважины (горизонтального бурения) Ужесточение природоохранных нормативов в отношении сброса бурового шлама, и т.д. Строгие корпоративные директивы, связанные с минимизацией буровых отходов и сопутствующие обязанности

В настоящее время индустрия добычи и разведки ориентируется на использование единых или консолидированных поставщиков технологического оборудования по переработке буровых растворов, постовщиков самого буровых растворов, а также услуг экологического плана. В прошлом, для этих услуг нанимались разные подрядчики. В отрасли расходы на удаление твердой фазы рассматривались ранее с точки зрения стратегии «проверяй и корректируй», в отношеним стоимости самих буровых растворов. Такая стратегия признана абсолютно неэффективной с точки зрения уменьшения затрат на бурение, поскольку растворы и их обработка являются единой системой, которая требует применения интегрированной разработки и эксплуатации всей цепи. Во-первых, успешные буровые работы не зависят от корректировки расходов между буровыми растворами и контролем содержания твердой фазы. Во-вторых, подход проверки и корректировки не позволяет четко закрепить ответственность за управлением отходами ни за компанией предоставляющей буровые растворы, ни за компанией занимающейся контролем содержания твердой фазы. Сегодня ставки слишком высоки, чтобы отвественность за состояние системы буровых растворов и управления отходами бурения были распределены между несколькими подрядчиками.

Роль Буровых Растворов в Буровых Оперциях Все основные механические компоненты буровой установки, помимо энергической установки, могут быть разбиты на две категории. Простыми словами, функции буровой установки может быть сведена к (a) подаче труб и (b) циркуляции буровой жидкости. Свойства раствора, который циркулирует в скважине, имеют критическое значение для успешной реализации программы 1-2

1. Введение © 2004 Baroid Surface Solutions V1

1. Введение бурения, поскольку функций: • • • • • • •

раствор

используется

для

выполнения

следующие

Удаление шлама из зоны работы бурового долота и из скважины. Регулирование давления в скважине Подача гидравлической энергии на долото и турбонасосный забойный двигатель Стабилизация буровой скважины Удержание бурового шлама при прекращении циркуляции Повышение отдачи скважины посредством сведения к минимуму нарушения пласта Соответствие природоохранным требованиям

Оборудование циркуляции раствора буровой установки может быть разбита на две отдельные системы: система циркуляции бурового раствора высокого давления и система циркуляции бурового раствора низкого давления. Система высокого давления включает компоненты подачи (насос для бурового раствора высокого давления) и компоненты извлечения (дроссельный коллектор). Система циркуляции буровых растворов низкого давления или поверхностная циркуляционная система включает все компоненты, находящие на выкидной линии, связанной с насосом высокого давления.

Функции системы циркуляции бурового раствора низкого давления Термин «контроль содержания твердой фазы» является общим понятием , и поэтому только частично описывает оборудование и процессы, которые образуют систему циркуляции бурового раствора низкого давления. Поверхностная циркуляционная система несет следующие функции: • • • • • • • • •

Удаление инородных твердых частиц и посторонних газов Поддержание рабочих свойств буровых растворов при помощи надлежащего перемешивания Бесперебойная подача бурового раствора от выкидной линии на нагнетательные насосы при максимальной скорости циркуляции Добавление присадок и основных жидких компонентов в буровой раствор Перекачка раствора с надлежащей скоростью и напором на технологическое оборудование Обеспечение достаточного содержания раствора в скважине Обеспечение резервной мощности при операциях по замене или при непредвиденных обстоятельствах Выкачивание и удаление бурового шлама и отработанного раствора Снижение к минимуму образование отходов, образующихся в процессе бурении

1. Введение

© 2004 Baroid Surface Solutions V1

1-3

1. Введение

Ориентированность на Разработку Технологические Процесса Очень важно рассматривать буровые жидкости, контроль содержания твёрдой фазы, и удаление отходов как производственную технологию, которая по своему функциональному назначению соответствует условиям бурения. Специалисты компании «Halliburton» признают, что технологические решения являются ключевым фактором улучшения экономических аспектов и сведения к минимуму воздействия на окружающую среду от деятельности по разведке и добыче. В свою очередь, в компании Baroid было разработано решение Total Fluids Management™ (TFM) – Интегрированное Управление Растворами. TFM – это производительная технология, которая объединяет буровые растворы и управление отходами, обеспечивающая безопасную и эффективную эксплуатацию скважины. Принципы разработки, использованные в Baroid Surface Solutions позволяют получать решения с учетом специфики технологии процесса обработки бурового раствора, а также аспектов безопасности, удаления отходов, снижения долгосрочных обязательств, и полное соответствие природоохранным требованиям согласно критериям проекта. Те же критерии применимы, если проект направлен на существующую систему циркуляции бурового раствора, или при работе на системах для новых строящихся буровых установок.

О Данном Руководстве В данном руководстве описываются зарекомендовавшие себя рабочие методики, технические принципы и аспекты безопасности, которые лежат в основе разработки и выполнения проекта с участием Baroid Surface Solutions. Данная информация поможет ответить на вопросы, которые могут возникнуть на стадии технологической разработки и, тем самым, способствовать успешной эксплуатации полевых объектов. Данные вопросы приведены ниже: 1. Какое оборудование наилучшим образом соответствует программе буровых растворов и вариантам утилизации отходов? 2. Какова нагрузка по твердым и жидким веществам, которые будут транспортироваться оборудованием? 3. Сколько времени потребуется для инсталляции оборудования и кто будет выполнять инсталляцию оборудования? 4. Соответствуют ли насосы, трубные системы, лотки, транспортеры и т.д. предполагаемому рабочему назначению? 5. Достаточна ли мощность энергетической установки на буровой для устанавливаемого оборудования? 6. Достаточно ли места для устанавливаемого оборудования? 7. Может ли быть изменена программа буровых растворов для соответствия системе обработки бурового раствора/шлама? 8. Какую информацию необходимо отражать в журналах и отчетах? 9. Какое обучение и подготовку необходимо обеспечить перед запуском системы?

1-4

1. Введение © 2004 Baroid Surface Solutions V1

1. Введение 10. Какие аспекты безопасности необходимо принять во внимание? 11. Какие экологические аспекты необходимо принять во внимание? 12. Какие мероприятия необходимо разработать на случай непредвиденных и аварийных ситуаций?

1. Введение

© 2004 Baroid Surface Solutions V1

1-5

2. Безопасность

2. Безопасность Приверженность Безопасности Baroid Surface Solutions Следуя приверженности политике безопасности компании Baroid, данная глава дает обзор системы техники безопасности, руководящих принципов безопасности и инструктажа, и обучения по технике безопасности, принятому в Baroid Surface Solutions. Цель данной главы состоит в рассмотрении аспектов безопасного труда перед рассмотрением технологического оборудования по обработке бурового раствора или систем управления отходами. Приведенная здесь информация носит общий характер и не может заменить официальный практический инструктаж на месте или более специфическую информацию, содержащуюся в других корпоративных документах Halliburton, Baroid Surface Solutions, или информацию обеспечиваемую другими изготовителями оборудования.

Управление Охраной Труда, Техникой Безопасности и Охраной Окружающей Среды (ОТ, ТБ, и ООС) в Halliburton Energy Services В Halliburton Energy Services разработана система управления ОТ, ТБ и ООС ввиду осознания важности того факта, что аспекты ОТ, ТБ и ООС неразрывно связаны с поддержанием целей поддержания хороших экономических показателей. Система управления ОТ, ТБ и ООС призвана: • •

Доносить до всех сотрудников задачи по ОТ, ТБ И ООС, поставленные подразделением Halliburton Energy Services, нашими заказчиками и поставщиками Обеспечивать на постоянной основе хорошее выполнение системы ОТ, ТБ и ООС при помощи разработанной системы управления ОТ, ТБ и ООС, которая является саморегулирующей

Система управления ОТ, ТБ и ООС основана на следующих десяти принципах: 1. Приверженность 2. Организация 3. Подотчетность 4. Системы и стандарты управления 5. Управление рисками 6. Соответствие нормативным и юридическим требованиям 7. Обучение 8. Экологические аспекты 9. Постоянное совершенствование 10. Контроль, проверка и анализ Более подробная информация по системе управления ОТ, ТБ и ООС в подразделении Halliburton Energy Services можно найти на веб-сайте компании Halliburton.

2. Безопасность © 2004 Baroid Surface Solutions V1

2-1

2. Безопасность

Обучение Безопасности В Baroid Surface Solutions инструктаж и обучение по ТБ направлены на своевременную профилактику возможных проблем, связанных с аспектами ОТ и ТБ, связанных с разработкой и эксплуатацией системы циркуляции бурового раствора. Происшествие может возникнуть всякий раз, когда неопасная ситуация сопряжена с опасным действием. Фактически, "бездействие" является опасным действием после выявления потенциальной опасности. Навыки выявления потенциальных опасностей и безопасного труда прививаются в ходе занятий по ТБ. Самое важное это то, что занятия по ТБ учат работников принимать решения и предпринимать действия, необходимые, чтобы защитить себя и своих коллег, как на рабочем месте, так и за его пределами. Каждый имеет право и обязательство немедленно прекратить работу, сопряженную с опасностью, и устранить опасные условия труда, прежде чем возобнолять работу.

Где и когда может возникнуть опасность в системах циркуляции бурового раствора? Трудно четко указать, где и когда могут возникнуть потенциальные опасности в системах циркуляции бурового раствора. На разных буровых установках можно встретить самые различные конструкции и типы оборудования обработки буровых растворов. Технологическое оборудование обработки буровых растворов может иметь электрический, гидравлический или даже дизельный привод. Оборудование может быть тяжелым и устанавливаться в поле при помощи мобильного подъемно-транспортного оборудования. Техобслуживание оборудования требует применения ручных инструментов в определенных узлах и в ограниченном пространстве. Наконец, но не в последнюю очередь, поддержание чистоты и порядка приобретает особое значение при работе с буровыми растворами, шламом, и другими отходами бурения. В связи с вышесказанным, необходим высокий уровень осведомленности о потенциальных опасностях и процедурах ТБ в отношении поверхностных систем циркуляции бурового раствора. Происшествия могут произойти при следующих обстоятельствах: 1. Работа на высоте без страховочного оборудования 2. Когда пальцы или руки оказываются в зоне работы режущих, отрезающих, колющих механизмов 3. Неиспользование надлежащих средств индивидуальной защиты (СИЗ) 4. Эксплуатация оборудования без надлежащего обучения 5. Отключение или удаление средств безопасности (ограждения ременной передачи) 6. Ненадлежащее развертывание или техобслуживание оборудования применительно к условиям работы 7. Использование оборудования или инструментов не по назначению 2-2

2. Безопасность © 2004 Baroid Surface Solutions V1

2. Безопасность 8. Пренебрежение процедурами по ТБ (например, установка замков, ограждений и предупредительных надписей или допуск в замкнутое пространство) 9. Невнимательное поведение 10. Действия в обход процедур по ТБ, чтобы сократить время или действия 11. Работать на оборудовании, или транспортном средстве в нетрезвом состоянии или будучи нездоровым или будучи под воздействием наркотических веществ 12. Плохое поддержание чистоты и порядка, что приводит к потенциальной опасности (беспорядок на рабочем месте) 13. Непредупреждение о потенциальных опасностях коллег (особенно при перевахтовке) 14. Непринятие мер по локализации потенциальных опасностей (например, ограждение прохода)

Планированием Мер по Технике Безопасности Планы по ТБ в письменной форме или устные планы, которые поясняют процедуры безопасного выполнения текущих рабочих заданий. Задания могут быть повседневными или нестандартными. Для повседневных заданий процедуры по ТБ хорошо известны и проработаны, и по ним уже ранее проводился инструктаж. Нестандартные задания являются специфическими для данного рабочего участка или выходят за пределы охвата стандартных процедур. Если задание не является повседневным, для него должен быть составлен рабочий план по ТБ. Помните, что происшествия могут случаться – меры по технике безопасности должны планироваться. Как минимум, при разработке рабочего плана по ТБ должны быть учтены следующие моменты: 1. Определить и пригласить заинтересованные стороны для разработки рабочего плана по ТБ: a. Кто будет выполнять работу? Кого затронет эта работа? b. Кто будет планировать работу и предоставит информацию о плане вышеназванным лицам? 2. Обсудить процедуру. a. Спросить, есть ли у кого-нибудь опыт выполнения подобных заданий. b. Спросить, требуются ли разрешения для данной процедуры. c. Спросить, какие возможные непредвиденные обстоятельства необходимо предусмотреть. d. Спросить, есть ли у кого-нибудь предложения или возможные опасения. 3. Определить, какая информация, оборудование или инструменты необходимы.

2. Безопасность © 2004 Baroid Surface Solutions V1

2-3

2. Безопасность a. Какие СИЗ необходимы? b. В хорошем ли состоянии СИЗ? Нужно ли его проверить или протестировать? c. Есть ли в наличии инструменты? Годятся ли они для данной работы? d. Изучались ли сертификаты безопасности материалов и руководства по эксплуатации? 4. Оценить потенциальные опасности и процедуры для них: a. Зоны защемления или острые объекты представляющие угрозу для пальцев и рук? b. Воздействие вредных веществ или паров, температуры или шумов? c. Падающие или движущиеся объекты, которые могут представлять угрозу для людей или оборудования? d. Напряженное положение тела, подъем тяжестей, или другие чрезмерные усилия? e. Существует ли потенциальная опасность воспламенения или взрыва? f. Безопасные доступы и выходы с рабочего участка? g. Скользкая поверхность или угроза падения? h. Нужно закрыть на замок/оградить электроустановки или источники гидроэнергии? i. Достаточен ли уровень освещения с точки зрения безопасности? j. Предусмотрены ли неблагоприятные погодные условия? 5. План на случай непредвиденных обстоятельств должен включать: a. Увеличение обычного рабочего времени, что влечет за собой усталость или ненадлежащее освещение в ночное время. b. Возникновение потенциальных опасностей из-за непредвиденных погодных условий. c. Необходимость информирования дополнительного персонала о рабочем плане по ТБ. d. Необходимость в других инструментах или других СИЗ

Информационные Ресурсы Информационные источники по ТБ при работе с буровыми растворами и оборудованием для их обработки, которые должны быть в наличии, и должны обновляться, включают следующее: • • •

2-4

Руководства по установке, эксплуатации и техобслуживанию от изготовителя оборудования Санитарные листки (MSDS) Предупредительные надписи, плакаты по ТБ, и/или предупреждающие знаки

2. Безопасность © 2004 Baroid Surface Solutions V1

2. Безопасность Убедитесь в наличии полных и обновленных экземпляров руководств по установке, эксплуатации и техобслуживанию на рабочем месте. Эти руководства должны быть прочитаны всеми работниками, ответственными за эксплуатацию и техобслуживание оборудования. В большинстве случаев руководства по установке, эксплуатации и техобслуживанию оборудования буровых установок хранится в кабинете у бурового мастера и доступны через интернет на сайте изготовителя. Санитарные листки материалов содержат важную информацию о том, как безопасным образом переносить, использовать и вести себя в случае подвержения воздействию химикатами, которые используются на рабочем объекте. Санитарные листки должны храниться на рабочем объекте и должны обновляться по мере необходимости. Сертификаты безопасности материалов должны быть прочитаны всеми, кто работает или каким-либо другим образом сталкивается с данными продуктами. При необходимости, Санитарные листки (MSDS),плакаты по технике безопасности, и предупреждающие знаки должны быть переведены на другие языки, которые обычно используются на рабочем месте. Многие изготовители поставляют новое технологическое оборудование с предупредительными ярлыками, которые предупреждают о потенциальных опасностях, специфических для данного оборудования. Кроме того, на рабочем объекте может понадобиться вывешивание других плакатов по ТБ (например, "Необходима защита органов слуха"). На системе циркуляции бурового раствора особенно важно убедиться, что все предупредительные знаки поддерживаются в чистом состоянии и разборчивы. Предупредительные знаки обычно поставляются бесплатно вместе с оборудованием, поэтому они могут быть заменены, в случаях если они стерлись или отошли при мойке с использованием моющего оборудования под давлением. Другие предупредительные плакаты общего плана можно приобрести в соответствующих коммерческих организациях. Помните: если сомневаетесь, то спросите! Любую информацию, которая непонятна или противоречит здравому смыслу, или другим правилам по ТБ, необходимо обсудить с вашим руководителем пред началом работы с оборудованием.

Электробезопасность 1. Никогда не доверяйте выключателю! Выключайте, запирайте, и ограждайте размыкатель цепи при работе на какой-либо электроустановке. 2. Не доверяйте - проверяйте. Проверяйте с помощью вольтметра, что цепь обесточена, поскольку неисправная цепь должна быть заблокирована. 3. Снимите кольца и незакрепленные металлические детали перед началом работы на электрических схемах. 2. Безопасность © 2004 Baroid Surface Solutions V1

2-5

2. Безопасность 4. Отсутствие прерывателя цепи или блокируемой предохранительной коробки нарушает условие безопасности, поскольку для безопасности проводки необходимо отключать устройство. 5. Выясните классификацию помещения, в котором находятся электрические установки. Емкости для бурового раствора и пространство вокруг них всегда классифицируются как потенциально опасные зоны из-за потенциального присутствия огнеопасных газов. 6. Убедитесь, что все компоненты надежно заземлены. Мобильное полевое оборудование должно иметь в комплекте заземляющие штыри, которые необходимо втыкать в землю вокруг установки. 7. Не оставляйте открытыми панели управления при проверке электрических компонентов после завершении монтажа. 8. Регулярно проверяйте состояние силовых кабелей на предмет целостности изоляции и отсутствия трещин, надрезов и износа. Это особенно важно для систем циркуляции бурового раствора в связи с постоянной нагрузкой износа от вибрационных механизмов или вращающихся компонентов оборудования. Силовые кабели должны фиксироваться кабельными хомутами, которые крепко удерживают кабель, и тем самым препятствуют износу из-за соприкосновения с источником вибрации. 9. Силовые кабели, которые могут обесточить установку вследствие обрыва, или кабели, которые могут быть повреждены движущимся оборудованием, должны быть удалены и проложены в другом месте. 10. Напряжение и частота всех рабочих компонентов должна быть указана в месте входа силового кабеля.

Меры Безопасности при Спуско-Подъемных Операциях 1. Перед использованием проверять все крюки, стропы, зажимы и канаты на предмет целостности и отсутствия повреждений. 2. Никогда не использовать цепи для подъемных операций. 3. Проводите подъемные операции с оборудованием только в местах для подъема, указанных в инструкциях по установке, эксплуатации и техобслуживанию. 4. Используйте стропы с соответствующими характеристиками и скобы, выдерживающие вес оборудования. 5. Следите за накоплениями выбуренных твердых частиц внутри или на оборудовании, которые могут увеличить подъемную нагрузку. 6. Проверяйте любые плохо закрепленные компоненты нагрузки – инструменты, кабели, скобы, и т.д., которые могут упасть при подъеме. 7. Держите руки вне проекции нагрузки при установке оборудования в "Vобразные блоки" или штифтовые соединения. 8. Используйте оградительные тросы для недопущения людей в зону погрузочных работ. 9. Оградить зону работы кранов.

2-6

2. Безопасность © 2004 Baroid Surface Solutions V1

2. Безопасность 10. Квалифицированный сигнальщик должен быть в пределах хорошей видимости оператора крана все время. 11. Подъемные крюки должны быть оснащены безопасной защелкой. 12. В случае, если перила сняты с установленного оборудования, необходимо использовать другие страховочные приспособления (например, страховочный пояс). 13. Строение, на котором предполагается установка оборудования, должно быть рассчитано на то, чтобы выдерживать рабочий вес оборудования.

Безопасность Шланговых и Трубных Систем и Соединений Трубные системы поверхностных систем циркуляции бурового раствора или участков удаления отходов изготовлены из стальных или стекловолоконных труб, или шлангов. Трубные системы представляют потенциальную опасность по двум аспектам. Во-первых, раствор, содержащийся в трубах, может быть вреден для людей или для окружающей среды. Во-вторых, даже если раствор безвреден подобно воздуху или воде, любая жидкость, находящаяся под давлением в трубной системе, является источником внутренней энергии, которая может стать причиной травм или повреждений оборудования, если данная жидкость должным образом не сдерживается. Методики безопасности для трубных систем включают следующее: 1. При работе на трубной системе под давлением необходимо соблюдать меры предосторожности, аналогичные мерам, применяемым к электрическим цепям под напряжением. 2. Отключать, запирать и ограждать задвижки линии выкачки и насосы подачи жидкости под давлением в трубную систему. Убедиться, что трубная система опорожнена, и что нет источника давления на нижней стороне, путем открытия задвижки нижней подачи. 3. Шланги должны регулярно проверяться на предмет перекручивания, вздутий, или трещин внешней оплетки или кожуха. 4. При подвеске на внешних опорах шланги должны быть зафиксированы на стационарных структурах. 5. Изгибы шлангов должны быть небольшими, с большим радиусом охвата. 6. Источники вибрации и износа не должны соприкасаться со шлангами. 7. Трубы и шланги имеют строгие ограничения по температуре и давлению, и эти ограничения должны строго соблюдаться. 8. Для углеводородов и паропровода предпочтительно использовать трубы (по возможности) по сравнению со шлангами 9. Шланговые соединителя типа «камлок» должны иметь предохранительную обвязку в месте соединения во время эксплуатации. 10. Шланги должны храниться в нескрученном состоянии, или, если они намотаны на катушку, Должен быть соблюден диаметр катушки. 11. Необходимо использовать двойную оплетку, если разрыв шланга может причинить травмы людям или привести к выбросам в окружающую среду.

2. Безопасность © 2004 Baroid Surface Solutions V1

2-7

2. Безопасность 12. Необходимо использовать надлежащие шланговые фитинги и хомуты для шланговых соединений. 13. Шланг должен быть закреплен поближе к фитинговым соединениям при помощи изогнутого фиксатора или шлангового хомута, если вес жидкости может стать причиной излишнего провисания или изгиба. 14. Шланговые соединения не должны нависать над трубными системами, перилами, и т.д. 15. Шланговые соединения не должны быть погружены в воду или другие жидкости и растворы. 16. Шланговые соединения не должны стать причиной отключения установок. 17. Шланговые соединения не должны оставаться под давлением, когда они не используются. 18. Если шланги используются для перекачки раствора в резервуары с буровом раствором или из них, шланги должны быть защищены от контакта с вращающимся валом мешалки.

2-8

2. Безопасность © 2004 Baroid Surface Solutions V1

3. Фундаментальные Принципы Обработки Буровых Растворов

3. Фундаментальные Принципы Обработки Буровых Растворов Основные Понятия Загрязнение буровых растворов буровым шламом является неизбежным следствием положительного результата проведения буровых работ. Если буровой раствор не выносит шлам и осыпь на поверхность, это будет означать, что либо буровая установка «не бурит», либо это означает, что бур начинает заклинивать в пробуриваемой скважине. До использования механического оборудования для контроля содержания твердых веществ в буровом растворе наиболее применимым был метод разбавления. Под «разбавлением» понимается процесс добавления определенного объема активной незагрязненного бурового раствора в шламанакопитель с последующим разбавлением концентрации твердых веществ в оставшемся растворе основным раствором. Использование оборудования для контроля содержания твёрдой фазы для уменьшения разбавления является стандартой практикой в буровой индустрии на протяжении более чем 60 лет. За это время оборудование и методы значительно усовершенствовались, но основные принципы, лежащие в основе процесса, те же: 1. Аспекты концентрации твердых частиц в жидкости – увеличение концентрации твердых веществ является пагубным. 2. Экономические аспекты – по стоимости легче механически удалить твердые вещества, нежели разбавить. 3. Аспект объем – объем вырабатываемых отходов свидетельствует об эффективности процесса. 4. Аспект размера – мелкие твердые вещества наиболее вредоносны и трудны для удаления. 5. Аспект закона Стока – вязкость и плотность влияют на гравитационную сепарацию. 6. Аспект выбора сита для анализа – сепарация при помощи сита основана только на размере частиц. 7. Аспект зоны обслуживания – пространство для оборудования буровой всегда ограничено.

Концентрация Твердых Частиц Увеличение концентрации твердых частиц в буровом растворе является проблемой для оператора, подрядчика по бурению и поставщика бурового раствора. Доказано, что увеличение содержания твердых частиц приводит к снижению скорости проходки. Другие проблемы, связанные с концентрацией твердых веществ, включают следующее: • • • •

Высокая вязкость и предельное статическое напряжение сдвига Высокая степень вращающего момента и степень увлекаемости Потеря циркуляции из-за повышения эквивалентной циркуляционной плотности (ECD) Износ рабочих частей бурового насоса 3. Фундаментальные Принципы Обработки Буровых Растворов © 2004 Baroid Surface Solutions V1

3-1

3. Фундаментальные Принципы Обработки Буровых Растворов • • • • •

Потеря производительности из-за повреждения продуктивного пласта изза проникновения фильтрата или твердых веществ Прихват трубы из-за потери фильтрата Плохое качество цементирования из-за избыточных осадков на фильтре Избыточные образование отходов бурения Более высокие затраты на поддержание буровой раствора

Экономические Аспекты Традиционного Контроля Твердой Фазы Затраты на поддержание бурового раствора, связанные с методом разбавления, легко подсчитать, и поэтому их часто используют в качестве основы расчетов затрат на оборудование контроля содержания твёрдой фазы. Например, если программа буровых растворов требует поддержания уровня твердых частиц малой плотности на уровне не выше 5% по объему, и если 10 баррелей бурового шлама проникают в буровой раствор, тогда необходимый объем добавляемого разбавителя будет рассчитываться как:

Где: Vdiluent = объем разбавления в баррелях Vsolids = объем твердых веществ в баррелях %LGS = доля легких твердых веществ в процентах Формула 3-1 Расчет Требуемого Объема Разбавления

Вклад в затраты на буровой раствор легко рассчитать путем умножения затрат на один баррель бурового раствора на объем разбавителя. В выше приведенном примере, если стоимость раствора составляет $10/баррель, тогда разбавление 10 баррелей раствора с увлекаемым твердым веществом для поддержания 5% мелких частиц составит $2000. Если механическое оборудование использовалось для удаления того же объема 10 баррелей бурового шлама, и если твердая фаза была удалена вместе с равным объемом бурового раствора (например, содержание твердой фазы было 50%), тогда стоимость поддержания свойств бурового раствора для восстановления 20 баррелей бурового раствора (10 баррелей для заполнения скважины и 10 баррелей для восстановления бурового раствора, утраченного вместе с буровым шламом) составит $200. Экономия составит до $1,800 на каждые 10 баррелей удаленных механическим способом. Помимо экономии на поддержании свойство бурового раствора, контроль содержания твёрдой фазы дает экономию и по другим аспектам, включая: •

3-2

Меньшие затраты на удаление отходов, из-за меньшего производства отработанного бурового раствора

3. Фундаментальные Принципы Обработки Буровых Растворов © 2004 Baroid Surface Solutions V1

3. Фундаментальные Принципы Обработки Буровых Растворов • • • •

Меньшие затраты и время простоя, связанные с износом приводного вала бурового насоса Уменьшение накопления твердых частиц в резервуарах, означает уменьшение затрат на очистку резервуаров Меньше осложнений в стволе скважины Увеличение механической скорости проходки означает снижение эксплуатационных затрат

Объем Отходов Объем смеси отходов, состоящий из отработанной буровой жидкости и влажного бурового шлама, образовавшегося во время бурения скважины, может служить наилучшим показателем рабочей эффективности и экономичности, которые предлагаются системой обработки буровых растворов. Объем отработанного бурового раствора определяет стоимость системы поддержания свойств бурового раствора, расходы на удаление отходов, и отражается на долгосрочных обязательствах, связанных с удалением отходов. Даже в идеальной ситуации, объем образовавшегося влажного бурового шлама может легко превысить объем скважины в два и более раз (как правило в три раза). Сведение к минимуму объема отработанной буровой жидкости и бурового шлама являются ключом к успешному удалению отходов. Увеличение объема влажного бурового шлама лишь частично связано с кавернообразованием, эрозией или бурением скважины несоответствующего размера. Шлам не удаляется из механических сепараторов подобно сухим частицам. Увеличение объема шлама, большей частью, является результатом проявления эффекта отношения поверхности к объему. По мере того, как буровой шлам пришлифовывается к буровому долоту, или распыляется в результате взаимодействия с раствором, он все больше пропитывается буровым раствором. Этот раствор трудно удалить механическим способом; данный феномен известен как "удержание шлама" (ROC). Кроме того, определенное количество "несущего раствора" обычно сливается из механических сепараторов вместе со шламом. Если не принять меры по осушению шлама, объем выбрасываемого выбуренного шлама превысит более чем вдвое теоретический объем скважины нормального диаметра. Гидроциклоны, в частности, выбрасывают очень влажный шлам. Образующийся объем отработанной жидкости будет сильно зависеть от эффективности удаления твердой фазы. По словам одного из авторов, "В худшем случае. . . это все равно, что использовать только раствор для контроля содержания твёрдой фазы."*∗ Как было показано выше, расчет

∗

Marshall, Charlie. "Estimating Waste & Mud Volume - Part 1"

3. Фундаментальные Принципы Обработки Буровых Растворов © 2004 Baroid Surface Solutions V1

3-3

3. Фундаментальные Принципы Обработки Буровых Растворов объема раствора и затрат – очень простая процедура, при условии, что геометрия скважины известна. В приложениях приведена информация для расчетов скважин и объёма кольцевого пространства ствола скважины.

Размер и Площадь Поверхности Частиц С точки зрения как инженера по буровым растворам, так и специалиста по контролю содержания твёрдой фазы, эффект размера частицы и площади поверхности являются, возможно, наиболее важной концепцией для понимания. В отрасли буровых растворов для описания размеров частиц используется микрон. Один микрон (m) – это одна тысячная метра и равна одному дюйму, поделенному на 25,400. максимальное разрешение зрения невооруженного глаза составляет порядка 35 микрон, а чувствительность пальца – около 20 микрон. Ниже в таблице приведена классификация твердой фазы бурового шлама, а также размеры частиц некоторых известных материалов. Таблица 3-1 Диапозон Размера Частиц Распространенных Материалов

Распространенные Объекты Человечески Волос Цветочная Пыльца Цементная Пыль (Портланд) Мука (Пшеничная) Косметическая Пудра ВЫБУРЕННЫЕ ЧАСТИЦЫ Крупные Большие Средние Мелкие Сверхмелкие Коллоидные КОМПОНЕНТЫ БУРОВОГО РАСТВОРА Барит Бентонит (Гидрированный)

Средний Диаметр Частиц Минимальный Максимальный (µm) (µm) 30 200 10 100 3 100 1 80 1 35 2001 251 75 45 3 0

15000 2000 250 74 44 2

2 0

74 2

Частицы бурового шлама различаются по среднему диаметру от менее 1 микрона до 15,000 микрон. Частицы размера коллоидных веществ или мелких размеров обладают наихудшим эффектом на реологию бурового раствора. Коллоидные частицы имеют размеры около 2 микрон (средний диаметр частиц) и не оседают под действием силы тяжести. Сверхмелкие частицы имеют размеры от 2 до 44 микрон и не оседают самопроизвольно из бурового раствора, если не применить центрифугу. Сверхмелкие и коллоидные частицы обладают выраженным влиянием на свойства буровой жидкости, поскольку оба вида частиц имеет большое значение отношения площади поверхности к объему. Как у частиц бентонита, на поверхности мелких частиц твердой фазы содержится заряд, который увеличивает вязкость и предельное статическое напряжение сдвига буровой раствора. В 3-4

3. Фундаментальные Принципы Обработки Буровых Растворов © 2004 Baroid Surface Solutions V1

3. Фундаментальные Принципы Обработки Буровых Растворов отличии от бентонита, частицы выбуренной породы не осаждаются на стенках скважины, и не образуя сжимаемую и маслянистую корку на стенках скважины. Вязкость и фильтрационные свойства буровой раствора трудно контролировать в присутствии высокой концентрации твердых частиц размером менее 44 микрон. Эффект влияния размера частиц на площадь поверхности показан на рисунке ниже, откуда видно, что площадь поверхности увеличивается почти в 400 раз с уменьшением размера частицы со 100 микрон до 1 микрона. Частица 100 микрон 100 micronразмером particle Площадь = 6 ед surface area =поверхности 6 units

0m 10

on icr

1 micron particle

25 micron particle Частица размером 25 микрон surface area =поверхности 24 units Площадь = 24 ед

Частица размером 1 микрон surface = 384 units Площадь поверхности = 384 ед

Частица размером 6 микрон 6 micron particle Площадь = 88 ед surface area = 88поверхности units

Рисунок 3-1Сравнение Размера и Поверхности Частиц Прогресс в технологии буровых растворов помог решить многие из проблем, которые приводили к формированию мелких частиц в буровом растворе. Сегодня буровые растворы обладают высокими ингибирующими свойствами, и препятствуют дисперсии бурового шлама, аналогично тому, что показано на рисунке выше. Однако, сами растворы не могут остановить рециркуляцию бурового шлама, или ухудшение механических свойств. Выбуренные частицы, который циркулируются через резервуары для бурового раствора, и возвращается назад в скважину, проходят стадию механического деградирования, вследствие воздействия поверхностных насосов, вращения бурильной колонны, забойных турбинных двигателей, а также промывочных сопел бурового долота. Крайне важно, что оборудование для контроля содержания твёрдой фазы удаляло твердую фазу в наиболее верхней части технологической цепочки системы циркуляции бурового раствора. Как только твердая фаза бурового шлама раздробилась до мельчайших или коллоидных размеров, будет трудно удалить ее при помощи механической сепарации или отстаивания.

3. Фундаментальные Принципы Обработки Буровых Растворов © 2004 Baroid Surface Solutions V1

3-5

3. Фундаментальные Принципы Обработки Буровых Растворов

Сепарация Отстаиванием Гидроциклоны, центрифуги, и отстойные резервуары основаны на принципе скорости осаждения для концентрации и сепарации твердых частиц из шлама. Скорость осаждения описывается математически законом Стокса, согласно которому, скорость, с которой частица оседает в жидкости, пропорциональна разности плотностей частицы и жидкости, ускорению свободного падения и квадрату диаметра частицы. Скорость оседания обратно пропорциональна вязкости жидкости или шлама.

Где: Vg - скорость оседания под действием гравитации d - диаметр частицы pp - плотность частицы pl - плотность жидкости g - ускорение или сила гравитации n - вязкость жидкости Формула 3-2 Закон Стока

Поскольку диаметр частицы указан в квадратной степени, он оказывает сильное влияние на эффективность сепарации. Однако нельзя недооценивать и другие факторы, влияющие на скорость осаждения. Например, если жидкость содержит как легкие, так и тяжелые частицы, центрифуга, выделяющая баритовые частицы в 10-микронном диапазоне, будет восстанавливать также легкие частицы в 15-микронном интервале, поскольку оба вида частиц имеют одинаковую скорость осаждения. Также из закона Стока следует, что скорость осаждения медленнее в вязких и плотных жидкостях; поэтому увеличение вязкости и плотности рабочей среды негативно отражается на точке разделения фракций и производительности центробежных насосов.

Выбор Сита Очевидно, что сито вибросита играет важную роль в регулировании концентрации легких частиц. Правильный выбор сита часто недооценивается, хотя он влияет на другие функции системы циркуляции бурового раствора низкого давления: • • •

3-6

Сита являются единственным компонентом контроля содержания твёрдой фазы, который можно менять в зависимости от изменений в свойствах раствора или условий бурения. Сита дают основную массу отходов бурения и регенерируют основную массу бурового раствора. Сита должны работать при полной скорости циркуляции.

3. Фундаментальные Принципы Обработки Буровых Растворов © 2004 Baroid Surface Solutions V1

3. Фундаментальные Принципы Обработки Буровых Растворов •

Сита являются единственным устройством на буровой, которые сепарируют твердые частицы по размеру.

3. Фундаментальные Принципы Обработки Буровых Растворов © 2004 Baroid Surface Solutions V1

3-7

4. Природоохранное Законодательство: Буровые Растворы и Отходы Бурения

4. Природоохранное Законодательство: Буровые Жидкости и Отходы Бурения Регулирование Буровых Растворов и Отходов Бурения Независимо от местонахождения скважины удаление и утилизация отходов является предметом природоохранного законодательства. Природоохранное законодательство со временем претерпевает изменения и иногда составляется применительно к данному географическому местоположению. Baroid Surface Solutions обладает информационными ресурсами, опытом и квалифицированным персоналом, необходимым для изучения нормативных аспектов, затрагивающие буровые операции по всему миру. Подход Baroid к TFM превосходит простое соответствие нормативным требованиям путем обобщения / интегрирования задач по сведению к минимуму отходов и снижению долгосрочных обязательств. Следует отметить, что руководящие принципы, обсуждаемые ниже, изменяются со временем. Убедитесь, при планировании деятельности по TFM, что используемая нормативная информация не устарела. Нормативы влияют на возможные варианты реализации удаления, утилизации или повторного использования отходов бурения. Учитывая, что соответствие нормативным требованиям является динамичным процессом, ввиду постоянного изменения, улучшения и ужесточения нормативных требований, ниже обсуждаются специфические нормативные модели в отношении ООС, которые сильно воздействуют на управление отходами бурения по всему мире.

Предпосылка Нормативы охватывают многие аспекты связанные с растворами для бурения / заканчивания скважин, и управления отходами, и могут включать: • • • • • •

Запрет на использование некоторых веществ в буровых растворах Установление пределов концентрации веществ в буровых растворах или выбрасываемых отходов Разрешение и контроль методов и мест удаления отходов Контроль методов удаления отходов для контейнеров продуктов Запрет на выбросы Нормативы в отношении транспортировки и хранения химикатов и буровых растворов

Целью нормативов является ограничение воздействия на окружающую среду буровыми операциями, в особенности потенциального вреда здоровью населения и угрозы нанесения ущерба постоянной среде обитания. Нормативы иногда составляются в отношении конкретных методов проведения химических и биологических анализов и могут обуславливать проведение

4. Природоохранное Законодательство © 2004 Baroid Surface Solutions V1

4-1

4. Природоохранное Законодательство: Буровые Жидкости и Отходы Бурения полевых испытаний в качестве одного из условий соответствия требованиям. В качестве примера из прошлого можно привести определение биодеградации основного раствора (базового масла), одним из методов которого может быть тест на блеск, в ходе которого определяется, можно ли аварийно слить за борт буровой шлам. На природоохранное законодательство в отношении отходов бурения оказывают влияние правительственные и неправительственные организации (НПО). Среди них могут быть такие международные организации как Всемирный Банк, который устанавливает природоохранные стандарты, которые должны быть соблюдены в качестве условия финансирования в странах, где нормативы формально не кодифицированы в закон. Такие промышленные организации, как Ассоциация Производителей Газа и Нефти (Oil and Gas Producer's Association – OGP), работают над тем, чтобы нормативы составлялись с учетом материалов организаций по разведке и добыче. Природоохранное законодательство вводится в действие национальными или местными правительственными органами, например, Агентство по Охране Окружающей Среды США – US Environmental Protection Agency (EPA) или Техасская Железнодорожная Комиссия (Texas Railroad Commission – RRC). Нормативы, разработанные EPA, становятся моделями для нормативов в отношении отходов бурения в ряде стран.

Соответствие Нормативным Требованиям: Северное Море Нормативы в отношении буровых растворов и растворов для заканчивания скважин в этом регионе, регулируют типы и объемы добавок, которые могут использоваться в растворах, и ограничивают содержание нефтяной основы в буровом шламе, выбрасываемо в море. Ограничения на компоненты бурового раствора и нефтяной основы призваны контролировать воздействие на окружающую среду, включая токсическое воздействие буровых операций и негативные изменения среды обитания. Компоненты бурового раствора сгруппированы в списке классов, начиная от класса "нет воздействия", где допускается неограниченное использование, до "опасного класса", который нельзя использовать вообще. Шлам, выбрасываемый в Северное море должен содержать не более 1% нефти. Строжайшие ограничения на выбросы, поставленные перед операторами Северного моря, привели к тому, что большая часть бурового шлама разжижается и нагнетается в пласт или вывозится на берег для последующей переработки и утилизации.

Соотвествие Нормативным Требованиям: Соединенные Штаты Материковые и морские зоны США поделены на районы EPA. EPA может напрямую контролировать разрешение и регулирование процедур в отношении отходов разведки и добычы, как в случае скважин, пробуренных на внешнем континентальном шельфе США – US Outer Continental Shelf (OCS). В качестве альтернативы, EPA может делегировать ответственность за регулирование отходов бурения государственному правительственному органу, как в случае наземного бурения в Техасе, где Texas RRC регулирует аспекты добычи и аспекты отходов бурения. Нормативы, таким образом, меняются от региона к

4-2

4. Природоохранное Законодательство © 2004 Baroid Surface Solutions V1

4. Природоохранное Законодательство: Буровые Растворы и Отходы Бурения региону, и даже от штата к штату в пределах США. В таблице ниже приведены изменения в пределах США в отношении выбросов шлама и буровых растворов.

Соотвествие Нормативным Требованиям: Другие Нефтедобывающие Регионы Нормативные требования различаются в разных странах. Во многих странах, ограничения на выбросы бурового раствора и шлама основаны на Оценке Воздействия на Окружающую Среду (ОВОС) и являются специфическими для каждой разрабатываемой области проекта.

4. Природоохранное Законодательство © 2004 Baroid Surface Solutions V1

4-3

4. Природоохранное Законодательство: Буровые Жидкости и Отходы Бурения Таблица 4-1 Обзор Регулируемых Вариантов Удаления Отходов Бурения

Место Бурения

Метод Удаления Бурового Шлама Выброс в открытое море

Северное Море

Материковая часть США

Внутренние воды США

Внешний континентальный шельф (Мексиканский Залив)

Глубинное Бурение (Мексиканский Залив)

Закачка шлама на объекте Отправка на берег для утилизации Биологическая очистка (компостирование, запахивание в почву) Захоронение на объекте Закачка шлама Размещение на полигонах Утилизация: дорожный строительный материал Термодесорбция Выброс в открытое море Отправка на берег для утилизации Отправка на берег для утилизации

Шлам Раствора не на Водной Основе Разрешено, если содержание нефти – менее 1%

Разрешено

Разрешено

Меняется в зависимости от штата

Меняется в зависимости от штата

Запрещено Разрешено если разрешение получено

Запрещено Разрешено если разрешение получено

Разрешено

Разрешено

Разрешено если разрешение получено

Выброс в открытое море

Разрешено, если токсичность раствора в пределах норм

Закачка шлама на объекте

Разрешено если разрешение получено

Разрешено для синтетического бурового шлама, если содержание нефти составляет менее 6% за период бурения. Удаление шлама на основе дизтоплива или минерального масла запрещено. Шлам раствора на нефтяной основе обычно размещается на полигонах или закачивается в пласт Разрешено если разрешение получено

Отправка на берег для утилизации

Разрешено

Разрешено

Выброс в открытое море

Закачка шлама на объекте Отправка на берег для утилизации

4-4

Шлам Раствора на Водной Основе Разрешено, если ограничения по компонентам удовлетворены. Разрешено если разрешение получено

Разрешено, если содержание токсичных веществ бурового раствора в пределах норм

Разрешено если разрешение получено Разрешено

4. Природоохранное Законодательство © 2004 Baroid Surface Solutions V1

Разрешено для синтетического бурового шлама, если содержание нефти составляет менее 6% за период бурения Удаление шлама на основе дизтоплива или минерального масла запрещено. Шлам раствора на нефтяной основе обычно размещается на полигонах или закачивается в пласт Разрешено если разрешение получено Разрешено

4. Природоохранное Законодательство: Буровые Растворы и Отходы Бурения Информационные Ресурсы: Внутренние Ресурсы Halliburton Информация по природоохранному законодательству и ограничениям доступна из нескольких ресурсов. Halliburton поддерживает архив нормативных документов в отношении сет ведения работ компании во всем мире. Информация по нормативным требованиям доступна: Имя: Dr. John Hall Должность: Global Environmental Specialist Телефон: 281-871-6046 Электронная Почта: [email protected] Информация по получению документов за пределами США также можно получить в Halliburton. Касательно данной информации контактное лицо: Имя: Johnny Cathey Отдел: Supply Chain Management Телефон: 580-251-4485 Электронная Почта: [email protected]

Ссылки на Другие Информационные Ресурсы К другим источникам информации относятся веб-сайты правительственных и нефтепромышленных ассоциаций, показанные на следующей странице. Вебсайты Аргоновой Национальной Лаборатории и международной ассоциации нефтегазовых производителей являются очень полезными информационными ресурсами

4. Природоохранное Законодательство © 2004 Baroid Surface Solutions V1

4-5

4. Природоохранное Законодательство: Буровые Жидкости и Отходы Бурения Таблица 4-2 Ссылки на Другие Информационные Ресурсы

Регион

Организация

Веб-Сайт

Канада

Alberta

www.eub.gov.ab.ca

Канада

Canada-National Energy Board

www.neb.gc.ca/

Канада

Environment Canada

www.ec.gc.ca

Канада

Newfoundland Offshore Petroleum Board

www.cnopb.nfnet.com/

Канада

Nova Scotia Offshore Petroleum Board

http://www.cnsopb.ns.ca

ЕС

Helsinki Convention (HELCOM)

http://www.helcom.fi

ЕС

OSPAR Commission for Protection of the North-East Atlantic

www.ospar.org

ЕС

Norwegian Pollution Control Authority-(SFT)

http://www.sft.no

Глобальные

American Petroleum Institute

www.api.org

Глобальные

Int’tl Association of Oil and Gas Producers

http://www.ogp.org.uk

Норвегия

Oljeindustriens Landsforening

http://www.olf.no

Великобритания

UK Offshore Operators Assoc.

www.ukooa.co.uk

США

Argonne National Laboratory

www.anl.gov

США

Texas Railroad Commission

http://www.txrrc.gov

США

US EPA

www.epa.gov

США

US Minerals Management Service

www.mms.gov

США

Alabama State Oil and Gas Board

www.ogb.state.al.us

США

Alaska Oil and Gas Conservation Commission

http://www.aogcc.alaska.gov

США

California Dept. of Conservation Div. of Oil, Gas and Geothermal Resources

http://www.consrv.ca.gov

США

USA-Colorado Bureau of Land Mgmt.

http://www.co.blm.gov/oilandgas/

США

USA-Louisiana Office of Conservation

http://www.dnr.state.la.us

4-6

4. Природоохранное Законодательство © 2004 Baroid Surface Solutions V1

5. Управление Отходами

5. Управление Отходами Общий Обзор В последние годы словосочетание "управление отходами" стало заклинанием для компаний обеспечивающих буровыми растворами, услуг по обработке буровых растворов и удалению отходов. Термин включает в себя различные аспекты из разных дисциплин индустрии разведки и добычи, но все аспекты удаления отходов основаны на принципе "устойчивости" или устойчивого экономического развития. Baroid Surface Solutions взяло на себя обязательство испльзовать Лучие Имеющиеся Технологии, Лучший Опыт и Практику Управления, и лучших людей для обеспечения решений управления отходов который бы приносили пользу всем вовлеченным сторонам.

Принципы Управления Отходами Baroid Surface Solution реализует отходами на основе пяти принципов.

повсеместно

программы

управления

1. Ограничение объема вырабатываемых отходов Разработка в Baroid ингибирующих буровых растворов в сочетании с усовершенствованным оборудованием контроля содержания твёрдой фазы и виброситами способствовала ограничению образования шлама, загрязненного неводными буровыми растворами, и объема отработанных буровых растворов. 2. Повторное использование, нежели выбрасывание Системы нулевого сброса или замкнутого цикла восстанавливают важные базовые растворы для повторного использования в активной буровой системе. 3. Повторное использование отходов в применяемом продукте Инновационные методы обработки использовались для переработки отходов в продукты, имеющие экономическое значение, подобно переработке бурового шлама в дорожный материал. 4. Восстанавливать материал из потоков с отходами Термодесорбционные Установки используются для обратного получения углеводородных основ буровых растворов, на синтетической основе используются сушители шлама, и центрифуги используются для извлечения плотной пульпы из утежеленных растворов, которые в противном случае были бы утилизированны. 5. Разделение отходов Пренебрежение процедурой разделения некоторых отходы может привести к образованию отходов, которые будет труднее утилизировать 5. Управление Отходами © 2004 Baroid Surface Solutions V1

5-1

5. Управление Отходами или повторно использовать. Хорошо известно, что смешивание безопасного отхода с опасным отходом приведет к увеличению объема опасного отхода. Использование жидкостей и процедур утилизации, которые обладают "низким воздействием на окружающую среду" или являются "экологически безопасными", становится все более привычным. Baroid Surface Solutions будет продолжать развивать продукты и услуги, чтобы удовлетворить данным целям.

Руководящие Принципы Управления Отходами Бурения Ниже приведенные рабочие процедуры могут быть реализованы практически на любой буровой скважине для улучшения общих рабочих параметров удаление отходов. 1.

Не смешивайте или перемешивайте различные отходы. Отделяйте отходы, которые могут быть повторно использованы, от других отходов. Отделяйте шлам раствора на водной основе от шлама раствора на углеводородной основе, чтобы отходы, к которым требования выше, не смешивались с отходами, к которым требования менее строги. 2. По возможности, не допускайте контакта отходов с почвой и не используйте открытые амбары или шламонакопители. 3. Основная часть отходов бурения вырабатывается на виброситах. Используйте сита, которые препятствуют потере бурового раствора и поддерживайте как можно большую сухость шлама. 4. Сводите к минимуму объемы буровой раствора и продуктов используемых для приготовения бурового раствора, которые хранятся на объекте. 5. Экономно используйте промывочную воду. Промывочные аппараты высокого давления лучше выполняют работу с меньшим количеством воды. 6. Установливайте сигнальные датчики ограничения переполнения резервуаров для предотвращения неконтролируемых разливов. 7. Защищать все продукты и химикаты от погодных условий, передвигающихся механизмов или разливов, которые могут сделать данные продукты и химикаты непригодными (например, рваные мешки). 8. Незамедлительно удалять утечки до увеличения загрязненной площади. 9. Незамедлительно устранять утечки возникающие на сальниках насосов или задвижках. 10. Установите поддоны под всеми компонентами технологического оборудования. 11. Перемешивайте содержимое емкостей бурового раствора для предотвращения осаждения. 12. Используйте устройства для очистки бурового раствора помимо гидроциклонов.

5-2

5. Управление Отходами © 2004 Baroid Surface Solutions V1

5. Управление Отходами 13. Используйте сушители раствора для восстановления раствора и уменьшения образования отходов. 14. Используйте системы замкнутого цикла при бурении в экологически чувствительных районах или с применением неводного бурового раствора. 15. Заменяйте по возможности опасные компоненты на неопасные. 16. Поддерживайте уровень шламосборников на минимальном безопасном уровне 17. Регулярно проверяйте клапаны аварийного сброса и установите глухие фланцы при необходимости, если необходимо предотвратить случайный слив буровой жидкости. 18. Используйте, на буровой, вакуумные установки для очистки от твердых частиц с поддонов/ отстойников и шламосборников перед использованием промывочной воды. 19. Измеряйте кумулятивный объем разбавителей, добавляемых в систему циркуляции бурового раствора.

5. Управление Отходами © 2004 Baroid Surface Solutions V1

5-3

6. Проектирование Систем Циркуляции Низкого Давления для TFM

6. Проектирование Систем Циркуляции Низкого Давления для TFM Проектирование Поверхностных Систем Буровых Растворов В Baroid Surface Solutions осознают, что поверхностная система циркуляции бурового раствора не просто совокупность резервуаров, но технологическая система, включающая смесители, насосы, сепараторное оборудование, устройство для погрузки материала, смесительное оборудование и сопутствующие трубные системы. Рабочие показатели раствора, циркулирующего на забое скважины, зависят от хорошей конструкции системы циркуляции бурового раствора низкого давления. Методические рекомендации для конструкции системы циркуляции бурового раствора опубликованы Американским Нефтяным Институтом (API) в Рекомендуемых Методиках – Recommended Practice 13C. В прошлом, производители буровых установок зачастую не уделяли внимания приоритетности конструкции системы циркуляции бурового раствора или просто не следовали рекомендованной практике для систем циркуляции бурового раствора из-за конфликта с другими аспектами конструкции, к примеру ограничения по доступности места и весу. Как следствие, многие существующие системы циркуляции бурового раствора имеют недостатки, которые должны быть устранены, если обозначиваются цели обеспечения производительности рабочей раствора, соответствия природоохранным требованиям, и снижения затрат на бурение. Baroid принял на вооружение инициативный подход, образовав альянс с National Oilwell, мировым лидером по конструированию буровых установок, чтобы гарантировать, что поверхностные системы циркуляции бурового раствора на вновь строящихся и модернизируемых буровых установках конструировались с учетом оптимизации рабочих характеристик буровых растворов и соответствия природоохранным требованиям.

Критерии Проектирования Поверхностных Емкостей Буровых Растворов Как минимум, правильно сконструированная поверхностная система циркуляции бурового раствора должна выполнять следующие функции при максимальной ожидаемой скорости циркуляции: • • • • • •

Обеспечить достаточно места для емкостей для активного и резервного бурового раствора Удалить твердые и газообразные загрязнители Поддерживать свойства раствора с помощью перемешивания Правильно направлять раствора от выкидной линии на питающие насосы Добавлять присадки и базовую жидкость в буровой раствор Подавать раствор с надлежащей скоростью нагнетания и напором на оборудование обработки бурового раствора

6. Проектирования Систем Низкого Давления для TFM © 2004 Baroid Surface Solutions V1

6-1

6. Проектирование Систем Циркуляции Низкого Давления для TFM • •

Перемещать, хранить и удалять шлам и отработанный раствор Свести к минимуму отходы, образующиеся во время бурения

Описание Систем Буровых Растворов Низкого Давления Следуя рекомендованной методике API Recommended Practice 13C, полезно разделить резервуары, трубные системы и технологическое оборудование, которое является частью поверхностной системы циркуляции бурового раствора на секции по принципу функциональности, как описано ниже. • • • •

• •

Секция удаления включает резервуары и оборудование, где удаляются загрязнители из раствора посредством сепарации или отстаивания. Секция добавления включает резервуары и оборудование, используемое для примешивания коммерческих буровых компонентов в раствор. Всасывающая секция где работают насосы бурового раствора высокого давления. Резервная секция включает резервуары и оборудование, предназначенные для хранения буровых растворов, которые были отделены от активной системы для использования в экстренных случаях или для использования при замене одного типа бурового раствора на другой. Выходная секция состоит из резервуаров, погрузочного оборудования и технологического оборудования, необходимого для утилизации, восстановления или удаления отработанного раствора и шлама. Секция отключаемых резервуаров изолирует раствор от активной системы, чтобы измерить объем вытесненного раствора при закрытой трубе.

Рисунок 6-1Принципиальная Схема Стандартного Технологического Процесса Для Секции Удаления

6-2

6. Проектирования Систем Низкого Давления для TFM © 2004 Baroid Surface Solutions V1

6. Проектирование Систем Циркуляции Низкого Давления для TFM

Проектирование Выкидной Линии Выкидная линия – это труба (или желоб), которая направляет раствор от направляющего патрубка под основанием буровой установки на вибросита. Выкидная линия может направлять раствор сначала на сепаратор вязкой породы или на сито предварительного сброса, но приведенные ниже методические рекомендации остаются идентичными во всех случаях. 1. Выкидная линия должна быть по возможности короткой и прямой. 2. Диаметр или площадь поперечного сечения должны быть подобраны по таблице, приведенной ниже. 3. Выкидная линия должна постоянно идти под уклоном с эквивалентным падением высоты в один фут на каждые 12 футов по горизонтали при измерении по верху перегородки. 4. При необходимости, при бурении в условиях вязкой среды, можно добавить водоструйные устройства к выкидной линии. Если используются желоба, V-образный желоб будет способствовать образованию более высокой скорости раствора при более низкой скорости циркуляции, а также способствовать снижению вероятности осаждения твердых частиц на дне желоба. Таблица 6-1Рекомендуемые Размеры Выкидной Линии

Максимальная Скорость Циркуляции (галлон/мин)

Размер

750

Диаметр Трубы 10”

1250 2000 3000

12” 14” 16”

Желоб X-Сечения 10” Д x 10” В

6. Проектирования Систем Низкого Давления для TFM © 2004 Baroid Surface Solutions V1

12” Д x 12” В 14” Д x 14” В 16” Д x 16” В

6-3

6. Проектирование Систем Циркуляции Низкого Давления для TFM

Рисунок 6-2 Рекомендуемый Минимальный Уклон Выкидной Линии

Делители Потока Распределение буровой раствора от выкидной линии по нескольким виброситам должно быть предусмотрено таким образом, чтобы подаваемая пульпа равномерно распределялась между несколькими виброситами. Если выкидная линия подает материал на два вибросита, тогда монтаж Y-образного распределителя на выкидной линии даст наилучший результат для разделения потока по виброситам. При использовании более чем двух вибросит, необходимо использовать разделитель потока, аналогичный показанным ниже. Трубные распределители обычно приводят к неравномерной нагрузке вибросит, даже когда задвижки, ведущие к перегруженным виброситам частично прикрыты. Когда выкидная линия подсоединена при помощи тройника к горизонтальному трубному распределителю, который подает на несколько вибросит, проблемы, связанные с отстаиванием и градацией твердых частиц, могут привести к неравномерной загрузке вибросит. На рисунке ниже приведены две различные модификации разделителей потока. В зависимости от доступного пространства и возвышения, обе модификации дают примерно равное распределение потока между несколькими виброситами. Следует отметить, что конструкция напорного бака, приведенная ниже, не является обычным поддоном вибросита. Напорный бак имеет меньший объем и, поэтому, более высокую скорость раствора, что ограничивает осаждение. Обычные поддоны вибросита не должны использоваться. Обычные поддоны вибросита иногда используются на двойных или тройных последовательных виброситах. Большие поддоны вибросита обладают низкой скоростью потока и ведут к накоплению твердых частиц, которые должны периодически удаляться при помощи вакуумной установки или обычной лопаты.

6-4

6. Проектирования Систем Низкого Давления для TFM © 2004 Baroid Surface Solutions V1

6. Проектирование Систем Циркуляции Низкого Давления для TFM

6 –НАПРАВЛЕННЫЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ПОТОКА

3-НАПРАВЛЕННЫЙ НАПОРНЫЙ БАК

Рисунок 6-3 Методы Распределения Потока на Несколько Вибросит

Вместимость Резервуаров Емкость резервуара буровой установки обычно определяется в баррелях бурового раствора в активной системе. Например, система циркуляции бурового раствора, описанная как активная система на 800 баррелей имеет емкость на 800 баррелей в активных поверхностных резервуарах для бурового раствора. Объем бурового рствора в песколовке не должен включаться в 800 баррелей. Помните что не весь объем 800 баррелей может быть повторно использован. В зависимости от конструкции резервуара, определенный объем раствора остается в резервуарах, когда подающие насосы снижают напор, циркуляция на буровой не поддерживается. Оставшийся объем раствора не может повторно использоваться. Не существует строгих и простых правил для минимальной емкости резервуара бурового раствора на буровых установках, но в поверхностной системе циркуляции бурового раствора должно быть достаточно жидкости для поддержания объема в скважине при отключении потока от скважины. Максимальный объем вытесняемый технологическим инструментом обычно достигается на полной глубине скважины (TD), но может иметь место и на более ранней глубине скважины, если имеется длительный отрезок, пробуренный технологическим инструментом большего диаметра, нежели на полной глубине скважины. Минимальный объем буровой жидкости, поддерживаемый в активной системе, может быть рассчитан с учетом следующих факторов: • • •

Вытесняемый объем буровой колонны, включая раствор внутри колонны Неиспользуемый объем в активных резервуарах Объем, требуемый для циркуляции в течение 10 минут без возвратов (например, если скорость циркуляции составляет 15 баррелей/мин, данный объем равен 150 баррелям)

6. Проектирования Систем Низкого Давления для TFM © 2004 Baroid Surface Solutions V1

6-5

6. Проектирование Систем Циркуляции Низкого Давления для TFM Активную систему редко следует наполнять растворм полностью до отказа. Причины поддержания минимальных объемов бурового раствор в активной системе заключаются в следующем: 1. Общие затраты на буровой раствор минимальны, если образующийся и поддерживаемый объем бурового раствора минимален. 2. Любой образовавшийся излишек бурового раствора будет увеличивать затраты на буровые операции в связи с увеличением транспортировочных затрат и затрат на утилизацию отработанного бурового раствора, в зависимости от общей схемы использования отработанной буровой жидкости. С другой стороны, есть причины для поддержания объема бурового расвора выше минимального рекомендованного уровня. Необходимо поддерживать дополнительный объем раствора в активных и/или резервных резервуарах, когда: 1. Возможна потеря циркуляции 2. Высокая скорость проходки и большой диаметр скважины делают необходимой нейтрализацию загрязнителей типа соли, гипса, или мягкой глины путем поддержания большего объема циркулирующего раствора. 3. Условия бурения также требуют, наличие резервного раствора для глушения скважины. 4. Когда вспомогательные насосы подъемника увеличивают скорость циркуляции.

Направление Бурового Раствора Направление буровой раствора – важная концепция для понимания при изучении технологического процесса системы циркуляции бурового раствора, в виду того что, процесс обработки бурового раствора является последовательным. Отделение твердой фазы должно выполняться в секции удаления. Коммерческие буровые компоненты добавляются и смешиваются в дополнительной секции, прежде чем буровой раствор поступает в секцию всасывания. Даже внутри секции удаления, процесс сепарации является последовательным, с последовательным удалением твердых фракций, от крупных к более мелким, в последовательно расположенных компонентах технологического оборудования и при необходимости, удаление увлеченного газа, прежде чем жидкость достигнет какого-либо из насосов, расположенных ниже вибросит. Надлежащие принципы направления бурового раствора приведены ниже. Основания, стоящие в основе данных руководящих принципов, будут даны в последующих главах. 1. Отделения должны переходить друг в друга в двух точках (Рис. 6-1):

6-6

6. Проектирования Систем Низкого Давления для TFM © 2004 Baroid Surface Solutions V1

6. Проектирование Систем Циркуляции Низкого Давления для TFM a. от песколовки в отстойник дегазатора b. от отстойника дегазатора в пескоотделительный резервуар 2. Все другие выравнивающие устройства системы резервуаров должны быть подключены ниже по системе. a. Выравнивающее устройство ниже по системе от секции удаления должно иметь регулируемую опору, которая позволяет секции удаления поддерживать уровень бурового раствора, достаточный для обратной циркуляции через выше расположенное выравнивающее устройство на выходе отделения дегазатора. b. См. таблицу 6-2 ниже касательно рекомендуемого размера труб для выравнивающих устройств 3. Отфильтрованный поток от вибросит должен входить в песколовку как можно дальше от сливного устройства, которое позволяет раствору поступать в отстойник дегазатора из песколовки. 4. Если установлен дегазатор вакуумного типа, с форсуночным отводом, раствор, перекачиваемый по форсунку, должен идти из того же отделения, в которое перекачивает вакуумный дегазатор (например, пескоотделительное отделение, как показано на рис. 6-1). a. раствор, поступающий в какой-либо дегазатор, должна идти из отделения, непосредственно примыкающего к песколовке, которое является "отделением дегазатора" b. раствор, выходящий из какого-либо дегазатора, должно поступать в одно отделение вниз по системе от отделения дегазатора 5. Насос, подающий на пескоотделитель (или коллектор устройства для очистки бурового раствора с пескоотделительными воронками) должен всасывать в отделение, расположенное сразу ниже по системе от дегазатора и подавать в отделение далее ниже по системе. 6. Насос, подающий на илоотделитель (или коллектор устройства для очистки бурового раствора с илоотделительными воронками) должен всасывать в отделение, расположенное сразу ниже по системе от пескоотделителя и подавать в отделение далее ниже по системе. 7. Все отделения, кроме песколовки, должны перемешиваться. 8. Перемешиватели бурового раствора не должны устанавливаться, если только они не решают проблемы с выявленным осаждением, которое не может быть удалено при помощи обычной мешалки. 9. Если перемешиватели бурового раствора установлены, насос, подающий на перемешиватели бурового раствора должен всасывать из того же отделения, в котором установлены перемешиватели бурового раствора. 10. Смесительные воронки бурового раствора, установленные перед насосами должны принимать поток из секции добавления и подавать в секцию добавления. 11. Жидкость, перекачиваемая из активной системы, для предварительного смешивания в доливочных резервуарах, должна поступать из приемного резервуара. 12. По возможности, центробежные насосы должны использоваться по одному лишь назначению. Перекрестное соединение насосов не рекомендуется. 6. Проектирования Систем Низкого Давления для TFM © 2004 Baroid Surface Solutions V1

6-7

6. Проектирование Систем Циркуляции Низкого Давления для TFM Таблица 6-2 Рекомендуемые Размеры Выравнивающего Устройства в Зависимости от Скорости Циркуляции

Номинальный Диаметр Трубы 10” 12” 14” 16”

Максимальная Скорость Циркуляции 3 голлонов/мин м /ч 1000 227 м3/ч 1500 340 м3/ч 3 2000 454 м /ч 3000

3

681 м /ч

Конструкция Песколовок Песколовка – первое отделение в секции удаления и является единственным отделением резервуара для бурового раствора, в котором выбуренная порода отстаивается от бурового раствора. Песколовка дает существенные преимущества, поскольку большие частицы шлама и другие объекты, которые проходят через отверстия или просветы между ситами вибросита, улавливаются в песколовке. Недостатком является потеря раствора, в случаях, когда песколовка забита.

Рисунок 6-4 Вид Песколовки в Разрезе Как показано на рисунке выше, песколовка должна иметь дно с уклоном в 45° и объем песколовки должен иметь время удержания 3-5 минут при нормальной скорости циркуляции. Например, если буровая установка циркулирует со скоростью потока 15 баррелей в минуту, объем песколовки должен находиться в интервале 45-75 баррелей.

6-8

6. Проектирования Систем Низкого Давления для TFM © 2004 Baroid Surface Solutions V1

6. Проектирование Систем Циркуляции Низкого Давления для TFM Твердые частицы должны удаляться из песколовки, когда она наполовину наполнена твердыми частицами. Твердые частицы должны удаляться при помощи вакуумных установок, во время остановки циркуляции для подключения, отключения или технического осмотра. Если используется затвор слива, выходная задвижка должна быть закрыта, после удаления большей части твердых частиц из песколовки, во избежание больших потерь буровой жидкости. Работник буровой должен быть осведомлен преждевременно, до того как твердые вещества будут удалены, а показания сумматора объёма раствора необходимо отслеживать для замера объема твердых частиц и удаленного бурового раствора.

Конструкция Других Отделений Резервуар для систем бурового раствора был разработан с использованием различных вариантов геометрической компоновки. Резервуары могут иметь плоское прямоугольное дно, в виде вертикальных цилиндров с выпуклым днищем, или горизонтальными полуцилиндрами. Все вышесказанное призвано удовлетворить условиям восстановления раствора и удаления отходов при условии: 1. Содержимое резервуаров можно нормально перемешивать, для предотвращения избыточного осаждения. 2. Надлежащее направление бурового раствора осуществимо. 3. Есть место для установки устройств для обработки бурового раствора для выполнения программы буровых работ. 4. Есть место, достаточное для безопасной эксплуатации и техобслуживания оборудования для обработки буровых растворов. 5. Насосы, трубные системы и задвижки должны быть четко отмаркированы и доступны для управления. 6. Морская или вода используемая в буровом растворе может быть отключена, когда используется буровой раствор на нефтяной или синтетической основе. 7. Всасывающие и выпускные участки трубопровода имеют надлежащее предназначение. 8. Резервуары можно очистить эффективным образом, с минимальным использованием промывочной воды. 9. Поддоны и другие вторичные емкости и другие вторичные устройства локализации разливов установлены. 10. Предохранительные устройства (душевые установки, установки промывки глаз, перила, и т.д.) установлены.

Конструкция Выходной Секции Большое разнообразие методов удаления отходов, пригодных для отработанных буровых растворов и отходов бурения в корне устраняют необходимость данного обсуждения. Однако, существует две проблемы, которые являются общими для всех вариантов удаления отходов. Первая – это транспортировка влажного

6. Проектирования Систем Низкого Давления для TFM © 2004 Baroid Surface Solutions V1

6-9

6. Проектирование Систем Циркуляции Низкого Давления для TFM бурового шлама и отработанных буровых растворов на буровой установке. Вторая – хранение бурового шлама, выработанного при бурении секции с большим диаметром при высокой скорости проходки. Погрузочные операции затруднены, поскольку консистенция бурового шлама может меняться от свободно протекающей пульпы до непрокачиваемой пастообразной массы. Не будет преувеличением сказать, что удаление отходов зависит от используемого метода погрузочных операций. Некоторые методы удаления отходов, такие как закачка шлама или термодесорбция, имеют ограничения по объемам, которые очевидны при быстрой проходке или при бурении больших скважин. В подобных ситуациях буровой шлам должен храниться для последующей переработки. Чтобы предотвратить перерывы при бурении, необходимо предусмотреть резервуары для хранения или альтернативный метод удаления отходов для действий в отношении влажных отходов, которые могут образоваться во время возможных простоев процесса переработки отходов.

6-10

6. Проектирования Систем Низкого Давления для TFM © 2004 Baroid Surface Solutions V1

7. Насосы и Трубные Системы для Поверхностных Систем Буровых Растворов

7. Насосы и Трубные Системы для Поверхностных Систем Буровых Растворов Обзор Характеристики насосов, обычно используемых в системах циркуляции бурового раствора низкого давления приведены ниже в таблице. Следует отметить, что насосы подпадают под одну из двух основных категорий. Насосы могут быть, либо поршневыми насосами прямого вытеснения, либо центрабежными. Прямое вытеснение (PD) означает, что каждый оборот или ход насоса вытесняет фиксированный объем (вытеснение подразумевает "объем" для насосов и для измерения размера поршневых двигателей). Все насосы прямого вытеснения формируют давление, в то время как ограничение на поток нарастает вниз по системе от насоса. В качестве примера насоса прямого вытеснения можно привести трехцилиндровые буровые насосы, цементировочные насосы и поступательные винтовые насосы. Центробежные насосы подпадают под категорию турбомеханизмов, что подразумевает, что давление насоса почти постоянное (при условии, что плотность жидкости не меняется), но производительность насоса меняется в зависимости от ограничений на поток, налагаемых гидросистемой.

7-1

7. Насосы и Трубные Системы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

7. Насосы и Трубные Системы для Поверхностных Систем Буровых Растворов Таблица 7-1Общие Особенности Насосов для Систем Буровых Растворов Низкого Давления

Дозировоч ный для химикатов

Воздушный диафрагмен ный

Поступатель ный винтовой

Нужен ли питающий насос?

Нет

Нет

Нет

Требует заполнения приема?

Нет

Нет

Нет

Да

Да

Может ли работать сухим?

Нет

Да

Нет

Нет

Нет

Перемещает ли пульпу с твердыми остатками?

Нет

Да

Да

Да

Да

Совместим с Буровым Раствором на Нефтяной и Водной Основе?

Тип насоса

Поршневые или плунжерные Трехпоршневой - Да Двухпоршневой - Нет

Центробежные насосы

Нет

Только если насос откалиброван при помощи надлежащих эластомеров.

Да

Прямого вытеснения. Давление на выходе меняется. Мощность постоянная. Давление быстро растет, поскольку сопротивление потоку увеличивается на нагнетательной стороне насоса Мощность насоса постоянная при любой скорости насоса.

Турбо Мощность насоса переменная. Напор остается постоянным. Мощность уменьшается, поскольку сопротивление потоку от гидросистемы увеличивается.

Дозировочные насосы химикатов используются на многих буровых установках в Северном Море для дозировочного добавления жидких, коррозийных ингибиторов, или жидких полимеров в активную систему циркуляции бурового раствора. Шестеренные насосы или другие малые насосы прямого вытеснения используются для дозированного добавления химикатов, поскольку вращение или рабочий ход насоса можно регулировать для добавления химиката при определенной объемной производительности насоса. Воздушные диафрагменные насосы также являются насосами прямого вытеснения и полезны при перекачке жидкостей или пульпы с большим содержанием твердых веществ, поскольку они могут самоподкачивать и работать на холостом ходу. Диафрагменные насосы используются для перекачки вещества из отстойников, котлованов, резервуаров и канав. Поступательные винтовые насосы относятся к третьему типу насосов прямого смещения. Они перекачивают жидкости или растворы посредством создания разрежения жидкости, которое нарастает от конца подачи до выпускного конца 7. Насосные и Трубные Системы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

7-2

7. Насосы и Трубные Системы для Поверхностных Систем Буровых Растворов насоса, в то время как винтовой ротор вращается внутри резинового статора с двойной спиралью. На буровых установках, поступательные винтовые насосы используются для подачи на декантирующие центрифуги и сушилки бурового шлама. К другим применениям данной технологии относятся использование забойного двигателя или погружного насоса нефтедобычи. Процесс откачки поступательного винтового насоса не уменьшает размер частиц. Поступательные винтовые насосы являются хорошим выбором для перекачки вязких жидкостей или пульпы на центрифуги. Насосы прямого вытеснения обеспечивают почти постоянную скорость потока при любой заданной скорости работы насоса, поэтому давление на выходе увеличивается для поддержания постоянной скорости подачи в ответ на ограничения в выходной линии. При подаче в центрифугу через шланг размером 2", это является позитивным фактором, поскольку центробежный насос будет просто перекачивать меньше жидкости в ответ на ограничения потока, типа осажденного барита или флоккулированного бурового раствора. Все насосы прямого вытеснения имеют ограничения на давление на выходе. Соответствующий механизм сброса давления должен быть предусмотрен, когда насос прямого вытеснения установлен для предотвращения повреждения или отказа насоса, трубы, шланга, муфты гидромотора, или двигателя в случае затруднения потока вниз по системе от насоса (на сбросе).

Центробежные Насосы Центробежные насосы наиболее широко применяются в системах буровых растворов низкого давления и выполняют множество функций, таких как подача на трехплунжерный насос, подача водяного охлаждения на тормозную систему, подача жидкости, смешивание бурового раствора, подача жидкости создания тяги на дегазаторы, и подача на гидроциклоны. За исключения вибросит и мешалок, центробежные насосы имеют высокое значение при эксплуатации большинства других компонентов обработки буровоых растворов. Насосы должны правильно направлять раствор через последовательную технологическую линию обработки бурового раствора, где могут присутствовать дегазаторы, пескоотделители, илоотделители, смесители бурового раствора, и центрифуги поверхностной системы циркуляции бурового раствора. Три взаимосвязанных технологических параметра должны использоваться для правильного выбора, установки и эксплуатации центробежных насосов: 1. Скорость потока раствора (желаемая мощность насоса, выраженная через поток) 2. Энергия или напор раствора (желаемая мощность насоса, выраженная через напор) 3. Направление раствора Может показаться, что центробежные насосы не следует и обсуждать. Если пескоотделитель имеет входное отверстие 6" и требует 500 галл/мин, любой может просто купить центробежный насос с производительностью 500 галл/мин, с выходным фланцем размером примерно 6" и продолжать работу, не так ли? К 7-3

7. Насосы и Трубные Системы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

7. Насосы и Трубные Системы для Поверхностных Систем Буровых Растворов сожалению, центробежные насосы не являются насосами постоянного объема. Скорость потока только частично определяется скоростью насоса и меняется в пределах рабочих параметров любого насоса, в зависимости от сопротивления потоку со стороны трубной системы изменений уровня и установленного оборудования.

Скорость Потока Раствора Приведенные ниже примеры могут пояснить концепцию потока раствора для центробежных насосов. Давайте предположим, что нам нужно установить пескоотделитель с производительностью 500 галл/мин, ниже по системе от дамбы с водой высотой 200 футов [60 метров] на верхней стороне. Между прочим, единственный способ добраться до жидкости – проделать дыру в данной дамбе. Где нужно пробурить отверстие и какого размера оно должно быть? Выпуск через отверстие легко рассчитать, но давайте предположим, что используется случайный метод для бурения отверстия в плотине и получим правильную скорость потока. Если 1/2” отверстие пробурено на 200 футов ниже уровня воды, из отверстия будет вытекать 70 галл/мин. Последовательно увеличивая диаметр отверстия, вы обнаружите, что отверстие размером 1-1/4" позволит получить поток 500 галл/мин. Если подсоединить пескоотделитель к этому отверстию, будет очевидно, что мы имеет правильную скорость потока, но давление слишком высокое. Прочтя руководство пользователя для пескоотделителя, мы затыкаем отверстие снизу и сверлим новое отверстие 1-3/8" на отметке 75 футов ниже уровня воды. Отверстие 1-3/8" теперь пропускает поток величиной только в 330 галл/мин. После перекрытия линии на емкость подачи для больших буровых долот, мы обнаруживаем, что отверстие должно быть расширено до 1-3/4" чтобы пропускать поток 500 галл/мин при 75 футах напора. Может показаться, что дамба, удерживающая стационарный водяной столб, имеет мало общего с вращающимся центробежным насосом, но как и в случае дамбы, наиболее удобно подсчитать энергию, сообщенную жидкости центробежным насосом, в высоте напора в футах. Чтобы проиллюстрировать, насколько сильно насос напоминает дамбу, представьте большой круглый резервуар или емкость высотой более 200 футов. Далее представим, что мы помещаем двигатель наверху в центре емкости и подключим его к такой же большой крыльчатке для перемешивания жидкости у дна. При определенной скорости крыльчатка будет давить на водяной столб в стороны и вверх, пока наклонная стена воды не достигнет 200 футов высоты у стены емкости. Как и в предыдущем примере с дамбой, отверстие размером 1-3/4" на отметке 75 футов ниже уровня жидкости приведет к потоку 500 галл/мин. Емкость, описанная выше, является насосом, хотя и не совсем обычным. Стенки емкости играют роль корпуса насоса, и отверстие диаметром 1-3/4" становится выходным отверстием насоса. Важно признать, что любой центробежный насос может подавать в определенном диапазоне скорости потока и давать напор, при условии, что (a) жидкость поступает в насос с той же скоростью, и (b) двигатель имеет достаточную мощность.

7. Насосные и Трубные Системы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

7-4

7. Насосы и Трубные Системы для Поверхностных Систем Буровых Растворов

Рисунок 7-1 Иллюстрация Напора и Потока

Энегрия и Напор Раствора Связь между давлением и напором хорошо известна в буровой индустрии, поскольку изменение плотности буровых растворов критично для контроля давления в скважине. Забойное давление подсчитывается путем умножения величины напора на плотность жидкости с использованием следующей формулы:

Где: Ph = гидростатическое давление столба жидкости фунт/дюйм2 (psi) ρ = плотность жидкости в фунт/галл D = вертикальная глубина в футах

Формула 7-1 Расчет Гидростатистического Давления В буровой индустрии также известно простое правило для подачи раствора на гидроциклон, которое связывает давление и напор: "вес буровой жидкости, умноженный на 4, дает давление, эквивалентное 75 футам напора во входном коллекторе". (замените H на 75 в вышеприведенном уравнении, чтобы увидеть как было выведено это простое правило).

7-5

7. Насосы и Трубные Системы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

7. Насосы и Трубные Системы для Поверхностных Систем Буровых Растворов

Рисунок 7-2 Иллюстрация Напора на Выходе Как и забойное давление, давление насоса меняется, в то время как напор остается постоянным, если плотность перекачиваемого раствора меняется. Когда вес бурового раствора увеличивается, давление на выходе центробежного насоса будет увеличиваться линейно. Возвращаясь к примеру "насоса в виде емкости", давайте предположим, что емкость заполняется буровым раствором со скоростью 16.7 Фунт/галл перед запуском двигателя. Измеренное давление у отверстия на 75 футов ниже уровня бурового раствора будет в два раза превышать давление, измеренное, когда "насос в виде емкости" заполнен водой. Более важно то, что скорость потока через отверстие остается равным 500 галл/мин, даже когда давление у отверстия удваивается. Скорость потока через отверстие является функцией напора, а не давления!

Выбор Центробежных Насосов Для целей данного обсуждения предполагается, что система циркуляции бурового раствора низкого давления по конструкции такова, что любой компонент оборудования обработки бурового раствора имеет специальный питающий насос. Выбор и размеры центробежных насосов подразумевает три шага: 1. Определение скорости потока и напора, необходимой для компонента оборудования обработки бурового раствора 2. Расчет возвышения и потери на трение (потеря напора) в трубной системе 3. Выбор комбинации насоса, крыльчатки двигателя на основе характеристических кривых насоса

7. Насосные и Трубные Системы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

7-6

7. Насосы и Трубные Системы для Поверхностных Систем Буровых Растворов

Требования к Скорости и Напору Потока В таблице ниже приведены методические рекомендации для напора и скорости потока, необходимых для различных типов оборудования обработки бурового раствора в системе циркуляции бурового раствора низкого давления. Ниже приведенная информация должна использоваться только для справки. Необходимо следовать инструкциям по эксплуатации от изготовителя оборудования, если они отличаются от методических рекомендаций, данных ниже. Таблица 7-2 Сводка Характеристик Питающих Насосов

Компонент

Стандартный размер коллектора или отверстия

Требования к напору

Вакуумный дегазатор с соплом Вентури в выпускном трубопроводе

От 1-1/2" до 2" Промывочное сопло

75 - 100 (у форсунки)

Пескоотделитель – 1 конус

8"

Пескоотделитель – 3 конуса

8"

От 150 до 350

6x5x11

[От 35 до 80]

6x5x14

500 [114]

6x5x14

1000 [227]

8x6x14

1500 [341]

8x6x14

Скорость потока меняется в зависимости от типа конуса

6x5x11

Скорость потока меняется в зависимости от типа конуса

6x5x11

75 футов напора у входного коллектора [4 x вес бурового раствора*]

Илоотделитель, 3" конус Илоотделитель, 4" конус

6" если< 1000 галл/мин

Илоотделитель, 5" конус

8" если > 1000 галл/мин

Илоотделитель, 6" конус

Устройство для очистки бурового раствора – Пескоотделитель

Стандартные размеры насоса

6"

Пескоотделитель – 2 конуса

Устройство для очистки бурового раствора – Илоотделитель

Требования к скорости потока галл/мин [м3/ч]

6" если< 1000 галл/мин 8" если > 1000 галл/мин

Смеситель бурового раствора - 4"

1-1/4" - 1-3/4"

75 футов напора на входном коллекторе [4 x вес бурового раствора*]

75 футов напора на входном коллекторе [4 x вес бурового раствора*]

75 - 100 (на форсунке)

6x5x14 8x6x14

6x5x14 8x6x14

6x5x11 250 - 450

6x5x14 8x6x14

Расчет Потери Напора Существует много методов расчета потерь на трение и разницу уровней на впускных и выпускных трубопроводах центрифуг используемых в нефтяной индустрии. Брошюра по центробежным насосам National Oilwell's Mission™ предлагает простой и доступный метод расчета потерь в трубопроводах. Также в данной публикации содержатся характеристические кривые для центрифуг нефтяных месторождений. Расчет потерь напора требует, чтобы и впускная, и 7-7

7. Насосы и Трубные Системы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

7. Насосы и Трубные Системы для Поверхностных Систем Буровых Растворов нагнетательная линии были изображены с размерами и длиной труб, количеством и размером фитингов, а также уровни должны быть отмечены на диаграмме. Цель состоит в том, чтобы уравнять фитинги на впускных и выпускных трубопроводах с длиной прямых участков труб, потому что потери напора легче всего рассчитать на прямых участках.

Методические Указания к Конструкции Насосов и Трубных Систем 4. Для каждого узла оборудования используйте специально предназначенные насосы. 5. Устанавливайте как можно более короткие и прямые впускные трубопроводы. 6. Скорость во впускной трубе должна быть между 4 и 8 фут/сек (во многих случаях, это означает, что впускная труба должна быть на размер больше, чем впускной фланец). 7. Используйте эксцентрические переходники для снижения увлечения воздуха или увеличение на всасывающей стороне. 8. Используйте 6" выпускной трубопровод до 1000 галл/мин. 9. Используйте 8" выпускной трубопровод свыше 1000 галл/мин. В таблице ниже приведены потери на трение и скорости в обычных трубопроводах резервуаров для бурового раствора. Желтые участки показывают скорость потока и комбинации труб, в которых средние скорости составляют 4 – 8 фут/сек, что рекомендовано для впускной трубы.

7. Насосные и Трубные Системы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

7-8

7. Насосы и Трубные Системы для Поверхностных Систем Буровых Растворов Таблица 7-3 Данные Потерь Скорости И На Трение Для Труб Резервуаров Бурового Раствора

2“ ТРУБА СХ. 40 (ВД = 2.07") СКОРОСТЬ hf V ПОТОКА (ГАЛЛ/МИН) СРЕДНЯЯ СКОРОСТЬ ПОТЕРЯ НАПОРА (ФУТ/СЕК) (на 100' ТРУБЫ)

4“ ТРУБА СХ. 40 (ВД = 4.03") V СРЕДНЯЯ СКОРОСТЬ (ФУТ/СЕК)

hf ПОТЕРЯ НАПОРА (на 100' ТРУБЫ)

50

4.8

4.68

1.3

0.18

100

9.5

17.50

2.5

0.63

200

19.1

66.41

5.0

2.26

300

7.6

4.87

400

10.1

8.49

600

15.1

18.54

СКОРОСТЬ ПОТОКА (ГАЛЛ/МИН)

6“ ТРУБА СХ. 40 (ВД = 6.065")

8“ ТРУБА СХ. 40 (ВД = 7.981")

V СРЕДНЯЯ СКОРОСТЬ (ФУТ/СЕК)

hf ПОТЕРЯ НАПОРА (на 100' ТРУБЫ)

V СРЕДНЯЯ СКОРОСТЬ (ФУТ/СЕК)

hf ПОТЕРЯ НАПОРА (на 100' ТРУБЫ)

400

4.4

1.09

2.6

0.12

600

6.7

2.35

3.8

0.26

800

8.9

4.04

5.1

0.44

1000

11.1

6.18

6.4

0.68

1200

13.3

8.78

7.7

0.95

1400

15.5

11.83

9.0

1.28

1600

17.7

15.24

10.2

1.65

1800

20.0

19.30

11.5

2.08

2000

22.2

23.75

12.8

2.55

СКОРОСТЬ ПОТОКА (ГАЛЛ/МИН)

10“ ТРУБА СХ. 40 (10 = 10.02")

12“ ТРУБА СХ. 40 (ВД = 1 1 .94")

1000

4.1

0.50

2.9

0.21

1200

4.9

0.71

3.4

0.30

1400

5.7

0.94

4.0

0.39

1600

6.5

1.22

4.6

0.50

1800

7.3

1.53

5.2

0.64

2000

8.1

1.86

5.7

0.78

Назначение Характеристических Кривых Насосов Рабочие характеристики центробежных насосов обеспечены изготовителями насосов и обычно отображаются графически, они известны как "характеристические кривые насоса" для целей выбора необходимого насоса, крыльчатки и двигателя для конкретного применения. 7-9

7. Насосы и Трубные Системы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

7. Насосы и Трубные Системы для Поверхностных Систем Буровых Растворов Как только мотор выбран, например для системы 6x5x14 с двигателем 1750 об/мин, цель характеристической кривой состоит в определении; (a) диаметра крыльчатки, и (b) мощности двигателя. Несмотря на простоту, интерпретация данных характеристической кривой насоса сложнее, нежели их простое считывание. Цель данного раздела состоит в объяснении кривых и, что более важно, как читать их. Что необходимо знать о характеристических кривых насосов: 10. Если вы можете читать двумерный график, вы в состоянии прочесть характеристическую кривую насоса. 11. Характеристические кривые насосов могут иногда оказаться противоречивыми, поскольку последовательность рабочих характеристик строится по двум осям, а не с построением графика для определенного насоса с одним импеллером. 12. Скорость потока насоса откладывается по горизонтальной оси графика (изготовитель насоса может использовать возможности Word для построения оси x). 13. Напор на выходе откладывается по вертикальной оси. 14. Мощность тоже можно отметить на графике, но она зависит от закачиваемой свежей воды и должна регулироваться для более тяжелых жидкостей. 15. Насосы нефтепромыслов описываются при помощи впускных и выпускных фланцев. Насос 6 x 5 имеет впускной фланец, который сочленяется с фланцем 6" трубы, а также выпускной фланец, который сочленяется с фланцем 5" трубы. Насос 5 x 6 аналогичен, используются те же термины, просто помните, что выпуск всегда меньше. 16. Третья величина дополняет описание насоса, она определяет размер корпуса, который указывает на наибольший размер возможной крыльчатки. Так, насос 6x5x11 может иметь крыльчатку диаметром не более 11", а насос 6x5x14 идентичен первому, но может иметь крыльчатку диаметром до 14" благодаря большему размеру корпуса. 17. Как только выбран насос с характеристиками, скажем, 6x5x14 и двигателем 1750 об/мин, характеристическая кривая насоса даст только два параметра информации; (a) необходимый диаметр крыльчатки, и (b) необходимая мощность двигателя. 18. Потери напора в трубопроводе должны быть известны из расчетов или опыта, прежде чем использовать характеристическую кривую насоса. Зная, что оборудование требует скорости потока 500 галл/мин при напоре 75 футов, этой информации недостаточно, чтобы использовать кривую. Используя вышеприведенную информацию, любой может прочесть рабочие характеристики по графику. Например, на графике ниже дана единственная рабочая характеристика, а именно, насос 8x6x14 с крыльчаткой 11". Черная кривая отображает напор на выходе против скорости потока для крыльчатки 11".

7. Насосные и Трубные Системы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

7-10

7. Насосы и Трубные Системы для Поверхностных Систем Буровых Растворов Красные линии показывают, где убывающие линии мощности пересекают кривые крыльчаток. Требования к потоку и напору для илоотделителя и пескоотделителя указаны голубыми крестиками; напор превышает рекомендуемые 75 футов, потому что насос может превысить линию потери напора. Крестики над линией 11" указывают, что нужна крыльчатка больших размеров.

Рисунок 7-3 Примерный График Рабочих Характеристик для Насоса 8x6x14 с Крыльчаткой в 11”

Чтобы быть уверенным, какой размер крыльчатки необходим, нужна дополнительная информация. Для этого необходимо добавить характеристики для крыльчатки 12" на ту же кривую. Как показано ниже, крыльчатка 12" подходит для установки в обоих насосах. Требуемая мощность двигателя может быть получена умножением мощности для воды, показанной на графике, на наибольшую возможную плотность бурового раствора.

7-11

7. Насосы и Трубные Системы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

7. Насосы и Трубные Системы для Поверхностных Систем Буровых Растворов

Рисунок 7-4 Примерный График Рабочих Характеристик для Насоса 8x6x14 с Крыльчаткой 12"

7. Насосные и Трубные Системы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

7-12

8. Предварительные Разделители

8. Предварительные Разделители Введение Использование конвейеров удаления вязкой массы или предварительных вибросит является хорошей практикой в некоторых областях бурения. При бурении молодых формаций гидрофильные глины могут вступить в реакцию с буровыми растворами на водной основе и привести к образованию вязких твердых веществ или выносу вязкой породы на поверхность. При быстрой проходке бурения или прохождении рыхлых пластов, важно удалить большую часть твердых веществ при помощи грубого вибросита, расположенного перед мелким высокоскоростным виброситом.

Конвееры Удаления Вязкой Массы Во многих случаях проблемы с вязкой породой можно контролировать при помощи правильного выбора буровой жидкости. При низком контролире значительная часть вязкой массы может закупорить выкидные линии и зачастую налипать на высокоскоростных виброситах, что приводит к потере всего бурового раствора через направляющий патрубок или через вибросита. Были разработаны конвейеры вязкой массы для ее механического удаления при помощи наклонного конвейера с приводным ремнем, который использует ячеистую, а не ременную цепь. Как показано на рисунке ниже, свободный раствор проходит через ячеистую цепь, но вязкая масса удерживается и доставляется к точке выброса.

Рисунок 8-1 Конвейер Вязкой Массы Модели GM 125 National Oilwell

8. Предварительные Разделители © 2004 Baroid Surface Solutions V1

8-1

8. Предварительные Разделители Методические рекомендации по обращению с вязкой массой: 1. Установите конвейер вязкой массы как можно ближе к направляющему патрубку. 2. Не допускайте прилипания вязкой массы где-либо, или скопления в выкидной линии. 3. Избегайте использования винтовых конвейеров или желобов для перемещения вязкой массы к отвалу и к точке сбора (вязкая масса прилипает к лопатам и слетает с винтовых конвейеров, что может сделать оба устройства бесполезными). 4. Используйте желоб свободного стекания и установите водоструйные установки для удаления вязкой массы с места, где она покидает конвейер вязкой массы на выброс. 5. Убедитесь, что выкидная линия идущая к конвейеру вязкой массы имеет минимальный наклон вниз в 6 градусов.

Предварительные Вибро-Сита Предварительные вибросита имеют два назначения. Одно состоит в том, что грубые сита предотвращают потери бурового раствора путем удаления части нагрузки оказываемой твердой фазе, что может создать излишнюю нагрузку на линейное движение вибросита. Второе назначение состоит в том, что грубые сита удаляют грубые частицы, которые могут повредить мелкие сита. Это позволяет использовать более мелкие сита с линейным движением вибросита без опасности преждевременного износа сита от крупных частиц. Почти любое вибросито может использоваться как грубое сито. Методические рекомендации для предварительных вибросит: • • • • •

Орбитальное движение вибросита с платформами нисходящего уклона обычно используется при размерах ячеек между 10 и 40. Вибросита кругового движения на двойной платформе также служат той же цели, хотя нет необходимости устанавливать сита на обеих платформах. Линейное движение вибросита редко используется, хорошие результаты получаются, если платформа наклонена вниз, и установлено сито с ячейками значения 80 или крупнее. Если липкая глина вызывает потери бурового раствора на грубых ситах, попробуйте установить более мелкие сита. Если мелкое сито вибросита справляется с нагрузкой твердых частиц, предварительные вибросита должны быть отключены и обойдены.

Недостатки Предварительных Сепараторов Предварительные вибросита и конвейеры вязкой массы имеют один общий недостаток. Оба устройства требуют такой возвышенной установки, и столько пространства, что иногда их установка на морских буровых установках

8-2

8. Предварительные Разделители © 2004 Baroid Surface Solutions V1

8. Предварительные Разделители затруднена. Возвышения необходимо тщательно контролировать, чтобы обеспечить примерно 1 фут [1 метр] снижения высоты на каждые 12 футов [12 метров] горизонтальной длины линии идущей к предварительным сепараторам.

Список Применяемых Конвееров Вязкой Массы Таблица 8-1 Применяемые Конвееры Вязкой Массы Производитель

Derrick Equipment Co.

MI/Swaco

National Oilwell

Varco/Brandt

Тип Сепаратора

Сепаратор вязкой массы конвейерного типа с нейлоновым конвейером

Модели и Спецификации Flo-Line Primer – Model 200 ¾ Длина: [131 / 3327] ¾ Ширина:[ 53¾ / 1365] ¾ Высота:[46¼ / 1175] ¾ Двигатель: 1.5 ЛС Flo-Line Primer – Model 258 ¾ Длина: [159 / 4039] ¾ Ширина:[53¾ / 1365] ¾ Высота:[51 / 1295] ¾ Двигатель: 1.5 ЛС

Сепаратор вязкой массы конвейерного типа

Gumbo-X™ ¾ Длина: [2900] ¾ Ширина: [1306] ¾ Высота: [1751] ¾ Двигатель: 5 ЛС

Сепаратор вязкой массы конвейерного типа

GM-125 ¾ ¾ ¾ ¾

Длина: [116] Ширина: [53] Высота: [56¾] Двигатель: 2 ЛС

Сепаратор вязкой массы конвейерного типа

Nutec ¾ ¾ ¾ ¾

Длина: [116] Ширина: [53] Высота: [56¾] Двигатель: 2 ЛС

8. Предварительные Разделители © 2004 Baroid Surface Solutions V1

8-3

9. Высокопроизводительные Вибросита

9. Высокопроизводительные Вибросита Предпосылка Вибросита нефтепромыслов претерпели значительные изменения с момента их первого применения. Первоначальные очистительные (просеивающие) устройства мало помогали предотвратить загрязнение твердыми частицами бурового раствора, но они продлевали жизнь рабочих компонентов двухцилиндровых насосов на конце системы буровых растворов. Сегодня, вибросита используются для множества целей: • • • • •

Предварительные вибросита используются для крупных твердых веществ выше по линии от высокопроизводительного вибросита. Сортировочные вибросита используются для сортировки по размерам твердых частиц для закачки в затрубное пространство. Сушильные вибросита используются для вторичного восстановления основных растворов из влажного шлама, отбракованного первичной выкидной линией вибросита. Первичная выкидная линия вибросита – это обычно высокопроизводительное вибросито линейного движения и используется для удаления основной массы мелкого бурового шлама. Каскадные вибросита сочетают грубое сито с высокопроизводительным виброситом.

Вибросита нефтепромыслов имеют общие элементы конструкции и общую историю технологического развития. Потребность в увеличении производительности сит и необходимость удаления более мелких частиц твердой фазы привела буровую индустрию к ряду усовершенствований в области колебательных движений, которые перечислены ниже в хронологическом порядке. Несбалансированное эллиптическое движение: Движение создается посредством вращения эксцентрично закрепленного вала, который установлен выше центра тяжести корзины вибросита. Данное движение не подает частицы только в одном направлении и требует наклона платформы. Несбалансированное эллиптическое движение вибросита до сих пор используется в настоящее время на агрегатах для капитального ремонта скважин и в качестве предварительных вибросит, например, National Oilwell Model SSS (одинарное стандартное вибросито). Грубые сита (ячейки 40 или меньше) наиболее часто устанавливаются на виброситах с уклоном. Большинство таких вибросит используют двигатели мощностью 3 лс, для привода через ременную передачу эксцентрика, который вращается со скоростью 1000 - 1200 об/мин. Двигатели могут быть гидравлическими или электрическими. Круговое движение: Движение создается посредством вращения единственного эксцентрично закрепленного вала, расположенного в центре тяжести корзины вибросита, которое обычно имеет две платформы или двойную платформу. Круговое

9. Высокопроизводительные Вибросита © 2004 Baroid Surface Solutions V1

9-1

9. Высокопроизводительные Вибросита движение перемещает твердые частицы к месту выброса, если сита горизонтальные, но не будет перемещать частицы вверх. С введением кругового движения, можно использовать более мелкие сита (ячейки 120 или иногда мельче на верхушке платформы), и потери бурового раствора будут значительно снижены благодаря ориентации горизонтальных сит. В качестве примера можно привести National Oilwell Model STS (одинарное тандемное вибросито). Большинство тандемных вибросит имеют двигатели мощностью 5 лс. Двигатели могут быть гидравлическими или электрическими. Линейное движение: В конце 1970-х было введено линейное движение вибросита. Это движение создается при помощи двух эксцентрично закрепленных валов (корпусные двигатели с двойным валом) которые вращаются в разные стороны. Главное преимущество линейного движения – возможность подачи твердых веществ вверх. Многослойные сита, способные удалять твердые частицы до порядка 70 микрон, могут использоваться на виброситах с линейным движением. Преимущества линейного движения – выбраковка более сухих твердых остатков, меньшие потери бурового раствора на виброситах, большая производительность просеивания, и более эффективное удаление твердых частиц. Почти все линейное движение вибросита приводится в движение электродвигателями в диапазоне 1.5 - 2.5 лс. В зависимости от частоты линии - 60 Гц или 50 Гц, корпусные двигатели вращаются со скоростью примерно 1800 об/мин или 1500 об/мин. Интересно, что двигатели синхронизируются друг с другом для создания линейного движения без необходимости в цепях синхронизации или ремнях. Сбалансированное эллиптическое движение и двойное движение: В конце 1990-х, получило распространение сбалансированное эллиптическое движение. Оно является разновидностью линейного движения, где два эксцентрика вращаются в противоположные стороны, с наклоном к ситу, для создания эллиптического движения, которое близко к линейному, и перемещает твердый шлам вверх. Главное преимущество сбалансированного эллиптического движения в том, что оно перемещает медленнее, и дает более сухие твердые частицы, блогодоря более длительному удержанию на поверхности сита. Аналогичные движения можно создать различными способами. National Oilwell's D285P-DM является виброситом двойного движения, которое может использоваться как вибросито линейного движения или в движении, аналогично сбалансированному эллиптическому.

Высокопроизводительные Вибросита Высокопроизводительные вибросита и вибросита новой конструкции значительно улучшили производительность системы циркуляции бурового раствора. Вибросита удаляют большую часть твердой фазы и дают большую часть отходов бурения (за исключением отработанной жидкости). Большинство высокопроизводительных вибросит относятся либо к линейному движению, либо к двойному движению. Преимущества использования высокопроизводительных вибросит:

9-2

9. Высокопроизводительные Вибросита © 2004 Baroid Surface Solutions V1

9. Высокопроизводительные Вибросита • • • •

Минимизация отходов бурения (низкие эксплуатационные расходы) Общие потери бурового раствора на виброситах минимальны Требования в разведении раствора снижены Поддерживаются более высокие скорости циркуляции

Высокопроизводительные вибросита используют только один или два вида решет. • •

Предварительно натянутая жесткая панель вибросита имеет жесткие рамы, которые обычно прикреплены к платформе сита, которая является плоской или слегка выпуклой. Гибкие сита подвесного типа натягиваются во время установки при помощи стяжек, которые натягивают сито в радиальном направлении или над выпуклостью. Которая образует платформу сита.

Гибкие сита будут испытывать колебания при вибрации механизма, если они не будут натянуты радиально для контакта с платформой сита. Предварительно натянутые жесткие сита имеют два преимущества, поскольку (a) их можно быстро заменить, и (b) выбрасывают более сухие твердые остатки. Вибросита подвесного типа с выпуклой платформой дают подковообразное распределение жидкости и увеличенную надежность благодаря близости внешних краев жидкого бассейна к месту выброса.

Рисунок 9-1 Модель вибросита D285P-DM National Oilwell

9. Высокопроизводительные Вибросита © 2004 Baroid Surface Solutions V1

9-3

9. Высокопроизводительные Вибросита

Особенности Механической Конструкции Механическая конструкция вибросита влияет на его гораздо более влияют свойства бурового раствора Таблица содержит особенности конструкции корректировки, которые можно сделать для характеристик вибросита.

производительность, но и конструкция решет. и эксплуатационные оптимизации рабочих

Таблица 9-1Особенности Конструкции Вибросит Особенность конструкции

Описание

Площадь Сита

Доступная площадь поверхности для установки сит определяется конструкцией вибросита

Эффект ¾

Складчатые сита в сочетании с возвышенным углом платформы может повысить производительность обработки раствора виброситом.

¾

Увеличение положения противовеса увеличивает пиковое значение силы инерции, что улучшает перемещение твердых остатков, но может привести к большему увлажнению шлама из-за более короткого времени удержания. Уменьшение положения противовеса повышает срок службы сита за счет более медленного перемещения твердых частиц, что приводит к большему осушению шлама из-за длительного времени удержания.

Корпусные двигатели имеют регулируемые противовесы Сила Инерции

Примечание: все противовесы на обоих двигателях идентичны

¾

¾

¾

Угол Наклона Платформы

Угол наклона платформы обычно может регулироваться в пределах ± 5 градусов от горизонтали

¾ ¾ ¾ ¾

Частота

Высота Перегородки

9-4

Частота гидромоторов вибраторов Определяется линейной частотой питания (если для питания гидромоторов вибраторов не используется частотно-регулируемый привод).

¾

Высота перегородки—это высота, на которой раствор перетекает через перегородку для подачи на вибросито.

¾

¾ ¾

Наиболее оптимальное значение угла – наименьший угол наклона платформы, при котором можно поддерживать покрытие жидкостью поверхности сита от 50% до 70%. Увеличение угла наклона платформы обычно приводит к более сухим остаткам и лучшей производительности обработки раствора. Увеличение угла наклона платформы может вызвать уменьшение зернистости шлама. Емкости с раствором с глубоким “концом подачи” могут подать мелкие частицы в отстойник чрез зазоры сит. Повышение глубины емкости на конце подачи может вызвать повышенное пропускание раствора через сито. При высоких углах наклона платформы, глубокие емкости могут привести к “дифференциальному залипанию” твердых частиц к ситу и ухудшить подачу. В западном полушарии, 60 Гц – стандарт, и скорость двигателя, поэтому, достигает 1800 об/мин. В восточном полушарии, 50 Гц - стандарт, скорость двигателя, поэтому, достигает 1500 об/мин Сила инерции ниже при 50 Гц, если только не установлены противовесы для компенсации. Вибросита с большой высотой перегородки затруднены для установки на небольших буровых установках из-за ограничений на высоту установки выкидных линий.

9. Высокопроизводительные Вибросита © 2004 Baroid Surface Solutions V1

9. Высокопроизводительные Вибросита

Сила Инерции и Смещение Корзины Пиковая сила инерции, оказываемая виброситом на платформу сита, обычно выражается в Gs и часто применяется как средство сравнения одного вибросита с другим. Поскольку противовесы обычно устанавливаются на определенном уровне ниже максимального, часто полезно измерить пиковое значение силы инерции при помощи ручного измерителя ускорений. В качестве альтернативы, можно измерить линейное смещение корзины (некоторые производители вибраторных устройств отпечатали магнитные бирки для этой цели) для расчета силы инерции. Связь между силой инерции и смещением дана ниже.

Где: Gpeak - пиковое ускорение в "G" ηmotor – скорость двигателя вибросита в об/мин dbasket – смещение корзины в дюймах 70414 – постоянная преобразования Формула 9-1 Расчет Силы Инерции для Вибросита

Руководящие Принципы для Вибросит 1. Вибросита должны использоваться с сетками, которые удаляют максимальное количество бурового шлама без избыточного удаления влажных остатков или потери бурового раствора через вибросита. См. Главу 10 для более подробной информации по выбору сита. 2. Используйте вибросита при наименьшем угле наклона платформы, который может поддерживать покрытие поверхности сита от 50% до 70% без потери бурового раствора . 3. Проверяйте натяжение сита, по крайней мере, один раз в смену, на подвесном устройстве вибросита. 4. Когда циркуляция прерывается для подключений или обследований, промывайте сита водой и проверяйте состояние сит. 5. Промывочное устройство высокого давления более эффективно для очистки сит и потребляет меньше жидкости, по сравнению со шлангами. 6. Периодически проверяйте поддон вибросита на предмет накопившихся осадков и пользуйтесь промывочной трубой или вакуумной установкой для удаления твердых частиц с вибросита. Сброс содержимого поддона в отстойник является плохой практикой, потому что твердые вещества будут оставаться в песколовке или в активной системе. 7. В случае забивания песка, попробуйте установить многослойные сита с более мелкими ячейками.

9. Высокопроизводительные Вибросита © 2004 Baroid Surface Solutions V1

9-5

9. Высокопроизводительные Вибросита 8. Если транспортировка твердых частиц затруднена из-за налипания глины, попробуйте более мелкое сито для ограничения трения между частицами и ситом. 9. Никогда не обходите вибросита для предотвращения потери бурового раствора, меняйте угол наклона платформы или устанавливайте более грубые сита для пропускания потока. 10. Проверяйте состояние резиновых прокладок при замене сит. От состояния резиновых прокладок зависит срок службы сита. (Следует отметить, что устройства для очистки бурового раствора National Oilwell имеют уплотнения сит вместо резиновых прокладок. Это означает, что резиновые прокладки заменяются вместе с ситами) 11. Используйте вытяжку на месте, убирайте только при замены сит. 12. Избегайте постоянного использования распылителей или избыточной промывочной воды для промывки сит. 13. Никогда не промывайте водой сита для для растворов на синтетической и нефтяной основах. 14. Если используются двойные вибросита, всегда ставьте более мелкие сита на более низкую платформу.

Руководящие Прнципы по Установки и Техническому Обслуживанию 1. Следуйте рекомендациям изготовителя по техобслуживанию и смазке согласно инструкции по установке и эксплуатации. 2. Обратите особое внимание на тип смазки и расписания для вибродвигателей корпусного типа. 3. Не используйте обычную смазку для вибродвигателей. 4. Не допускайте избытка смазки на электродвигателях. 5. Заменяйте изношенные и поврежденные прокладки.

9-6

9. Высокопроизводительные Вибросита © 2004 Baroid Surface Solutions V1

10. Сита Вибросит

10. Сита Вибросит Функции Сита Сита играют важную роль при выполнении целей TFM по многим причинам. Первая, они являются единственным элементом процесса обработки бурового раствора, изменяемым в зависимости от условий бурения на разных скважинах. Трудно и дорого заменять вибросита или другое технологическое оборудование, но сита могут быть легко заменены для улучшения рабочих параметров. Вторая, сита дают большую часть отходов бурения (за исключением отработанных растворов), образующихся во время бурения. Третья, вибросита должны работать при полной скорости циркуляции с минимальной потерей бурового раствора). Четвертая, сита являются единственным устройством на буровой, которое отделяет твердые частицы в зависимости от размера частицы или точки разделения. Производительность системы циркуляции бурового раствора зависит от выбора сит для соответствия условиям бурения и правильного баланса границы отделения и производительности. Назначение решет вибросита заключается в следующем: 1. 2. 3. 4. 5.

Максимальное удаление бурового шлама Минимальная потеря бурового раствора и/или промышленных присадок Противодействие нагрузкам жидкости и шлама без перебоев Пропускание 100% потока без излишних потерь бурового раствора Поддержка определенной границы разделения во время срока службы сита 6. Обеспечить приемлемый срок службы сита 7. Обеспечить безопасность и скорость, при которых сита можно заменять

Предпосылка Первые вибросита были однослойными ситами из крупных проводов, свитых в прямоугольную сетку, известную как проволочное сито "рыночной категории". Поскольку скорость циркуляции бурения увеличилась, необходимость в высокопроизводительных ситах потребовала от производителей сит использовать проволочные сита типа "Tensile Bolting Cloth" (TBC) - эластичная ситовая ткань. Проволочные сетки TBC сплетены в виде квадратных ячеек с использованием более тонких проводов нежели для сита рыночной категории. Сито TBC имеет большие ячейки, нежели ячейка рыночной категории с тем же шагом решетки. Более тонкие провода пропускают больше жидкости, но они менее прочны.

10. Сита Вибросит © 2004 Baroid Surface Solutions V1

10-1

10. Сита Вибросит

Размер отверстия 0.17 дюйм [4318 микрон]

Размер отверстия 0.19 дюймов

4 ячейки сита провода 0.08 дюймов

4 ячейки сита провода 0.06 дюймов

Рисунок 10-1Влияние диаметра провода на размер отверстия В 1970-е гг. использовались как продолговатые, так и многослойные сита. В теории, прямоугольные отверстия удаляют круглые частицы так же эффективно, как и квадратные, но лучше пропускают жидкость. Данная теория требует, чтобы прямоугольное отверстие должно быть стабильным и не позволяло более крупным частицам проскальзывать между проводами. В ходе реализации сит с прямоугольными ячейками также способствовала возникновению множества микроконцепций о назначении ячейки сита. Например, B120 была сплетена из 80 проводов в одном направлении и 40 проводов в другом. Теоретически, B120 дает ту же границу разделения, что и сито с ячейками 80, но считается более мелкой ячейкой.

4 X 2 УДДЛИНЕННЫЕ ЯЧЕЙКИ С ПРОВОДОМ 0.08 ДЮЙМОВ Рисунок 10-2 Иллюстрация Вытянутой Ячейки Многослойные сита состоят из двух мелкоячеистых сеток на грубой резервной сетке. Перекрывающие друг друга тонкие проволочные сита образуют 10-2

10. Сита Вибросит © 2004 Baroid Surface Solutions V1

10. Сита Вибросит "эквивалентное сито" и обеспечивают лучшую пропускаемость по сравнению с ситами с квадратными ячейками. Дополнительное преимущество многослойных сит – это активное деблокировка. Взаимодействие между слоями полотна сита заставляет смещать частицы, которые вклиниваются в ячейки сетки. Эффект деблокировки наиболее ярко выражен, когда слои слабо примыкают друг к другу и тогда как эффект деблокировки ослаблен, в случае когда слои тесно примыкают к металлической или пластиковой ячеистой пластине. В конце 1970-х, в буровой индустрии появились вибросита линейного движения. Сита были специально предназначены для противостоянию агрессивной вибрации линейного движения. Решета в металлической и пластиковой оправе лучше противостоят большим нагрузкам и давлению со стороны наполненных платформ, нежели неусиленные ситовые модули. Компания «Derrick Equipment» запатентовала сито из трех слоев проволочной сетки, прикрепленных к перфорированной металлической пластине. В начале 1990-х появились складчатые сита. Складчатость увеличивает эффективную поверхность сита, через которую может протекать жидкость. Линейное движение вибросита при высоком угле наклона платформы приводит к заводнению сит, с чем справляются лучше складчатые сита. С тех пор было изобретено немало новых видов многослойных сит с материалами высокой пропускаемости, такие как сита XR™, на которых применяются прямоугольные ячейки с отношением сторон не менее 2.5. Другая интересная разработка – это сетка Magnum™, запатентованная Sweco, в которой полипропиленовые пластиковые тросы вплетены в проволочную сетку для дополнительной прочности. Она также служит дополнительным креплением, когда пластик вплавлен многослойное сито, делая лишним пластик.

Разработка сит TECHMESH™ компанией Baroid Полотно сита TECHMESH компании Baroid разработан для продолжительных и высокоскоростных потоков, с лучшим сопротивлением блокировкам, и удалением большего количества твердых частиц, по сравнению с обычной проволочной сеткой. TECHMESH – это материал собственной разработки с диаметром проводов на 50% больше, чем у обычных вибросит. Более толстые провода обеспечивают большую сопротивляемость износу верхнего слоя, что зачастую приводит к повреждению большинства сит. Ситовый блок XTRA-FLO™ состоит из одного или нескольких слоев проволочной сетки TECHMESH. TECHMESH сплетена с прямоугольными отверстиями с отношением сторон 2:1. Отношение 2:1 обеспечивает максимальную пропускаемость потока без ухудшения границы отсечки. TECHMESH эффективным образом сочетает высокую пропускаемость прямоугольной сетки со способностью удалять твердые частицы решетки квадратной сетки.

10. Сита Вибросит © 2004 Baroid Surface Solutions V1

10-3

10. Сита Вибросит Разработка TECHMESH дала возможность Baroid Surface Solutions повысить производительность систем циркуляции бурового раствора повсеместно и выполнить цели TFM, такие как: • • • • •

Улучшение рабочих показателей бурового раствора благодаря эффективному удалению твердых частиц Более низкие затраты на поддержку бурового раствора Более высокая производительность вибросита и меньшие потери бурового раствора из-за заводнения сита Меньшая блокировка сита частицами, близкими по размеру Более длительный срок службы сита означает снижение затрат на утилизацию. Таблица 10-1 Просеивающие Свойства Сита XTRA-FLO с TECHMESH

Свойства сита

D16* (микрон) D50* (микрон) D84* (микрон) Проводимость (кд/мм)

Сита с Эквивалентной Ячейкой Baroid XTRA-FLO с TECHMESH 84

110

140

175

210

250

120 195 220

110 160 180

95 125 150

75 100 120

70 88 110

70 75 83

4.0

3.8

3.0

2.6

2.2

1.6

* Расчетная Эффективность Сита

Изготовители Сит и Собственные Разработки Изготовителей сит для вибросит относительно немного. Приведенная ниже таблица дает краткий обзор основных производителей:

10-4

10. Сита Вибросит © 2004 Baroid Surface Solutions V1

10. Сита Вибросит Таблица 10-2 Изготовители Сит и Собственные Разработки

Основная компания

Изготовитель сита и место изготовления

CPI

CPI Manufacturing Пирланд, Техас Броссард, Луизиана

Derrick Equipment

Derrick Equipment Буфало, Нью-Йорк Southwestern Wirecloth Тулса, Оклахома

MI/Swaco

SWECO, Флоренс, Кентуки Madison Filter Великобритания National Oilwell Хьюстон, Техас

Halliburton CPI Manufacturing Пирланд, Техас Advanced Wirecloth Новая Иберия, Лос-Анджелес Varco/Brandt Brandt

Cagle Oilfield

Global Wirecloth Тулса, Оклахома

Собственная разработка Alumitek™ ¾ Gредварительно натянутые сита для VSM и другие жесткие панели вибросита. V-Millennium™ ¾ Dысокопроизводительная продолговатая ячейка с направляющими потока. Pyramid™ Pyramid Plus™ ¾ Волнистые многослойные сита поддержкой грубого сита XR™ Mesh ¾ Продолговатая ячейка с отношением сторон 2.5 Magnum™ ¾ Многослойные сита с пластиковой оправой проволочной сетки ¾

Сита для вибросита VSM

TECHMESH™ ¾ Высокопроизводительная продолговатая ячейка для продолжительного срока службы Alumitek™ ¾ Предварительно натянутые сита для вибросита VSM Diamond Back™ ¾ Многослойные экраны с пластиковой оправой Blue Hex™ Screen ¾ Плоское предварительно натянутое сит с шестигранной перфорированной пластиной и жесткой рамой HCR™ ¾ Прямоугольная сетка с высоким отношением сторон и специальный материал для стабильности ячейки

Обозначение Сит В 1993 г. Американский Нефтяной Институт принял API RP 13E "Рекомендуемую практику для выбора сетки для вибросита", для обеспечения надежныго фундамента для правильного выбора сита. API RP 13E использует оптический анализ изображения для определения "эквивалентной ячейки" на основе размера и распределения апертур (отверстий) в сите. В буровой индустрии плохо восприняли API RP 13E, и процесс выбора теперь снова опирается на номер на упаковке сита. Важно понять, что номер на упаковке может не соответствовать фактической границе отсечке сита, особенно при сравнении сит различных производителей.

10. Сита Вибросит © 2004 Baroid Surface Solutions V1

10-5

10. Сита Вибросит

Руководящие Принципы для Сит Необходимо соблюдать следующие методические рекомендации 1. Отдавайте предпочтения многослойным ситам с вытянутыми ячейками, потому что они обеспечивают наилучшее сочетание высокой пропускаемости и удаления мелких частиц. 2. Производительность прежде всего. Выбирайте сита с наибольшей площадью. Для той же комбинации ячеек, квадратный образец 1" на металлической или пластиковой оправе сита будет иметь меньшую на 30% площадь для просеивания (или незакрытая область), нежели квадратное сито с размером 2". Идея в том, что образцы с размером 1" выдержат большую нагрузку твердых частиц или буровой раствор с большим удельным весом. 3. Помните, что сита с квадратной ячейкой и однослойные сита легче забиваются. 4. Не выбирайте сита, которые требуют управления линейным движением вибросита при максимальном угле наклона платформы, потому что часть жидкости на конце корзины можгут выборочно налипать частицы, замедлять подачу, перемалывать шлам или пропускать буровой раствор между резиновыми прокладками и ситами. 5. Используйте сито с одним и тем же размером для всех слотов для сит, если только вибросито имеет предварительную платформу.

10-6

10. Сита Вибросит © 2004 Baroid Surface Solutions V1

10. Сита Вибросит

Устронение Неполадок Связанных с Ситами Таблица 10-3 Устронение Неполадок Встречающихся Проблем связанных с Ситами

Проблема / симптом

Возможная причина Незакрепленные или изношенные сита Слишком большой угол наклона платформы

Коррективное действие ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Вращение двигателя Плохая подача твердой фазы

¾

¾ ¾ Изоляция корзины ¾ ¾

Скорость циркуляции ¾

¾ Поврежденные резиновые прокладки

Забивание сита

Близкие по размеру частицы

¾

¾ ¾

Высокое содержание песка или накопление твердых частиц в песколовке

Сита обхода шлама

¾ ¾ ¾

Накопление вязкой массы на ситах

Сопротивление подаче ¾ ¾

Изолировать вибросито от скважины Заглушить Промыть и проверить сита Затянуть или заменить сита Уменьшить угол наклона платформы По возможности без потерь бурового раствора Проверить направление вращения двигателя вибросита Если применяется линейное движение или сбалансированное эллиптическое движение, убедитесь, что оба двигателя работают и в правильном направлении Проверить состояние изоляторов корзин Проверить состояние пружин корзин, надувных оболочек, или резиновых изоляторов Убедитесь, что упаковочные скобы удалены Используются множество вибросит и скорость циркуляции мала, одно или несколько вибросит может быть изолировано и заглушено, чтобы пропускать больше жидкости через оставшиеся вибросита Линейное движение вибросита должно составлять 2/3 от поверхности сита, покрываемой жидкостью. Проверить состояние прокладок и заменить при необходимости. Следует отметить, что вибросита National Oilwell имеют резиновые уплотнения на дне каждого сита, поэтому они заменяются при каждой заменен сита Установить сита с более мелкими ячейками или Baroid TECHMESH Проверить все вибросита на предмет повреждений прокладок или зазоров Переустановить или заменить сита и прокладки Убедитесь, что байпасный затвор не поврежден Установить более мелкие сита для обеспечения более гладкой поверхности подачи Уменьшить угол наклона платформы Добавить разбрызгиватель

10. Сита Вибросит © 2004 Baroid Surface Solutions V1

10-7

10. Сита Вибросит

Номенклатура Сит Проводимость Следуя указаниям инженеров-промысловиков, проводимость выражается в килодарси/мм. Проводимость определяет способность жидкости протекать через единицу площади сита. Проводимость можно рассматривать как противоположность сопротивлению. Высокая проводимость означает низкое сопротивление, что означает, что сито с высокой проводимостью пропустит больше жидкости при прочих равных параметрах. Многослойные сита Совмещение двух и более тонкоячеистых проволочных сеток является очень эффективным способом создания "эквивалентной ячейки", которая активно сопротивляется забиванию. Многослойные сита предлагают улучшенную проводимость, и более тонкую границу отсечки, по сравнению с отдельными компонентами из-за взаимодействия между слоями. Многослойные сита имеют лучшую проводимость по сравнению с однослойными ситами с тем же размером ячейки, с небольшим ухудшением границы отсечки. Средняя граница отсечки (d50) d50 – выражает способность сита удалять твердые частицы и определяется размером частиц, которые на 50% пропускаются и на 50% удаляются. Меш Меш – число ячеек на линейный дюйм сита. Сам по себе меш не дает информацию о рабочих характеристиках сита. Он не дает информации о размере ячейки или о ее форме. Фактически, с прямоугольными отверстиями меш меняется в направлениях X и Y. Тем не менее, меш наиболее часто используется для описания имеющихся на рынке сит с квадратными ячейками. Например, обозначения "30 mesh TBC wirecloth" или "40 mesh US Standard Sieve" точно определяют сито. Mesh Count Mesh count наиболее часто используется для описания полотна сетки с прямоугольной ячейкой. Сетка 30 x 70 имеет 30 отверстий в направлении X и 70 отверстий в направлении Y. Но опять-таки, mesh count не дает информации о размере отверстия, если не даны диаметры проволоки. Незакрытая площадь (используемая площадь сита) Незакрытая площадь – это чистая площадь, выраженная в квадратных футах, через которую может протекать жидкость. Перфорированная пластина или пластиковая оправа может занимать до 40% площади панели сита Открытая площадь Открытая площадь обычно выражается в процентах и определяется как отношение площади отверстий сита к общей площади поверхности сита. 10-8

10. Сита Вибросит © 2004 Baroid Surface Solutions V1

10. Сита Вибросит С увеличением открытой площади, растет способность пропускания жидкости через сито. Многие специалисты считают, что открытая площадь является наилучшей характеристикой производительности сита, по сравнению с проводимостью, обсуждаемой ниже. Размер отверстия (или апертура) Размер отверстия описывает открытую площадь между проводами и часто выражается в единицах диаметра сферы, проходящей между проводами. Например, 200 US Standard Sieve имеет размер отверстия в 74 микрон. Зная размер отверстия или распределение размеров отверстий в сите, можно определить границу отсечки сита. Форма отверстия Форма отверстия обычно описывается как квадратная или вытянутая и может быть далее определена как отношение сторон. Отношение сторон 1:1 означает, что отверстие квадратное. Отношение 2:1 означает, что отверстие прямоугольное, с одной стороной в два раза длиннее другой. Форма отверстия важна для вибросита. Прямоугольные отверстия гораздо менее чувствительны к забиванию, нежели квадратные. Проводимость сита обычно увеличивается с увеличением отношения сторон, но также и граница отсечки. Пропускающая способность Проводимость в комбинации с незакрытой площадью сита определяет "пропускающую способность" сита или пропускную способность жидкости. Таблица 10-4 Обозночение Сит Baroid Аббревиатура

Описание

ALS

Swaco ALS

ATL

Brandt ATL & COBRA

D48

Derrick Model 48

D58

Derrick Model 58

FSI

Fluid Systems

G

Generic Mesh

KEM

Kemtron

LM3

Brandt/Sweco LM3

MTL

Metal Backed Screen

N28

National Oilwell Rigid Panel

PLS

Plastic Backed Screen

SCR

XTRA-FLO™ Screen

SMG

Swaco™ Mongoose™

TM

TECHMESH™

TRI

Triton Type Screen

V10

VSM 100

V30

VSM 300

10. Сита Вибросит © 2004 Baroid Surface Solutions V1

10-9

11. Дегазаторы

11.

Дегазаторы

Предпосылка Увлечение природного газа буровым раствором представляет пожарную опасность и ухудшает работу систему циркуляции бурового раствора буровой установки. В течение долгого времени была обычной практикой установка дегазатора сразу после вибросита для удаления большей части газа, прежде чем (a) он накопится вокруг резервуаров для бурового раствора или (b) или вызовет проблемы с насосом, которые будут препятствовать нормальной циркуляции бурового раствора. Применяемые на буровых установках два вида дегазаторов могут быть описаны как "атмосферные" или "вакуумные" дегазаторы.

Атмосферные Дегазаторы Атмосферные дегазаторы недороги, компактны, но имеют ограниченную эффективность в случае сильно если буровой раствор содержит много газа. Эти дегазаторы обычно применяются на материковых установках и зависят от погружной крыльчатки и способности качать жидкость в камеру отражения, которая находится при атмосферном давлении. Жидкость ускоряется и замедляется посредством введения бурового раствора по внутренней стене цилиндрической емкости. Газ выходит из бурового раствора из-за энергии, накопившейся на поверхности во время отражения. Газ выходит в атмосферу над резервуарами для бурового раствора или направляется на факел, если установлена нагнетательная установка. Ограниченная эффективность при работе с сильно газированным буровым раствором происходит вследствие того, что погружная крыльчатка теряет свою способность перекачивать жидкость при увеличении содержания газа в жидкости.

Вакуумные Дегазаторы Принцип эксплуатации вакуумных дегазаторов известен как принцип тонких слоев. Нагнетая жидкость между тонкими слоями по большим площадям внутри вакуумной емкости, можно достичь высоких темпов удаления увлеченного газа с относительно небольшими усилиями. Поскольку газ перекачивается только на небольшое расстояние (равное толщине тонкого слоя), газ вырывается быстрее, чем если бы он искал путь к открытой атмосфере из глубин поверхностных резервуаров для бурового раствора. Благодаря двум свойствам вакуумные дегазаторы имеют отличные рабочие характеристики, по сравнению с атмосферными дегазаторами. 1. Раствор направляется в дегазатор при помощи разницы давления созданной струйным насосом. 2. Вакуумные дегазаторы работают ниже атмосферного давления. Назначение питающего насоса дегазатора зачастую недооценивается, поскольку перекачиваемый раствор никогда не входит в дегазатор. Насос

11. Дегазаторы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

11-1

11. Дегазаторы принимает поток ниже дегазатора и перекачивает раствор, который свободен от газа, для создания движущей силы для увлечения раствора в вакуум. Насос подает примерно 400 галлонов в минуту на промывочное сопло диаметром в интервале 1-3/4" для создания разницы давления на выпускной трубе дегазатора. Эта разница давления создает всасывание, которое снижает давление в емкости. Вакуум поддерживается при помощи вакуумного насоса, который выкачивает свободный газ из емкости и направляет на факел.

Рисунок 11-1 Принцип Работы Вакуумного Дегазатора

Рекомендации по Установке 1. Насос дегазатора должен иметь соответствующие параметры чтобы обеспечивать надлежащий напор и поток на промывочное сопло согласно рекомендациям изготовителя. 2. Дегазатор должен обрабатывать при 125% от максимальной скорости циркуляции газа, увлеченного бурового раствора. Это может потребовать внесения изменений в промывочное сопло для обеспечения пропускной способности. 3. Дегазатор должен быть установлен сразу после песколовки. 4. Вход всасывающей трубы должен быть диаметром 12-18 дюймов [300450 мм] от дна резервуара. 5. Поток должен идти в следующее отделение по системе. 6. Высокое уравнивание в линии должно позволять буровому раствору с низким содержанием газа "отделять" от ниже расположенного отделения для многократного пропускания через дегазатор. 7. Всегда соединяйте линию отвода газа к факельной стойке (это значит, что должен быть установлен нагнетатель, если же установлен

11-2

11. Дегазаторы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

11. Дегазаторы атмосферный дегазатор, тем не менее лучшим решением все же будет заменить атмосферный дегазатор). 8. Оставляйте достаточно места для доступа к люку для промывки и очистки.

Рекомендации по Эксплуэтации 1. Периодически очищайте внутренности емкости дегазации для удаления сухих остатков бурового раствора и осевшего барита. 2. Запускайте для пробы дегазатор, по крайней мере, раз в месяц. Замените вакуумный манометр, если он неисправен. 3. Смазывайте вакуумный насос согласно инструкциям руководства по установке и эксплуатации .

Устронение Неполадок Таблица 11-1 Устранение Непладок Дегазаторов

Проблема/симптом

Возможная причина

Корректирующее действие ¾

¾ ¾

Насос дегазатора

¾ ¾ Дегазатор не подает жидкость в емкость

¾ Вход дегазатора ¾

¾ ¾ Емкость дегазатора

¾

Проверьте вход насоса и выпускные вентили на предмет правильного направления жидкости Проверьте, что вход не забит Включите циркуляционный насос с обратным ходом для прочистки входной линии Проверьте состояние промывочного сопла Закройте входной вентиль на дегазаторе перед запуском установки (все дегазаторы должны иметь вентиль на входной трубе) Отметьте закрытое положение на вакуумном манометре Медленно откройте входной вентиль на емкости дегазатора до достижения нормальной скорости потока. Отметьте показания вакуумного манометра Проверьте, не забита ли емкость или трубы остатками осевших частиц Проверьте, не закрыт ли вентиль отсечки вакуума (поплавок может быть заклинен в верхнем положении, допуская воздух в емкость)

11. Дегазаторы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

11-3

12. Гидроциклонные Сепараторы

12.

Гидроциклонные Сепараторы

Предпосылка Гидроциклоны устанавливаются ниже вибросит для удаления частиц, которые были пропущены виброситом. "Захват" означает, что часть входящих взвешенных частиц увлекается с отклоняемым потоком сепаратора. Используя центробежную силу для разделения частиц на основе разной плотности и размеров частиц, гидроциклоны захватывают (удаляют) большой процент твердых загрязнителей в буровых растворах, но имеют два ограничения: • •

Гидроциклоны могут забиваться или изнашиваться из-за крупных частиц Гидроциклоны удаляют много раствора с увлеченными частицами

Первое ограничение обычно преодолевается с помощью использования двух гидроциклонов разных размеров для последовательного удаления твердых частиц. Сначала крупные частицы удаляются пескоотделителем. Затем более мелкие частицы удаляются илоотделителем. Второе ограничение возникает при использовании дорогих жидкостей или при сведении к минимуму отходов бурения. При обсуждение в следующей главе, будут затронуты вопросы разработки устройства для очистки бурового раствора для преодоления этого второго ограничения.

Принципы Работы Гидроциклоны преобразуют давление от питающего насоса в центробежную силу. Зачасутю говорится, что гидроциклоны не имеют подвижных частиц, но пескоотделители и илоотделители не могут работать без соответствующего по размеру центробежного насоса (обычно работающего со скоростью 1750 об/мин). Как показано на рисунке ниже, входящая масса разгоняется в вихре воздушной воронки. Под действием центробежной силы часть взвешенных частиц оседает на внутренних стенках конуса, в конечном счете часть частиц выходит через верхнюю точку, и остальная часть массы выходит через нижнюю часть конуса.

12. Гидроциклонные Сепараторы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

12-1

12. Гидроциклонные Сепараторы

Рисунок 12-1 Гидроциклоны – Принципы Работы Гидроциклоны не являются устройствами, которые можно приостановить. По этой причине, эффективность сепарации обычно выражается через среднее значение D50, которое фактически является размером частицы, которая равным образом может быть пропущена или отбракована на конусе. Факторы, определяющие, какие частицы осядут в гидроциклоне, объясняются законом Стока. Закон Стока определяет скорость оседания частицы в жидкости. Вычисление фактической скорости оседания частицы в гидроциклоне более сложно, но важно понять связи, установленные законом Стока:

Где: Vg = скорость оседания вследствие силы гравитации d = диаметр частицы pp = плотность частицы p, = плотность жидкости g = ускорение свободного падения n = вязкость жидкости Формула 12-1 Закон Стока

Факторы, которые влияют на рабочие параметры гидроциклона и определяют эффективную границу отсечки, которая зависит от пескоотделителя или илоотделителя: • • •

12-2

Диаметр частицы (размер) Разница в плотности между твердыми частицами и массой Вязкость пульпы

12. Гидроциклонные Сепараторы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

12. Гидроциклонные Сепараторы •

Концентрация твердых частиц

Поскольку диаметр частицы указанны в квадратной степени, в законе Стока, размер частиц имеет наибольшее воздействие среди других параметров. Увеличение вязкости жидкости и плотности пульпы снижает эффективность гидроциклонных установок и увеличивает границы отсечки выше номинальных, данных ниже. Таблица 12-1 Номинальная Граница Отсечки и Производительность Гидроциклонов

Тип гидроциклона Илоотделитель Илоотделитель Пескоотделитель Пескоотделитель

Номинальный внутренний диаметр конуса 4" 5" 10" 12"

Производите льность (галл/мин) 65 80 500 500

Dso (микроны)

Требуемый напор на коллекторе подачи

15-25 20-30 70-90 70-90

75 футов [23 м] 75 футов [23 м] 75 футов [23 м] 75 футов [23 м]

Направление Жидкости Правильное направление бурового раствора на гидроциклонные установки очень важно для производительности системы циркуляции бурового раствора низкого давления. При неправильной установке очень возможно, что: 1. Твердые частицы не будут удаляться последовательно по размерам. Это может привести к плохой производительности оборудования, не предназначенного для пропускания высоких концентраций крупных частиц. 2. Твердые частицы могут обходить оборудование обработки бурового раствора и повторно закачиваться вниз, ухудшая свойства бурового раствора и условия в скважине. Насосы, подающие на гидроциклонные установки, должны принимать поток также, как указано на схеме внизу. Гидроциклонные установки должны всегда передавать свой избыточный поток на следующее отделение по потоку с меньшим давлением, что позволяет обратить поток между отделениями.

12. Гидроциклонные Сепараторы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

12-3

12. Гидроциклонные Сепараторы

Рисунок 12-2 Надлежащее Направление Жидкости Для Пескоотделителей И Илоотделителей

Методические Рекомендации по Установке 1. Каждая гидроциклонная установка должна быть способна работать на 125% от максимальной скорости циркуляции. 2. Каждая гидроциклонная установка должна иметь соответствующий по размерам питающий насос, подающий надлежащий поток и напор на входной коллектор установки. 3. Линия перелива должна иметь наклон примерно 45 градусов, чтобы предотвратить сифонирование (которое эффективно повышает границу отсечки конусов). В качестве альтернативы, можно установить сифонный прерыватель, если линия перелива должна идти вертикально. Выход линии перелива должен быть на 2" – 4" выше максимального уровня бурового раствора. 4. Убедитесь, что нижнее отделение сообщается с отделением входа насоса при помощи стабилизатора потока. 5. Предусмотрите достаточно места для установки и техобслуживания гидроциклонов.

Методические Рекомендации по Эксплуэтации 1. Регулярно проверяйте давление на входном коллекторе. Манометр должен быть изолирован при помощи вентиля, который должен открываться только для контроля давления. 2. Отрегулируйте поток для выброса распылением. 3. При бурении с применением бурового раствора на нефтяной, синтетической или утежеленным раствором на водной основе, пескоотделитель и илоотделитель не должны использоваться, если только поток не обработон предварительно устройством для очистки бурового раствора. 12-4

12. Гидроциклонные Сепараторы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

12. Гидроциклонные Сепараторы 4. Иногда изношенная крыльчатка или другие проблемы с питающим насосом могут привести к неадекватному напору на входном коллекторе. После отключения питающего насоса, попробуйте снять одну или несколько воронок с входного отверстия и линии переполнения на коллекторе. Это может увеличить давление коллектора и улучшить работу оставшихся конусов, пока проблемы с насосом не будут устранены.

Устранение Неполадок Таблица 12-2 Устранение неполадок гидроциклонов Проблема/Симптом

Недостаточное давление на входе коллектора

Избыточная потеря жидкости или "вовлечение" потока

Нет выброса из потока

Возможная причина

Корректирующее действие

Питающий насос

Проверить засоренность входа или нагнетательных линий. Включить обратную циркуляцию насоса для очистки входной линии. Проверить вращение насоса Проверить целостность штоков вентилей, которые могут мешать дросселям поворачиваться при вращении за рукоятку. Проверить направление раствора и клапаны, чтобы убедиться, что правильный насос питает вход. Заглушите питающий насос, снимите один или несколько конусов со входной линии и отверстий переполнения на коллекторе для повышения давления на коллекторе, пока насос ремонтируется или заменяется.

Затруднение потока

Заглушить установку, заглушив питающий насос. Проверить внутренности конусов, сняв верхний и нижний конусы.

Высокая концентрация твердых частиц в подаче или крупные частицы в подаче

Проверить работу верхнего оборудования контроля содержания твёрдой фазы. Проконсультироваться с инженером по буровым растворам

Избыточное давление на коллекторе

Проверить направление раствора и вентили, чтобы убедиться, что для подачи на вход используется правильный насос.

Верхняя точка ограничена или забита

Заглушить установку, заглушив питающий насос. Проверить внутренности конусов, сняв верхний и нижний конусы.

12. Гидроциклонные Сепараторы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

12-5

12. Гидроциклонные Сепараторы Таблица 12-3 Изменения Давления для Гидроциклонного Коллектора

12-6

Высота напора (футы)

Вес бурового раствора (Фунт/галл)

Входное коллекторное давление, эквивалентное 75 футам напора (psi)

75

8.3

32

75

8.5

33

75

8.7

34

75

9.0

35

75

9.3

36

75

9.5

37

75

9.7

38

75

10.0

39

75

10.3

40

75

10.5

41

75

10.7

42

75

11.0

43

75

11.3

44

75

11.5

45

75

11.7

46

75

12.0

47

75

13.0

51

75

14.0

55

75

15.0

59

12. Гидроциклонные Сепараторы © 2004 Baroid Surface Solutions V1

13. Устройства для Очистки Буровых Растворов

13.

Устройства для Очистки Буровых Растворов

Обзор На нефтеном жаргоне комбинация вибросита с гидроциклонной установкой называется либо "устройством для очистки бурового раствора", либо "восстановитель бурового раствора". Данные термины используются попеременно, хотя оригинальные устройства для очистки бурового раствора имеют конусы илоотделителя, установленные над мелкоячеистым виброситом для обработки взвешенной буровой жидкости. Устройства для очистки бурового раствора используются для следующих целей: 1. Уменьшение отходов путем восстановления большей части жидкой фазы, которая может быть потеряна в неперекрытом потоке гидроциклона. 2. Улучшение контроля содержания твёрдой фазы при помощи утяжеленных жидкостей с использованием надлежащих сит, которые удаляют барит с нижнего потока и удаляют буровой шлам 3. Улучшение контроля содержания твёрдой фазы для безводных растворов путем восстановления основной жидкости, которая может быть экономически или экономически невыгодно сбрасывать с нижним потоком гидроциклона. С точки зрения снижения отходов, устройства для очистки бурового раствора должны всегда предусматриваться до обычных пескоотделителей и илоотделителей.

Особенности Конструкции Устройства для очистки бурового раствора обычно изготавливаются вместе с высокопроизводительными линейными виброситами, в качестве первичного компонента и гидроциклонная установка конфигурируется в соответствии с данным компонентом. Конфигурации меняются на основе устройств для очистки бурового раствора, которые имеют только илоотделительные или пескоотделительные воронки для комбинированных установок. Иногда, для устройства для очистки бурового раствора будет преимущество в обеспечении дополнительного ситового устройства для выкидной линии. В этом случае, устройство для очистки бурового раствора оснащено поддоном вибросита и соединено с коллектором распределения потока. Устройства для очистки бурового раствора обычно определяются по своей производительности обезиливания и пескоудаления бурового раствора, что может быть рассчитано путем учета производительности всех конусов. См. Главу 12 касательно информации о призводительности конусов. Важные особенности конструкции, которые необходимо учесть: 1. Круглые коллекторные илоотделители предпочтительны из-за более равномерной работоспособности конуса, по сравнению с прямыми коллекторами. 2. Избегайте установки отдельных вентилей на каждом конусе, поскольку это снижает безопасность конусов под давлением. 13. Устройства для Очистки Буровых Растворов © 2004 Baroid Surface Solutions V1

13-1

13. Устройства для Очистки Буровых Растворов 3. Необходимо предусмотреть байпасный вентиль на желобе нижнего потока или для "отключения платформы сита в случае, если условия бурения или свойства бурового раствора требуют, чтобы нижний поток выбрасывался, а не просеивался".

Направление Раствора Направление раствора для гидроциклонных коллекторов очистки бурового раствора идентично направлению жидкости для гидроциклонов. См. Главу 12 для более подробной информации.

Методические Рекомендации по Установке 1. Убедитесь, что гидроциклонные установки легко и безопасно доступны. Это может потребовать сооружения платформы из-за возвышенного расположения гидроциклонов над виброситом. 2. Следуйте рекомендациям изготовителя по техобслуживанию и смазке в руководстве по установке и эксплуатации, особенно тип и график смазки для вибромоторов . 3. Заменяйте изношенные резиновые прокладки. 4. Каждая гидроциклонная установка должна иметь способность работать на 125% от максимальной скорости циркуляции 5. Каждая гидроциклонная установка должна иметь специальный, соответствующий по параметрам питающий насос для обеспечения надлежащего потока и напора на входной коллектор установки. 6. Линия сброса должна иметь наклон примерно 45 градусов, чтобы предотвратить сифонирование (которое эффективно повышает границу отсечки конусов). В качестве альтернативы, можно установить сифонный прерыватель, если линия перелива должна идти вертикально. Выход линии перелива должен быть на 2" – 4" выше максимального уровня бурового раствора. 7. Убедитесь, что нижнее отделение сообщается с отделением входа насоса при помощи стабилизатора потока.

Методические Рекомендации по Эксплуэтации 1. Используйте сита устройства для очистки бурового раствора с наименьшей границей отсечки без производства слишком влажных отходов. См. Главу 10 касательно более подробной информации о выборе сит. 2. Используйте платформу при низком угле наклона платформы для улучшения подачи твердых частиц. 3. Проверяйте натяжение сита, по крайней мере, один раз в смену, на подвесном устройстве вибросита. 4. В случае забивания песком, попробуйте установить многослойные сита с более мелкими ячейками. 5. Проверяйте состояние резиновых прокладок при замене сит. От состояния резиновых прокладок зависит срок службы сита. 13-2

13. Устройства для Очистки Буровых Растворов © 2004 Baroid Surface Solutions V1

13. Устройства для Очистки Буровых Растворов 6. Примечание: Устройства для очистки бурового раствора National Oilwell имеют уплотнения сит вместо резиновых прокладок. Это означает, что резиновые прокладки заменяются вместе с ситами. 7. Избегайте постоянного использования распылителей или избыточной промывочной воды для промывки сит. 8. Никогда не промывайте водой сита для буровых растворов на синтетической или нефтяной основе. 9. Регулярно проверяйте давление на входном коллекторе. Манометр должен быть изолирован вентилем, который должен открываться только для снятия показаний. 10. Отрегулируйте верхний конус для выброса распылением.

Устранение Неполадок • •

См. Главу 10 Касательно устранения неполадок сит и вибросит. См. Главу 12 Касательно устранения неполадок гидроциклона.

Рисунок 13-1 Устройство для очистки бурового раствора National Oilwell D380P 20/3

13. Устройства для Очистки Буровых Растворов © 2004 Baroid Surface Solutions V1

13-3

14. Декантирующие Центрифуги

14.

Декантирующие Центрифуги

Предпосылка Удаление или контроль концентрации бурового шлама в пределах диапазона 2-50 микрон требует использования центрифуги. Значение центрифуг возрастает не только для контроля содержания твёрдой фазы, но и для других процессов удаления отходов . Стандартные применения в индустрии разведки и добычи – это удаление легких частиц, системы обработки замкнутого цикла, обезвоживание, уменьшение отходов, перекрытие канав, и восстановление важных продуктов, типа барита, нефти, или синтетических растворов. Центрифуги предлагают высокую скорость восстановления, не требуют значительного управлении при эксплуатации, и их можно легко мобилизовать. Способность центрифуг отделять взвешенные частицы зависит от размеров и плотности частиц. Недостатки центрифуг включают высокие капитальные затраты, значительное потребление питания, малая производительность для их веса и размера, и высокие затраты на техобслуживание, присущие износу высокоскоростных механизмов. Чтобы свести к минимуму недостатки и максимально использовать преимущества, следует понять, как эксплуатационные параметры влияют на рабочие параметры центрифуги.

Принципы Работы Центрифуга может отделять только те взвешенные частицы, которые осели. Это означает, что растворенные твердые вещества, типа соли, и частицы размера коллоидных частиц, не могут быть отделены сепараторами центробежного или гравитационного принципа работы. Можно удалить коллоидные частицы, которые флоккулируют в результате химической реакции. Время и пространство – два главных преимущества, предлагаемых центрифугами перед статическими очистительными установками, потому что центрифуги создают силы ускорения, которые многократно превосходят силу тяжести. Как показано в уравнении 14-1, центробежная сила может быть определена и достигает максимума при наибольшем диаметре чаши.

Где: Gforce - максимальное ускорение в "G" RPMbowl - скорость вращения чаши в об/мин IDbowl - внутренний диаметр чаши в дюймах 70414 -постоянная преобразования

Формула 14-1Расчет Ускорения Центрифуги

14. Декантирующие Центрифуги © 2004 Baroid Surface Solutions V1

14-1

14. Декантирующие Центрифуги Закон Стока определяет скорость, с которой частица оседает в жидкости, если концентрация частиц мала, и взаимодействие частиц не влияет на оседание. Расчет реальной скорости оседания внутри центрифуги более сложен, но важно понять связи, устанавливаемые законом Стока в уравнении 14-2.

Где: Vg = скорость оседания под действием гравитации d = диаметр частицы ρp = плотность частицы Pl = плотность жидкости g = ускорение или гравитация n = вязкость жидкости

Формула 14-2 Закон Стока Производительность центрифуги определяется пятью параметрами, с добавлением "времени пребывания" к переменным, определенным, Законом Стока. Эти параметры: • • • • •

Диаметр частицы (размер) Разница в плотности между твердыми частицами и пульпой Вязкость пульпы Сила ускорения Время пребывания

Поскольку размер частицы указывается в квадратной степени, диаметр частицы обладает наибольшим влиянием, по сравнению с другими параметрами в законе Стока. Если удвоить размер частицы, скорость оседания увеличится вчетверо, этим объясняется, почему химическая флоккуляция частиц является эффективным инструментом улучшением улавливания твердой фазы в центрифуге. Декантирующая центрифуга не является ни идеальным сепаратором, ни хорошим сушильным устройством, поскольку некоторая часть твердых веществ увлекается с центратом и выброшенные частицы содержат жидкость. Любая попытка уменьшить влажность твердых частиц ухудшит качество выделяемой жидкости, поскольку обе фазы конкурируют за время пребывания внутри центрифуги.

Особенности Механических Конструкций Главная часть декантирующей центрифуги состоит из чаши, конвейера, и привода. Собранные вместе эти компоненты называются "вращающимся

14-2

14. Декантирующие Центрифуги © 2004 Baroid Surface Solutions V1

14. Декантирующие Центрифуги модулем" или "RA". Чаша имеет цилиндрическую секцию и коническую секцию. Внутренний кольцевой конвейер соответствует контуру чаши. Привод механически связывает бункер и конвейер, поэтому они вращаются в одном направлении, но немного с разными скоростями.

Чаша

Рисунок 14-1 Компоненты Центрифуги и Потока Подачи Пульпа разгоняется до скорости чаши внутри ступицы конвейера. Оказавшись внутри чаши, пульпа образует цилиндрический бассейн с воздушной сердцевиной. Толщина бассейна жидкости от воздушной сердцевины до внутренней стенки чаши известна как "глубина бассейна". Глубина бассейна регулируется при помощи подвижных сливных устройств в верхней части чаши. Форма чаши, наряду с глубиной бассейна определяет время пребывания жидкости для любого значения скорости подачи. Например, если бассейн имеет объем 5 галлонов, а скорость подачи – 10 галл/мин, тогда время пребывания жидкости составляет 30 секунд. По мере увеличения скорости подачи время пребывания жидкости уменьшается, означая, что остается меньше времени для оседания твердых частиц, и поэтому больше твердых частиц выйдет вместе с жидкостью. Дифференциальная скорость (об/мин) или "дельта" (Δ) между чашей и конвейером определяет время нахождения твердых частиц внутри самой чаши. Дифференциальная скорость создается по средством использования механического привода необычным образом. Корпус привода вращается вместе с чашей, выходной вал присоединен к конвейеру, а входной вал (или вал-шестерня) обычно зафиксирован, так что он не может вращаться. Это позволяет конвейеру вращаться немного медленнее или быстрее чаши. Помните, что и чаша, и конвейер вращаются в одном направлении.

14. Декантирующие Центрифуги © 2004 Baroid Surface Solutions V1

14-3

14. Декантирующие Центрифуги

Где: Δ = дифференциальный крутящий момент вращение между чашей и конвейером RPMbowl = скорость вращения чаши в об/мин RPMpinion = скорость вращения вала-шестерни на приводе Gear Unit Ratio = отношение передачи привода Формула 14-3 Расчет Диференциальной Скорости Конвеера (Шнека) / Чаши

Если вал-шестерня прикреплен к стационарному объекту, его скорость вращения равна нулю, и дифференциальная скорость остается неизменной. Если того требуют условия процесса, используется двигатель / тормоз переменной скорости для привода вала-шестерни с изменяемой скоростью. Использование обратного хода меняет дифференциальную скорость и, тем самым, меняет продолжительность времени, в течение которого твердые частицы остаются в бункере, как это видно из уравнения 14-3. Внутренний конвейер подает осевшие твердые частицы по направлению к выпускным отверстиям чаши. Поскольку коническая секция только частично погружена в бассейн, не погруженная часть играет роль пляжа, на котором твердые остатки могут обсохнуть. Более низкая дифференциальная скорость позволяет лучше осушить твердые частицы, что приводит к меньшему выбросу жидкости вместе с частицами. Более высокая дифференциальная скорость снижает время, в течение которого твердые частицы дегидрируются, и это приводит к удалению большего объема жидкости вместе с частицами. Подача твердых частиц вверх против мощных сил гравитации требует больших нагрузок крутящего момента, который обеспечивается через привод на вал конвейера. Вал-шестерня на приводе должен быть защищен устройством ограничения крутящего момента для предотвращения механического повреждения центрифуги. Высокий крутящий момент может произойти вследствие: 1. Избытка нагрузки твердых веществ из-за высокой скорости подачи 2. Избытка нагрузки твердых веществ из-за их высокой концентрации в подаче 3. Высокой концентрация плотных частиц типа барита 4. Высокой силы инерции из-за высокой скорости вращения чаши 5. Накопления сухих или прилипших твердых остатков в чаши

Методические Рекомендации по Эксплуэтации Только четыре механических параметра можно регулировать, чтобы управлять рабочими параметрами центрифуги: • 14-4

Скорость чаши (об/мин) 14. Декантирующие Центрифуги © 2004 Baroid Surface Solutions V1

14. Декантирующие Центрифуги • • •

Скорость подачи Глубина бассейна Дифференциальная скорость (об/мин)

Каждый параметр влияет на скорость оседания или время пребывания. Химическая дозировка является важным пятым параметром, который применим только при флоккуляции бурового раствора Скорость чаши определяет центробежную силу, которая является причиной сепарации. Более высокие силы инерции обычно улучшают чистоту центрата и сухость твердых веществ. Однако, увеличение скорости может иногда ухудшить или затруднить транспортировку твердых частиц, псокольку конвейер может не справиться с доставкой твердых частиц на пляж и обратно из-за высоких сил инерции. Это проявляется в первую очередь как ухудшение прозрачности выделяемой жидкости из-за нарастания шлака внутри бассейна. Так же следует отметить, что затраты на техобслуживание для вращательного оборудования четырехкратно пропорциональны рабочей скорости. Если рабочая скорость возрастает в два раза, затраты на техобслуживание возрастут в восемь раз. Наилучшая скорость – это наименьшая скорость, при которой соблюдены технологические требования процесса. Все центрифуги имеют ограничения на скорость подачи, которые ухудшают качество выделяемой жидкости, что приводит к большему содержанию твердых частиц в выходящей жидкости. Если процесс требует увеличения скорости потока, другие корректировки, типа увеличения глубины бассейна или увеличения скорости вращения чаши могут компенсировать потерю времени пребывания материала внутри чаши. Поскольку центрифуга разгоняет жидкость как насос, увеличение скорости подачи приведет к увеличению токовой нагрузки на установку. Это полезно проверять, когда показания индикатора/счеткчика потока сомнительны. Глубина бассейна регулируется с помощью подвижных водосливов, которые определяют, где центрат переливается через отверстия на большом конце бункера. Глубина бассейна чрезвычайно чувствительный параметр процесса и может потребовать тонкой настройки, с шагом ±1 мм для оптимизации рабочих показателей. Увеличение глубины бассейна ведет к увеличению времени пребывания жидкости, что обеспечивает большую прозрачность центрата. Более высокий уровень бассейна также уменьшает длину пляжа и ухудшает время дегидрации сухих частиц, что приводит к выбросу более влажной твердой фазы. Обратный ход позволяет отрегулировать дифференциальную скорость для оптимизации сухости остатка и прозрачности центрата. Без обратного хода дифференциальная скорость может только регулироваться путем изменения скорости чаши или отношения передач привода. Увеличение дифференциальной скорости при помощи регулировки обратного хода (или установки передачи с меньшим отношением) приведет к тому, что твердые частицы будут удаляться с пляжа на более высокой скорости, уменьшая время пребывания твердых частиц и уменьшая толщину отложений внутри чаши.

14. Декантирующие Центрифуги © 2004 Baroid Surface Solutions V1

14-5

14. Декантирующие Центрифуги Увеличение дифференциала приведет к более влажным твердым частицам, а также к хорошей прозрачности центрата. Уменьшение дифференциала приведет к более сухим твердым частицам, вследствие увеличения времени пребывания на пляже, но за счет прозрачности центрата, поскольку отложения шлака в бассейне вырастут и больше твердых частиц попадет в жидкость.

Методические Указания по Центрифугам 1. Вибросита и, возможно, устройства для очистки бурового раствора должны располагаться перед центрифугой, чтобы удалять крупные абразивные частицы перед центрифугой. 2. При обработке неутяжеленных растворов выход тяжелой фракции (отложения) удаляются как отходы. 3. При обработке утяжеленных растворов, выход тяжелой фракции возвращается в активную систему, и центрат, содержащий большинство коллоидных частиц, сбрасывается как отходы (или отправляется на установку дегидрации). 4. Центрифуга должна принимать материал из хорошо смешанного участка отделения, расположенного сразу после отделения отходов центрифуги. 5. Когда сброс с центрифуги возвращается в буровой раствор, он должен быть передан в хорошо смешанную область или в смесительную воронку с промывочным соплом. 6. При обработке в центрифуге утяжеленных растворов подаваемый материал должен быть разведен для снижения вязкости сбрасываемого материала до 40 секунд по тесту воронки Марша.

Рисунок 14-2Схема Технологического Процесса Двойной Центрифуги

14-6

14. Декантирующие Центрифуги © 2004 Baroid Surface Solutions V1

14. Декантирующие Центрифуги

Рисунок 14-3Схема Технологического Процесса для Получения Утежеляющего Материала

Рисунок 14-4 Схема Технологического Процесса Удаления Коллоидных Частиц

14. Декантирующие Центрифуги © 2004 Baroid Surface Solutions V1

14-7

15. Оборудование Транспортировки и Подачи Материалов

15.

Оборудование Транспортировки и Подачи Материалов

Обзор Безопасные, эффективные и надежные системы транспортировки материалов необходимы для транспортировки бурового шлама на морских объектах. Они также используются на наземных системах с "нулевым выбросом" в экологически чувствительных регионах. Буровой шлам должен быть удален из системы циркуляции бурового раствора низкого давления, либо в раздельные транспортировочные контейнера (скипы) для последущего захоронения, или переработки. Буровой шлам должен удаляться с той же скоростью, с какой он вырабатывается, чтобы не прерывать процесс бурения. Система транспортировки бурового шлама должна отвечать следующим критериям: • • • •

Соответствие требованиям ОТ, ТБ и ООС Вывоз бурового шлама со скоростью, не меньшей, чем буровая установка вырабатывает его Передавать компоненты от жидкой пульпы к пастообразной массе Обеспечить доступную альтернативу непрерывному бурению в случае сбоя

Рисунок 15-1 Компоненты Винтового Конвеера

Объем Бурового Шлама Количество транспортируемого бурового шлама определяется требованиями к размерам и мощности оборудования по транспортировке бурового шлама. Объем бурового шлама не идентичен объему номинального диаметра скважины, и связанно это с самим буровым раствором который увлажняющяет буровой шлам, а такжес объемом свободной жидкости, которые выходит из оборудования по контроля содержания твёрдой фазы вместе с буровым шламом. Обычно бурение с применением раствора на водной основе в молодых реактивных формациях приводит к удержанию раствора на буровом шламе (ROC). Использование безводных жидкостей позволяет уменьшить удержание на шламе. Первые предположения или оценка примерного соответствия массы и объема влажного бурового шлама, выработанного во время бурения при различных значениях проходки и при различных диаметрах бурового долота сведены в 15. Оборудование Транспортировки и Подачи Материалов © 2004 Baroid Surface Solutions V1

15-1

15. Оборудование Транспортировки и Подачи Материалов таблицу ниже. В таблицах предполагается, что 100% бурового шлама удаляется оборудованием контроля содержания твёрдой фазы наряду с равным объемом бурового раствора 10 фунт/галл (50% твердых веществ по объему). Помните, что приведенные ниже оценки не включают общие потери бурового раствора в оборудовании контроля содержания твёрдой фазы, бурение не стандартных скважин, или аварийный сброс бурового раствора. Таблица 15-1 Выработка в Час Влажного Бурового Шлама в Тоннах для Данных Значений Диаметра Бурового Долота и Скорости Проходки

Диаметр бурового долота (дюйм)

Скорость проходки в футах в час [м/ч] 10 [3.0]

25 [7.6]

50 [15.2]

100 [30.5]

200 [61.0]

8½”

0,4

1,1

2,1

4,2

8,5

12¼”

0,9

2,2

4,4

8,8

17,6

17½”

1,8

4,5

9,0

18,0

36,0

Таблица 15-2 Количество Кубических Футов в Час Бурового Шлама для Данных Значений Диаметра Бурового Долота и Скорости Проходки

Диаметр бурового долота (дюйм)

Скорость проходки в футах в час [м/ч] 10 [3.0]

25 [7.6]

50 [15.2]

100 [30.5]

200 [61.0]

8½”

3.9

9.9

19.7

39.5

79.0

12¼”

8.2

20.5

41.0

82.0

164.0

17½”

16.7

41.8

83.7

167.3

334.7

Таблица 15-3 Число Баррелей в Час Бурового Шлама для Данных Значений Диаметра Бурового Долота и Скорости Проходки

Диаметр бурового долота (дюйм)

Скорость проходки в футах в час [м/ч] 10 [3.0]

25 [7.6]

50 [15.2]

100 [30.5]

200 [61.0]

8½”

0.7

1.8

3.5

7.0

14.0

12¼”

1.4

3.6

7.3

14.6

29.2

17½”

2.9

7.4

14.9

29.8

59.6

Гравитационная Транспортировка Использование гравитации для транспортировки бурового шлама вдоль желоба является распространенным и возможно лучшим методом удаления бурового шлама от оборудования обработки бурового раствора. Самое

15-2

15. Оборудование Транспортировки и Подачи Материалов © 2004 Baroid Surface Solutions V1

15. Оборудование Транспортировки и Подачи Материалов большое и единственное препятствие – ограничение по высоте, поскольку необходима высота в 10 футов на каждые 10 футов по горизонтали. Желоба для бурового шлама должны быть такими, что: 1. Угол должен составлять, по крайней мере, 45 градусов. 2. Поперечное сечение ската должно быть достаточно большим , чтобы перемещать с максимальной объемной скоростью потока. 3. Структура должна выдерживать нагрузку влажного бурового шлама. 4. Необходимо добавить промывочные форсунки для улучшения транспортировки, если увеличение веса не пагубно.

Пневматическая Транспортировка Пневматическая транспортировка использовалась длительное время для загрузки твердых сыпучих материалов типа цемента, барита и бентонита в бункерах на наземных и морских буровых установках. Пневматическая транспортировка бурового шлама является адаптацией данной технологии и использует сжатый воздух для приведения в движение полутвердого или влажного бурового шлама через гибкую или металлическую трубу. Пневматическая система обычно включает: 1. Открытый бункер для приема бурового шлама с вибросита или другого оборудования. 2. Закрытая емкость под давлением под бункером. 3. Воздухонепроницаемый вентиль сброса, который при открытии позволяет сбросить материал в емкость под давлением. 4. Пакет измерительных приборов для управления открытием и закрытием вентиля сброса, в зависимости от веса или объема бурового шлама в бункере. Примечание: Частота опорожнения сосуда под давлением должна превосходить скорость заполнения бункера буровым шламом. 5. Воздушный компрессор для перемещения бурового шлама из сосуда под давлением. Во время выгрузки вентиль опорожнения закрыт и запечатан, а выходной патрубок открыт. Требования к мощности компрессора колеблются в интервале 30-150 лс в зависимости от объема и расстояния транспортировки.

Вакуумная Транспортировка Вакуумная транспортировка использует отрицательное давление или вакуум для перемещения влажного или полусухого бурового шлама через систему трубопроводов в специальную емкость для бурового шлама или вакуумный бункер. Система аналогична пневматической системе и имеет следующие компоненты:

15. Оборудование Транспортировки и Подачи Материалов © 2004 Baroid Surface Solutions V1

15-3

15. Оборудование Транспортировки и Подачи Материалов 1. Вакуумная установка (электрический воздушный компрессор создает вакуум). 2. Вакуумный резервуар (воздухонепроницаемая емкость, где пыль и жидкость удаляются из воздушного потока от воздухозаборника вакуумного насоса). 3. Емкость приема бурового шлама (воздухонепроницаемая скипа для бурового шлама, куда вакуум доставляет большую часть бурового шлама и раствора из системы циркуляции бурового раствора низкого давления, предназначенной для транспортировки и погрузки на морские платформы). 4. Вакуумный бункер (альтернатива приемной емкости, бункер с коническим дном может быть оснащен воздухонепроницаемым входом и выпускными вентилями, чтобы выступать в роли приемника бурового шлама). Вакуумный бункер имеет ограниченную емкость и должен регулярно опорожняться от собранного бурового шлама естественным вывалом в другие емкости.

Механическая Транспортировка Методы механической транспортировки включают ленточные и винтовые конвейеры, а также насосы прямого вытеснения. Ленточные конвейеры не являются предпочтительным выбором из-за проблем поддержания чистоты и порядка и проблем с безопасностью. Влажный буровой шлам вываливается с верхушки ленты транспортера при прохождении пути наименьшего сопротивления (который обычно не совпадает с бункером бурового шлама). Налипающий буровой шлам липнет к ленте транспортера и обычно падает гдето на обратном пути ленты. С точки зрения безопасности точки защемления и увлечения ленточного конвейера наиболее трудно обезопасить ограждениями, чем винтовой конвейер. Некоторые насосы прямого вытеснения хорошо работают с буровым шламом в определенных случаях, типа подачи на сушильные устройства бурового шлама, недостаток в том, что иногда приходится добавляеть жидкость на входе насоса для обеспечения перекачиваемости твердых веществ. Дополнительная же жидкость увеличивает объем образующихся отходов.

Критерии Конструкции Винотвого Конвеера 1. Буровой шлам должен поступать на вход винтового конвейера или простым вываливанием в желоб, или через воронку, со сторонами с уклоном, по крайней мере, 45 градусов. 2. выбор диаметра и мощности конвейера в зависимости от требуемой пропускной способности тонн в час, и длина винтового конвейера приведены в таблице ниже. 3. для уменьшения износа всегда запускайте конвейеры на минимальной скорости, необходимой для соответствия рабочим параметрам.

15-4

15. Оборудование Транспортировки и Подачи Материалов © 2004 Baroid Surface Solutions V1

15. Оборудование Транспортировки и Подачи Материалов

Таблица 15-4 Выбор Размера и Мощности Винтового Конвейера Требуемая пропускная способность в тоннах в час

Рекомендуемый диаметр винтового конвейера

0-15 т/ч

Рекомендуемая мощность в зависимости от пропускной способности (т/ч) и длина шнека (Д) Д