Твердые частицы в буровом растворе, как правило, необходимы, но они всегда существенно затрудняют процесс бурения скважины. Твердые частицы в растворе приводят к повышению его вязкости, увеличению гид­равлических сопротивлений, к усиленному износу деталей гидравлического оборудования, в первую очередь буровых насосов, элементов подземного оборудования, бурильных труб и циркуляционной системы, к возрастанию расхода топлива или электроэнергии.

Как показано на рис. 7.21, все это влечет за собой ухудшение показа­телей бурения. Так, при изменении содержания твердых частиц от 0 до 14 % время, затрачиваемое на бурение, возрастает в 3 раза.

В этом диапазоне концентраций твердой фазы каждый 1 % удаленных частиц в среднем эквивалентен увеличению механической скорости буре­ния íà 5 %.

Содержание и состав твердой фазы в буровом растворе являются оп­ределяющими факторами при регулировании технологических свойств бу­рового раствора и оказывают первостепенное влияние на скорость бурения и экономические показатели проходки скважины. Поэтому в мировой практике регулированию твердой фазы в буровом растворе, особенно в последние годы, уделяют большое внимание. Для этой цели используют разнообразные приемы, методы, оборудование, даже дорогостоящее и тре­бующее специального обслуживания.

В течение многих лет в нефтяной промышленности для регулирования содержания и состава твердой фазы применяли лишь следующие методы:

1) замену части объема глинистого раствора водой, баритом и химиче­скими реагентами; это дорогой и малоэффективный метод, так как он по­зволяет нормализовать состав твердой фазы лишь на некоторое время;

250 200

%150

100

50

Рис. 7.21. Зависимость показателей бурения от со­держания твердой фазы в буровом растворе:

1  —  затраты энергии на работу долота; 2 —  время бурения; 3 — суточная проходка

2     4     6     8    10   12   14 Объемное содержание твердых частиц, %

2)   использование различных ингибиторов,  позволяющих уменьшить
диспергируемость шлама (известь, кальциевые глины и полимеры); период
времени между частичными заменами объемов бурового раствора за счет
ингибирования удавалось несколько увеличить;

3)  применение понизителей вязкости.

Наиболее заметный прогресс в регулировании содержания и состава твердой фазы в буровых растворах был достигнут, начиная с 50-х годов прошлого века, в результате применения центрифуг-отстойников. Это обо­рудование, претерпев значительную модернизацию, используется до на­стоящего времени. Основным современным аппаратом для выполнения этой технологической операции является центробежный сепаратор, пред­ставляющий собой разновидность центрифуг.

Центробежный сепаратор для буровых растворов (рис. 7.22) представ­ляет собой перфорированный ротор 2, вращающийся внутри корпуса 1. Буровой раствор, поступая в корпус 1, попадает в центробежное поле ро­тора. Поток раствора приобретает поступательно-вращательное движение,

Облегченный раствор

Раствор

 Вода

У тяжел ен пая пульпа

 

Рис. 7.22. Схема центробежного сепаратора буровых растворов

Рис. 7.23. Схема шнековой центрифуги для регенерации утяжелителя:

/ — подача раствора; II — выход утяжеленной пульпы; III — слив раствора

в результате чего происходит разделение твердой фазы по массе. Наиболее массивные частицы раствора (барит, крупный шлам) оттесняются к стен­кам корпуса сепаратора и перемещаются периферийной частью потока к сливному отверстию 4 корпуса. Жидкая фаза бурового раствора с тонко­дисперсными частицами движется внутри ротора и выходит из аппарата через полый вал 3 ротора.

Разделив буровой раствор на облегченный и утяжеленную пульпу, оператор получает возможность регулировать их возврат в циркуляцион­ную систему и подачу в запасные емкости, таким образом осуществляя первичное регулирование содержания и состава твердой фазы в буровом растворе. Окончательно доводят раствор до кондиции, добавляя в него (при необходимости) свежие порции компонентов.

Поступающий через ввод 5 на обработку в центробежный сепаратор буровой раствор обычно разбавляют водой для того, чтобы уменьшить вяз­кость и таким образом улучшить условия разделения твердой фазы по массе.

В зарубежной практике бурения скважин для регулирования содержа­ния и состава твердой фазы широко используются шнековые центрифуги (рис. 7.23). Шнек вращается с определенной скоростью и транспортирует скапливающуюся у стенок корпуса сгущенную пульпу к разгрузочному устройству. Такой тип центрифуги позволяет почти полностью отделять от барита жидкую фазу и поэтому чаще всего используется для регенерации утяжелителя из бурового раствора. Режим работы этих центрифуг регули­руют подачей раствора на обработку, степенью его разбавления водой, час­тотой вращения ротора.

Таким образом, для достижения высоких технико-экономических по­казателей бурения и оптимальных показателей технологических свойств бурового раствора первостепенное внимание необходимо уделять чистоте раствора, содержанию и составу его твердой фазы. Только при такой по­становке работы можно получить максимальную эффективность от исполь­зуемого оборудования, бурильного инструмента и долот.

 

Обратите внимание: