Авторы настоящей статьи, являясь разработчиками значительной части отечественного оборудования и технологий в области циркуляционных систем буровых установок, поставили целью проинформировать буровых специалистов об особенностях циркуляционных систем и комплектующего оборудования к ним для малолитражного бурения мобильными буровыми установками (МБУ).

Циркуляционная система буровой установки (ЦС) предназначена для обеспечения технологически правильной циркуляции бурового раствора, его очистки, приготовления и поддержания требуемых свойств, предотвращения загрязнения окружающей среды отходами бурения, причем требования экологической безопасности бурения становятся далеко не последними. Она представляет достаточно сложную систему распределения потоков бурового раствора и химреагентов, водо - и электроснабжения, отопления и т.д. Основные составные узлы ЦС: блок очистки, промежуточные и приемные емкости, блоки приготовления буровых растворов и химреагентов, устьевой и насосный коллектор, энергомодуль, укрытие.

Особенностью стационарных циркуляционных систем (ЦС) является их низкая монтажеспособность вследствие необходимости полного монтажа и демонтажа всего навесного оборудования и укрытия при переезде буровой установки. Энергоемкость стационарных ЦС высока, т.к. все оборудование должно соответствовать производительности промывки скважины не менее 60 л/с.

Проектирование и изготовление мобильных циркуляционных систем (МЦС) имеют существенные отличия, определяемые следующими факторами:

· уменьшенный по сравнению с обычным бурением требуемый объем бурового раствора на дневной поверхности и его невысокий расход (8 - 20 л/с);

· блочное транспортирование без демонтажа навесного оборудования и, желательно, укрытия;

· высокая монтажеспособность;

· низкая энергоемкость, соответствующая режимным параметрам бурения;

капитальный ремонт скважина буровой раствор

· средства очистки должны выделять шлам пониженной влажности ("нетекучий") в целях экономии материалов и химических реагентов и уменьшения объема вывозимых отходов бурения.

Исходя из этого, применение обычных средств очистки, приготовления и хранения бурового раствора, применяемых в эксплуатационном бурении, нецелесообразно, а иногда просто невозможно.

Тем не менее подобная практика широко распространена, в том числе с применением импортного оборудования, рассчитанного на производительность промывки до 250 м³/ч.

Целенаправленно для комплектации МЦС разработано и производится специальное малолитражное малогабаритное и неэнергоемкое оборудование.

Так, налажено производство линейного вибросита СВ1ЛМ-02, имеющего длину 2400 мм и высоту уровня перелива бурового раствора 600 мм. Для бурения с расходом промывочной жидкости до 15 л/с выпускается однокассетное вибросито ВСЛМ-01 с площадью ситовой поверхности 1 м² и высотой уровня перелива 440 мм. Оно же применяется для осушки шлама илоотделителей в составе ситогидроциклонных сепараторов (СГС). В малогабаритных илоотделителях используются, как правило, гидроциклоны диаметром 150 мм, из которых набирается батарея циклонов на любой требуемый расход жидкости.

В целях усовершенствования первой степени очистки начат выпуск нового вибросита "Пульсар" трех модификаций с площадью ситовой поверхности 2,6 м², 2 м² и 1 м² (рис.1). Это вибросито с жесткими рамными ситовыми кассетами и по своим эксплуатационным показателям несомненно превышает вибросита с гибкими кассетами.

Рис. 1. Вибросито "Пульсар" трех модификаций с площадью ситовой поверхности 2,6 м², 2 м² и 1 м²

Следует обратить внимание на то, что при малолитражном бурении наиболее целесообразна и широко распространена (в т. ч. и в зарубежной практике) очистка бурового раствора без пескоотделителя. Это характерно, например, для таких фирм, как "Шлюмберже" и "Петроальянс", работающих в Западной Сибири.

Для эффективного удаления выбуренной породы из неутяжеленных буровых растворов в наших МЦС используется ситогидроциклонный сепаратор типа "СГС-22", т.е. гидроциклон и вибросито под ним для осушки шламовой пульпы (рис.2). В качестве гидроциклонной установки достаточно использовать только илоотделитель без пескоотделителя. Объясняется это тем, что при бурении вторых стволов с учетом реального объема шлама в буровом растворе, реальной подачи насоса и при существующих скоростях бурения даже илоотделитель недогружен на 50 - 70%.

Рис.2. Ситогидроциклонный сепаратор типа "СГС-22"

Технологическая схема очистки бурового раствора "вибросито - СГС-22 - центрифуга" является весьма эффективной для очистки не только неутяжеленных буровых растворов, но и утяжеленных, в частности, баритовым утяжелителем. При этом на вибросите СГС устанавливается кассета с размером рабочих ячеек 71 - 100 микрон (150 - 200 меш.), обеспечивающая возврат баритового утяжелителя в буровой раствор (регенерация утяжелителя) и удаление твердой фазы более крупного размера. Центрифуга также работает в режиме регенерации баритового утяжелителя, удаляя при этом избыточную коллоидную глинистую фазу.

Использование указанной схемы очистки бурового раствора при бурении второго ствола на скважине Прибрежного месторождения Краснодарского края при плотности бурового раствора до 2,2 г/см³ позволило почти в два раза уменьшить расход материалов, химических реагентов и баритового утяжелителя на приготовление и регулирование свойств бурового раствора, кратно снизить объем его потерь и отходов, подлежащих переработке и утилизации.

Побочный положительный фактор исключения пескоотделителя - уменьшение потребляемой мощности на 15 - 20 кВт и веса МЦС на 1,2 тонны.

В мобильных ЦС целесообразно применение центрифуг небольшой мощности (до 18 кВт) типа ОГШ-32 или ОГШ-35. При подаче буровых насосов до 15 л/с центрифуги позволяют без разбавления бурить на плотности 1,1 г/см³, а в комплекте с виброситом и СГС-22 являются достаточным набором средств для эффективной очистки буровых растворов в мобильных блоках очистки с выходом "нетекучего" шлама.

В состав блока очистки МЦС входит также малогабаритный дегазатор "Каскад-20" с уменьшенными габаритами и установленной мощностью 15 кВт.

Таким образом, энергоемкость блока очистки МЦС при представленной выше комплектности составляет 55 - 70 кВт вместо 160 кВт при комплектации полномерным оборудованием.

Для приготовления буровых растворов используется встроенный в МЦС блок приготовления, оснащенный гидросмесителем типа СГМ-100 и шаровым диспергатором типа ДШМ-100. В ряде случаев буровые компании применяют выносные блоки приготовления с объемом раствора от 10 до 20 м³, мы же отдельно остановимся на блоке типа УПР-4 с объемом емкости 4 - 6 м³ (рис.3). Это универсальный блок для оперативного приготовления буровых растворов, водных растворов химических реагентов, технологических жидкостей для КРС (жидкости глушения, пакерные и надпакерные жидкости, консервационные растворы и т.д.), гидрофобных эмульсионных систем, а также разовых небольших порций тампонажного раствора для установки цементных мостов и крепления "хвостовиков". При порционном приготовлении тампонажных растворов практикуется загрузка цемента через специальный люк непосредственно в емкость УПР-4. Качественное смешение обеспечивается механическим перемешивателем и круговой циркуляцией от центробежного насоса. Этот же центробежный насос можно использовать и для откачки приготовленного раствора, например, на прием цементировочного агрегата.

Рис.3. УПР-4 с объемом емкости 4 - 6 м³

Блок УПР-4 имеет ряд следующих неоспоримых преимуществ:

· конструктивное исполнение рабочей емкости УПР-4 обеспечивает полное ее опорожнение и отсутствие застойных зон;

· безнапорный сальник насоса ПБМ 75/30 или ПБ 100/31,5 исключает потери раствора через уплотнения и, как следствие, отсутствует загрязнение окружающей среды;

· в мешалке "mixer-star" механического перемешивателя ПЛМ реализован принцип разделения потока на придонный слой и наклонно-вертикальный поток, образующийся с помощью специальной конструкции мешалки. В комплексе это увеличивает длину горизонтального потока, а в сочетании с наклонно-вертикальным потоком от наружных лопастей перемешиванию подвергается весь объем жидкости;

· наличие диспергатора ДШМ-100, обеспечивающего быстрое и полное растворение полимерных реагентов без нарушения их структуры. Диспергатор гидравлический ДГ-40 (рис.4) является также уникальным и незаменимым аппаратом для приготовления стабильных и качественных гидрофобных эмульсионных систем различного назначения. Подача исходной смеси в ДГ-40 осуществляется плунжерным насосом или цементировочным агрегатом с рабочим давлением 4,0 - 6,0 МПа в течение 3 - 5 циклов прокачки;

· возможность быстрого приготовления отдельных порций заданного (небольшого) объема водных или водно-щелочных растворов химических реагентов из порошкообразных материалов для реализации различных технологических задач.

Рис.4. Диспергатор

Описанные технологии многократно и успешно применялись при бурении боковых стволов скважин, цементировании "хвостовиков", установке цементных мостов, а также при КРС.

Весь перечисленный комплекс оборудования позволяет технологически правильно проектировать и изготавливать циркуляционные системы для всех классов мобильных буровых установок. Техническое задание на любую МЦС разрабатывается, как правило, после предоставления буровой компанией следующих данных:

1. Требуемый объем бурового раствора на дневной поверхности.

2. Производительность буровых насосов при циркуляции бурового раствора.

3. Высота устья буровой установки или тип буровой установки.

4. Направление сброса шлама с блока очистки и схема расположения емкостей ЦС относительно буровой установки.

5. Комплектность блока очистки.

6. Тип укрытия (жесткое или каркасно-тентовое).

7. Климатическое исполнение емкости и укрытий (одинарные стенки, двойные, двойные с утеплителем).

8. Тип отопления, наличие парорегистров в емкостях, парокалориферов и т.д.

9. Тип коллектора вибросит (труба, коробчатый желоб).

10. Тип системы долива.

11. Исполнение системы приготовления бурового раствора, системы приготовления раствора химреагентов (встроенная или выносная).

12. Тип коллектора бурового раствора (встроенный в емкости или наружный) и количество обвязываемых емкостей.

Как правило, у специалистов буровой компании возникают дополнительные требования, присущие только этой компании, но они в целом не влияют на компоновку МЦС.

На рис.5 и 6 представлены два типа МЦС - колесный вариант на полуприцепе и стационарный. По мнению авторов, предпочтение некоторых буровых компаний колесному варианту не оправдано. Как правило, требуется дополнительное тентовое укрытие всей МЦС, установка которого - длительная и трудоемкая операция. Отопление, как правило, производится тепловыми пушками. При транспортировке часть навесного оборудования приходится демонтировать. Площадка для монтажа МЦС должна быть пригодна для точной установки прицепов, причем операция установки также долговременна.

Рис.5. Колесный вариант МЦС

Рис.6. Стационарный вариант МЦС

В стационарном варианте монтаж осуществляется за 4 - 5 часов, т.к. все навесное оборудование находится в верхних модулях-укрытиях и перевозится без демонтажа. Монтаж гидравлической обвязки нижних и верхних модулей производится на БРС, отопление паровое или водяное, насосные отсеки оснащены взрывозащищенными электрообогревателями. Предпочтение стационарным МЦС отдают такие фирмы, как "Шлюмберже", "Петроальянс" и др.

Авторы этой статьи, основываясь на своем 20-летнем опыте изготовления МЦС и их эксплуатации, предлагают специалистам буровых компаний воспользоваться этими рекомендациями. Правильный выбор и оснащение МЦС - это экономия средств и облегчение труда буровой бригады.

Размещено на Allbest.ru