Исследование и разработка техники и технологии регулирования свойств буровых промывочных жидкостей с использованием центрифуг

Рисунок 8 - Центрифуга DDF54-222

Фильтрующая центрифуга в состоянии удалять весьма мелкие частицы в пределах до 70 мкм, то есть на уровне пескоотделителя. Существенным недостатком исследованной конструкции является использование дорогостоящих и недолговечных фильтрующих сит.

Разработана на уровне изобретения и испытана новая конструкция центрифуги с ножевой выгрузкой осадка, в которой нагрузки на нож и ротор существенно снижены по сравнению с известными установками за счет оригинальной конструкции вращающегося ножа. Испытана модель предложенной центрифуги. Установлено, что осадок легко выгружается из ротора и сходит с ножа в виде тонкой направленной струи, что позволяет собирать его вне ротора в отдельном приемнике. Однако производительность промышленного образца составляет 2,64 л/с, что значительно меньше производительности вибросит на аналогичных растворах.

Предполагается продолжить работы по указанным направлениям с целью устранения отмеченных недостатков.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведены исследования и разработки, позволившие создать эффективные агрегаты для регулирования свойств буровых растворов на базе шнековых осадительных центрифуг. Разработанные автором комплектные агрегаты, включающие специализированную шнековую центрифугу для буровых растворов и комплекс вспомогательных устройств технологической обвязки, нашли широкое применение на буровых предприятиях в большинстве нефтедобывающих районов России. Таким образом, решена крупная научная проблема, имеющая важное хозяйственное значение, связанная с обеспечением значительного повышения эффективности и экологической безопасности бурения за счет существенного улучшения качества промывки бурящихся скважин и снижения объема отходов бурения.

2. Разработана новая методика прогнозирования гранулометрического состава твердой фазы буровых промывочных жидкостей. Распределение размеров частиц выбуренной породы и утяжелителей предложено считать логарифмически нормальным, а параметры распределения определять по максимальному и минимальному возможному эквивалентному диаметру частиц. Расчет этих диаметров предложено осуществлять по условиям выноса частиц породы на поверхность, и величине нагрузки на долото в зависимости от твердости разбуриваемых пород. Предложено выделять в общем объеме твердой фазы бурового раствора несколько групп частиц, отличающихся величиной параметров распределения их размеров. В частности, разработана новая методика прогнозирования фракционного состава частиц выбуренной породы, длительно циркулирующих в скважине и частиц, вынесенных на дневную поверхность в данном цикле промывки, а также методика определения параметров распределения размеров частиц утяжелителей.

3. Предложен и реализован новый методический подход к расчету эффективности центрифуги применительно к буровым растворам, впервые позволивший вычислять пофракционную очистную способность центрифуги на неутяжеленных растворах и пофракционные потери утяжелителя при работе на утяжеленном растворе.

4. Предложена методика оценки эффективности центрифуги в полевых условиях путем измерения плотности потоков на входе и выходе из центрифуги как для неутяжеленных, так и утяжеленных растворов. Выведенные расчетные соотношения проверены на практике.

5. Установлено, что при выборе типоразмера шнековой осадительной центрифуги следует обеспечивать рациональное соотношение между габаритами (предельной частотой вращения) коренных подшипников и диаметром ротора. На этой основе подсчитано, что при использовании серийных подшипников диаметр ротора шнековой центрифуги для условий бурения должен составлять около 500 мм при частоте вращения 1400…1750 об/мин.

6. Разработана новая методика расчета момента на шнеке центрифуги, учитывающая как давление осадка на боковую поверхность витков шнека, так и на торцовую поверхность витков. Центрифуга выбранного типоразмера должна иметь момент на шнеке до 600 кг.м, что требует применения соответствующего редуктора. Показано, что для буровых растворов предпочтителен однозаходный шнек, обеспечивающий минимальный момент и достаточную очистную способность центрифуги.

7. Впервые исследованы возможности использования различных насосов для подачи раствора в центрифугу. Испытаны серийные диафрагменные и винтовые насосы. Разработан осевой шнековый насос. Разработан и внедрен новый центробежный бессальниковый полупогружной насос. Показано, что полупогружной бессальниковый насос более предпочтителен при использовании в технологической обвязке шнековой центрифуги по сравнению с менее надежными и дорогими зарубежными винтовыми насосами.

8. Разработана новая технологическая обвязка центрифуги, включающая раму со специальным лотком для отвода шлама, и систему регулирования подачи раствора в центрифугу, состоящую из загрузочной воронки, фильтров и регулировочных устройств. Для смешения пульпы утяжелителя с циркулирующим раствором впервые в буровой практике применен быстроходный желобной перемешиватель. Впервые разработаны правила монтажа центрифуг на циркуляционных системах буровых установок различного назначения.

9. Выполнена классификация технологических схем обработки буровых промывочных жидкостей центрифугами. Технологические схемы классифицированы по целям операций на схемы обработки неутяжеленных буровых растворов, схемы обработки утяжеленных буровых растворов, осушку содержимого амбаров. Эти три класса далее разделены по типам обрабатываемых потоков. Выделены очистка слива вибросит, гидроциклонов, центрифуг, ситогидроциклонных сепараторов. Отмечены типовые и вспомогательные схемы.

10. Выполнен анализ эффективности различных схем обработки буровых растворов центрифугами. Установлено, что использование центрифуги в качестве четвертой ступени очистки неутяжеленных растворов эффективно для сильно зашламленных промывочных жидкостей. При высокой стоимости промывочной жидкости целесообразно использовать центрифугу для сгущения пульпы гидроциклонных шламоотделителей, или очистки жидкости, отделяемой на вибросите при сгущении нижнего слива гидроциклонов.

11. Анализ пропускной способности серийных вибросит показал, что существующие вибросита не обеспечивают требуемую производительность при обработке нижнего слива гидроциклонов, что приводит к перегрузке центрифуги по грубодисперсному шламу. Предложены новые кинематические схемы вибросит, защищенные патентами, обеспечивающие получение однородного поля эллиптических колебаний, позволяющего получить более высокую производительность при обработке пульпы гидроциклонов.

12. Установлено, что основной причиной нарушения процесса транспортирования шлама в роторе шнековой центрифуги является снижение напряжения сдвига шлама ниже предельной величины, зависящей от конструктивных параметров ротора центрифуги. Для обеспечения выгрузки текучего шлама с низким значением напряжения сдвига необходимо повышение уровня жидкости в роторе или увеличение предельного напряжения сдвига шлама за счет введения в шлам песка.

13. Разработаны и внедрены со значительным экономическим эффектом новые технологические схемы очистки буровых растворов шнековыми осадительными центрифугами. В частности, предложена и реализована на практике схема двухступенчатой очистки утяжеленного известково-битумного бурового раствора, включающая регулирование плотности возвращаемой в циркуляцию смеси пульпы утяжелителя и очищенного во второй центрифуге неутяжеленного раствора. Успешно испытана схема снижения плотности бурового раствора с накоплением утяжелителя в промежуточной емкости, а также схема доочистки раствора с использованием искусственной циркуляции через доливную емкость.

14. Показано, что при работе на утяжеленных растворах центрифуги наиболее эффективны в режиме регенерации утяжелителя. Двухступенчатая очистка центрифугами экономически оправдана при невысоких скоростях бурения менее 10 м/час.

15. Разработана программа для ЭВМ по проектированию компонентного состава буровых растворов, учитывающая использование центрифуг для очистки буровых растворов.

16. Агрегаты для обработки буровых растворов на базе шнековых осадительных центрифуг внедрены на буровых предприятиях в ОАО Краснодарнефтегаз, ОАО Сургутнефтегаз, ОАО Башнефть, ОАО Обьнефтегазгеология, ЗАО Арктикнефть и других. Получен значительный экономический эффект. Разработана новая автоматизированная центрифуга с программируемыми параметрами.

17. Исследованы различные типы фильтрующих центрифуг на предмет применимости их в системах обработки буровых растворов. Показано, что фильтрующие центрифуги с инерционной выгрузкой шлама имеют достаточно высокую пропускную способность по буровому раствору и могут применяться вместо 1-2 ступеней стандартной системы очистки. Основная нерешенная проблема - отсутствие износостойких фильтрующих сит.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Добик А.А. Олейник М.И. Выбор наилучшей конструкции ротора лопастной центрифуги по условиям кратковременной статической прочности.- Краснодарский политехнический институт. - Краснодар, 1981, 7с. - Деп. ЦНИИТЭИЛегпищемаш 23.04.81, № 268.

Добик А.А. Горбачев Н.А. Кузовлев А.К. Расчетные зависимости для определения извлечения утяжелителя из бурового раствора. - В кн.: Растворы и технологические требования к их свойствам. - Краснодар, ВНИИКРнефть,1986, с.150-156.

Добик А.А. Маевский В.Б. Резниченко И.Н. Использование центрифуги для очистки неутяжеленных буровых растворов при высоких скоростях бурения. - В кн.: Совершенствование техники и технологии промывки скважин. Краснодар, ВНИИКРнефть, 1988, с. 23-27.

Кушнаренко Н.А. Рябченко В.И. Горбачев Н. А. Добик А.А. Можаров В.В. Долгих А.Е. Многоступенчатая система очистки буровых растворов. - Нефтяное хозяйство, 1991, №3, с. 39-41.

Добик А.А. Маевский В.Б. Мищенко В.И. Волик А.А. Технологические операции при очистке буровых растворов центрифугой. - В кн.: Вопросы промывки, вскрытия продуктивных пластов и охраны окружающей среды при бурении и ремонте скважин. Краснодар, ВНИИКРнефть, 1991, с. 12-17.

Михайленко О.В. Добик А.А. Оптимизация использования центрифуг в бурении. - Труды/Северо-Кавказское отделение Российской инженерной академии, 1997, с. 242-256.

Добик А.А. Иванисова О.В. Расчет гранулометрического состава твердой фазы буровых растворов. - Труды/ Северо-Кавказское отделение Российской инженерной академии, 1998, с. 80-88.

Добик А.А. Мищенко В.И. Применение центрифуг для очистки утяжеленного известково-битумного раствора. - В кн.: Новые материалы и жидкости для бурения скважин, вскрытия и гидроразрыва пластов. Краснодар, ВНИИКРнефть, 1999, с. 117-122.

Добик А.А. Яковлев Д.Н. Прогнозирование пропускной способности вибросит.- В кн.: Технология и материалы для бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин. Сб. науч. тр. ОАО НПО «Бурение», вып.2. - Краснодар, 1999, с.98-99.

Добик А.А. Прогнозирование гранулометрического состава бурового шлама. В кн.: Основные принципы выбора технологии, технических средств и материалов при строительстве и ремонте скважин. Сб. научн. тр. ОАО НПО «Бурение». Вып.7. - Краснодар, 2002. - с. 57-63.

Добик А.А. Головин М.В. Юрков В.И. Циркуляционные системы для неравновесного бурения. - В кн.: Техника и технология закачивания и ремонта скважин в условиях АНПД. Сб. научн. тр. ОАО НПО «Бурение». Вып.8. - Краснодар, 2002. - с. 109-115.

Добик А.А. Мищенко В.И. Применение центрифуг для очистки буровых растворов. - Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море, 2003, №3, с. 25-27.

Добик А.А. Расчет эффективности шнековых центрифуг при очистке буровых растворов. - Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2003, №6, с. 13-15.

Добик А.А. Кичкарь И.Ю. Условия синхронизации вращения дебалансов буровых вибросит.- Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море, 2003, № 8, с. 29-30.

Добик А.А. Оптимизационная задача при проектировании центрифуги для очистки буровых растворов.- Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2003, №12, с.23-25.

Добик А.А. Проблемы и перспективы гидроциклонной очистки буровых растворов.- Бурение и нефть, 2007, №1, с.24-26.

Добик А.А. Особенности проектирования комплектных блоков очистки и приготовления буровых растворов для бурения боковых стволов.- Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море, 2007, №3, с.20-21.

Добик А.А. Оборудование для приготовления и очистки технологических жидкостей, применяемых при капитальном ремонте скважин.- В кн.: Современные технико-технологические решения в области бурения и капитального ремонта скважин. Сб. науч. тр. ОАО НПО «Бурение», вып. 16. - Краснодар, 2007, с. 28-35.

Добик А.А. Повышение эффективности систем очистки буровых растворов.- В кн.: Материалы и оборудование для бурения и ремонта скважин, в том числе импортозамещающие. Сб. науч. тр. ОАО НПО «Бурение», вып. 17. - Краснодар, 2008, с.24-29.

Добик А.А. Применение центрифуг для загущения нижнего слива гидроциклонных очистителей бурового раствора.- Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море, 2008, №4, с.28-29 .

Добик А.А. Обеспечение транспортирования бурового шлама в роторе шнековой центрифуги.- Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море, 2008, №2, с.26-28 .

Добик А.А. Из зарубежного опыта применения центрифуг при бурении нефтяных и газовых скважин.- Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море, 2008, №5, с.22-23.

Добик А.А. Оценка эффективности очистки неутяжеленных буровых растворов центрифугами в промысловых условиях.- В кн.: Материалы и оборудование для бурения и ремонта скважин, в том числе импортозамещающие. Сб. науч. тр. ОАО НПО «Бурение», вып. 17. - Краснодар, 2008, с.153-156.

Добик А.А. Гранулометрический состав твердой фазы буровых растворов.- В кн.: Материалы и оборудование для бурения и ремонта скважин, в том числе импортозамещающие. Сб. науч. тр. ОАО НПО «Бурение», вып. 17. - Краснодар, 2008, с.173-179.

Резниченко И.Н., Мищенко В.И., Пенькова Н.А., Добик А.А. и др. Программа для ЭВМ «Буровой раствор-1», - Свидетельство №2003610395, 14.02.2003.

Ильин М.И. Голобородько Ю.И. Добик А.А. Фильтрующая центрифуга. - А.С. №770549 (СССР).

Ильин М.И. Добик А.А. Степанов В.П. Центрифуга. - А.С. №806133 (СССР).

Добик А.А. Данилин С.В. Ильин М.И. Ротор фильтрующей центрифуги.- А.С. №1109195 (СССР).

Добик А.А. Мищенко В.И. Установка для регенерации утяжелителя буровых растворов. - Пат. №1764343 (РФ).

Размещено на Allbest.ru