Приготовление и очистка промывочных жидкостей

Классификация промывочных жидкостей

Промывочная жидкость, как правило, состоит из сплошной, дисперсионной среды, равномерно распределенной в ней дисперсной фазы и небольших количеств химических реагентов, служащих для регулирования тех или иных свойств.

Назначение дисперсионной среды — равномерное распределение частиц дисперсной фазы во всем объеме промывочной жидкости; растворение химических реагентов, которые используются для регулирования свойств жидкости; передача гидравлической энергии от источника на дневной поверхности к забою и давления на стенки скважины и забой; отвод тепла от трущихся поверхностей и смазка их.

Дисперсная фаза обычно состоит из двух или более компонентов. Важнейшим компонентом ее является небольшое количество коллоидного материала, необходимого для обеспечения стабильности промывочной жидкости, способности удерживать в покое во взвешенном состоянии грубодисперсные частицы более тяжелых или более легких материалов, чем дисперсионная среда, кольматировать поры и микротрещины в породе. Вторым компонентом дисперсной фазы служат тонкие частицы тяжелых (например, глина, мел, барит и т. п.) или легких (например, воздух) материалов, используемых для придания промывочной жидкости необходимой плотности, регулирования давления, передаваемого ею на стенки скважины, а также для придания способности закупоривать крупные поровые каналы и трещины. В качестве третьего компонента используют сравнительно небольшие количества веществ, улучшающих смазочную способность промывочной жидкости.

По составу дисперсионной среды промывочные жидкости можно подразделить на три группы: жидкости на водной основе; жидкости на углеводородной основе; газы и газожидкостные смеси. Каждую из групп, в свою очередь, можно подразделить на подгруппы и виды в зависимости от состава дисперсной фазы, способа получения ее коллоидной фракции, состава химических веществ, используемых для обработки жидкости, и т. д. (рисунок 8.2).

Рисунок 8.2 - Вариант классификации промывочных жидкостей, применяемых в бурении

Промывочные жидкости на водной основе могут быть как неэмульгированными, так и эмульсиями типа «масло в воде». В последнем случае их называют нефтеэмульсионными. Наибольшее распространение в качестве промывочных жидкостей получили глинистые растворы. В целом их можно разделить на две группы: нормальные; специальные.

К нормальным относятся растворы, не обработанные реагентами. Глинистые растворы, обработанные реагентами с целью направленного регулирования свойств применительно к конкретным геологическим и технологическим условиям, объединяются в специальные. Они получают название либо по наименованию основного активного компонента (ингибированные растворы – хлоркальциевые, ферросульфатные и т. д.), либо по технологическому названию (утяжеленные, растворы с противоморозными добавками и т. д.), либо по виду дисперсной системы (эмульсионные, аэрированные).

Для приготовления промывочной жидкости из порошкообразных материалов используют специальный блок оборудования (рис. 8.3).

Рисунок 8.3 - Схема блока приготовления промывочной жидкости:

I - порошок из автоцементовоза; II - избыточный воздух; III - воздух для аэрирования;

IV - вода от насоса

Такой блок включает два цельнометаллических бункера 3 объемом от 20 до 50 м³ каждый, установленных с помощью стоек на металлической раме, разгрузочное пневматическое устройство 1, резинотканевые гофрированные рукава 4, воздушные фильтры 2, гидравлический эжекторный смеситель 6 и емкость 8, а иногда также гидравлический или ультразвуковой диспергатор. Бункеры служат для хранения и подачи в камеру смесителя порошкообразных материалов (глинопорошки, барит и т. п.). Порошкообразные материалы в них загружают из бункеров автоцементовозов. Для приготовления промывочной жидкости насосом подают дисперсионную среду (например, воду) в гидросмеситель 6 через штуцер 9. Так как жидкая среда вытекает из штуцера с большой скоростью, в камере смесителя 6 возникает вакуум. Под воздействием вакуума порошкообразный материал из бункера 3 по рукаву 4 поступает в камеру смесителя 6, где смешивается с жидкостью, и по сливной трубе 7 направляется в емкость 8 (порошок можно подавать также через воронку 5). Для равномерного распределения компонентов промывочной жидкости по всему объему в емкости 8 (как и во всех отстойниках циркуляционной системы) установлены механические лопастные перемешиватели, приводимые в действие электродвигателями.

Приготовленная таким способом промывочная жидкость нестабильна и содержит значительное количество нераспустившихся комочков твердой фазы. Поэтому ее в течение нескольких циклов прокачивают по замкнутой системе емкость — буровой насос — диспергатор — емкость. При необходимости в промывочную жидкость добавляют дисперсионную среду для снижения условной вязкости.

Если требуется приготовить утяжеленную промывочную жидкость, используют тот же блок оборудования, но в бункер загружают порошкообразный утяжелитель, а в смеситель насосом подают промывочную жидкость, подлежащую утяжелению.

Если промывочную жидкость при приготовлении требуется обработать химическими реагентами, сначала реагенты растворяют в воде. Для этого емкость заполняют расчетным объемом воды, добавляют реагенты и тщательно перемешивают с помощью механических перемешивателей или прокачивают по замкнутой системе емкость — насос — емкость. Затем обработанную жидкость подают в смеситель одновременно с подачей порошкообразного материала из бункера.

Выходящая из скважины промывочная жидкость направляется по трубе (или желобу), установленной с небольшим уклоном от устья, в очистную систем (рис. 8.4).

Рисунок 8.4 - Общая схема наземной системы дегазации и очистки промывочной жидкости:

1 - шламовый амбар; 2 - вибросито; 3 - газовый сепаратор; 4 - буровой насос; 5 - приемные емкости; 6 - мешалки; 7 - отстойники; 8 - центрифуга; 9 - сброс шлама в амбар; 10 - илоотделитель; 11 - шламовые насосы; 12 - пескоотделитель; 13 - дегазатор

Если существует опасность интенсивных газопроявлений при бурении, в очистную систему включают газовый сепаратор 3, дегазатор 13, вибрационные сита 2, гидроциклонные установки 10 и 12, емкости-отстойники 7, сообщающиеся друг с другом через трубы с задвижками, приемную емкость 5 буровых насосов, а иногда также центробежные сепараторы-центрифуги 8. В отстойниках установлены механические или гидравлические перемешиватели для тщательного перемешивания жидкости. При бурении в менее сложных условиях используют более простую очистную систему.

Газовый сепаратор и дегазатор предназначены для удаления из промывочной жидкости газа, а остальные устройства — для очистки ее от частиц разбуренных пород; кроме того, гидроциклоны и центрифуги можно использовать для удаления избыточной твердой фазы и регенерации утяжелителя.

Если в промывочной жидкости содержится большое количество газа, выходящий из скважины поток направляют через боковой выкид превентора и регулируемый штуцер в газовый сепаратор, где выделяется основной объем газа. Из газового сепаратора про­мывочную жидкость направляют в дегазатор для возможно более полного удаления газа, а затем на вибрационные сита. Если содержание газа в промывочной жидкости невелико и он нетоксичен, поток из скважины направляют сначала на вибросита для очистки от выбуренных частиц и частичной дегазации, а затем в дегазатор для удаления газа.

Дата добавления: 2014-01-04