Регулирование содержания и состава твердой фазы в буровом растворе.

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

Когда в неутяжеленном растворе в результате его зашламления накап­ливается большое количество твердой фазы и удалить ее очистными уст­ройствами трудно, буровой раствор просто заменяют свежеприготов­ленным.

Основная доля стоимости утяжеленных растворов приходится на ба­рит, поэтому даже в тех случаях, когда содержание твердых частиц на­столько велико, что раствор становится практически не прокачиваемым, его стараются не заменять, а отрегулировать в нем содержание и состав твердой фазы.

Если не противодействовать загрязнению бурового раствора твердыми частицами, то затраты на его обслуживание резко возрастут.

Для регулировании содержания и состава твердой фазы в буровых растворах применяют центрифуги-отстойники. Основным современным аппаратом для выполнения этой технологической операции является центробежный сепаратор, пред­ставляющий собой разновидность центрифуг.

Центробежный сепаратор для буровых растворов (рис. 6.21) 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, 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. Окончательное доведение раствора до кондиции производят путем добавления в него (при необходимости) свежих порций 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.

С помощью центробежного сепаратора можно выполнять следующие функции:

1) тонкую очистку раствора от шлама - для этого сепаратор устанав­ливают в качестве четвертой ступени очистки после илоотделителя; часть бурового раствора, очищенного на блоке гидроциклонов илоотделителя, подают в сепаратор и таким образом удаляют из раствора частицы шлама размером более 4 мкм;

2) регенерацию утяжелителя — в процессе циркуляции или спуско-подъемных операций (СПО) сепаратор включают в работу и из избыточной части раствора извлекают пульпу утяжелителя; эту пульпу затем собирают в за­пасную емкость и при необходимости добавляют в рабочий объем бурового раствора;

3) регулирование содержания и состава твердой фазы — это основ­ная технологическая задача, для решения которой строго контролируют­ся подача раствора и режим работы агрегата; утяжеленная пульпа, твер­дая фаза которой состоит в основном из барита, возвращается частично или полностью в циркуляционную систему, а облегченная часть раствора в случае его обогащения тонкодисперсными частицами шлама сбрасывает­ся в отстойный амбар; эта часть потока частично используется для разбав­ления рабочего объема бурового раствора;

4) сгущение пульпы из песков и илов. Иногда сепаратор используют для дополнительного сгущения пульпы из песков и илов, собираемых из нижних насадок гидроциклонных шламоотделителей; это позволяет сокра­тить потери бурового раствора при использовании многоступенчатой гид­роциклонной очистки; дополнительно извлеченный из песков и илов буро­вой раствор вместе с дорогостоящими реагентами возвращается в цирку­ляционную систему, а шлам сбрасывается в отвал.

Раствор Вод

Рис. 6.21. Схема центробежного сепаратора буровых растворов

Современная центрифуга при нормальном режиме работы спо­собна обрабатывать до 1,5 л/с бурового раствора. На форсированном режиме допускается подача до 2 л/с; рабочий диапазон пропускной спо­собности 45 — 75 л/мин.

Центрифуга — высокоэффективный аппарат для разделения суспен­зий, но и она имеет недостатки:

1) конструкция ее сложна и требуется высокая квалификация обслуживающего персонала. Поэтому наиболее целесообразно аппараты использовать кратковременно.

2) Наличие много­численных вращающихся деталей, абразивная рабочая среда, высокие час­тоты вращения (1800 — 2300 об/мин), сальниковые уплотнения, винтовые насосы — все это требует тщательного ухода и высокой культуры эксплуа­тации.

Центрифуга в 10-11 раз дороже песко и илоотделителей.

При обработке утяжеленного бурового раствора перед подачей в центрифугу его необходимо разбавлять водой. В противном случае потери утяжелителя будут существенными. Современные условия эксплуатации центрифуг таковы, что каждые один-два объема бурового раствора надо разбавлять одним объемом воды. Поэтому, во-первых, облегченную часть раствора вместе с реагентами приходится выбрасывать, а во-вторых, воз­никает необходимость в специальной системе оборотного водоснабже­ния и захоронении (или нейтрализации) сбрасываемого осветленного про­дукта. Все это свидетельствует о необходимости строгого анализа границ применимости центрифуги в определенных геолого-технических усло­виях бурения скважин.