Публикация Школы траблшутеров

Практичная обвязка системы циркуляции буровых растворов

Время чтения: 14 мин 5 сек
10 июля 2023 г. Просмотров: 871

Алгоритмы, Проекты | Михаил Арно, Олег Брагинский

Каждая буровая установка имеет систему циркуляции (ЦС), но далеко не каждая из них эффективна. Основатель «Школы траблшутеров» Олег Брагинский и ученик Михаил Арно разбирают нюансы практичных и эффективных циркуляционных систем.

Редкий заказчик углубляется в детали циркуляционных систем буровых установок при составлении ТЗ на тендер. Обычный перечень при контрактовании включает оборудование очистки и параметры ёмкостного парка. Заехал подрядчик – начинаем пожинать плоды нежелательных событий.

Буровой подрядчик, выигравший конкурс, ещё не понимает, что получит непроизводительное время (НПВ) из-за несовершенной ЦС. Ему предстоит платить штрафы за лишние сбросы бурового раствора (БР) при строительстве скважины. Под раздачу попадёт и сервис по буровым растворам.

У заказчика неоправданно вырастут затраты на доставку дополнительных химических реагентов и приготовление раствора. Сложностей добавит рекультивация дополнительных объёмов буровых отходов, увеличится время цементирования скважины.

Грядёт общение на повышенных тонах и получение штрафов, которые редко ведут к общему положительному результату. Контракт подписан, а непредвиденные расходы никто брать не захочет. Санкции в итоге скажутся на бригаде, демотивируя непричастный персонал.

Однако, даже прибыв к заказчику с непрактичной ЦС, можно восстановить градус эффективности. Нужно потрудиться и немного потратиться. Адекватный наниматель согласится разделить вложения пополам с буровым подрядчиком. Выиграют обе стороны, а также матушка-природа.

Центральная система грубой очистки (ЦСГО)

Эффективность системы очистки буровых растворов пока не рассматриваем: готовим отдельную публикацию. Уделим внимание обвязке, которой часто пренебрегают. Дополнительные элементы трубопровода и задвижек повысят эффективность всего производственного процесса.

  1. Установим четыре ступени очистки бурового раствора. Каждая уменьшит нижний предел размера частиц твёрдой фазы: вибросита, пескоотделитель, илоотделитель, центрифуги.

Если какая-то ступень не срабатывает, её частично страхуют следующие стадии очистки, при этом не в полной мере выполняя свою функцию.

  1. Разделителем потока на входе в ЦСГО равномерно подадим БР на вибросита. Облегчит регулирование наклона рамы, позволит установить мелкоячеистые ситовые панели.

Вибросита калибруют частицы твёрдой фазы. Видимое наличие вибрации не означает эффективную работоспособность.

Немногие знакомы с ускорением силы тяжести (G-фактор или сила G), и ещё большее количество специалистов не знают оптимальные значения G для вибросит.

Далее в дело вступают пескоотделитель и илоотделитель, являющиеся частью гидроциклонной установки. На сленге производственников: «пескарь» и «илач».

Из отсека отстойника буровой раствор поступает под следующие ступени системы очистки (СО). Гидроциклонная установка имеет возможность брать БР из ёмкостей ЦСГО и актива.

  1. Обвяжем центрифуги, обеспечивая возможность забирать раствор из рабочих ёмкостей отдельно и одновременно, и сбрасывать в рабочие танки в аналогичных режимах.

Ещё лучше обвязать центрифуги на все ёмкости раздельно, в т.ч. резервные: получим возможность «центрифужить» изолированный раствор.

Оснастим каждую центрифугу отдельной линией для сброса.

Ёмкостной парк

Устанавливаем танки по уровню на плиты. Допустим кривизну: задействуем не доступные 25м3, а, например, только 23м3, сократив полезный объем. Поставим ёмкости зимой не на плиты: весной растеплится снег, просядет грунт, танки накренятся.

Отдел приёмных танков, расположенный под виброситами – aka отстойник или песколовушка, имеет конструктивные особенности. Стенки ёмкости сделаны под углом для быстрого осаждения частиц выбуренной породы за счёт попадания в мёртвую зону на скосой стенке.

Из отсека приёмных танков со скосой стенкой БР самостоятельно поступает в следующий отсек танков. Наличие верхних и нижних перетоков позволяет буровому раствору свободно двигаться далее. Перетоки связывают приёмные и рабочие ёмкости.

Снизим механическое воздействие на выбуренную породу, содержащуюся в БР: уменьшится размельчение частиц. Прохождение через центробежные насосы приведёт к излишнему размельчению – до трудноуловимости на следующих ступенях очистки бурового раствора.

Для исключения/включения ёмкости под дегазатор нужна створка в перетоках. Для бурения верхних интервалов дегазатор не требуется – исключим данный танк из ЦС управлением створки.

Это позволит быстрее очищать БР, снизит расход смазки и химреагентов. Фактически обойдёмся без 15-20м3 «вредного» объёма в ЦС только за счёт наличия створки.

«Мёртвый объем» – часть ёмкости, не задействованная в силу неправильно установленного всаса. Установим всасы в танках в углублениях донной части – уменьшим мёртвую зону, и, соответственно, объем. Экономим 5-10%% с каждой ёмкости.

Предусмотрим отдельный танк небольшого объёма (200-500 л) с закрывающейся крышкой и перемешивателем для ввода опасной для человека, но важной для растворов каустической соды. На выходе предусмотрим кран для регулировки выхода струи.

Часто, большие по объёмам ёмкости не содержат разделительных перегородок. Лучше изготовить и смонтировать перегородки исходя из технологических вызовов. При этом важно иметь возможность брать раствор гидроворонкой или буровыми насосами из каждой половины.

Не имеет смысла делить ёмкость, если БН будут брать буровой раствор из одной половины.

Внутренние трубы в танках невозможно обслуживать. Проржавеют – получим переток, смешаются растворы. Возникает опасность соединения несовместимых жидкостей или неконтролируемое смешение совместимых. Придётся опорожнять ёмкость для ремонта, теряя время и раствор.

Внутренние трубы уменьшают эффективный объем ёмкостей. Указанный в паспорте объем 12м3, превращается в 10м3. Создадим линию набора доливной ёмкости из актива. Установим отсекающую задвижку.

Смонтируем линию забора раствора из любой ёмкости до забурника для размыва сальников или очистки приустьевой шахты. Сальники встречаем при бурении секции «Кондуктора», когда на устье ещё не установлен превентор.

Установим лючки для визуального осмотра линии сброса с гидроворонки. Получим возможность контролировать воронку за местом сброса БР в ёмкость – помбуры частенько ошибаются.

Некоторые конструкции ёмкостей имеют скрытые «линии квадратов» – проходят в верхней части танков. Отсекаем контур гидропистолетов задвижками для избегания перетоков БР. При бурении на тяжёлых растворах использование гидропистолетов вполне оправданно.

Напором гидромонитора, близкого ко дну ёмкости, поднимем взвесь тяжёлых частиц, которые подхватятся перемешивателем. Экономим время и деньги на обработке раствора.

Уделим внимание точности объёмов ёмкостей, в особенности доливной. Перемерим: паспорта и схемы врут. Это ведёт к нежелательным событиям и даже к потере контроля над скважиной. Перепроверим настройки датчиков Геолого-технологического исследования (ГТИ) и метки уровней.

Перемешиватели, не воздействующие на весь объем ёмкости, затрудняют обработку БР. Некоторая часть останется неподвижной. Установка перемешивателей в среднее или нижнее положение создаст возможность загеливания неподвижного раствора на поверхности.

Насосы для перекачивания и приготовления БР на гидроворонке должны быть обвязаны со всеми рабочими ёмкостями (БПР + актив). Предусмотрим резервную гидроворонку на случай выхода из строя основной.

Обеспечим возможность работы при малых циркуляционных объёмах на поверхности для проведения определенных операций, например, разбуривания цемстакана. Позволит в зависимости от количества подобных задач минимизировать сбросы и приготовление БР.

Для конкретных технологических задач, например, приготовления пачек, используем маленькие объёмы. Имеет смысл разделить, например, ёмкость 12м3 на две по 6м3 с возможностью перетока.

Донные клапана

Обеспечим наличие донных клапанов в каждой ёмкости – расположим в углублении для увеличения скорости очистки танка. Поверхность дна ёмкостей также получит уклон. Льём воду и всё стекает в одно место, а не разрозненно бултыхается на площади в несколько квадратных метров.

Не предусмотрим конструкции ёмкости – затратим больше времени и больше воды для очистки танков. Повлечёт увеличение сбросов в амбар и допзатраты на рекультивацию.

Донник, выпирающий выше дна или имеющий бортик вокруг донного клапана, усложнит очистку ёмкости, увеличивая затраты воды. Установим донники заподлицо, в уровень с дном.

Расположение донников в углу увеличит риск неоткрытия – перемешиватели закидают углы химией, возникнут наросты отложений. Предусмотрим наклон дна ёмкости в сторону донника, минимизируем время нахождения помбура в ограниченных и замкнутых пространствах (ОЗП).

Если донник отсутствует – задействуем боковые лючки ёмкости (для наземных буровых установок).

Водяная линия. Подача воды.

Из блока дополнительных ёмкостей (БДЕ), куда поступает вода из скважины, проложена водяная линия до модуля ЦСГО. Предусмотрим подключение аппарата высокого давления (АВД) (например, промышленный Karcher) к водяной линии в районе ЦСГО.

Подключение осуществим через фильтр тонкой очистки. При помощи АВД станем промывать вибросита при бурении. Низконапорный шланг не отобьёт глину, забьются сетки и раствор станет вылетать в шнек/амбар/мульду. Теряем раствор – тратим деньги на готовку нового объёма.

Подключим шланг с брандспойтом и к водяной линии, и к линии перекачки раствора, для чистки ёмкостей. Чем мельче диаметр сопла и больше давление, тем меньше затрачивается жидкости на очистку. Старым раствором легко разбиваем отложения. Споласкиваем водой и… готово.

Подведём воду на центрифугу для периодической очистки во время работы и по окончанию работ.

Предусмотрим линию и возможность перекачки «Буровая – БДЕ – Буровая» по причине недостаточного ёмкостного парка. Так сохраним раствор, или приготовим дополнительный объем БР. Экономим время и деньги, снижаем риски по приготовлению бурового раствора.

БР в БДЕ станем хранить для разных секций бурения скважины. Например, для секций «Направление» и «Эксплуатационной». В БДЕ имеем отдельные ёмкости для цементажных работ и для приготовленного БР.

Линия подачи воды для цементажа подходит в зону расстановки агрегатов. Временная эффективность цементажных работ зависит и от диаметра самой водяной линии, и от выходного диаметра БРС.

Будут небольшими (D=2″) – снизим литраж на затворение и продавку цемраствора, увеличим риски преждевременного схватывания цемента в скважине. Будут большими (D=4″) – сэкономим время.

Параллельно с водяной линией для цементажа проложим и линию подачи бурового раствора на агрегат. Осуществим врезку в водяную линию или в распределитель, установим минимум две задвижки, по одной на каждую линию.

Минимизируем расстояние от места врезки до выхода на агрегат, иначе остатки БР негативно повлияют на качество заготавливаемого цемента.

Общее

Частые проблемы жёлоба от буровой до ЦСГО – маленький угол наклона, провисы, «вредный» подъем на входе в вибросита:

  • Наличием нескольких включений БРС, предусмотрим возможность быстрой прочистки желоба. В случае закупорки – выдавим глину целевым напором
  • Иногда целесообразно разделить жёлоб пополам включением промежуточной ёмкости и ВШН (насос шламовый вертикальный).

Плавность открытия и закрытия задвижек предотвратит гидроудары, от которых приоткрываются поворотные задвижки – вновь начнутся нежеланные перетоки, о которых вовремя не спохватимся.

Линии обвязки спроектируем снаружи ёмкостей. Для удобства обслуживания, ремонта и визуального контроля за тем, куда и что перекачиваем:

  • Подпишем назначения линий обвязки (водяная, сброс с илоотделителя). Направления потоков отобразим стрелками. Укажем способы регулирования задвижек «открыть»/ «закрыть». Продублируем надписи в нескольких местах.
  • Промаркируем цветом ручки на задвижках по назначению – облегчим распознавание, минимизируем запутывание. Отвечающему за ЦСГО видно, что открыто/закрыто.
  • Сделаем на разных линиях ручки разных цветов, отражая сброс илоотделителя или пескотделителя. Избежим перекачки приготовленного или активного БР не в ту ёмкость.

Учтём тип задвижек при расстановке на обвязке. Привода механического типа (редукторные) или ручные штурвальные помогут точно регулировать расход/подачу и не среагируют на гидроудары.

  • Поставим перед ситами «быстрые задвижки» («баттерфляй», дисковые поворотные). Закрыть «бабочки» быстрее, чем штурвальные. Время операции сократится кратно.

Предусмотрим удобный и безопасный отбор проб на выходе при цементировании скважины.

Предусмотрим паровые линии для обогрева ёмкостей в холодных климатических условиях. Сможем проходить интервал на холодном растворе для предотвращения растепления породы.

Потребуется – нагреем раствор или воду, ускоряя приготовление бурового раствора. Предусмотрим место для стыковки вакуумного агрегата для слива/приёма раствора для перевозки.

Умные практики обвязки циркуляционной системы экономят двузначные проценты объёмов раствора, ускоряют строительство скважины, снижают риски. Получаем стабильный раствор, улучшаем качество проводки бурения, экономим время, сохраняем нервы, уменьшаем сбросы.