Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Приготовление, утяжеление и обработка буровых растворов, а также их очистка от обломков выбуренной породы (шлама) явля­ются важными процессами при бурении скважины. От качества бурового раствора в значительной мере зависит успех проводки скважины.

Приготовление, утяжеление и обработка буровых растворов.

Приготовление буровых растворов может осуществляться в меха­нических мешалках (глиномешалках) и гидравлических смесите­лях. В отечественной практике для приготовления буровых раство­ров (рис. 6.9) широко применяются порошкообразные материалы и используется следующее оборудование: блок приготовления ра­створа (БПР), выносной гидроэжекторный смеситель, гидравли­ческий диспергатор, емкости цементного смесителя (ЦС), меха­нические и гидравлические перемешиватели, поршневой насос

Рис. 6.9. Технологическая схема приготовления бурового раствора из порошкообразных материалов:

/ — приемная воронка; 2 — растворопровод; 3 — блок очистки; 4, 12 — соответ­ственно гидравлические и механические перемешивающие устройства; 5 — про­межуточная емкость; 6, 10 — заслонки соответственно высокого и низкого дав­ления; 7 — емкость с поперечным желобом; 8 — буровые насосы; 9 — приемная емкость; 11 — гидравлический диспергатор; 13 — фильтр; 14 — бункер блока приготовления; 15— аэрирующее шиберное устройство; 16— разгрузочное пнев­матическое устройство; 17— гидросмеситель; 18— площадка; 19— воронка.

(рис. 6.9). Блок приготовления раствора представляет собой еди­ный транспортабельный блок, на раме которого смонтированы две цилиндрические телескопические емкости. Эти емкости со­стоят из общего нижнего основания, на котором установлены не­подвижные части емкости, и верхней подвижной части. Обе части емкости соединены между собой уплотнением из резинотканевой материи. ,1

Подвижная часть емкости оборудована воздушно-матерчатьи| фильтром 13, фиксирующим устройством, смотровым люком,’ ограждением, загрузочным трубопроводом. Неподвижные части емкости оборудованы разгрузочными пневматическими устрой-, ствами 16, каждое из которых состоит из аэрирующего шибернс^! го устройства 15, в котором порошкообразный материал при по — моши сжатого воздуха компрессора дополнительно аэрируется и транспортируется в гидросмеситель 17, а затем в другую емкость или автоцементовоз. Пневматическое разгрузочное устройство в сочетании с гидросмесителем 17 используется для приготовления или утяжеления промывочного раствора.

Приготовление и утяжеление промывочного раствора осуще­ствляется следующим образом: к гидросмесителю 17 от бурового насоса при приготовлении глинистого раствора подается вода, при утяжелении —- глинистый раствор. В камере гидросмесителя обра­зуется разрежение, достаточное для засасывания порошка из ем­кости. Количество подаваемого порошка регулируется поворот­ным шиберным устройством 15 или путем изменения разрежения в гидросмесителе.

Блок приготовления раствора может быть использован также для приготовления цементных растворов и при цементировании скважин. При этом емкости загружаются цементом.

При морском бурении индивидуальное приготовление глини­стого раствора целесообразно только для отдельных разведочных скважин, находящихся далеко в море, В этом случае порошкооб­разный материал подвозят на морских судах. Буровые, располо­женные вблизи от берега или эстакады, наиболее выгодно снаб­жать глинистым раствором с глинозавода. Для этого с глинозаво — да прокладывают глинопровод, который в дальнейшем использу­ют как нефтепровод.

В ряде случаев приготовление бурового раствора осуществляет­ся при помощи механической мешалки (глиномешалки). Техни­ческие характеристики глиномешалок приведены в табл. 6.1.

Глинистый раствор в глиномешалке приготавливается пери­одически или непрерывно. При периодическом способе приготов­ления глинистого раствора в глиномешалку заливается вода,

Таблица 6.1 Технические характеристики глиномешалок Показатели Тип глиномешалки Г2П2-4 МГ2-4 Емкость барабана, м3 4 4 Число валов, шт. 2 2 _Скорость вращения вала, об/мин 70 95 Мощностьднигателя, кВт 21,5 21,5 Производительность, м3/ч 2…4 2…4 _Масса, кг 3 900 3665

затем она пускается в ход, после этого забрасывается глина. Через

45.. . 55 мин проверяют вязкость раствора. Как только вязкость ра­створа становится равной заданной величине, глиномешалку ос­танавливают, открывают нижний люк и готовый раствор сливают в приемный резервуар (емкость). Затем цикл повторяется.

При непрерывном способе приготовления глинистого раствора, с торцовой стороны глиномешалки на уровне раствора привари­вают сливной патрубок. В глиномешалку непрерывно через люк забрасывают глину, снизу поступает вода. Через верхний сливной патрубок готовый глинистый раствор непрерывно поступает в же — лобную систему и через нее — в приемный резервуар (емкость)^ Поступление воды и глины регулируют так, чтобы из сливного патрубка выходил глинистый раствор заданной вязкости.

Непрерывный способ приготовления глинистого раствора имеет следующие преимущества:

* нет перерывов для слива готового раствора, забрасывания глины и заливки водой;

• производительность глиномешалки непрерывного действия почти в 3 раза выше.

Во время приготовления глинистого раствора в глиномешалке! во избежание несчастного случая нельзя проталкивать через от­верстия решетки глину или утяжелитель в воронку глиномешалки ломом или лопаткой; в глине, подготовленной для приготовле­ния раствора, не должно быть комков, их надо размельчать. При обработке глинистых растворов химическими реагентами, особенно; содержащими щелочи и кислоты, рабочие должны работать в ре­зиновых перчатках, очках, фартуках и сапогах, чтобы брызги ще­лочи и кислоты не повредили лицо, руки и одежду. В механиче­ских глиномешалках можно приготовить растворы из сырых глин, глинобрикетов и глинопорошков. ,

Более эффективными, чем глиномешалка, являются фрезер­но-струйные мельницы ФСМ-3 и ФСМ-7 (рис. 6.10). Фрезерно­струйная мельница (ФСМ) представляет собой металлическую ем­кость, разделенную перегородкой на две части: приемный бункер / и метательную камеру с лопастным ротором /4. Комовая глина (или глинопорошок) загружается в бункер, куда через перфори­рованную трубу 3 подается вода. Лопастной ротор 14 захватывает лопастями-фрезами глину, измельчает и выбрасывает ее вместе с водой на диспергирующую рифленую плиту 13, где происходит интенсивное диспергирование глины. Не успевшие продисперги — роваться глинистые комочки стекают в ловушку 8, откуда вновь попадают под лопасти фрез. Готовый раствор переливается через отверстия выходной решетки 19 в желоб и оттуда — в циркуляци­онную систему или запасные емкости.

Фрезерно-струйная мельница может быть использована не только для приготовления растворов, но и для утяжеления буро-

12 11 Рис. 6.10. Фрезерно-струнная мельница ФСМ-7:

1 — приемный бункер; 2 — подвижной щиток; 3 — перфорированная труба; 4, 21 — шарниры; 5 — предохранительная плита; 6 — сменные штифты; 7 — регу­лирующая планка; 8 — ловушка; 9 — резиновая прокладка; 10 — механизм для открытия и закрытия крышки ловушки; 11 — рама; 12— откидная крышка; 13 — диспергирующая рифленая плита; 14 — лопастной ротор; 15 — горизонтальный вал; 16 — лоток; 17— отражательный щиток; 18— лопасть; 19— выходная ре­шетка; 20 — борты

вого раствора, а также для добавки в него глины и глинопорошка. В этом случае в ФСМ вместо воды подается буровой раствор.

Техническая характеристика ФСМ

Производительность, т/ч:

комовой глины………………………………………………………………………. 10… 12

глинопорошка………………………………………………………………………. 20…25

утяжелителя………….. .-…………………………………………………………. 30… 35

TOC o "1-5" h z Скорость вращения ротора, об/мин………………………………………… 500

Мощность приводного электродвигателя, кВт………………………………. 28

Масса, кг……………………………………………………………………………………… 1 400

Очистка бурового раствора от обломков выбуренной породы (шлама). Буровой раствор, выходящий на поверхность из скважи — Ны, может быть вновь использован, но для этого он должен быть °чищен от обломков выбуренной породы (шлама). Поступающие в буровой раствор частицы выбуренной породы оказывают вред­ное влияние на его основные технологические свойства, а следо — ^тельно, на технико-экономические показатели бурения.

Для очистки бурового раствора от шлама используется комп­лекс различных механических устройств: вибрационные сита, гид­роциклонные шламоотделители (песко — и илоотделители), сепа­раторы, центрифуги. В составе циркуляционной системы все эти механические устройства должны устанавливаться в строгой пос — I ледовательности. При этом схема прохождения промывочной жид­кости должна соответствовать следующей технологической цепочке: скважина—газовый сепаратор—блок грубой очистки от шлама (вибросито)—дегазатор—блок тонкой очистки от шлама (песко — : и илоотделители, сепаратор) —блок регулирования содержания и, состава твердой фазы (центрифуга, гидроциклонный глиноотде- литель) — буровые насосы — скважина.

При отсутствии газа в буровом растворе исключают ступени дегазации; при использовании неутяжеленного раствора, как пра­вило, не применяют сепараторы, глиноотделители и центрифуги; при очистке утяжеленного бурового раствора обычно не пользу­ются гидроциклонными шламоотделителями феско — и ИЛООТДЄ — 1 лители). Таким образом, выбор оборудования и технологии очист­ки бурового раствора от шлама должен основываться на конкрет — і ных условиях бурения. ,

• Рис. 6.11. Схема трехступенчатой очистки неутяжеленного бурового раствора: , / — скважины; 2 — вибросито; 3, 5 — насосы: 4 — пескоотделитель; 6 — илоот- — делитель; 7 — буровой насос; 8 — приемная емкость; 9, Ю — емкости 1

Бурение нефтяных и газовых скважин в большинстве нефтега — 1 зодобываюших районов ведут с промывкой неутяжеленными бу — і ровыми растворами плотностью до 1,25 г/см3. Для очистки буро­вых растворов используется трехступенчатая система. Технология очистки неутяжеленного бурового раствора (рис. 6.11) по этой си­стеме представляет собой ряд последовательных операций, вклю­чающих в себя грубую очистку на вибросите и тонкую очистку — пескоотделение и илоотделение — на гидроциклонных шламоот — делителях. Буровой раствор после выхода из скважины 1 подвер — * гается на первой ступени грубой очистке на вибросите 2 и соби — рается в емкости 10. Из емкости центробежным насосом 3 раствор :

Рис. 6.12. Вибросито ВС-1:

1

2

6

/Сброс шлама

/ — вибратор; 2 — приемник; 3 — ос­нование; 4 — поддон; 5 — амортизато­ра 5 _ вибрирующая рама: 7— сетка

подается в батарею гидроциклонов пескоотделителя 4, где из ра­створа удаляются частицы песка. Очищенный от песка раствор поступает через верхний слив в емкость 9, а песок сбрасывается в шламовый амбар. Из емкости 9 центробежным насосом 5 раствор подается для окончательной очистки в батарею гидроциклонов илоотделителя 6. После отделения частиц ила очищенный раствор направляется в приемную емкость 8 бурового насоса 7, а ил сбра­сывается в шламовый амбар.

Вибросита. Очистка промывочной жидкости от шлама с помо­щью вибросит является механическим процессом, в котором про­исходит отделение частиц с помощью просевающего устройства. Главными факторами, определяющими глубину очистки и про­пускную способность вибросита, являются размер ячеек сетки и просеивающая поверхность. Вибрирующие рамы располагают как в горизонтальной, так и в наклонной плоскостях, а их движение может быть возвратно-поступательным по прямой, эллипсообраз­ным, круговым и комбинированным.

В практике отечественного бурения используются одноярусные сдвоенные вибросита СВ-2 и СВ-2Б, одноярусные двухсеточные вибросита ВС-1.

Вибросито СВ-2 в состоянии пропустить до 60 л/с бурового раствора при сетке с размерами ячейки 1×5 мм. Рабочая часть сетки имеет длину 1,2 м и ширину 0,9 м. Сетка колеблется с час­тотой 1 600 или 2 000 колебаний в минуту. Наклон сетки к гори­зонту составляет 12… 18°. Вибрационное сито СВ-2Б является мо­дернизированным вариантом сита СВ-2.

Вибросито ВС-1 (рис. 6.12) оснащено двумя заделанными в

ка устанавливается горизонтально, а вторая — с наклоном око­ло 5° к горизонту. Траектория колебаний сеток эллиптическая. Наибольшая двойная амплитуда — 8 мм. Сетка колеблется с час­тотой 1 130 и 1 040 колебаний в минуту. Рабочая поверхность сет-

ки — 2,7 м2. Вибросито ВС-1 способно пропустить через сетку с ячейками размерами 0,16×0,16 мм до 10 л/с бурового раствора. При использовании сетки с размерами ячеек 0,9 х 0,9 мм пропуск­ная способность вибросита превышает 100 л/с.

Гидроциклонные шламоотделители. При работе гидроциклон­ного шламоотделителя буровой раствор подается насосом по тан­генциальному патрубку 2 (рис. 6.13) в гидроциклон 4. Под влия-* нием центробежных сил более тяжелые частицы отбрасываются к периферии и по конусу гидроциклона спускаются вниз и слива — ются наружу через выходное отверстие 5, регулируемое заслон­кой. Чистая промывочная жидкость концентрируется в централь­ной части гидроциклона и через выпускной патрубок / сливает­ся в приемный резервуар (емкость). Для повышения скорости жидкости входное отверстие 3тангенциального патрубка сужено. Для нормальной работы гидроциклона необходимо давление 0,2…0,5 МПа.

Условно гидроциклонные шламоотделител^ подразделяют на песко — и илоотделители. Пескоотделители — эта объединенная еди­ным подающим и сливным манифольдом батарея гидроциклонов’ диаметром 150 мм и более. Илоотделителями называются анало­гичные устройства, составленные из гидроциклонов диаметром:’ 100 мм и менее. Число гидроциклонов в батареях песко — и илоот-

2 3

/

I 2 Рис. 6.14. Газовый сепаратор: / — манометр; 2 — газовый трубопро­вод; 3 — предохранительный клапану 4 — ввод для бурового раствора; 5 — буровой раствор; 6 — сбросовая задвиж­ка; 7 — эжекторное устройство; 8 —. линия для очистки; 9— регулятор уров-у ня; 10 — полость газового сепаратор*;

I

Рис. 6.13. Устройство гидроциклона:

1 — патрубок выпускной; 2 — патру­бок тангенциальный; 3 — входное от­верстие; 4 — гидроциклон; 5 — выход­ное отверстие

делителя разное. Так, пескоотделитель марки 2ПГК включает в себя четыре параллельно работающих гидроциклонов диаметром 150 мм, а илоотделители включают в себя 12… 16 гидроциклонов диаметрами 75 или 100 мм.

Дегазация промывочных жидкостей. Газирование промывочной жидкости препятствует ведению нормального процесса бурения. Во-первых, вследствие снижения эффективной гидравлической мощности уменьшается скорость бурения; во-вторых, возникают осыпи, обвалы и проявления пластовой жидкости и газа в резуль­тате снижения эффективной плотности промывочной жидкости, т. е. давления на пласты; в-третьих, возникает опасность взрыва или отравления ядовитыми пластовыми газами (например, серо­водородом). Пузырьки газа препятствуют удалению шлама из ра­створа, поэтому оборудование для очистки от шлама работает неэффективно.

Газ в промывочной жидкости может находиться в свободном, жидком и растворенном состояниях. Свободный газ легко удаля­ется из промывочной жидкости в поверхностной циркуляцион­ной системе путем перемешивания в желобах, на виброситах, в емкостях. При устойчивом газировании свободный газ из промы­вочной жидкости удаляют с помощью газового сепаратора.

Газовый сепаратор (рис. 6.14) представляет собой герметич­ный сосуд, оборудованный системой манифольдов, клапанов и приборов. Буровой раствор из скважины поступает по тангенци­альному вводу 4 в полость газового сепаратора 10, где скорость потока резко снижается. Из промывочной жидкости интенсивно выделяется газ, который скапливается в верхней части сепаратора и отводится по газовому трубопроводу 2 на факел.

Буровой раствор 5, очищенный от свободного газа, собирается в нижней части газосепаратора, откуда он подается по линии 8 для очистки от шлама на вибросито.

Применяющиеся в настоящее время сепараторы имеют вмести­мость 1 …4 м3 и рассчитаны на давление до 1,6 МПа. Они оборуду­ются предохранительным клапаном 3, регулятором уровня 9 про­мывочной жидкости поплавкового типа и эжекторным устройством 7для продувки и очистки сепаратора от накопившегося шлама.

При работе эжекторного устройства воду (а в зимнее время — пар) пропускают через штуцер эжектора, в результате чего в сбро­совом патрубке газосепаратора создается разрежение.

При открытой сбросовой задвижке 6 скопившийся на дне га­зового сепаратора шлам вместе с частью промывочной жидкости устремляется в камеру эжекторного смесителя, подхватывается потоком воды (или пара) и выбрасывается из сепаратора наружу. После очистки полости сепаратора сбросовую задвижку 6 закры­вают. Для контроля за давлением внутри сепаратора газовая часть его полости оборудуется манометром 1.

:=^f=

/

2

3

. . ..

4

-X-CT

	и и	Параметры бурового раствора
Применяемые материалы и реагенты	Расход на 1 м >ХОДКИ	X *** X ^	и % , і ё	Статистическое напряжение сдвига, Па	А 5 її	Толщина глинистой корки, мм	pH	Содержание в фильтрате, %
о. с	О ^ £	1 — СО	через 10 мин	через 30 мин	о 5 ^“•0-	солей	Са и М§
Бентонит, глинопорошок	20	о *4	о о о •о ГО	»о <4 С5 ГЧ	о. г»; о.	8,0… 10,0	«О	О оо	«п о о’	0,02
Бентонит Бурый уголь Каустическая сода 92 %-я Нефть с глубины 1500 м Бихромат натрия с глубины 2500 м СМАД с глубины 2000 м	18 60 3,2 55 0,8… 1 25	1,22…1,25	30,0…40,0	0_ с| СЭ	о 40 о со	<э 40* о	1,0… 1,5	9,0…10,0 •	оо о’ чО_ о"	ш Г4| ©^ о’ СП о"
Бентонит Бурый уголь Каустическая сода 92 %-я Кальциниро­ванная сода Бихромат натрия Нефть СМАД-1 Окзил 25 %-й Гипан 10 %-й Барит	20 40 4,5…5,0 0,7 1,0 50 28 35 22 20	1,25…1,28	сз сТ ■о сГ ■Ч"	1,0…2,0	3,0…5,0	«о	1,0…0,5	9,5…10,0	0,8…2,0	0,03…0,06
Бентонит Бурый уголь Каустическая сода 92 %-я Нефть Окзил 25 %-й Бихромат	15 25 5…6 70 80 3,0	1,75…1,70	о о «о о о’ ■•Э"	С’Г	т	5,0…4,0	1,0…0,5	9,5…10,0	1,0…2,0	0,04…0,06
натрия Гипан 10 %-й Дисолван Барит	4,5 4 150	1,62…1,66	о о" »п сі о" тг	1,5…2,5	г— гЛ	О О	1,0…0,5	о о 1П 04	1,0…2,0	40 о ©_ о

Рис. 6.15. Образец технологического регламента буровых растворов:

1 — глины; 2 — глины с прослоями песка; 3 — мергель; 4 — глины с прослоями песчаника; 5— алевролиты; СМ АД — смазывающая добавка для уменьшения трения

Очищенная от свободного газа промывочная жидкость обычно поступает на вибросито. Однако при наличии в промывочной жид­кости токсичного газа, например сероводорода, поток из сепара­тора по закрытому трубопроводу сразу подается на дегазатор для очистки от газа. Только после окончательной дегазации промы­вочную жидкость очищают от шлама.

Наибольшее распространение в отечественной практике полу­чили вакуумные дегазаторы. Они представляют собой двухкамер­ную герметичную емкость, вакуум в которой создается насосом. Камеры включаются в работу поочередно при помощи золотни­кового устройства. Производительность дегазатора при использо­вании глинистого раствора достигает 45 л/с; остаточное газосо — держание в промывочной жидкости после обработки не превы­шает 2 %.

Регенерация утяжелителей. Утяжелители — дорогие и дефицит­ные материалы, поэтому их экономное и повторное использова­ние — важная задача.

Существуют следующие способы повторной использования утяжеленного раствора:

• при близком расположении бурящихся скважин утяжелен­ный раствор перекачивают из одной буровой в другую по трубо­проводу;

• при отсутствии трубопровода утяжеленный раствор из буро­вой в буровую перевозят в автоцистернах.

Комментарии запрещены.