установка для тонкой очистки и регенерации утяжелителя буровых растворов

Формула изобретения

Установка для тонкой очистки и регенерации утяжелителя буровых растворов, включающая насос, соединенный с трубопроводом для подачи бурового раствора, центрифугу с входным, сливным и шламовым патрубками, загрузочную воронку с фильтром и боковым каналом, циркуляционный желоб с затопленной перегородкой и перемешивателем, оснащенным лопастной мешалкой, отличающаяся тем, что она снабжена выше по течению бурового раствора от центрифуги желобным затопленным под уровень дна циркуляционного желоба приемным корытом, наклонным виброжелобом, установленным под центрифугой над циркуляционным желобом на упругой подвеске, размещенными последовательно на трубопроводе для подачи бурового раствора запорно-регулировочной арматурой, расходомером и гидросмесителем с линией подачи технологической жидкости, соединенной с насосом для подачи технологической жидкости и также оснащенной запорно-регулировочной арматурой и расходомером, расположенным в зоне действия лопастной мешалки перемешивателя желобным затопленным под уровень дна циркуляционного желоба смесительным корытом, при этом насос расположен в циркуляционном желобе по направлению течения бурового раствора с возможностью подачи бурового раствора из приемного корыта, а лопастная мешалка установлена горизонтально в смесительном корыте, причем приемное и смесительное корыта в донной части оснащены дренажными клапанами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области регулирования технологических параметров буровых растворов и может быть использовано при строительстве скважин в нефтяной и газовой промышленности.

Известна установка (аналог - SU 1764343, 6 Е 21/06, от 20.12.89 г.) [1] для регенерации утяжелителя буровых растворов.

Один из недостатков установки по аналогу связан с тем, что нормальная работоспособность центрифуг лимитируется концентрацией твердой фазы в буровом растворе в пределах от 1 до 25% по массе [2]. В то время как, практически, в высокоплотных буровых растворах содержание твердой фазы может достигнуть и более 50% (об.) [3]. Производительность центрифуги падает по мере роста консистенции и содержания твердой фазы в буровом растворе, что снижает оперативность в управлении процессом промывки и безопасность бурения скважин.

В установке по аналогу конструктивно не обеспечено регулирование параметров бурового раствора при его подаче в центрифугу добавлением технологических жидкостей (вода или водный раствор химических реагентов) с последующим смешением их до однородного состава.

Другим недостатком установки по аналогу является расположение рабочего органа механического перемешивателя - лопастной мешалки - непосредственно под шламовым патрубком центрифуги. Это конструктивно обуславливает рабочее положение лопастной мешалки в пространстве под углом 45-60° к горизонту.

Для эффективного перемешивания регенерированного утяжелителя с непрерывно движущимся по циркуляционному желобу буровым раствором до однородной смеси требуется достаточно мощный и высокооборотистый перемешиватель. Работа такого перемешивателя при положении его лопастной мешалки в пространстве как по аналогу, практически, приводит к выбросу бурового раствора с утяжелителем за пределы циркуляционного желоба. Попытки укрыть эту часть циркуляционного желоба специальным, эластичным фартуком не дают положительного результата. Буровой раствор и регенерированный утяжелитель, выбрасываемые лопастной мешалкой из циркуляционного желоба, налипают на фартук изнутри толстой плотной коркой, затрудняя разгрузку центрифуги и процесс регенерации утяжелителя, что, в конечном счете, не позволяет обеспечить эффективное регулирование параметров бурового раствора и снижает безопасность бурения.

Очередной недостаток установки по аналогу связан с тем, что оперативное управление процессом промывки скважины специальными добавками в буровой раствор наиболее эффективно осуществляется путем введения их в буровой раствор непосредственно в потоке по циркуляционному желобу. Поэтому насос приемной своей частью должен быть подключен к циркуляционному желобу с обеспечением ему хорошего приема, а полезные продукты переработки бурового раствора - обесшламленный легкий раствор при его очистке и концентрат утяжелителя при его регенерации, возвращаясь в циркуляцию, должны вновь эффективно смешиваться с буровым раствором до полного осреднения параметров. Однако в установке по аналогу циркуляционный желоб плохо приспособлен для взаимодействия с насосом и с перемешивателем. Высота потока жидкости в желобе невелика, непостоянна во времени и зависит от многих факторов, в том числе от режима работы буровых насосов, очистных механизмов, предшествующих центрифуге, и ситуации в скважине. Практически, в установке по аналогу высота потока жидкости над приемным узлом насоса недостаточна. Это вызывает завихрение потока, подсос воздуха, сбои в работе насоса и центрифуги. Применение затопленной перегородки для решения этой задачи недостаточно эффективно. Высота затопленной перегородки ограничивается высотой желоба и опасностью перелива раствора через его края.

Цель изобретения - повышение безопасности бурения за счет надежной стабилизации проектных параметров бурового раствора путем устранения конструктивных недостатков и расширения функционала работы установки по аналогу.

Поставленная цель достигается тем, что известная по аналогу установка, включающая насос, соединенный с трубопроводом для подачи бурового раствора, центрифугу с входным, сливным и шламовым патрубками, загрузочную воронку с фильтром и боковым каналом, циркуляционный желоб с затопленной перегородкой и перемешивателем, оснащенным лопастной мешалкой, дополнительно снабжена двумя желобными затопленными под уровень дна желоба корытами, соответственно, приемным для насоса и смесительным для мешалки перемешивателя. Для облегчения очистки от осадка корыта в донной части оснащены дренажными клапанами.

Кроме того, дополнительно на трубопроводе для подачи бурового раствора последовательно после насоса размещены запорно-регулировочная арматура, расходомер и гидросмеситель с линией подачи технологической жидкости, соединенной с насосом подачи технологической жидкости, также оснащенной расходомером и запорно-регулировочной арматурой. Под центрифугой установлен виброжелоб на упругой подвеске, имеющий два взаимно перпендикулярных рабочих положения - вдоль и поперек течения раствора, так что (в зависимости от выполняемой операции) начало его всегда располагается под шламовым патрубком центрифуги, а конец (при регенерации утяжелителя) над желобным затопленным смесительным корытом или над шламовым отвалом циркуляционной системы (при тонкой очистке бурового раствора). Подвеска виброжелоба включает винтовые регулировочные узлы, позволяющие изменять высоту и угол наклона продольной оси виброжелоба к горизонту. Установленный на виброжелобе генератор колебаний имеет регулируемый переменный управляемый режим работы.

Использование желобного затопленного под уровень дна циркуляционного желоба позволяет устранить при работе насоса завихрение потока, подсос воздуха, сбои в работе насоса и центрифуги.

Использование желобного смесительного корыта, затопленного под дно желоба, позволяет разместить в нем перемешиватель вертикально, а его лопастную мешалку, следовательно, - горизонтально, опустив ее под уровень жидкости ниже дна желоба. Это позволяет надежно предотвратить выброс бурового раствора за пределы желоба при работе перемешивателя. При этом применение виброжелоба обеспечивает доставку регенерированного утяжелителя из шламового патрубка от центрифуги под мешалку перемешивателя, чем обеспечивается качественное смешение его с раствором. Оснащение установки трубопроводом для подачи технологической жидкости в центрифугу позволяет оптимизировать процесс, повысив качество переработки бурового раствора и производительность установки.

Оснащение трубопроводов на входе в центрифугу запорно-регулировочной арматурой, расходомерами и гидросмесителем позволят точно, качественно и количественно нормировать подачу исходного продукта в центрифугу. Наличие гидросмесителя обеспечивает образование однородной смеси, что исключает нарушение балансировки, биения и вибрации ротора центрифуги, чреватые аварийными ситуациями.

На чертеже изображена схема устройства установки по предлагаемому изобретению.

Установка включает центрифугу 1 с загрузочной воронкой 2 на входном патрубке, сливной 3 и шламовый 4 патрубки, насос 5, трубопровод 6 для подачи бурового раствора и основание центрифуги 26. Под центрифугой расположен циркуляционный желоб 7. Циркуляционный желоб оснащен затопленной перегородкой 8, перед которой в желобном смесительном заглубленном под уровень дна циркуляционного желоба корыте 10 вертикально установлен перемешиватель 9, оснащенный лопастной мешалкой 18, установленной горизонтально. Лопастная мешалка перемешивателя погружена в желобном смесительном корыте под уровень бурового раствора ниже дна циркуляционного желоба. В пространстве под центрифугой и над циркуляционным желобом на упругой подвеске установлен наклонный виброжелоб 12, оснащенный вибратором 24. Подвеска наклонного виброжелоба 12 к основанию 26 центрифуги имеет винтовые регулировочные устройства 25. На трубопроводе 6 для подачи бурового раствора установлены последовательно запорно-регулировочная арматура 19, расходомер 14 и гидросмеситель 15. К гидросмесителю подключена линия 22 подачи технологической жидкости, соединенная с насосом для подачи технологической жидкости и также оснащенная запорно-регулировочной арматурой 16 и расходомером 17.

В отличие от аналога боковой канал, фильтр по предлагаемому изобретению (смотри чертеж) с аналогичным взаиморасположением и функциями перенесены в загрузочную воронку, позиции 11 и 13. При этом канал 11 предназначен только для аварийного сброса бурового раствора в циркуляционный желоб при нештатной ситуации. Функцию регулируемого отверстия в системе подачи бурового раствора в центрифугу, как по аналогу в предполагаемом изобретении выполняет запорно-регулировочная арматура 19.

Выше по течению бурового раствора относительно центрифуги установка по изобретению снабжена желобным приемным корытом 21, затопленным под уровень дна циркуляционного желоба (смотри чертеж).

Установка по предлагаемому изобретению работает следующим образом (смотри чертеж).

Буровой раствор из заглубленного желобного приемного корыта 21 насосом 5 по трубопроводу для подачи бурового раствора 6 подается в загрузочную воронку 2. При этом с помощью запорно-регулировочной арматуры 19 и расходомера 14 осуществляется нормирование его подачи в пределах производительности центрифуги при соответствующем режиме работы. При необходимости одновременно с буровым раствором по линии 22 подачи технологической жидкости, с помощью запорно-регулировочной арматуры 16 и расходомера 17 через гидросмеситель 15 в центрифугу может быть подана технологическая жидкость. Общая подача (буровой раствор плюс технологическая жидкость) устанавливается с учетом производительности центрифуги в зависимости от режима и вида работ (очистка раствора от бурового шлама или регенерация утяжелителя).

В центрифуге происходит разделение бурового раствора на фугат и влажный осадок в виде бурового шлама или концентрата утяжелителя. Фугат по сливному патрубку 3, в зависимости от операции, возвращается в циркуляцию (очистка) или сбрасывается в амбар (регенерация).

При тонкой очистке бурового раствора фугат - освобожденный от шлама буровой раствор - возвращают в желобное смесительное корыто, заглубленное под уровень дна циркуляционного желоба, где фугат под воздействием лопастной мешалки 18 перемешивателя 9 осредняется с буровым раствором циркуляционной системы скважины. Осадок - влажный шламовый концентрат по наклонному виброжелобу 12, расположенному под центрифугой 1 перпендикулярно потоку бурового раствора в циркуляционном желобе, сбрасывают в отвал. В результате освобождения бурового раствора от большей части бурового шлама технологические параметры бурового раствора улучшаются до соответствия регламенту.

При регенерации утяжелителя буровых растворов, из шламового патрубка 4 центрифуги выделяется осадок в виде влажного концентрата утяжелителя на наклонный виброжелоб 12. Длина наклонного виброжелоба обеспечивает подачу влажного концентрата утяжелителя к месту его смешения с буровым раствором в желобном заглубленном смесительном корыте. Затопленная перегородка 8 совместно с затопленным под уровень дна циркуляционного желоба желобным смесительным корытом обеспечивают образование достаточного объема малоподвижного потока бурового раствора в циркуляционной системе скважины, где успевает произойти эффективное перемешивание влажного концентрата утяжелителя с буровым раствором установленной горизонтально лопастной мешалкой 18 до однородного состояния. В результате возврата в буровой раствор регенерированного утяжелителя и удаления из него в амбар легкой глинистой коллоидной примеси, технологические параметры бурового раствора улучшаются, до соответствия регламенту на промывку.

Благодаря оптимизации состава и увеличению технологичности исходного зашламленного бурового раствора перед очисткой или регенерацией утяжелителя в центрифуге, повышению эффективности и качества перемешивания фугата - обесшламленного раствора и осадка - регенерированного утяжелителя с буровым раствором в циркуляции обеспечивается надежное улучшение технологических параметров бурового раствора до требований регламента на промывку скважины с повышением безопасности бурения.

Список использованной литературы:

1. А.А.Добик, В.И.Мищенко. Установка для регенерации утяжелителя буровых растворов. ФИПС. А.С. №17643443, 6 Е 21 В 21/06, от 20.12.89.

2. В.М.Лукьянченко, В.В.Таранец. Центрифуги. Справочник. Москва, “Химия”, 1988. сс. 179, 217.

3. С.А.Рябоконь. Утяжелитель буровых растворов и технология их применения. Моска, “Недра”, 1981. сс. 5, 40.