УЗЕЛ ГРАВИТАЦИОННОГО ОСАЖДЕНИЯ ЧАСТИЦ ВЫБУРЕННОЙ ПОРОДЫ И ЧАСТИЦ РАЗРУШЕННЫХ ПОЛЫХ СТЕКЛЯННЫХ МИКРОСФЕР СИСТЕМЫ ЦИРКУЛЯЦИИ И ОЧИСТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА Российский патент 2024 года по МПК E21B21/06 

Изобретение относится к устройствам для очистки буровых растворов от частиц выбуренной породы и разрушенных стеклянных микросфер и может быть использовано в нефтяной и других отраслях промышленности [E21B12/06, E21B21/01, E21B21/0135, E21B21/065, E21B21/066].

Из уровня техники известна СИСТЕМА И СПОСОБ ОЧИСТКИ ШЛАМА ИЗ СТВОЛА СКВАЖИНЫ И БУРОВОГО РАСТВОРА [US2017081930 (A1), ОПУБЛ. 23.03.2017], содержащая отстойник для шлама, сепаратор, сито, резервуар для жидкости, расширительный бункер и очиститель. Очиститель может дополнительно включать вращающуюся ретортную печь, которая может как высушивать суспензию до образования осадка, так и окислять любые органические вещества. Печь может работать при температуре от 1200°F до 2000°F включительно. Система очистки может повторно использовать использованную жидкость, возвращая ее в грузовик, который привез суспензию, или, в случае бурового раствора, собирая жидкость для использования в качестве источника топлива или восстанавливая буровой раствор путем смешивания жидкости с осадком после нагревания. Очищенная суспензия, получаемая системой, может быть пригодна для повторного использования или неопасной утилизации.

Недостатком данной системы очистки является использование повышенных температур в процессе очистки бурового раствора, которые приводят к плавлению полых стеклянных микросфер и не позволяет использовать раствор в дальнейшей работе.

Также известен УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОТСТОЙНИК ДЛЯ ОЧИСТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА [RU109198U1, ОПУБЛ. 10.10.2011], солержащий бак, расположенный над корпусом, корпус, выполняемый в виде желоба (корыта), к которому наклонно к вертикали крепится фильтрующая кассета, патрубок для очищенного раствора, сбросовый узел в виде шнека, выполненного с возможностью вращения при помощи мотор-редуктора с регулируемой частотой вращения, сбросной патрубок, фильтрующие элементы, источники ультразвуковых колебаний в виде магнитострикционных преобразователей, отличающийся тем, что в фильтрующем элементе кассеты предусмотрено отверстие для присоединения волновода магнитострикционного преобразователя под углом к фильтрующему элементу посредством набора скошенных втулок и гайки, накручиваемой на шпильку, другим концом вкручиваемую в резьбовое отверстие волновода, а также на раме устройства закреплен на опорах корпус, включающий узел соединения выхода из поддона отстойника со входом в сбросовый узел, причем корпус представляет собой фильтрующий элемент, выполнен перфорированным в нижней своей части и имеет кольцеобразную замкнутую форму с отверстием для узла сообщения входного потока раствора с внутренней полостью фильтрующего элемента и с охватывающей втулкой с отверстием для соединения с волноводом магнитострикционного преобразователя, а перфорированные отверстия фильтрующего элемента имеют коническую форму, причем меньший диаметр отверстия расположен на внутренней стороне фильтрующего элемента, а больший диаметр - на внешней стороне фильтрующего элемента, причем отстойник имеет емкости для шлама и для очищаемого бурового раствора, а корпус имеет снизу поддон с выходным патрубком для выхода очищенного бурового раствора.

Недостатком данного отстойника является неспособность ультразвуковых колебаний при отстаивании отработанного бурового раствора отделить выбуренную породу от разрушенных микросфер, также ультразвуковые колебания приводят к частичному разрушению полых стеклянных микросфер, что в итоге ведет к невозможности повторного использования бурового раствора и его утилизацию.

Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ ОЧИСТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ [RU2258795 (C2), ОПУБЛ. 20.08.2005], содержащая желоб, связывающий устье скважины с виброситами, установленными последовательно, систему гидроциклонов, включающую гидроциклонные пескоотделитель и илоотделитель, центрифугу с технологическими емкостями приема бурового раствора, шламовые насосы, установленные последовательно по ступеням очистки, технологические емкости- накопители бурового раствора, соединенные в циркуляционную систему движения бурового раствора через скважину, отличающаяся тем, что циркуляционная система выполнена с возможностью обеспечения круговой циркуляции бурового раствора вне скважины параллельно с циркуляцией через скважину с помощью шламового насоса и системы раствороводов, подающих очищенный буровой раствор из технологических емкостей- накопителей в технологические емкости приема первой, второй, третьей ступеней очистки на разбавление с входящим на очистку из скважины буровым раствором.

Основной технической проблемой прототипа, содержащего желоб, вибросита, систему гидроциклонов, включающая пескоотделитель и илоотделитель, центрифугу, насосы и технические емкости, является то, что при использовании бурового раствора, в котором для снижения плотности применяются полые стеклянные микросферы, разрушенные в результате избыточного давления, температуры и абразивного истирания микросферы, смешиваясь и склеиваясь с выбуренной породой забивают технологические отверстия оборудования установки, а именно илоотделителя и центрифуг, что приводит к выводу бурового раствора из циркуляции и его утилизации.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Технический результат изобретения заключается в увеличении степени очистки бурового раствора, в том числе очистки от разрушенных микросфер, максимальном сохранение стеклянных микросфер оставшихся неразрушенными, а также в увеличении количества возващенного очищенного бурового раствора в систему циркуляции.

Указанный технический результат достигается за счет того, что узел гравитационного осаждения системы циркуляции и очистки бурового раствора, выполнен в виде одного или двух отстойников с оросителями, при этом отстойники выполнены в виде горизонтальных емкостей каждая из которых имеет скошенное дно с возможностью поддержания постоянной температуры, трубопровода с насосом подачи в отстойники пресной воды и трубопровода с насосом подачи в отстойники отработанного бурового раствора, в то же время трубопровод подачи пресной воды и трубопровод подачи отработанного бурового раствора выполнены с возможностью контроля количества подаваемой пресной воды и отработанного бурового раствора в пропорции 20/80, трубопровода с насосом откачки из отстойников очищенного бурового раствора с неразрушенными полыми стеклянными микросферами и трубопровода с насосом откачки из отстойников осадка и устройства для размыва осадка.

В частности, отстойники имеют в своем составе контур обогрева.

В частности, оросители расположены в верхней части отстойников.

В частности, оросители приводятся в действие насосами подачи пресной воды.

В частности, между насосом подачи пресной воды и каждым отстойником, а также между насосом подачи отработанного бурового раствора и каждым отстойником установлены расходомеры.

В частности, трубопровод с насосом откачки осадка расположен в донной части отстойника.

Краткое описание чертежей.

На фиг.1 представлена техническая схема узла гравитационного осаждения системы циркуляции и очистки бурового раствора.

На фигуре обозначено: 1, 2 – отстойник; 3 – емкость хранения раствора; 4 – манометр; 5 – датчик давления; 6 –обратный фланцевый клапан; 7 – фланцевая задвижка с ручным приводом; 8 – расходомер; 9 – уровнемер; 10 – датчик температуры; 11, 14 – насос откачки бурового раствора; 12 – насос подачи пресной воды; 13 – насос подачи бурового раствора; 15 – ороситель.

Узел гравитационного осаждения системы циркуляции и очистки бурового раствора состоит из одного или двух отстойников (1,2), объединяющих трубопровод подачи пресной воды с насосом подачи (12) и трубопровод подачи отработанного бурового раствора с насосом подачи (13). Отстойники (1,2) выполнены в виде горизонтальных емкостей со скошенными дном, имеющими в своем составе контур обогрева, который позволяет поддерживать заданную температуру очистки буровой раствора. Емкости отстойников (1,2) выполнены с насосным отсеком, в которых располагается насосное оборудование, средства автоматизации, уровнемер (9) и датчик температуры (10). С боковой стороны отстойников выше уровня осадка расположены трубопроводы с насосом откачки очищенного бурового раствора с неразрушенными полыми стеклянными микросферами, а в донной части отстойников расположены трубопроводы с насосами откачки осадка. Трубопроводы подачи пресной воды и подачи отработанного бурового раствора выполнены с возможностью контроля давления раствора за счет установки манометра (4) и датчика давления (5). Подача растворов по трубопроводам осуществляется через систему обратных фланцевых клапанов (6) и систему фланцевых задвижек с ручным приводом (7).

Полые стеклянные микросферы используются в качестве облегчающей добавки и позволяют обеспечить плотность бурового раствора от 0,66 до 1,00 г/см³. Несмотря на высокую прочность применяемых полых стеклянных микросфер, через некоторое время после начала бурения, происходит активная наработка твердой фазы в буровом растворе до 25%. Следовательно, осложняется работа циркуляционной системы очистки бурового раствора за счет того, что разрушенные частицы стеклянных микросфер начинают забивать илоотделитель, а также циркуляционные отверстия центрифуги системы очистки. В результате работа циркуляционной системы очистки становится нестабильной, а операции на промывку и очистку забитого оборудования занимают длительное время. Поэтому создание дополнительного оборудования для очистки отработанного бурового раствора с максимальным сохранением неразрушенных полых стеклянных микросфер является актуальным.

Принцип работы узла гравитационного осаждения системы циркуляции и очистки бурового раствора заключается в отборе части циркулирующего бурового раствора с полыми стеклянными микросферами из системы очистки для дополнительной очистки в специально сконструированных горизонтальных отстойниках (1,2). Буровой раствор, используемый в буровой машине, извлекается на выходе из скважины и транспортируется в систему циркуляции и очистки бурового раствора. Насосом подачи бурового раствора (13) раствор из системы циркуляции и очистки подается в отстойники (1,2). Учет бурового раствора ведется при помощи расходомеров (8). Далее насосом подачи пресной воды (12) в отстойники (1,2) подается техническая вода для разбавления отработанного бурового раствора в пропорции 20/80, где 20 – это объем подаваемой технической воды, а 80 – объем бурового раствора. После этого полученный разбавленный буровой раствор отстаивается в течение 4–12 часов в отстойниках (1,2).

Для предотвращения образования корочки из микросфер, которые всплывают при статическом отстое бурового раствора с полыми стеклянными микросферами, применяется ороситель (15), который расположен в верхней части отстойников (1,2). Ороситель (15) приводится в действие насосом подачи пресной воды (12).

Через 4–12 часов отстоявшийся буровой раствор перекачивается во внешнюю емкость хранения раствора (3). Для того чтобы сохранить максимальное количество неразрушенных полых стеклянных микросфер сначала буровой раствор откачивается из верхней части отстойника (1, 2). Затем, убедившись, что большее количество полых стеклянных микросфер перекачено, начинается перекачка оставшегося бурового раствора. Всего от общего отстоявшегося объема бурового раствора перекачивается 80% раствора, который в последствии направляется обратно в контур циркуляционной системы очистки бурового раствора. Оставшиеся 20% раствора представляют из себя осадок из мелких частиц выбуренной породы и частиц разрушенных полых стеклянных микросфер. Полученный осадок размывается устройством для размыва осадка и откачивается на утилизацию насосом откачки бурового раствора (11).

Технический результат изобретения заключается в увеличении степени очистки бурового раствора, в том числе очистки от разрушенных микросфер, максимальном сохранение стеклянных микросфер оставшихся неразрушенными, а также в увеличении количества возващенного очищенного бурового раствора в систему циркуляции.

Указанный технический результат достигается за счет того, что узел гравитационного осаждения системы циркуляции и очистки бурового раствора, выполнен в виде одного или двух отстойников с оросителями, при этом отстойники выполнены в виде горизонтальных емкостей каждая из которых имеет скошенное дно с возможностью поддержания постоянной температуры, трубопровода с насосом подачи в отстойники пресной воды и трубопровода с насосом подачи в отстойники отработанного бурового раствора, в то же время трубопровод подачи пресной воды и трубопровод подачи отработанного бурового раствора выполнены с возможностью контроля количества подаваемой пресной воды и отработанного бурового раствора в пропорции 20/80, трубопровода с насосом откачки из отстойников очищенного бурового раствора с неразрушенными полыми стеклянными микросферами и трубопровода с насосом откачки из отстойников осадка и устройства для размыва осадка.

На основе этого был проведен сравнительный анализ работы двух систем циркуляции и очистки бурового раствора с применением узла гравитационного осаждения и без его применения. При бурении с применением полых стеклянных микросфер начальная плотность бурового раствора составляла 0,95 г/см3. Содержание микросфер в исходном буровом растворе составило 30 кг/м3. После начала бурения, ориентировочно после 150 м проходки, в результате разрушения микросфер, произошло увеличение плотности бурового раствора до 1,1 г/см3. Содержание неразрушенных микросфер при этом сократилось до 6 кг/м3. Далее буровой раствор направляется в системы очистки и циркуляции на три ступени очистки, а именно: первую ступень - вибросита, вторую – гидроциклонную установку, третью – центрифугу. В первом варианте системы очистки и циркуляции без узла гравитационной очистки буровой раствор выводится из циркуляции. При этом в системе очистки и циркуляции с узлом гравитационного осаждения буровой раствор с помощью насосов направляется на узел гравитационного осаждения с использованием отстойников с оросителями, где происходит осаждение разрушенных полых стеклянных микросфер и буровой фазы в отработанном буровом растворе в течение 8 часов.

В Таблице 1 приведены сравнительные данные степени очистки отработанного бурового раствора в системе очистки и циркуляции с узлом гравитационной очистки и без него.

Таблица 1

Сравнительный анализ систем очистки и циркуляции для очистки отработанного бурового раствора с полыми стеклянными микросферами (ПСМ).

Система очистки и циркуляции с узлом гравитационной очистки Система очистки и циркуляции без узла гравитационной очистки Первоначальная плотность бурового раствора (г/см³) 0,95 0,95 Первоначальная плотность ПСМ (кг/м³) 30 30 Плотность ПСМ в отработанном буровом растворе (кг/м³) 6 6 Плотность отработанного бурового раствора (г/см³) 1,1 1,1 Плотность ПСМ после очистки(кг/м³) 4,8 2,1 Плотность бурового раствора после очистки (г/см3) 0,97 1,05 Степень очистки бурового раствора (%) 87 33

По вышеуказанным данным видно, что степень очистки отработанного бурового раствора в системе очистки и циркуляции с узлом гравитационной очистки значительно больше. В системе очистки и циркуляции без узла гравитационной очистки малая степень очистки связана с тем, что разрушенные микросферы смешиваясь и склеиваясь с выбуренной породой забивают технологические отверстия оборудования системы очистки и циркуляции, а именно илоотделителя и центрифуг. Из-за этого большая часть бурового раствора утилизируется.

А очищенный буровой раствор из системы очистки с узлом гравитационной очистки направляется обратно на циркуляцию, в то же время осадок, возникший после процесса осаждения, размывается и направляется на утилизацию.

Таким образом заявленное изобретение позволяет увеличить степень очистки бурового раствора за счет отделения от бурового раствора осадка выбуренной массы и разрушенных стеклянных микросфер на 54%, позволяет сохранить максимальное количество неразрушенных полых стеклянных микросфер по сравнению с аналогами примерно на 45%, а также повторно использовать до 80% бурового раствора, направленного на очистку от разрушенных микросфер и буровой породы.

Изобретение относится к устройствам для очистки буровых растворов от частиц выбуренной породы и разрушенных стеклянных микросфер и может быть использовано в нефтяной и других отраслях промышленности. Устройство включает один или два отстойника с оросителями, трубопровод с насосом подачи в отстойники пресной воды и трубопровод с насосом подачи в отстойники отработанного бурового раствора, трубопровод с насосом откачки из отстойников очищенного бурового раствора с неразрушенными полыми стеклянными микросферами, трубопровод с насосом откачки из отстойников осадка и устройства для размыва осадка. Отстойники выполнены в виде горизонтальных емкостей, каждая из которых имеет скошенное дно и контур обогрева с возможностью поддержания постоянной температуры. Трубопровод подачи пресной воды и трубопровод подачи отработанного бурового раствора выполнены с возможностью контроля количества подаваемой пресной воды и отработанного бурового раствора в пропорции 20/80. Увеличивается степень очистки бурового раствора, в том числе от разрушенных микросфер, максимально сохраняются стеклянные микросферы, оставшиеся неразрушенными, увеличивается количество возвращенного очищенного бурового раствора в систему циркуляции. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Узел гравитационного осаждения частиц выбуренной породы и частиц разрушенных полых стеклянных микросфер системы циркуляции и очистки бурового раствора, включающего полые стеклянные микросферы, содержащий один или два отстойника с оросителями, трубопровод с насосом подачи в отстойники пресной воды и трубопровод с насосом подачи в отстойники отработанного бурового раствора, трубопровод с насосом откачки из отстойников очищенного бурового раствора с неразрушенными полыми стеклянными микросферами, трубопровод с насосом откачки из отстойников осадка и устройства для размыва осадка, при этом отстойники выполнены в виде горизонтальных емкостей, каждая из которых имеет скошенное дно и контур обогрева, обеспечивающий возможность поддержания постоянной температуры, трубопровод подачи пресной воды и трубопровод подачи отработанного бурового раствора выполнены с возможностью контроля количества подаваемой пресной воды и отработанного бурового раствора в пропорции 20/80.

2. Узел гравитационного осаждения по п. 1, отличающийся тем, что оросители расположены в верхней части каждого отстойника.

3. Узел гравитационного осаждения по п. 2, отличающийся тем, что оросители выполнены с возможностью приведения в действие насосом подачи пресной воды.

4. Узел гравитационного осаждения по п. 1, отличающийся тем, что между насосом подачи пресной воды и каждым отстойником, а также между насосом подачи отработанного бурового раствора и каждым отстойником установлены расходомеры.

5. Узел гравитационного осаждения по п. 1, отличающийся тем, что трубопровод с насосом откачки осадка расположен в донной части каждого отстойника.