ОТСТОЙНИК ГРАВИТАЦИОННОЙ ОЧИСТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА, СОДЕРЖАЩЕГО ПОЛЫЕ СТЕКЛЯННЫЕ МИКРОСФЕРЫ Российский патент 2024 года по МПК B01D21/02 E21B21/01 

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 [B01D 21/02, B01D 21/24, B01D 21/34, E21B 12/06, E21B 21/01, E21B 21/065, E21B 21/066].

Из уровня техники известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ [RU 1820844, ОПУБЛ. 1993.06.07], состоящее из входного желоба, выходного желоба, емкости, разделенной перегородкой на два отсека, в каждом отсеке размещены жалюзи, которые предоставлены несколькими рядами пластин, установленных перпендикулярно к потоку и перекрывающих друг друга, при этом в нижней части емкости стенки выполнены двойными и образуют камеру для подвода пара, предназначенную для обогрева устройства.

Недостатком данного отстойника является использование повышенных температур в процессе очистки бурового раствора, в котором для снижения плотности применяются полые стеклянные микросферы, приводящие к плавлению полых стеклянных микросфер, а также разрушенные полые стеклянные микросферы в результате избыточного давления, температуры и абразивного истирания микросферы, смешиваясь и склеиваясь с выбуренной породой забивают отверстия пластин, что приводит к затруднению очистки бурового раствора и его утилизации.

Также известен ОТСТОЙНИК ДЛЯ ОЧИСТКИ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ [RU 5112 U1, ОПУБЛ. 16.10.1997], содержащий входной и выходной желоба, емкость, имеющую верхнюю-отстойную и нижнюю-шламовую части и разделенную перегородкой с переливным окном на две секции, в каждой из которых установлены разделители и сбросовый узел в виде двух клапанов, установленных с возможностью возвратно-поступательного движения, при этом перегородка выполнена на высоту отстойной части, а переливное окно в виде среза ее верхней грани, при этом разделители представляют собой решетки также на высоту отстойной части емкости, а клапаны сбросового узла выполнены в размер его внутренних габаритов.

Недостатком данного отстойника 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 отверстия переливного окна и решетки отстойника, что приводит к затруднению очистки бурового раствора и его утилизации.

Наиболее близким по технической сущности является УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОТСТОЙНИК ДЛЯ ОЧИСТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА [RU109198U1, ОПУБЛ. 10.10.2011], содержащий 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.

Основной технической проблемой прототипа, содержащего корпус в виде желоба, фильтрующие элементы и источники ультразвуковых колебаний, является неспособность ультразвуковых колебаний при отстаивании отработанного бурового раствора отделить выбуренную породу от разрушенных микросфер и забивание отверстий фильтрующих элементов, а также ультразвуковые колебания приводят к частичному разрушению полых стеклянных микросфер, что в итоге ведет к невозможности повторного использования бурового раствора и его утилизацию.

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.

Указанный технический результат достигается за счет того, что отстойник гравитационной очистки бурового раствора, содержащий полые стеклянные микросферы, включающий горизонтально ориентированный корпус, при этом основание корпуса выполненно в виде усеченного конуса, направленного вниз, с оросителями в верхней части отстойника, патрубок для подачи пресной воды в отстойник, при этом оросители соединены с патрубком подачи пресной воды в отстойник, патрубок для подачи отработанного бурового раствора в отстойник, выходной патрубок для откачки осадка в основании корпуса отстойника, выходной патрубок для очищенного бурового раствора, при этом выходной патрубок для очищенного бурового раствора расположен выше уровня осадка.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена техническая схема отстойника гравитационной очистки бурового раствора, содержащего полые стеклянные микросферы.

На фиг. 1 обозначено: 1 - корпус, 2 - оросители, 3 - патрубок подачи пресной воды, 4 - патрубки подачи бурового раствора, 5 - выходные патрубки для очищенного бурового раствора, 6 - выходной патрубок для осадка, 7 - уровнемер, 8 - датчик температуры.

Осуществление изобретения

Корпус (1) отстойника гравитационной очистки бурового раствора, содержащего полые стеклянные микросферы выполнен в виде горизонтально ориентированной емкости, которая содержит основание, выполненное в виде усеченного конуса, направленного вниз. Отстойник выполнен с насосным отсеком, в которых располагается насосное оборудование, средства автоматизации, уровнемер (7) и датчик температуры (8).

В верхней части отстойника установлены оросители (2), при этом оросители (2) соединены с патрубком подачи пресной воды (3) в отстойник. С боковой стороны корпуса (1) отстойника ниже уровня подачи пресной воды расположены патрубки подачи бурового раствора (4).

С боковой стороны отстойников выше уровня осадка расположены выходные патрубки для очищенного бурового раствора (5) с неразрушенными полыми стеклянными микросферами, а в донной части отстойников расположен выходной патрубок (6) для откачки осадка.

Корпус (1) отстойника для очистки бурового раствора имеет в своем составе контур обогрева, который позволяет поддерживать заданную температуру очистки буровой раствора.

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 отстойника гравитационной очистки бурового раствора, содержащего полые стеклянные микросферы заключается в дополнительной очистке бурового раствора с полыми стеклянными микросферами из системы очистки. Из системы циркуляции и очистки через патрубки подачи бурового раствора (4) отработанный буровой раствор подается в отстойник. Далее через патрубок подачи пресной воды (3) в отстойник 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 отстойнике.

Для предотвращения образования корочки из микросфер, которые всплывают при статическом отстое бурового раствора с полыми стеклянными микросферами, применяются оросители (2), который расположены в верхней части отстойника. Оросители (2) приводится в действие напором подаваемой пресной воды.

Через 4-12 часов отстоявшийся буровой раствор перекачивается во внешнюю емкость хранения раствора через выходные патрубки очищенного бурового раствора (5). Для того чтобы сохранить максимальное количество неразрушенных полых стеклянных микросфер сначала буровой раствор откачивается из верхней части отстойника. 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, осевший в основании отстойника со скошенным дном, откачивается через выходной патрубок для осадка (6).

Технический результат изобретения заключается в увеличении степени очистки бурового раствора, в том числе очистки от разрушенных микросфер, максимальном сохранение стеклянных микросфер оставшихся неразрушенными.

Указанный технический результат достигается за счет того, что отстойник гравитационной очистки бурового раствора, содержащего полые стеклянные микросферы, включающий горизонтально ориентированный корпус, при этом основание корпуса выполненно в виде усеченного конуса, направленного вниз, с оросителями в верхней части отстойника, патрубок для подачи пресной воды в отстойник, при этом оросители соединены с патрубком подачи пресной воды в отстойник, патрубок для подачи отработанного бурового раствора в отстойник, выходной патрубок для откачки осадка в основании корпуса отстойника, выходной патрубок для очищенного бурового раствора, при этом выходной патрубок для очищенного бурового раствора расположен выше уровня осадка.

На основе этого провели сравнительный анализ двух систем очистки бурового раствора с применением отстойников гравитационной и ультразвуковой очистки отработанного бурового раствора. Изначально при строительстве скважины для обеспечения плотности бурового раствора 1000 кг/м³ в скважины было загружено по 100 кг полых стеклянных микросфер с первоначальной плотностью микросфер 30 кг/м³. После начала бурения ориентировочно после 150 м проходки, произошло увеличение плотности бурового раствора до 1100 кг/м³ и снижение плотности микросфер до 7 кг/м³ за счет разрушения полых стеклянных микросфер.

Далее буровые растворы с помощью насосов направлялись на систему очистки с использованием отстойника с оросителями, при этом через 8 часов отстаивания бурового раствора плотность неразрушенных полых стеклянных микросфер составляла 5,9 кг/м³, и на систему очистки с утразвуковым отстойником, в котором через 8 часов отстаивания бурового раствора плотность неразрушенных полых стеклянных микросфер составляла 4,3 кг/м³. В Таблице 1 приведены сравнительные данные степени очистки отработанного бурового раствора гравитационного и ультразвукового отстойников.

Таблица 1

Сравнительный анализ гравитационного и ультразвукового отстойников очистки отработанного бурового раствора с полыми стеклянными микросферами (ПСМ).

Отстойник с оросителями Ультразвуковой отстойник Первоначальная масса ПСМ (кг) 100 100 Первоначальная плотность ПСМ (кг/м³) 30 30 Плотность ПСМ в отработанном буровом растворе (кг/м³) 7 7 Концентрация буровой фазы в отработанном растворе (%) 25 25 Масса ПСМ после очистки (кг) 19,7 14,3 Плотность ПСМ после очистки(кг/м3) 5,9 4,3 Концентрация буровой фазы в отработанном растворе после очистки (%) 3% 7% Степень очистки бурового раствора (%) 88 72

По вышеуказанным данным видно, при ультразвуковой очистке отработанного бурового раствора с полыми стеклянными микросфера происходит значительное уменьшение плотности неразрушенных полых стеклянных микросфер по сравнению с заявленным изобретением. Происходит это вследствие частичного разрушения микросфер под действием ультразвуковых колебаний. Следовательно, после ультразвуковой очистки в буровом растворе остается меньше неразрушенных полых стеклянных микросфер и больше концентрация буровой фазы.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет увеличить степень очистки бурового раствора за счет отделения от бурового раствора осадка выбуренной массы и разрушенных стеклянных микросфер на 16%, а также позволяет сохранить максимальное количество неразрушенных полых стеклянных микросфер по сравнению с аналогами примерно на 5,5%.

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. Отстойник гравитационной очистки бурового раствора, содержащего полые стеклянные микросферы, включающий горизонтально ориентированный корпус, при этом основание корпуса выполнено в виде усеченного конуса, направленного вниз, с оросителями в верхней части отстойника, патрубок для подачи пресной воды в отстойник, при этом оросители соединены с патрубком подачи пресной воды в отстойник, патрубок для подачи отработанного бурового раствора в отстойник, выходной патрубок для откачки осадка в основании корпуса отстойника, выходной патрубок для очищенного бурового раствора, при этом выходной патрубок для очищенного бурового раствора расположен выше уровня осадка. Технический результат изобретения заключается в увеличении степени очистки бурового раствора, в том числе очистки от разрушенных микросфер, максимальном сохранении стеклянных микросфер, оставшихся неразрушенными. 1 ил., 1 табл.

Отстойник гравитационной очистки бурового раствора, содержащего полые стеклянные микросферы, включающий горизонтально ориентированный корпус, при этом основание корпуса выполнено в виде усеченного конуса, направленного вниз, с оросителями в верхней части отстойника, патрубок для подачи пресной воды в отстойник, при этом оросители соединены с патрубком подачи пресной воды в отстойник, патрубок для подачи отработанного бурового раствора в отстойник, выходной патрубок для откачки осадка в основании корпуса отстойника, выходной патрубок для очищенного бурового раствора, при этом выходной патрубок для очищенного бурового раствора расположен выше уровня осадка.