СПОСОБ ГРАВИТАЦИОННОГО ОСАЖДЕНИЯ ЧАСТИЦ ВЫБУРЕННОЙ ПОРОДЫ И РАЗРУШЕННЫХ ПОЛЫХ СТЕКЛЯННЫХ МИКРОСФЕР ПРИ ОЧИСТКЕ БУРОВОГО РАСТВОРА Российский патент 2024 года по МПК E21B21/06 

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

Известен СПОСОБ ОЧИСТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА [SU866123 (A1), ОПУБЛ. 23.09.1981], включающий первоначальное направление раствора со скважины на перемешивающее устройство, установленное перед очистными механизмами, подачу очищенного раствора через гидроциклон в перемешивающее устройство, где смешивается с очищаемым раствором, выходящим из скважины, направление смешанных растворов на очистные устройства, где удаляются флокулы, образовавшиеся из частиц разбуриваемых пород, размером меньше ячеек сеток, дальнейшей подачи части раствора, процеженного сквозь сетки очистных устройств, шламовым насосом для смешения с очищаемым раствором, выходящим из скважины, и подачи другой часть раствора, процеженного сквозь сетки очистных устройств, по желобу в приеные емкости буровых насосов для подачи в скважину.

Недостатком данного способа очистки является забивание частицами выбуренной породы и частицами разрушенных стеклянных микросфер очистных устройств и сеток, что не позволяет использовать раствор в дальнейшей работе.

Известен СПОСОБ ОЧИСТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ [RU2258795, ОПУБЛ. 20.08.2005], включающий очистку на первой ступени на вибросите с последующей очисткой на второй ступени - гидроциклонном пескоотделителе и илоотделителе - на третьей ступени, далее очистку на центрифуге, подачу очищенного бурового раствора в емкости-накопители на бурение, циркуляцию бурового раствора по технологическим емкостям через скважину, при этом осуществляют круговую циркуляцию бурового раствора через скважину параллельно с циркуляцией по технологическим емкостям путем подачи очищенного бурового раствора в технологические емкости приема первой, второй, третьей ступеней очистки на разбавление с входящим буровым раствором в количестве, необходимом для выравнивания плотности входящего на очистку бурового раствора, а после очистки в гидроциклонном пескоотделителе и илоотделителе буровой раствор подвергают дополнительной очистке на четвертой ступени в гидроциклонном илоотделителе, установленном последовательно.

Недостатком данного способа очистки бурового раствора является закупорка ячеек ситового полотна верхнего яруса глинистыми частицами выбуренной породы, что приводит к большим потерям бурового раствора и невозможности прохождения полного объема раствора для более тонкой очистки на нижнем ярусе сеток, а также сложность по уходу и замене мелкоячеистых сеток.

Также известен СПОСОБ ОЧИСТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА [RU2578061C1, ОПУБЛ. 20.03.2016], включающий очистку на вибросите, в гидроциклонных пескоилоотделителях, желобах, мерниках, отличающийся тем, что для более качественной очистки бурового раствора осуществляют подготовительные операции мерников и желобов к очистке посредством наложения сеток на дно мерников и желобов, производят последовательную очистку бурового раствора, поступающего через вибросито в приемные мерники, далее желоба-ловушки, оснащенные сетками, и в последующем - в мерники запасного раствора с расположением сеток по краям, закрепление стропами краев сеток за края мерников, желобов, подъем которых производят за прикрепленные к ним стропы с помощью подъемного устройства, при этом выемку сеток со шламом из приемного мерника производят по направляющим.

Основной технической проблемой прототипа, содержащего очистку бурового раствора на вибросите, гидроциклонных пескоилоотделителях, желобах, мерниках, 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 способ гравитационной очистки бурового раствора, содержит полые стеклянные микросферы, характеризующийся тем, что:

- с помощью насоса подачи отработанного бурового раствора в отстойник подают отработанный буровой раствор из системы циркуляции и очистки;

- с помощью насоса подачи пресной воды в отстойник подают пресную воду для разбавления отработанного бурового раствора в пропорции 20/80, где 20 - это объем пресной воды, а 80 - объем отработанного бурового раствора;

- с помощью насоса подачи пресной воды в отстойник подают пресную воду сверху через оросители;

- отстаивают разбавленный отработанный буровой раствор в отстойнике при постоянной температуре;

- далее подают очищенный буровой раствор во внешнюю емкость;

- первоначально с помощью насоса откачки бурового раствора откачивают очищенный буровой раствор из верхней части отстойника с максимальным количеством неразрушенных полых стеклянных микросфер;

- затем с помощью насоса откачки бурового раствора откачивают оставшийся очищенный буровой раствор из отстойника во внешнюю емкость;

- направляют очищенный буровой раствор из внешней емкости обратно в контур системы циркуляции и очистки бурового раствора;

- с помощью насоса откачки осадка из нижней части отстойника направляют осадок на устройство для размыва осадка;

- далее откачивают размытый осадок на утилизацию насосом откачки осадка из устройства размыва осадка.В частности, очистка бурового раствора проходит в одном или двух отстойниках с оросителями.

В частности, отстаивание разбавленного отработанного бурового раствора проходит в течение 4-12 часов в отстойнике.

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

В частности, всего от общего отстоявшегося объема бурового раствора перекачивается 80% очищенного бурового раствора из отстойника во внешнюю емкость.

В частности, на устройство для размыва осадка и утилизацию направляется 20% бурового раствора с осадком из 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 осадка; 12 - насос подачи пресной воды; 13 - насос подачи бурового раствора; 15 - ороситель.

В системе циркуляции и очистки используются полые стеклянные микросферы 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 способа для очистки отработанного бурового раствора с максимальным сохранением неразрушенных полых стеклянных микросфер является актуальным.

Способ гравитационной очистки бурового раствора заключается в отборе части циркулирующего бурового раствора с полыми стеклянными микросферами для очистки в специально сконструированных горизонтальных отстойниках (1,2).

В иных вариантах исполнения данного способа отстаивание разбавленного бурового раствора происходит в одном отстойнике.

Представленные варианты реализации заявленного технического решения с разным количеством отстойников позволяют достичь заявленный технический результат изобретения, поскольку обеспечивается увеличение степени очистки бурового раствора, в том числе очистка от разрушенных микросфер, максимальное сохранение стеклянных микросфер оставшихся неразрушенными, а также в увеличение количества возващенного очищенного бурового раствора в систему циркуляции.

Насосом подачи бурового раствора (13) отработанный буровой 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 часов в отстойниках (1,2).

В альтернативных вариантах исполнения данного изобретения отстаивание разбавленного бурового раствора происходит течении 4-12 часов.

Представленные варианты реализации заявленного технического решения с разной продолжительностью отстаивания бурового раствора позволяют достичь заявленный технический результат изобретения, поскольку обеспечивается увеличение степени очистки бурового раствора, в том числе очистка от разрушенных микросфер, максимальное сохранение стеклянных микросфер оставшихся неразрушенными, а также в увеличение количества возващенного очищенного бурового раствора в систему циркуляции.

Для предотвращения образования корочки из микросфер, которые всплывают при статическом отстое бурового раствора с полыми стеклянными микросферами, применяются орошитель (15), который расположен в верхней части отстойников (1,2). Орошитель (15) приводятся 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). Затем, убедившись, что большее количество полых стеклянных микросфер перекачено, начинается перекачка оставшегося бурового раствора. Всего от общего отстоявшегося объема 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. Осадок размывается устройством для размыва осадка и откачивается на утилизацию насосом откачки осадка (14).

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 способ гравитационной очистки бурового раствора, содержащего полые стеклянные микросферы, характеризующийся тем, что:

- с помощью насоса подачи отработанного бурового раствора в отстойник подают отработанный буровой раствор из системы циркуляции и очистки;

- с помощью насоса подачи пресной воды в отстойник подают пресную воду для разбавления отработанного бурового раствора в пропорции 20/80, где 20 - это объем пресной воды, а 80 - объем отработанного бурового раствора;

- с помощью насоса подачи пресной воды в отстойник подают пресную воду сверху через оросители;

- отстаивают разбавленный отработанный буровой раствор в отстойнике при постоянной температуре;

- далее подают очищенный буровой раствор во внешнюю емкость;

- первоначально с помощью насоса откачки бурового раствора откачивают очищенный буровой раствор из верхней части отстойника с максимальным количеством неразрушенных полых стеклянных микросфер;

- затем с помощью насоса откачки бурового раствора откачивают оставшийся очищенный буровой раствор из отстойника во внешнюю емкость;

- направляют очищенный буровой раствор из внешней емкости обратно в контур системы циркуляции и очистки бурового раствора;

- с помощью насоса откачки осадка из нижней части отстойника направляют осадок на устройство для размыва осадка;

- далее откачивают размытый осадок на утилизацию насосом откачки осадка из устройства размыва осадка.

На основе этого был проведен сравнительный анализ двух способов очистки бурового раствора с применением узла гравитационного осаждения и без его применения. При бурении с применением полых стеклянных микросфер начальная плотность бурового раствора составляла 0,94 г/см3. Содержание микросфер в исходном буровом растворе составило 35 кг/м3. После начала бурения, ориентировочно после 150 м проходки, в результате разрушения микросфер, произошло увеличение плотности бурового раствора до 1,2 г/см3. Содержание неразрушенных микросфер при этом сократилось до 9 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 способа очистки без узла гравитационной очистки буровой раствор выводится из циркуляции. При этом при использовании способа очистки 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 с использованием способов очистки бурового раствора с узлом гравитационной очистки и без него.

Таблица 1 Сравнительный анализ способов очистки отработанного бурового раствора с полыми стеклянными микросферами (ПСМ). Способ очистки с применением узла гравитационной очистки Способ очистки без применения узла гравитационной очистки Первоначальная плотность бурового раствора (г/см³) 0,94 0,94 Первоначальная плотность ПСМ (кг/м³) 35 35 Плотность ПСМ в отработанном буровом растворе (кг/м³) 9 9 Плотность отработанного бурового раствора (г/см³) 1,2 1,2 Плотность ПСМ после очистки(кг/м³) 5,2 2,3 Плотность бурового раствора после очистки (г/см3) 0,98 1,15 Степень очистки бурового раствора (%) 85 19

По вышеуказанным данным видно, что степень очистки отработанного бурового раствора способом очистки с применением узла гравитационной очистки значительно больше. Очистка бурового раствора способом без применения узла гравитационной очистки показало малую степень очистки. Это связано 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 66%, позволяет сохранить максимальное количество неразрушенных полых стеклянных микросфер по сравнению с аналогами примерно на 32%, а также повторно использовать до 80% бурового раствора, направленного на очистку от разрушенных микросфер и буровой породы.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к способам очистки буровых растворов. При осуществлении способа с помощью насоса подачи отработанного бурового раствора в отстойники подают отработанный раствор из системы циркуляции и очистки, с помощью насоса подачи пресной воды в отстойники подают пресную воду для разбавления отработанного раствора в пропорции 20/80, где 20 – это объем пресной воды, а 80 – объем отработанного раствора, с помощью насоса подачи пресной воды в отстойники подают пресную воду сверху через оросители, отстаивают разбавленный отработанный буровой раствор в отстойниках при постоянной температуре. Далее подают очищенный буровой раствор во внешнюю емкость хранения раствора. Первоначально с помощью насоса откачки откачивают очищенный буровой раствор из верхней части отстойников с максимальным количеством неразрушенных полых стеклянных микросфер. Затем с помощью насоса откачки откачивают оставшийся очищенный буровой раствор из отстойников во внешнюю емкость. Направляют очищенный раствор из внешней емкости обратно в контур системы циркуляции и очистки. С помощью насоса откачки осадка из нижней части отстойников направляют осадок в устройство для размыва осадка. Далее откачивают размытый осадок на утилизацию насосом откачки осадка из устройства размыва осадка. Увеличивается степень очистки бурового раствора, в том числе очистки от разрушенных микросфер, обеспечивается максимальное сохранение стеклянных микросфер неразрушенными, увеличивается количество возвращенного очищенного бурового раствора в систему циркуляции. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ гравитационного осаждения частиц выбуренной породы и разрушенных полых стеклянных микросфер при очистке бурового раствора, содержащего полые стеклянные микросферы, характеризующийся тем, что:

- с помощью насоса подачи отработанного бурового раствора в отстойники подают отработанный буровой раствор из системы циркуляции и очистки;

- с помощью насоса подачи пресной воды в отстойники подают пресную воду для разбавления отработанного бурового раствора в пропорции 20/80, где 20 – это объем пресной воды, а 80 – объем отработанного бурового раствора;

- с помощью насоса подачи пресной воды в отстойники подают пресную воду сверху через оросители;

- отстаивают разбавленный отработанный буровой раствор в отстойниках при постоянной температуре;

- далее подают очищенный буровой раствор во внешнюю емкость хранения раствора;

- первоначально с помощью насоса откачки бурового раствора откачивают очищенный буровой раствор из верхней части отстойников с максимальным количеством неразрушенных полых стеклянных микросфер;

- затем с помощью насоса откачки бурового раствора откачивают оставшийся очищенный буровой раствор из отстойников во внешнюю емкость хранения раствора;

- направляют очищенный буровой раствор из внешней емкости хранения раствора обратно в контур системы циркуляции и очистки бурового раствора;

- с помощью насоса откачки осадка из нижней части отстойников направляют осадок в устройство для размыва осадка;

- далее откачивают размытый осадок на утилизацию насосом откачки осадка из устройства размыва осадка.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разбавленный отработанный буровой раствор отстаивают в течение 4–12 ч в отстойниках.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что привод оросителей осуществляют насосом подачи пресной воды.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что очищенный буровой раствор из отстойников во внешнюю емкость хранения раствора перекачивают в количестве 80% от общего объема отстоявшегося бурового раствора.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в устройство для размыва осадка и на утилизацию направляют 20% бурового раствора с осадком из отстойников.