Huidige status en verbeteringsmaatregelen van boorvloeistof solids control systemen

In het boorproces is een uitstekende prestatie van boorvloeistof een voorwaarde voor het verbeteren van de boorsnelheid, het verlagen van de boorkosten, het voorkomen van ongevallen in het boorgat en het beschermen van olie- en gasproducerende formaties. Het solids control systeem van de boorvloeistof is de garantie voor het handhaven van de prestaties van de boorvloeistof.

Met de ontwikkeling van de aardolie-exploratie-industrie nemen de boordieptes voortdurend toe en worden de aangetroffen formaties steeds complexer. Speciale putten zoals diepe putten, ultradiepe putten, horizontale putten en putten met onderbalans worden steeds gebruikelijker, wat hogere eisen stelt aan solids control systemen voor boorvloeistoffen.

In de afgelopen jaren hebben solids control systemen aanzienlijke technologische verbeteringen ondergaan, van circulatietanks voor boorvloeistoffen tot solids control apparatuur, en het procesverloop is rationeler geworden. Er bestaan echter nog steeds veel misvattingen met betrekking tot de afstemming van solids control systemen.

1. Circulatietank voor boorvloeistof.

Het effectieve volume van de circulatietank voor boorvloeistof moet voldoende zijn om het maximale circulatievolume van de boorvloeistof tijdens het boren te accommoderen, en moet een adequate reservecapaciteit hebben. Het moet ook in staat zijn om gemakkelijk in te zetten voor circulatie en het beheersen van de put in noodsituaties. In de afgelopen jaren, met de voortdurende uitbreiding van overzeese markten en de toenemende eisen van de boortechnologie aan solids control systemen voor boorvloeistoffen, is er een fenomeen van blindelings vergroten van het volume van circulatietanks voor boorvloeistoffen.

Een excessief volume van het solids control systeem verhoogt de kosten van verplaatsing van de boorinstallatie en de kosten van boorvloeistof. Daarom is een redelijk volume het doel dat door gebruikers wordt nagestreefd.

De grootte van een enkele tank en het aantal circulatietanks in een solids control systeem worden over het algemeen bepaald op basis van factoren zoals de hoogte van de mastbasis, lokale transportomstandigheden en het effectieve volume dat door de boorinstallatie wordt vereist. Er moet voldoende ruimte op het oppervlak van de circulatietank zijn om solids control apparatuur, roerwerken en pompen voor boorvloeistofoverdracht te accommoderen. Bovendien moet ruimte worden gereserveerd voor het aansluiten van leidingen, moddertanks, accessoires, zuig- en persleidingen van pompen, waterleidingen en andere apparatuur. Het volume van elk compartiment wordt voornamelijk bepaald door de beschikbare installatieruimte voor solids control apparatuur zoals trilzeven, desanders, desilters en centrifuges, evenals hun hulpapparatuur.

2. Procesverloop en apparatuurafstemming van het Solids Control Systeem.

Het procesverloop van het gehele solids control systeem moet voldoen aan de eisen voor vijf fasen van solids control van boorvloeistof (screening—ontgassing—desanding—desilting—centrifugatie) en het wegen van modder. Geoptimaliseerde afstemming van solids control apparatuur is cruciaal. De verwerkingscapaciteiten van fasen 1-5 van de solids control apparatuur moeten onderling op elkaar zijn afgestemd, met geschikte tussenruimtes tussen gescheiden deeltjesgroottes en een zekere mate van overlap, waardoor kleinere deeltjes die niet volledig door de vorige fase zijn verwerkt, toch door de volgende fase kunnen worden verwerkt.

2.1 Zuivering en circulatieproces van boorvloeistof.

Boorsel dat via leidingen van de putkop terugkomt, kan individueel of gelijktijdig naar verschillende trilzeven worden getransporteerd. Na verwerking door de trilzeven komt het in de zandafscheidingskamer. Modder die uit de zandafscheidingskamer overloopt, komt via de moddertank in de desanding-kamer (als er moddergasintrusie optreedt, kan een vacuüm ontgasser worden geactiveerd om modder uit de ontgassingskamer te trekken voordat deze de desanding-kamer binnenkomt).

Modder die door de desander is verwerkt, komt in de desilting-kamer. Modder die door de desilter is verwerkt, komt via de moddertank in de centrifugekamer. Modder die door de centrifuge is verwerkt, komt via de moddertank in de zuigkamer van de boorvloeistof. Deze wordt vervolgens herhaaldelijk in de put gepompt voor hergebruik door de boorpomp. Een rationeler stroomdiagram voor het solids control systeem van boorvloeistof wordt in de onderstaande figuur getoond.

2.2 Procesverloop en selectie van trilzeven.

Boorsel dat aan de bodem van de put wordt gegenereerd tijdens het boren, wordt door de boorvloeistof naar de oppervlakte gebracht. Trilzeven zijn de eerste, snelste en grootste solids control apparatuur voor het verwijderen van boorsel, en zijn een essentieel eerste-trapsbehandelingsapparaat voor boren.

Het technische niveau van een trilzeef wordt voornamelijk weerspiegeld in de verwerkingscapaciteit (verwerkingsvolume en gescheiden deeltjes), operationele betrouwbaarheid, levensduur en gebruiksgemak en onderhoud. Met de grootte, inhoud en viscositeit van de vaste deeltjes in de boorvloeistof constant, geldt: hoe groter de dynamische schuifspanning op de vaste deeltjes, hoe groter de initiële weerstand tegen deeltjesbeweging en hoe lager de deeltjestransportsnelheid.

Theoretisch onderzoek naar trilzeven in het buitenland erkent dit punt volledig. Voordat de boorvloeistof vanuit de verdeler in de trilzeef stroomt, wordt een impactgoot voor boorvloeistof geïnstalleerd om directe schuring van het scherm door de boorvloeistof te voorkomen, waardoor de dynamische schuifspanning op de boorvloeistof die van de putkop terugkomt, wordt geminimaliseerd.

Niet alleen de kracht en beweging van vaste deeltjes zijn rationeler, maar het vermindert ook de lekkage van boorvloeistof en verhoogt de doorvoer van boorvloeistof, waardoor de levensduur van het scherm wordt verlengd. Vanwege verschillen in materialen, verwerkingstechnologie, verwerkingsprecisie en compatibele algemene apparatuur tussen fabrikanten, varieert de werkelijke technische prestatie van producten echter aanzienlijk.

Daarom is het bij het selecteren van een trilzeef cruciaal om de materialen, verwerkingstechnologie, verwerkingsprecisie en compatibele algemene apparatuur gedetailleerd te begrijpen, in plaats van simpelweg te vertrouwen op de vermelde technische parameters. Naast het selecteren van een geschikt scherm op basis van de deeltjesgrootteverdeling van de vaste deeltjes, is een andere belangrijke factor bij het kiezen van een trilzeef de toegestane doorvoer. De doorvoercapaciteit van de trilzeef moet de maximale afvoersnelheid tijdens het boren kunnen accommoderen.

Factoren die de doorvoer van de trilzeef beïnvloeden, zijn onder meer de eigen bewegingsparameters, het type boorvloeistof, de dichtheid, de viscositeit, de deeltjesgrootteverdeling en -inhoud van vaste deeltjes, en de schermgrootte. Om te voldoen aan de eisen van grote afvoersnelheden, moeten soms 2-3 trilzeven parallel worden gebruikt.

2.3 Werkingsproces en apparatuur van hydrocyclonen.

De meeste fabrikanten van solids control apparatuur in mijn land kunnen hydrocyclonen produceren, namelijk desanders en desilters. De belangrijkste kwaliteitsindicator voor hydrocyclonen is slijtvastheid, en hun prestaties worden voornamelijk bepaald door de scheidingsdeeltjesgrootte, D50. Een lagere D50 duidt op een betere scheidingsefficiëntie.

Bij het configureren van desanders en desilters is het belangrijk om ervoor te zorgen dat de deeltjesscheidingsbereiken zowel voldoende tussenruimte als overlap hebben. Volgens de classificatienormen en scheidingsdeeltjesgroottes van hydrocyclonen worden hydrocyclonen met een cilindrische voluut binnendiameter van Φ150–300 mm en een scheidingsdeeltjesgrootte van 44–74 μm geclassificeerd als desanders.

Hydrocyclonen met een cilindrische voluut binnendiameter van Φ100–125 mm en een scheidingsdeeltjesgrootte van 15–44 μm worden geclassificeerd als desilters. Veel desanders en desilters die daadwerkelijk in het veld worden gebruikt, scheiden echter deeltjes met vergelijkbare groottes (desanders voor 20–50 μm en desilters voor 15–45 μm). Boorvloeistof die door een desander wordt behandeld, wordt vervolgens door een desilter behandeld, waardoor de desilter ineffectief is in het verwijderen van vaste deeltjes. De belangrijkste reden hiervoor is dat veel hydrocyclonen slecht zijn vervaardigd en niet voldoen aan de eisen van het boorproces. Daarom kiezen veel gebruikers voor een twee-desander opstelling in plaats van een enkele desander en desilter.

Sommige gebruikers installeren simpelweg een tweede desander op de oorspronkelijke locatie van de desilter zonder het procesverloop te wijzigen. Deze aanpak wordt niet aanbevolen, aangezien beide desanders identieke prestatieparameters hebben. Een parallel procesverloop moet worden gebruikt, dat als back-up voor elkaar dient of de doorvoer van boorvloeistof verhoogt tijdens snel boren.

Voor speciale putten met hoge eisen aan de prestaties van boorvloeistoffen blijft een redelijke opstelling één desander en één desilter in serie. Bij het selecteren van desanders en desilters moeten echter producten met verschillende deeltjesgroottebereiken worden gekozen. Een desander met een scheidingsdeeltjesgrootte van 47–76 μm en een deslimor met een scheidingsdeeltjesgrootte van 15–47 μm kunnen bijvoorbeeld een beter behandelingseffect bereiken.

2.4 Centrifuge Procesverloop.

Experts in de boorindustrie zijn het over het algemeen eens over de cruciale rol van centrifuges in solids control systemen. De meeste boorteams in China zijn uitgerust met middelsnelle centrifuges met een hoofdmotorvermogen van 18,5, 22, 37 of 45 kW en een toerental van 1300–2200 omw/min. Momenteel worden centrifuges voornamelijk in twee typen verdeeld: middelsnelle centrifuges en snelle centrifuges.

Middelsnelle centrifuges verwijzen naar centrifuges met een toerental van 1300–2200 omw/min, die een centrifugaalkracht genereren die ongeveer 800 keer die van de zwaartekracht is, en een verwerkingscapaciteit van 40–60 m³/u. Deze centrifuges worden gebruikt om vaste deeltjes van 5–7 μm te verwijderen. Snelle centrifuges verwijzen naar centrifuges met een toerental van 2500–3300 omw/min, die een centrifugaalkracht genereren die ongeveer 1200–2100 keer die van de zwaartekracht is, en in staat zijn om deeltjes met een grootte van 2–5 μm te scheiden.

Snelle centrifuges zijn verdeeld in twee typen: één is een snelle centrifuge met volledige frequentiebesturing. De verwerkingscapaciteit van deze centrifuge kan automatisch worden aangepast aan de eigenschappen van de boorvloeistof, en het kan de eigenschappen van de boorvloeistof effectief regelen door middel van real-time belastingsbewaking en volledige frequentieconversie automatische gesloten-lus besturingstechnologie. Het is een ideaal apparaat voor vaste fase zuivering voor het boren van diepe putten en horizontale putten met speciale procesvereisten.

Een ander type is de snelle centrifuge met vast toerental. Deze centrifuges hebben doorgaans 2-3 snelheden hoger dan gewone centrifuges. Operators beoordelen de eigenschappen van de boorvloeistof en passen handmatig het toerental van de centrifuge aan om betere resultaten te behalen bij de behandeling van boorvloeistoffen. Centrifuges spelen een steeds belangrijkere rol bij de behandeling van boorvloeistoffen. Veel boorteams zijn uitgerust met twee centrifuges. Het is belangrijk op te merken dat bij het gebruik van twee centrifuges met identieke technische specificaties (over het algemeen middelsnelle centrifuges, soms met verschillende verwerkingscapaciteiten), een parallel proces moet worden gebruikt voor back-up of om de verwerkingscapaciteit van boorvloeistoffen te verhogen tijdens snel boren.

Momenteel hebben buitenlandse bedrijven zoals Derrick en Swaco volledig frequentiegestuurde snelle centrifuges geproduceerd. Deze snelle centrifuges zijn duur en vereisen zeer bekwame operators, waardoor ze moeten worden bediend en onderhouden door gespecialiseerde elektrotechnici. Momenteel zijn slechts enkele binnenlandse boorteams die in het buitenland opereren uitgerust met dit type snelle centrifuge.

In China wordt voor speciale putten met hoge eisen aan de prestaties van boorvloeistoffen aanbevolen om een proces te gebruiken waarbij een middelsnelle centrifuge en een in China geproduceerde snelle centrifuge in serie worden geschakeld. De boorvloeistof, na te zijn verwerkt door een middelsnelle centrifuge, komt in de toevoertank van een snelle centrifuge. Na verdere verwerking door de snelle centrifuge komt deze in het circulatiesysteem voor hergebruik.

Op dit punt is de vaste fase van de boorvloeistof effectief gezuiverd, wat gunstig is voor het verlengen van de levensduur van downstream apparatuur (boorpompen, boorgereedschap, instrumenten in het boorgat, enz.), het besparen van moddermateriaalverbruik en het verhogen van de mechanische boorsnelheid.

3. Conclusies.

1) Selecteer trilzeven met goede prestaties en een redelijk ontwerp, en kies het vereiste aantal en de schermgrootte van trilzeven volgens de eigenschappen van de boorvloeistof.

2) Selecteer desanders en desilters met goede prestaties en redelijke afstemmingsparameters, en pas een serie procesverloop toe om betere verwijderingseffecten van desanders en desilters te bereiken.

3) Gebruik een serie procesverloop van middelsnelle en snelle centrifuges om de levensduur van downstream apparatuur (boorpompen, boorgereedschap, instrumenten in het boorgat, enz.) te verbeteren, het verbruik van moddermateriaal te besparen en de mechanische boorsnelheid te verhogen.

Statistische analyseresultaten tonen aan dat ongeveer 90% van de dagelijkse onderhoudskosten van boorvloeistof tijdens het boren verband houdt met solids control. De kosten van bariet, een weegmiddel in boorvloeistof, maken ongeveer 75% uit van de totale materiaalkosten van boorvloeistof.

Daarom kan het correct selecteren en gebruiken van solids control systemen en apparatuur boorsel aanzienlijk verwijderen, het verbruik van boorvloeistof en de bijbehorende materialen en behandelingagenten verminderen, en zo betere economische voordelen behalen.