Im Bohrprozess ist eine hervorragende Leistung der Bohrflüssigkeit eine Voraussetzung für die Verbesserung der Bohrgeschwindigkeit, die Senkung der Bohrkosten, die Vermeidung von Zwischenfallen unter Tage und den Schutz von Öl- und Gasförderformationen. Das Feststoffkontrollsystem für Bohrflüssigkeiten ist die Garantie für die Aufrechterhaltung der Leistung der Bohrflüssigkeit.
Mit der Entwicklung der Erdölexplorationsindustrie nehmen die Bohrtiefen ständig zu und die angetroffenen Formationen werden immer komplexer. Spezialbohrungen wie Tiefbohrungen, Ultra-Tiefbohrungen, Horizontalbohrungen und Unterdruckbohrungen werden immer häufiger und stellen höhere Anforderungen an die Feststoffkontrollsysteme für Bohrflüssigkeiten.
In den letzten Jahren gab es erhebliche technologische Verbesserungen bei Feststoffkontrollsystemen, von den Zirkulationstanks für Bohrflüssigkeiten bis hin zu den Feststoffkontrollgeräten, und der Prozessfluss ist rationaler geworden. Dennoch bestehen weiterhin viele Missverständnisse hinsichtlich der Abstimmung von Feststoffkontrollsystemen.
1. Zirkulationstank für Bohrflüssigkeiten.
Das effektive Volumen des Zirkulationstanks für Bohrflüssigkeiten muss ausreichen, um das maximale Zirkulationsvolumen der Bohrflüssigkeit während des Bohrens aufzunehmen, und über eine ausreichende Reservekapazität verfügen. Er muss auch in der Lage sein, im Notfall leicht in Betrieb genommen zu werden und den Bohrloch zu kontrollieren. In den letzten Jahren gab es mit der kontinuierlichen Expansion der Überseemärkte und den steigenden Anforderungen der Bohrtechnologie an die Feststoffkontrollsysteme für Bohrflüssigkeiten ein Phänomen der blinden Vergrößerung des Volumens von Zirkulationstanks für Bohrflüssigkeiten.
Ein übermäßiges Volumen des Feststoffkontrollsystems erhöht die Kosten für die Verlagerung der Bohrplattform und die Kosten für die Bohrflüssigkeit. Daher ist ein angemessenes Volumen das Ziel, das von den Benutzern angestrebt wird.
Die Größe eines einzelnen Tanks und die Anzahl der Zirkulationstanks in einem Feststoffkontrollsystem werden im Allgemeinen auf der Grundlage von Faktoren wie der Höhe des Bohrturm-Sockels, den lokalen Transportbedingungen und dem von der Bohrplattform benötigten effektiven Volumen bestimmt. Auf der Oberfläche des Zirkulationstanks muss ausreichend Platz für Feststoffkontrollgeräte, Rührwerke und Bohrflüssigkeitstransferpumpen vorhanden sein. Darüber hinaus muss Platz für den Anschluss von Rohrleitungen, Schlammtanks, Zubehör, Pumpensaug- und -druckleitungen, Wasserleitungen und anderen Geräten berücksichtigt werden. Das Volumen jedes Abteils wird hauptsächlich durch den verfügbaren Installationsplatz für Feststoffkontrollgeräte wie Vibrationssiebe, Sandabscheider, Schlammabscheider und Zentrifugen sowie deren Hilfsgeräte bestimmt.
2. Prozessfluss und Geräteabstimmung des Feststoffkontrollsystems.
Der gesamte Prozessfluss des Feststoffkontrollsystems sollte die Anforderungen für fünf Stufen der Feststoffkontrolle von Bohrflüssigkeiten (Sieben — Entgasen — Sandabscheiden — Schlammabscheiden — Zentrifugieren) und die Beschwerung von Bohrschlamm erfüllen. Eine optimierte Abstimmung der Feststoffkontrollgeräte ist entscheidend. Die Verarbeitungskapazitäten der Stufen 1-5 der Feststoffkontrollgeräte sollten aufeinander abgestimmt sein, mit angemessenen Abständen zwischen den abgetrennten Partikelgrößen und einem gewissen Grad an Überlappung, so dass kleinere Partikel, die von der vorherigen Stufe nicht vollständig verarbeitet wurden, immer noch von der nächsten Stufe verarbeitet werden können.
2.1 Bohrflüssigkeitsreinigung und Zirkulationsprozess.
Der über Rohrleitungen zurückgeführte Bohrlochschlamm kann einzeln oder gleichzeitig zu verschiedenen Vibrationssieben transportiert werden. Nach der Verarbeitung durch die Vibrationssiebe gelangt er in die Sandabscheidekammer. Der aus der Sandabscheidekammer überlaufende Schlamm gelangt über den Schlammtank in die Sandabscheidekammer (wenn Schlammgase eindringen, kann ein Vakuum-Entgaser aktiviert werden, um Schlamm aus der Entgaser-Kammer abzusaugen, bevor er in die Sandabscheidekammer gelangt).
Der vom Sandabscheider verarbeitete Schlamm gelangt in die Schlammabscheidekammer. Der vom Schlammabscheider verarbeitete Schlamm gelangt über den Schlammtank in die Zentrifugierkammer. Der von der Zentrifuge verarbeitete Schlamm gelangt über den Schlammtank in die Bohrflüssigkeits-Sauglkammer. Er wird dann wiederholt in das Bohrloch gepumpt und von der Bohr Pumpe wiederverwendet. Ein rationalerer Flussdiagramm für das Feststoffkontrollsystem der Bohrflüssigkeit ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
2.2 Prozessfluss und Auswahl von Vibrationssieben.
Die am Bohrlochboden während des Bohrens entstehenden Bohrkleine werden von der Bohrflüssigkeit an die Oberfläche transportiert. Vibrationssiebe sind die ersten, schnellsten und volumenmäßig größten Feststoffkontrollgeräte zur Entfernung von Bohrkleinen und sind ein wesentliches Erstbehandlungsgerät für das Bohren.
Das technische Niveau eines Vibrationssiebs spiegelt sich hauptsächlich in seiner Verarbeitungskapazität (Verarbeitungsvolumen und abgetrennte Partikel), Betriebssicherheit, Lebensdauer und einfachen Bedienung und Wartung wider. Bei gleichbleibender Größe, Gehalt und Viskosität der festen Partikel der Bohrflüssigkeit gilt: Je größer die dynamische Scherspannung auf die festen Partikel, desto größer der anfängliche Widerstand gegen die Partikelbewegung und desto geringer die Partikeltransportgeschwindigkeit.
Theoretische Forschung zu Vibrationssieben im Ausland hat diesen Punkt voll und ganz anerkannt. Bevor die Bohrflüssigkeit vom Verteiler in das Vibrationssieb fließt, wird eine Bohrflüssigkeits-Aufprallrinne installiert, um ein direktes Ausspülen des Siebs durch die Bohrflüssigkeit zu vermeiden und die dynamische Scherspannung auf die vom Bohrloch zurückkehrende Bohrflüssigkeit zu minimieren.
Nicht nur die Kraft und Bewegung von Feststoffpartikeln ist rationaler, sondern es reduziert auch den Bohrflüssigkeitsverlust und erhöht den Bohrflüssigkeitsdurchsatz, wodurch die Lebensdauer des Siebs verlängert wird. Aufgrund von Unterschieden in Materialien, Verarbeitungstechnologie, Verarbeitung Präzision und kompatiblen allgemeinen Geräten zwischen den Herstellern variiert die tatsächliche technische Leistung der Produkte jedoch erheblich.
Daher ist es bei der Auswahl eines Vibrationssiebs entscheidend, die Materialien, die Verarbeitungstechnologie, die Verarbeitung Präzision und die kompatiblen allgemeinen Geräte im Detail zu verstehen, anstatt sich nur auf die angegebenen technischen Parameter zu verlassen. Neben der Auswahl eines geeigneten Siebs basierend auf der Partikelgrößenverteilung ist ein weiterer wichtiger Faktor bei der Wahl eines Vibrationssiebs seine zulässige Durchsatzleistung. Die Durchsatzkapazität des Vibrationssiebs sollte in der Lage sein, die maximale Abgabegeschwindigkeit während des Bohrens aufzunehmen.
Faktoren, die die Durchsatzleistung des Vibrationssiebs beeinflussen, sind seine eigenen Bewegungsparameter, der Bohrflüssigkeitstyp, die Dichte, die Viskosität, die Partikelgrößenverteilung und der Gehalt sowie die Siebgröße. Um die Anforderungen an hohe Abgabegeschwindigkeiten zu erfüllen, müssen manchmal 2-3 Vibrationssiebe parallel eingesetzt werden.
2.3 Arbeitsweise und Geräte von Hydrozyklonen.
Die meisten Hersteller von Feststoffkontrollgeräten in meinem Land können Hydrozyklone herstellen, nämlich Sandabscheider und Schlammabscheider. Die wichtigste Qualitätskennzahl für Hydrozyklone ist die Verschleißfestigkeit, und ihre Leistung wird hauptsächlich durch die Trennpartikelgröße, D50, bestimmt. Ein niedrigerer D50 deutet auf eine bessere Trenneffizienz hin.
Bei der Konfiguration von Sandabscheidern und Schlammabscheidern ist es wichtig sicherzustellen, dass die Partikelgrößenbereiche sowohl ausreichenden Abstand als auch Überlappung aufweisen. Gemäß den Klassifizierungsstandards und Trennpartikelgrößen von Hydrozyklonen werden Hydrozyklone mit einem zylindrischen Spiral-Innendurchmesser von Φ150–300 mm und einer Trennpartikelgröße von 44–74 μm als Sandabscheider klassifiziert.
Hydrozyklone mit einem zylindrischen Spiral-Innendurchmesser von Φ100–125 mm und einer Trennpartikelgröße von 15–44 μm werden als Schlammabscheider klassifiziert. Viele im Feld verwendete Sandabscheider und Schlammabscheider trennen jedoch Partikel ähnlicher Größen (Sandabscheider für 20–50 μm und Schlammabscheider für 15–45 μm). Die von einem Sandabscheider behandelte Bohrflüssigkeit wird dann von einem Schlammabscheider behandelt, wodurch der Schlammabscheider bei der Entfernung von Feststoffpartikeln unwirksam wird. Der Hauptgrund dafür ist, dass viele Hydrozyklone schlecht hergestellt sind und die Anforderungen des Bohrprozesses nicht erfüllen. Daher entscheiden sich viele Benutzer für eine Zwei-Sandabscheider-Konfiguration anstelle eines einzelnen Sandabscheiders und Schlammabscheiders.
Einige Benutzer installieren einfach einen zweiten Sandabscheider an der ursprünglichen Position des Schlammabscheiders, ohne den Prozessfluss zu ändern. Dieser Ansatz wird nicht empfohlen, da beide Sandabscheider identische Leistungsparameter haben. Ein paralleler Prozessfluss sollte verwendet werden, der als gegenseitige Sicherung dient oder den Bohrflüssigkeitsdurchsatz während des schnellen Bohrens erhöht.
Für Spezialbohrungen mit hohen Anforderungen an die Bohrflüssigkeitsleistung bleibt eine vernünftige Konfiguration ein Sandabscheider und ein Schlammabscheider in Reihe. Bei der Auswahl von Sandabscheidern und Schlammabscheidern sollten jedoch Produkte mit unterschiedlichen Partikelgrößenbereichen gewählt werden. Zum Beispiel kann ein Sandabscheider mit einer Trennpartikelgröße von 47–76 μm und ein Schlammabscheider mit einer Trennpartikelgröße von 15–47 μm eine bessere Behandlungswirkung erzielen.
2.4 Zentrifugen-Prozessfluss.
Experten der Bohrindustrie sind sich im Allgemeinen über die entscheidende Rolle von Zentrifugen in Feststoffkontrollsystemen einig. Die meisten Bohrmannschaften in China sind mit mittelschnellen Zentrifugen mit einer Hauptantriebsleistung von 18,5, 22, 37 oder 45 kW und Drehzahlen von 1300–2200 U/min ausgestattet. Derzeit werden Zentrifugen hauptsächlich in zwei Typen unterteilt: mittelschnelle Zentrifugen und Hochgeschwindigkeitszentrifugen.
Mittelschnelle Zentrifugen beziehen sich auf Zentrifugen mit einer Drehzahl von 1300–2200 U/min, die eine Zentrifugalkraft erzeugen, die etwa dem 800-fachen der Schwerkraft entspricht, und eine Verarbeitungskapazität von 40–60 m³/h haben. Diese Zentrifugen werden zur Entfernung von Feststoffpartikeln von 5–7 μm verwendet. Hochgeschwindigkeitszentrifugen beziehen sich auf Zentrifugen mit einer Drehzahl von 2500–3300 U/min, die eine Zentrifugalkraft erzeugen, die etwa dem 1200–2100-fachen der Schwerkraft entspricht, und Partikel mit einer Größe von 2–5 μm trennen können.
Hochgeschwindigkeitszentrifugen sind in zwei Typen unterteilt: eine ist eine Hochgeschwindigkeitszentrifuge mit Frequenzumwandlungsregelung. Die Verarbeitungskapazität dieser Zentrifuge kann automatisch an die Eigenschaften der Bohrflüssigkeit angepasst werden, und sie kann die Eigenschaften der Bohrflüssigkeit durch Echtzeit-Lastüberwachung und automatische Closed-Loop-Regelungstechnologie mit voller Frequenzumwandlung effektiv steuern. Sie ist ein ideales Festphasenreinigungsgerät für das Bohren von Tiefbohrungen und Horizontalbohrungen mit speziellen Prozessanforderungen.
Ein weiterer Typ ist die Hochgeschwindigkeitszentrifuge mit fester Drehzahl. Diese Zentrifugen haben typischerweise 2-3 höhere Drehzahlen als gewöhnliche Zentrifugen. Die Bediener beurteilen die Eigenschaften der Bohrflüssigkeit und stellen die Zentrifugendrehzahl manuell ein, um bessere Ergebnisse bei der Bohrflüssigkeitsbehandlung zu erzielen. Zentrifugen spielen eine immer wichtigere Rolle bei der Bohrflüssigkeitsbehandlung. Viele Bohrmannschaften sind mit zwei Zentrifugen ausgestattet. Es ist wichtig zu beachten, dass bei der Verwendung von zwei Zentrifugen mit identischen technischen Spezifikationen (im Allgemeinen mittelschnelle Zentrifugen, manchmal mit unterschiedlichen Verarbeitungskapazitäten) ein paralleler Prozess zur Sicherung oder zur Erhöhung der Bohrflüssigkeitsverarbeitungskapazität während des schnellen Bohrens verwendet werden sollte.
Derzeit haben ausländische Unternehmen wie Derrick und Swaco voll frequenzgeregelte Hochgeschwindigkeitszentrifugen hergestellt. Diese Hochgeschwindigkeitszentrifugen sind teuer und erfordern hochqualifizierte Bediener, was den Betrieb und die Wartung durch spezialisierte Elektriker erfordert. Derzeit sind nur wenige inländische Bohrmannschaften, die im Ausland tätig sind, mit dieser Art von Hochgeschwindigkeitszentrifuge ausgestattet.
In China wird für Spezialbohrungen mit hohen Anforderungen an die Bohrflüssigkeitsleistung ein Prozess empfohlen, der eine mittelschnelle Zentrifuge und eine im Inland hergestellte Hochgeschwindigkeitszentrifuge in Reihe schaltet. Die Bohrflüssigkeit gelangt nach der Verarbeitung durch eine mittelschnelle Zentrifuge in den Vorratstank einer Hochgeschwindigkeitszentrifuge. Nach weiterer Verarbeitung durch die Hochgeschwindigkeitszentrifuge gelangt sie in das Zirkulationssystem zur Wiederverwendung.
Zu diesem Zeitpunkt ist die Festphase der Bohrflüssigkeit effektiv gereinigt, was zur Verlängerung der Lebensdauer von nachgeschalteten Geräten (Bohr Pumpen, Bohrwerkzeuge, Instrumente unter Tage usw.), zur Einsparung des Verbrauchs von Bohrschlammmaterialien und zur Erhöhung der mechanischen Bohrgeschwindigkeit beiträgt.
3. Schlussfolgerungen.
1) Wählen Sie Vibrationssiebe mit guter Leistung und vernünftigem Design und wählen Sie die erforderliche Anzahl und Siebgröße von Vibrationssieben entsprechend den Eigenschaften der Bohrflüssigkeit.
2) Wählen Sie Sandabscheider und Schlammabscheider mit guter Leistung und vernünftigen Abstimmungsparametern und verwenden Sie einen seriellen Prozessfluss, um bessere Entfernungs-Effekte von Sand- und Schlammabscheidern zu erzielen.
3) Verwenden Sie einen seriellen Prozessfluss von mittelschnellen und Hochgeschwindigkeitszentrifugen, um die Lebensdauer von nachgeschalteten Geräten (Bohr Pumpen, Bohrwerkzeuge, Instrumente unter Tage usw.) zu verbessern, den Verbrauch von Bohrschlammmaterialien zu sparen und die mechanische Bohrgeschwindigkeit zu erhöhen.
Statistische Analyseergebnisse zeigen, dass etwa 90 % der täglichen Wartungskosten für Bohrflüssigkeiten während des Bohrens mit der Feststoffkontrolle zusammenhängen. Die Kosten für Barit, ein Beschwerungsmittel in Bohrflüssigkeiten, machen etwa 75 % der gesamten Materialkosten für Bohrflüssigkeiten aus.
Daher kann die richtige Auswahl und Verwendung von Feststoffkontrollsystemen und -geräten Bohrkleine erheblich entfernen, den Verbrauch von Bohrflüssigkeiten und ihren zugehörigen Materialien und Behandlungsmitteln reduzieren und somit bessere wirtschaftliche Vorteile erzielen.
