Στη διαδικασία γεώτρησης, η άριστη απόδοση του ρευστού γεώτρησης είναι προαπαιτούμενο για τη βελτίωση της ταχύτητας γεώτρησης, τη μείωση του κόστους γεώτρησης, την πρόληψη ατυχημάτων κάτω από την επιφάνεια και την προστασία των σχηματισμών παραγωγής πετρελαίου και φυσικού αερίου. Το σύστημα ελέγχου στερεών του ρευστού γεώτρησης είναι η εγγύηση για τη διατήρηση της απόδοσης του ρευστού γεώτρησης.
Με την ανάπτυξη της βιομηχανίας εξερεύνησης πετρελαίου, τα βάθη γεώτρησης αυξάνονται συνεχώς και οι σχηματισμοί που συναντώνται γίνονται όλο και πιο σύνθετοι. Ειδικές γεωτρήσεις όπως οι βαθιές γεωτρήσεις, οι υπερβολικά βαθιές γεωτρήσεις, οι οριζόντιες γεωτρήσεις και οι γεωτρήσεις υπό ισορροπία γίνονται όλο και πιο συχνές, θέτοντας υψηλότερες απαιτήσεις στα συστήματα ελέγχου στερεών του ρευστού γεώτρησης.
Τα τελευταία χρόνια, τα συστήματα ελέγχου στερεών έχουν δει σημαντικές βελτιώσεις στην τεχνολογία, από τις δεξαμενές κυκλοφορίας ρευστού γεώτρησης έως τον εξοπλισμό ελέγχου στερεών, και η ροή της διαδικασίας έχει γίνει πιο ορθολογική. Ωστόσο, εξακολουθούν να υπάρχουν πολλές παρανοήσεις σχετικά με την αντιστοίχιση των συστημάτων ελέγχου στερεών.
1. Δεξαμενή Κυκλοφορίας Ρευστού Γεώτρησης.
Ο ενεργός όγκος της δεξαμενής κυκλοφορίας ρευστού γεώτρησης πρέπει να επαρκεί για να φιλοξενήσει τον μέγιστο όγκο κυκλοφορίας του ρευστού γεώτρησης κατά τη διάρκεια της γεώτρησης, και να έχει επαρκή εφεδρική χωρητικότητα. Πρέπει επίσης να είναι ικανή να εμπλακεί εύκολα σε κυκλοφορία και να ελέγχει την γεώτρηση σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης. Τα τελευταία χρόνια, με τη συνεχή επέκταση των υπερπόντιων αγορών και τις αυξανόμενες απαιτήσεις της τεχνολογίας γεώτρησης από τα συστήματα ελέγχου στερεών του ρευστού γεώτρησης, έχει εμφανιστεί ένα φαινόμενο τυφλής επέκτασης του όγκου των δεξαμενών κυκλοφορίας ρευστού γεώτρησης.
Ο υπερβολικός όγκος του συστήματος ελέγχου στερεών αυξάνει το κόστος μετακίνησης του γεωτρύπανου και το κόστος του ρευστού γεώτρησης. Επομένως, ένας λογικός όγκος είναι ο στόχος που επιδιώκουν οι χρήστες.
Το μέγεθος μιας μεμονωμένης δεξαμενής και ο αριθμός των δεξαμενών κυκλοφορίας σε ένα σύστημα ελέγχου στερεών καθορίζονται γενικά με βάση παράγοντες όπως το ύψος της βάσης του πύργου, οι τοπικές συνθήκες μεταφοράς και ο ενεργός όγκος που απαιτείται από το γεωτρύπανο. Πρέπει να παρέχεται επαρκής χώρος στην επιφάνεια της δεξαμενής κυκλοφορίας για να φιλοξενηθεί ο εξοπλισμός ελέγχου στερεών, οι αναδευτήρες και οι αντλίες μεταφοράς ρευστού γεώτρησης. Επιπλέον, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ο χώρος για τη σύνδεση σωληνώσεων, δεξαμενών λάσπης, αξεσουάρ, σωληνώσεων αναρρόφησης και εκκένωσης αντλιών, σωληνώσεων νερού και άλλου εξοπλισμού. Ο όγκος κάθε διαμερίσματος καθορίζεται κυρίως από τον διαθέσιμο χώρο εγκατάστασης για εξοπλισμό ελέγχου στερεών όπως δονητικές οθόνες, αποσκονιστές, απολιπαντές και φυγοκεντρητές, καθώς και τον βοηθητικό τους εξοπλισμό.
2. Ροή Διαδικασίας Συστήματος Ελέγχου Στερεών και Αντιστοίχιση Εξοπλισμού.
Η ροή της διαδικασίας ολόκληρου του συστήματος ελέγχου στερεών πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις για πέντε στάδια ελέγχου στερεών του ρευστού γεώτρησης (κοσκίνισμα — απαέρωση — αποσκονισμός — απολιπανισμός — φυγοκέντρηση) και βαρύτητα λάσπης. Η βελτιστοποιημένη αντιστοίχιση του εξοπλισμού ελέγχου στερεών είναι ζωτικής σημασίας. Οι ικανότητες επεξεργασίας των σταδίων 1-5 του εξοπλισμού ελέγχου στερεών πρέπει να είναι αμοιβαία αντιστοιχισμένες, με κατάλληλη απόσταση μεταξύ των διαχωρισμένων μεγεθών σωματιδίων και έναν ορισμένο βαθμό επικάλυψης, επιτρέποντας στα μικρότερα σωματίδια που δεν έχουν επεξεργαστεί πλήρως από το προηγούμενο στάδιο να επεξεργαστούν ακόμα από το επόμενο στάδιο.
2.1 Διαδικασία Καθαρισμού και Κυκλοφορίας Ρευστού Γεώτρησης.
Η λάσπη που επιστρέφει από την κεφαλή της γεώτρησης μέσω σωληνώσεων μπορεί να μεταφερθεί ατομικά ή ταυτόχρονα σε διάφορες δονητικές οθόνες. Μετά την επεξεργασία από τις δονητικές οθόνες, εισέρχεται στον θάλαμο καθίζησης άμμου. Η λάσπη που υπερχειλίζει από τον θάλαμο καθίζησης άμμου εισέρχεται στον θάλαμο αποσκονισμού μέσω της δεξαμενής λάσπης (εάν συμβεί εισχώρηση αερίου λάσπης, μπορεί να ενεργοποιηθεί ένας κενός απαερωτής για να αντλήσει λάσπη από τον θάλαμο απαέρωσης για απαέρωση πριν εισέλθει στον θάλαμο αποσκονισμού).
Η λάσπη που επεξεργάζεται από τον αποσκονιστή εισέρχεται στον θάλαμο απολιπαντή. Η λάσπη που επεξεργάζεται από τον απολιπαντή εισέρχεται στον θάλαμο φυγοκέντρησης μέσω της δεξαμενής λάσπης. Η λάσπη που επεξεργάζεται από τον φυγοκεντρητή εισέρχεται στον θάλαμο αναρρόφησης ρευστού γεώτρησης μέσω της δεξαμενής λάσπης. Στη συνέχεια, αντλείται επανειλημμένα στη γεώτρηση για επαναχρησιμοποίηση από την αντλία γεώτρησης. Ένα πιο λογικό διάγραμμα ροής για το σύστημα ελέγχου στερεών του ρευστού γεώτρησης φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.
2.2 Ροή Διαδικασίας και Επιλογή Δονητικών Οθονών.
Τα κοπανάκια που παράγονται στον πυθμένα της γεώτρησης κατά τη διάρκεια της γεώτρησης μεταφέρονται στην επιφάνεια από το ρευστό γεώτρησης. Οι δονητικές οθόνες είναι ο πρώτος, ταχύτερος και μεγαλύτερος σε όγκο εξοπλισμός ελέγχου στερεών για την απομάκρυνση των κοπανακιών, και είναι μια απαραίτητη συσκευή πρώτης σταδίου επεξεργασίας για τη γεώτρηση.
Το τεχνικό επίπεδο μιας δονητικής οθόνης αντικατοπτρίζεται κυρίως στην ικανότητα επεξεργασίας της (όγκος επεξεργασίας και διαχωριζόμενα σωματίδια), την αξιοπιστία λειτουργίας, τη διάρκεια ζωής και την ευκολία λειτουργίας και συντήρησης. Με το μέγεθος, την περιεκτικότητα και το ιξώδες των στερεών σωματιδίων του ρευστού γεώτρησης να παραμένουν σταθερά, όσο μεγαλύτερη είναι η δυναμική τάση διάτμησης στα στερεά σωματίδια, τόσο μεγαλύτερη είναι η αρχική αντίσταση στην κίνηση των σωματιδίων και τόσο χαμηλότερη είναι η ταχύτητα μεταφοράς των σωματιδίων.
Η θεωρητική έρευνα για τις δονητικές οθόνες στο εξωτερικό έχει αναγνωρίσει πλήρως αυτό το σημείο. Πριν το ρευστό γεώτρησης ρεύσει από τον διανομέα στην δονητική οθόνη, εγκαθίσταται μια αυλακωτή δίοδος πρόσκρουσης ρευστού γεώτρησης για να αποφευχθεί η άμεση διάβρωση της οθόνης από το ρευστό γεώτρησης, ελαχιστοποιώντας τη δυναμική τάση διάτμησης στο ρευστό γεώτρησης που επιστρέφει από την κεφαλή της γεώτρησης.
Όχι μόνο η δύναμη και η κίνηση των στερεών σωματιδίων είναι πιο ορθολογικές, αλλά μειώνει επίσης τη διαρροή ρευστού γεώτρησης και αυξάνει την παροχή ρευστού γεώτρησης, παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής της οθόνης. Ωστόσο, λόγω διαφορών στα υλικά, την τεχνολογία επεξεργασίας, την ακρίβεια επεξεργασίας και τον συμβατό γενικό εξοπλισμό μεταξύ των κατασκευαστών, η πραγματική τεχνική απόδοση των προϊόντων ποικίλλει σημαντικά.
Επομένως, κατά την επιλογή μιας δονητικής οθόνης, είναι ζωτικής σημασίας να κατανοήσετε λεπτομερώς τα υλικά, την τεχνολογία επεξεργασίας, την ακρίβεια επεξεργασίας και τον συμβατό γενικό εξοπλισμό, αντί να βασίζεστε απλώς στις δηλωμένες τεχνικές παραμέτρους. Εκτός από την επιλογή μιας κατάλληλης οθόνης με βάση την κατανομή μεγέθους στερεών σωματιδίων, ένας άλλος σημαντικός παράγοντας που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την επιλογή μιας δονητικής οθόνης είναι η επιτρεπόμενη παροχή της. Η ικανότητα παροχής της δονητικής οθόνης πρέπει να μπορεί να φιλοξενήσει τον μέγιστο ρυθμό εκκένωσης κατά τη διάρκεια της γεώτρησης.
Παράγοντες που επηρεάζουν την παροχή της δονητικής οθόνης περιλαμβάνουν τις δικές της παραμέτρους κίνησης, τον τύπο του ρευστού γεώτρησης, την πυκνότητα, το ιξώδες, την κατανομή μεγέθους και την περιεκτικότητα των στερεών σωματιδίων, και το μέγεθος της οθόνης. Για να καλυφθούν οι απαιτήσεις μεγάλων ρυθμών εκκένωσης, μερικές φορές χρειάζεται να χρησιμοποιηθούν 2-3 δονητικές οθόνες παράλληλα.
2.3 Διαδικασία Λειτουργίας Υδροκυκλωνιστή και Εξοπλισμός.
Οι περισσότεροι κατασκευαστές εξοπλισμού ελέγχου στερεών στη χώρα μου μπορούν να παράγουν υδροκυκλωνιστές, δηλαδή αποσκονιστές και απολιπαντές. Ο κύριος δείκτης ποιότητας για τους υδροκυκλωνιστές είναι η αντοχή στη φθορά, και η απόδοσή τους καθορίζεται κυρίως από το μέγεθος διαχωρισμού σωματιδίων, D50. Ένα χαμηλότερο D50 υποδηλώνει καλύτερη απόδοση διαχωρισμού.
Κατά τη διαμόρφωση αποσκονιστών και απολιπαντών, είναι σημαντικό να διασφαλιστεί ότι τα εύρη διαχωρισμού σωματιδίων έχουν επαρκή απόσταση και επικάλυψη. Σύμφωνα με τα πρότυπα ταξινόμησης και τα μεγέθη διαχωρισμού σωματιδίων των υδροκυκλωνιστών, οι υδροκυκλωνιστές με εσωτερική διάμετρο κυλινδρικού σπειρώματος Φ150–300 mm και μέγεθος διαχωρισμού σωματιδίων 44–74 μm ταξινομούνται ως αποσκονιστές.
Οι υδροκυκλωνιστές με εσωτερική διάμετρο κυλινδρικού σπειρώματος Φ100–125 mm και μέγεθος διαχωρισμού σωματιδίων 15–44 μm ταξινομούνται ως απολιπαντές. Ωστόσο, πολλοί αποσκονιστές και απολιπαντές που χρησιμοποιούνται στην πράξη διαχωρίζουν σωματίδια παρόμοιων μεγεθών (αποσκονιστές για 20–50 μm και απολιπαντές για 15–45 μm). Το ρευστό γεώτρησης που επεξεργάζεται από έναν αποσκονιστή στη συνέχεια επεξεργάζεται από έναν απολιπαντή, καθιστώντας τον απολιπαντή αναποτελεσματικό στην απομάκρυνση στερεών σωματιδίων. Ο κύριος λόγος για αυτό είναι ότι πολλοί υδροκυκλωνιστές κατασκευάζονται άσχημα και δεν πληρούν τις απαιτήσεις της διαδικασίας γεώτρησης. Επομένως, πολλοί χρήστες επιλέγουν μια ρύθμιση δύο αποσκονιστών αντί για έναν αποσκονιστή και έναν απολιπαντή.
Ορισμένοι χρήστες απλώς εγκαθιστούν έναν δεύτερο αποσκονιστή στην αρχική θέση του απολιπαντή χωρίς να αλλάξουν τη ροή της διαδικασίας. Αυτή η προσέγγιση δεν συνιστάται, καθώς και οι δύο αποσκονιστές έχουν πανομοιότυπες παραμέτρους απόδοσης. Πρέπει να χρησιμοποιείται μια παράλληλη ροή διαδικασίας, που λειτουργεί ως εφεδρεία ο ένας για τον άλλο ή αυξάνει την παροχή ρευστού γεώτρησης κατά τη διάρκεια ταχείας γεώτρησης.
Για ειδικές γεωτρήσεις με υψηλές απαιτήσεις απόδοσης ρευστού γεώτρησης, μια λογική ρύθμιση παραμένει ένας αποσκονιστής και ένας απολιπαντής σε σειρά. Ωστόσο, κατά την επιλογή αποσκονιστών και απολιπαντών, πρέπει να επιλέγονται προϊόντα με διαφορετικά εύρη μεγέθους σωματιδίων. Για παράδειγμα, ένας αποσκονιστής με μέγεθος διαχωρισμού σωματιδίων 47–76 μm και ένας απολιπαντής με μέγεθος διαχωρισμού σωματιδίων 15–47 μm μπορούν να επιτύχουν καλύτερο αποτέλεσμα επεξεργασίας.
2.4 Ροή Διαδικασίας Φυγοκεντρητή.
Οι ειδικοί της βιομηχανίας γεώτρησης συμφωνούν γενικά σχετικά με τον κρίσιμο ρόλο των φυγοκεντρητών στα συστήματα ελέγχου στερεών. Οι περισσότερες ομάδες γεώτρησης στην Κίνα είναι εξοπλισμένες με φυγοκεντρητές μέσης ταχύτητας με κύρια ισχύ μονάδας 18,5, 22, 37 ή 45 kW και ταχύτητες περιστροφής 1300–2200 σ.α.λ. Επί του παρόντος, οι φυγοκεντρητές χωρίζονται κυρίως σε δύο τύπους: φυγοκεντρητές μέσης ταχύτητας και φυγοκεντρητές υψηλής ταχύτητας.
Φυγοκεντρητές μέσης ταχύτητας αναφέρονται σε φυγοκεντρητές με ταχύτητα περιστροφής 1300–2200 σ.α.λ., που παράγουν φυγόκεντρη δύναμη περίπου 800 φορές μεγαλύτερη από τη βαρύτητα, και ικανότητα επεξεργασίας 40–60 m³/h. Αυτοί οι φυγοκεντρητές χρησιμοποιούνται για την απομάκρυνση στερεών σωματιδίων 5–7 μm. Φυγοκεντρητές υψηλής ταχύτητας αναφέρονται σε φυγοκεντρητές με ταχύτητα περιστροφής 2500–3300 σ.α.λ., που παράγουν φυγόκεντρη δύναμη περίπου 1200–2100 φορές μεγαλύτερη από τη βαρύτητα, και είναι ικανοί να διαχωρίζουν σωματίδια μεγέθους 2–5 μm.
Οι φυγοκεντρητές υψηλής ταχύτητας χωρίζονται σε δύο τύπους: ο ένας είναι ένας φυγοκεντρητής υψηλής ταχύτητας με πλήρη έλεγχο μεταβλητής συχνότητας. Η ικανότητα επεξεργασίας αυτού του φυγοκεντρητή μπορεί να ρυθμιστεί αυτόματα ανάλογα με τις ιδιότητες του ρευστού γεώτρησης, και μπορεί να ελέγξει αποτελεσματικά τις ιδιότητες του ρευστού γεώτρησης μέσω τεχνολογίας παρακολούθησης φορτίου σε πραγματικό χρόνο και τεχνολογίας αυτόματου κλειστού βρόχου πλήρους μεταβλητής συχνότητας. Είναι μια ιδανική συσκευή καθαρισμού στερεάς φάσης για γεωτρήσεις βαθιών γεωτρήσεων και οριζόντιων γεωτρήσεων με ειδικές απαιτήσεις διαδικασίας.
Ο άλλος τύπος είναι ο φυγοκεντρητής σταθερής ταχύτητας υψηλής ταχύτητας. Αυτοί οι φυγοκεντρητές έχουν συνήθως 2-3 ταχύτητες υψηλότερες από τους συνηθισμένους φυγοκεντρητές. Οι χειριστές αξιολογούν τις ιδιότητες του ρευστού γεώτρησης και ρυθμίζουν χειροκίνητα την ταχύτητα του φυγοκεντρητή για να επιτύχουν καλύτερα αποτελέσματα επεξεργασίας ρευστού γεώτρησης. Οι φυγοκεντρητές έχουν διαδραματίσει όλο και πιο σημαντικό ρόλο στην επεξεργασία ρευστού γεώτρησης. Πολλές ομάδες γεώτρησης είναι εξοπλισμένες με δύο φυγοκεντρητές. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι κατά τη χρήση δύο φυγοκεντρητών με πανομοιότυπες τεχνικές προδιαγραφές (γενικά φυγοκεντρητές μέσης ταχύτητας, μερικές φορές με διαφορετικές ικανότητες επεξεργασίας), πρέπει να χρησιμοποιείται παράλληλη διαδικασία για εφεδρεία ή για αύξηση της ικανότητας επεξεργασίας ρευστού γεώτρησης κατά τη διάρκεια ταχείας γεώτρησης.
Επί του παρόντος, ξένες εταιρείες όπως η Derrick και η Swaco έχουν παράγει φυγοκεντρητές υψηλής ταχύτητας με πλήρη έλεγχο μεταβλητής συχνότητας. Αυτοί οι φυγοκεντρητές υψηλής ταχύτητας είναι ακριβοί και απαιτούν εξαιρετικά εξειδικευμένους χειριστές, καθιστώντας απαραίτητη τη λειτουργία και συντήρησή τους από εξειδικευμένους ηλεκτρολόγους μηχανικούς. Επί του παρόντος, μόνο λίγες εγχώριες ομάδες γεώτρησης που λειτουργούν στο εξωτερικό είναι εξοπλισμένες με αυτόν τον τύπο φυγοκεντρητή υψηλής ταχύτητας.
Στην Κίνα, για ειδικές γεωτρήσεις με υψηλές απαιτήσεις απόδοσης ρευστού γεώτρησης, συνιστάται η χρήση μιας διαδικασίας που περιλαμβάνει έναν φυγοκεντρητή μέσης ταχύτητας και έναν εγχώριας παραγωγής φυγοκεντρητή υψηλής ταχύτητας συνδεδεμένους σε σειρά. Το ρευστό γεώτρησης, αφού επεξεργαστεί από έναν φυγοκεντρητή μέσης ταχύτητας, εισέρχεται στη δεξαμενή τροφοδοσίας ενός φυγοκεντρητή υψηλής ταχύτητας. Μετά από περαιτέρω επεξεργασία από τον φυγοκεντρητή υψηλής ταχύτητας, εισέρχεται στο σύστημα κυκλοφορίας για επαναχρησιμοποίηση.
Σε αυτό το σημείο, η στερεά φάση του ρευστού γεώτρησης καθαρίζεται αποτελεσματικά, γεγονός που είναι επωφελές για την παράταση της διάρκειας ζωής του εξοπλισμού κατάντη (αντλίες γεώτρησης, εργαλεία γεώτρησης, όργανα κάτω από την επιφάνεια, κ.λπ.), την εξοικονόμηση κατανάλωσης υλικών λάσπης και την αύξηση της μηχανικής ταχύτητας γεώτρησης.
3. Συμπεράσματα.
1) Επιλέξτε δονητικές οθόνες με καλή απόδοση και λογικό σχεδιασμό, και επιλέξτε τον απαιτούμενο αριθμό και μέγεθος οθόνης των δονητικών οθονών σύμφωνα με τις ιδιότητες του ρευστού γεώτρησης.
2) Επιλέξτε αποσκονιστές και απολιπαντές με καλή απόδοση και λογικές παραμέτρους αντιστοίχισης, και υιοθετήστε μια διαδικασία σε σειρά για να επιτύχετε καλύτερα αποτελέσματα απομάκρυνσης από αποσκονιστές και απολιπαντές.
3) Χρησιμοποιήστε μια διαδικασία σε σειρά φυγοκεντρητών μέσης και υψηλής ταχύτητας για να βελτιώσετε τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού κατάντη (αντλίες γεώτρησης, εργαλεία γεώτρησης, όργανα κάτω από την επιφάνεια, κ.λπ.), να εξοικονομήσετε κατανάλωση υλικών λάσπης και να αυξήσετε τον μηχανικό ρυθμό γεώτρησης.
Τα αποτελέσματα στατιστικής ανάλυσης δείχνουν ότι περίπου το 90% του ημερήσιου κόστους συντήρησης του ρευστού γεώτρησης κατά τη διάρκεια της γεώτρησης σχετίζεται με τον έλεγχο στερεών. Το κόστος του βαρύτη, ενός παράγοντα βαρύτητας στο ρευστό γεώτρησης, αντιστοιχεί περίπου στο 75% του συνολικού κόστους υλικών του ρευστού γεώτρησης.
Επομένως, η σωστή επιλογή και χρήση συστημάτων και εξοπλισμού ελέγχου στερεών μπορεί να απομακρύνει σημαντικά τα κοπανάκια, να μειώσει την κατανάλωση ρευστού γεώτρησης και των σχετικών υλικών και παραγόντων επεξεργασίας του, και έτσι να επιτύχει καλύτερα οικονομικά οφέλη.
