ในกระบวนการเจาะ การทำงานที่ยอดเยี่ยมของของเหลวเจาะเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเพิ่มความเร็วในการเจาะ ลดต้นทุนการเจาะ ป้องกันอุบัติเหตุใต้หลุม และปกป้องชั้นหินที่ผลิตน้ำมันและก๊าซ ระบบควบคุมของแข็งในของเหลวเจาะเป็นหลักประกันในการรักษาประสิทธิภาพของของเหลวเจาะ
ด้วยการพัฒนาอุตสาหกรรมการสำรวจปิโตรเลียม ความลึกในการเจาะจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และชั้นหินที่พบมีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ หลุมพิเศษ เช่น หลุมลึก หลุมเจาะลึกพิเศษ หลุมเจาะแนวนอน และหลุมเจาะภายใต้แรงดันต่ำ กำลังเป็นที่นิยมมากขึ้น ทำให้มีความต้องการที่สูงขึ้นสำหรับระบบควบคุมของแข็งในของเหลวเจาะ
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ระบบควบคุมของแข็งมีการปรับปรุงเทคโนโลยีอย่างมาก ตั้งแต่ถังหมุนเวียนของเหลวเจาะไปจนถึงอุปกรณ์ควบคุมของแข็ง และกระบวนการไหลมีความสมเหตุสมผลมากขึ้น อย่างไรก็ตาม ยังคงมีความเข้าใจผิดมากมายเกี่ยวกับความเข้ากันได้ของระบบควบคุมของแข็ง
1. ถังหมุนเวียนของเหลวเจาะ
ปริมาตรที่มีประสิทธิภาพของถังหมุนเวียนของเหลวเจาะต้องเพียงพอที่จะรองรับปริมาตรการหมุนเวียนสูงสุดของของเหลวเจาะระหว่างการเจาะ และมีปริมาณสำรองเพียงพอ นอกจากนี้ยังต้องสามารถหมุนเวียนและควบคุมหลุมได้อย่างมีประสิทธิภาพในกรณีฉุกเฉิน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการขยายตัวอย่างต่อเนื่องของตลาดต่างประเทศและความต้องการที่เพิ่มขึ้นของเทคโนโลยีการเจาะสำหรับระบบควบคุมของแข็งในของเหลวเจาะ ปรากฏการณ์ของการขยายปริมาตรของถังหมุนเวียนของเหลวเจาะอย่างไม่เลือกหน้าได้เกิดขึ้น
ปริมาตรที่มากเกินไปของระบบควบคุมของแข็งจะเพิ่มต้นทุนในการเคลื่อนย้ายแท่นขุดเจาะและต้นทุนของเหลวเจาะ ดังนั้น ปริมาตรที่สมเหตุสมผลจึงเป็นเป้าหมายที่ผู้ใช้ต้องการ
ขนาดของถังเดี่ยวและจำนวนถังหมุนเวียนในระบบควบคุมของแข็งโดยทั่วไปจะพิจารณาจากปัจจัยต่างๆ เช่น ความสูงของฐานแท่นขุดเจาะ สภาพการขนส่งในท้องถิ่น และปริมาตรที่มีประสิทธิภาพที่ต้องการโดยแท่นขุดเจาะ ต้องมีพื้นที่เพียงพอที่พื้นผิวของถังหมุนเวียนเพื่อรองรับอุปกรณ์ควบคุมของแข็ง เครื่องกวน และปั๊มถ่ายของเหลวเจาะ นอกจากนี้ ต้องพิจารณาพื้นที่สำหรับการเชื่อมต่อท่อ ถังโคลน อุปกรณ์เสริม ท่อดูดและท่อส่งของปั๊ม ท่อส่งน้ำ และอุปกรณ์อื่นๆ ปริมาตรของแต่ละช่องจะถูกกำหนดโดยพื้นที่ติดตั้งที่มีอยู่สำหรับอุปกรณ์ควบคุมของแข็ง เช่น ตะแกรงสั่น เครื่องแยกทราย เครื่องแยกโคลน และเครื่องเหวี่ยง รวมถึงอุปกรณ์เสริม
2. กระบวนการไหลของระบบควบคุมของแข็งและการจับคู่อุปกรณ์
กระบวนการไหลทั้งหมดของระบบควบคุมของแข็งควรเป็นไปตามข้อกำหนดสำหรับห้าขั้นตอนของการควบคุมของแข็งในของเหลวเจาะ (การคัดกรอง — การไล่แก๊ส — การแยกทราย — การแยกโคลน — การเหวี่ยง) และการถ่วงน้ำหนักโคลน การจับคู่อุปกรณ์ควบคุมของแข็งที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญ ความสามารถในการประมวลผลของขั้นตอนที่ 1-5 ของอุปกรณ์ควบคุมของแข็งควรเข้ากันได้ โดยมีระยะห่างที่เหมาะสมระหว่างขนาดอนุภาคที่แยกได้ และมีการทับซ้อนกันในระดับหนึ่ง ทำให้สามารถประมวลผลอนุภาคขนาดเล็กที่ไม่ได้รับการประมวลผลอย่างสมบูรณ์โดยขั้นตอนก่อนหน้าได้โดยขั้นตอนถัดไป
2.1 กระบวนการทำให้บริสุทธิ์และหมุนเวียนของเหลวเจาะ
โคลนจากปากหลุมที่ส่งกลับผ่านท่อสามารถขนส่งไปยังตะแกรงสั่นแต่ละอันหรือพร้อมกันได้ หลังจากผ่านการประมวลผลโดยตะแกรงสั่นแล้ว จะเข้าสู่ห้องตกตะกอนทราย โคลนที่ล้นจากห้องตกตะกอนทรายจะเข้าสู่ห้องแยกทรายผ่านถังโคลน (หากมีการบุกรุกของแก๊สโคลน สามารถเปิดเครื่องไล่แก๊สสุญญากาศเพื่อดูดโคลนจากห้องไล่แก๊สก่อนที่จะเข้าสู่ห้องแยกทราย)
โคลนที่ผ่านการประมวลผลโดยเครื่องแยกทรายจะเข้าสู่ห้องแยกโคลน โคลนที่ผ่านการประมวลผลโดยเครื่องแยกโคลนจะเข้าสู่ห้องเหวี่ยงผ่านถังโคลน โคลนที่ผ่านการประมวลผลโดยเครื่องเหวี่ยงจะเข้าสู่ห้องดูดของเหลวเจาะผ่านถังโคลน จากนั้นจะถูกปั๊มซ้ำเข้าไปในหลุมเพื่อนำกลับมาใช้โดยปั๊มเจาะ แผนผังการไหลที่สมเหตุสมผลกว่าสำหรับระบบควบคุมของแข็งในของเหลวเจาะแสดงอยู่ในรูปด้านล่าง
2.2 กระบวนการไหลและการเลือกตะแกรงสั่น
เศษเจาะที่เกิดขึ้นที่ก้นหลุมระหว่างการเจาะจะถูกพัดพาขึ้นสู่พื้นผิวโดยของเหลวเจาะ ตะแกรงสั่นเป็นอุปกรณ์ควบคุมของแข็งชิ้นแรกที่เร็วที่สุดและมีปริมาตรมากที่สุดสำหรับการกำจัดเศษเจาะ และเป็นอุปกรณ์บำบัดขั้นแรกที่จำเป็นสำหรับการเจาะ
ระดับเทคนิคของตะแกรงสั่นสะท้อนให้เห็นถึงความสามารถในการประมวลผล (ปริมาตรการประมวลผลและอนุภาคที่แยกได้) ความน่าเชื่อถือในการทำงาน อายุการใช้งาน และความสะดวกในการใช้งานและการบำรุงรักษา เมื่อขนาด ปริมาณ และความหนืดของอนุภาคของแข็งในของเหลวเจาะคงที่ แรงเฉือนแบบไดนามิกที่กระทำต่ออนุภาคของแข็งยิ่งมาก แรงต้านทานเริ่มต้นต่อการเคลื่อนที่ของอนุภาคก็จะยิ่งมาก และความเร็วในการขนส่งอนุภาคก็จะยิ่งต่ำลง
การวิจัยเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับตะแกรงสั่นในต่างประเทศได้ตระหนักถึงจุดนี้อย่างเต็มที่ ก่อนที่ของเหลวเจาะจะไหลจากตัวกระจายเข้าสู่ตะแกรงสั่น จะมีการติดตั้งรางกระแทกของเหลวเจาะเพื่อหลีกเลี่ยงการกัดเซาะหน้าจอโดยตรงของของเหลวเจาะ ลดแรงเฉือนแบบไดนามิกที่กระทำต่อของเหลวเจาะที่ส่งกลับจากปากหลุม
ไม่เพียงแต่แรงและการเคลื่อนที่ของอนุภาคของแข็งจะสมเหตุสมผลมากขึ้นเท่านั้น แต่ยังช่วยลดการรั่วไหลของของเหลวเจาะและเพิ่มปริมาณของเหลวเจาะ ยืดอายุการใช้งานของหน้าจอ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความแตกต่างของวัสดุ เทคโนโลยีการประมวลผล ความแม่นยำในการประมวลผล และอุปกรณ์ทั่วไปที่เข้ากันได้ระหว่างผู้ผลิต ประสิทธิภาพทางเทคนิคที่แท้จริงของผลิตภัณฑ์จึงแตกต่างกันอย่างมาก
ดังนั้น เมื่อเลือกตะแกรงสั่น จึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องเข้าใจวัสดุ เทคโนโลยีการประมวลผล ความแม่นยำในการประมวลผล และอุปกรณ์ทั่วไปที่เข้ากันได้โดยละเอียด แทนที่จะพึ่งพาพารามิเตอร์ทางเทคนิคที่ระบุไว้เพียงอย่างเดียว นอกจากการเลือกหน้าจอที่เหมาะสมตามการกระจายขนาดอนุภาคของแข็งแล้ว ปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกตะแกรงสั่นคือปริมาณการไหลที่อนุญาต ความสามารถในการไหลของตะแกรงสั่นควรสามารถรองรับอัตราการปล่อยสูงสุดระหว่างการเจาะได้
ปัจจัยที่มีผลต่อปริมาณการไหลของตะแกรงสั่น ได้แก่ พารามิเตอร์การเคลื่อนที่ของตัวมันเอง ประเภทของของเหลวเจาะ ความหนาแน่น ความหนืด การกระจายขนาดอนุภาคของแข็งและปริมาณ และขนาดของหน้าจอ เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของอัตราการปล่อยขนาดใหญ่ บางครั้งอาจต้องใช้ตะแกรงสั่น 2-3 ตัวขนานกัน
2.3 กระบวนการทำงานของไฮโดรไซโคลนและอุปกรณ์
ผู้ผลิตอุปกรณ์ควบคุมของแข็งส่วนใหญ่ในประเทศของฉันสามารถผลิตไฮโดรไซโคลนได้ คือ เครื่องแยกทรายและเครื่องแยกโคลน ตัวชี้วัดคุณภาพหลักสำหรับไฮโดรไซโคลนคือความต้านทานการสึกหรอ และประสิทธิภาพของมันถูกกำหนดโดยขนาดอนุภาคที่แยกได้ D50 ค่า D50 ที่ต่ำกว่าบ่งชี้ถึงประสิทธิภาพการแยกที่ดีกว่า
เมื่อกำหนดค่าเครื่องแยกทรายและเครื่องแยกโคลน สิ่งสำคัญคือต้องแน่ใจว่าช่วงการแยกอนุภาคมีทั้งระยะห่างที่เพียงพอและการทับซ้อนกัน ตามมาตรฐานการจำแนกประเภทและขนาดอนุภาคที่แยกได้ของไฮโดรไซโคลน ไฮโดรไซโคลนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของเกลียวทรงกระบอก Φ150–300 มม. และขนาดอนุภาคที่แยกได้ 44–74 μm ถูกจัดประเภทเป็นเครื่องแยกทราย
ไฮโดรไซโคลนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของเกลียวทรงกระบอก Φ100–125 มม. และขนาดอนุภาคที่แยกได้ 15–44 μm ถูกจัดประเภทเป็นเครื่องแยกโคลน อย่างไรก็ตาม เครื่องแยกทรายและเครื่องแยกโคลนจำนวนมากที่ใช้ในสนามจริงแยกอนุภาคที่มีขนาดใกล้เคียงกัน (เครื่องแยกทรายสำหรับ 20–50 μm และเครื่องแยกโคลนสำหรับ 15–45 μm) ของเหลวเจาะที่ผ่านการบำบัดโดยเครื่องแยกทรายจะถูกบำบัดโดยเครื่องแยกโคลน ทำให้เครื่องแยกโคลนไม่มีประสิทธิภาพในการกำจัดอนุภาคของแข็ง เหตุผลหลักคือไฮโดรไซโคลนจำนวนมากผลิตได้ไม่ดีและไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของกระบวนการเจาะ ดังนั้น ผู้ใช้จำนวนมากจึงเลือกใช้เครื่องแยกทรายสองเครื่องแทนเครื่องแยกทรายและเครื่องแยกโคลนเครื่องเดียว
ผู้ใช้บางรายเพียงแค่ติดตั้งเครื่องแยกทรายเครื่องที่สองในตำแหน่งของเครื่องแยกโคลนเดิมโดยไม่เปลี่ยนแปลงกระบวนการไหล วิธีนี้ไม่แนะนำ เนื่องจากเครื่องแยกทรายทั้งสองเครื่องมีพารามิเตอร์ประสิทธิภาพเหมือนกัน ควรใช้กระบวนการแบบขนาน ทำหน้าที่เป็นตัวสำรองซึ่งกันและกัน หรือเพิ่มปริมาณของเหลวเจาะระหว่างการเจาะอย่างรวดเร็ว
สำหรับหลุมพิเศษที่มีข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของเหลวเจาะสูง การตั้งค่าที่สมเหตุสมผลยังคงเป็นเครื่องแยกทรายหนึ่งเครื่องและเครื่องแยกโคลนหนึ่งเครื่องต่อกัน อย่างไรก็ตาม เมื่อเลือกเครื่องแยกทรายและเครื่องแยกโคลน ควรเลือกผลิตภัณฑ์ที่มีช่วงขนาดอนุภาคต่างกัน ตัวอย่างเช่น เครื่องแยกทรายที่มีขนาดอนุภาคที่แยกได้ 47–76 μm และเครื่องแยกโคลนที่มีขนาดอนุภาคที่แยกได้ 15–47 μm สามารถให้ผลการบำบัดที่ดีกว่า
2.4 กระบวนการไหลของเครื่องเหวี่ยง
ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมการเจาะโดยทั่วไปเห็นด้วยกับบทบาทสำคัญของเครื่องเหวี่ยงในระบบควบคุมของแข็ง ทีมเจาะส่วนใหญ่ในประเทศจีนมีเครื่องเหวี่ยงความเร็วปานกลางที่มีกำลังมอเตอร์หลัก 18.5, 22, 37 หรือ 45 กิโลวัตต์ และความเร็วรอบ 1300–2200 รอบต่อนาที ปัจจุบัน เครื่องเหวี่ยงแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก คือ เครื่องเหวี่ยงความเร็วปานกลางและเครื่องเหวี่ยงความเร็วสูง
เครื่องเหวี่ยงความเร็วปานกลางหมายถึงเครื่องเหวี่ยงที่มีความเร็วรอบ 1300–2200 รอบต่อนาที สร้างแรงเหวี่ยงประมาณ 800 เท่าของแรงโน้มถ่วง และมีความสามารถในการประมวลผล 40–60 ลบ.ม./ชม. เครื่องเหวี่ยงเหล่านี้ใช้ในการกำจัดอนุภาคของแข็งขนาด 5–7 μm เครื่องเหวี่ยงความเร็วสูงหมายถึงเครื่องเหวี่ยงที่มีความเร็วรอบ 2500–3300 รอบต่อนาที สร้างแรงเหวี่ยงประมาณ 1200–2100 เท่าของแรงโน้มถ่วง และสามารถแยกอนุภาคขนาด 2–5 μm ได้
เครื่องเหวี่ยงความเร็วสูงแบ่งออกเป็นสองประเภท: ประเภทหนึ่งคือเครื่องเหวี่ยงความเร็วสูงแบบควบคุมความถี่เต็มรูปแบบ เครื่องเหวี่ยงประเภทนี้สามารถปรับความสามารถในการประมวลผลได้โดยอัตโนมัติตามคุณสมบัติของของเหลวเจาะ และสามารถควบคุมคุณสมบัติของของเหลวเจาะได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านเทคโนโลยีการตรวจสอบโหลดแบบเรียลไทม์และการควบคุมแบบวงปิดอัตโนมัติแบบความถี่เต็มรูปแบบ เป็นอุปกรณ์ทำให้บริสุทธิ์เฟสของแข็งในอุดมคติสำหรับการเจาะหลุมลึกและหลุมแนวนอนที่มีข้อกำหนดกระบวนการพิเศษ
อีกประเภทหนึ่งคือเครื่องเหวี่ยงความเร็วสูงแบบความเร็วคงที่ เครื่องเหวี่ยงเหล่านี้มักมีความเร็วสูงกว่าเครื่องเหวี่ยงทั่วไป 2-3 ระดับ ผู้ปฏิบัติงานจะประเมินคุณสมบัติของของเหลวเจาะและปรับความเร็วของเครื่องเหวี่ยงด้วยตนเองเพื่อให้ได้ผลการบำบัดของเหลวเจาะที่ดีขึ้น เครื่องเหวี่ยงมีบทบาทเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ในการบำบัดของเหลวเจาะ ทีมเจาะจำนวนมากมีเครื่องเหวี่ยงสองเครื่อง สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าเมื่อใช้เครื่องเหวี่ยงสองเครื่องที่มีคุณสมบัติทางเทคนิคเหมือนกัน (โดยทั่วไปคือเครื่องเหวี่ยงความเร็วปานกลาง บางครั้งมีความสามารถในการประมวลผลต่างกัน) ควรใช้กระบวนการแบบขนานเพื่อสำรองหรือเพิ่มความสามารถในการประมวลผลของเหลวเจาะระหว่างการเจาะอย่างรวดเร็ว
ปัจจุบัน บริษัทต่างชาติ เช่น Derrick และ Swaco ได้ผลิตเครื่องเหวี่ยงความเร็วสูงแบบควบคุมความถี่เต็มรูปแบบ เครื่องเหวี่ยงความเร็วสูงเหล่านี้มีราคาแพงและต้องการผู้ปฏิบัติงานที่มีทักษะสูง จำเป็นต้องมีการดำเนินการและบำรุงรักษาโดยวิศวกรไฟฟ้าผู้เชี่ยวชาญ ปัจจุบัน มีเพียงทีมเจาะในประเทศไม่กี่ทีมที่ปฏิบัติงานในต่างประเทศเท่านั้นที่มีเครื่องเหวี่ยงความเร็วสูงประเภทนี้
ในประเทศจีน สำหรับหลุมพิเศษที่มีข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของเหลวเจาะสูง ขอแนะนำให้ใช้กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับเครื่องเหวี่ยงความเร็วปานกลางและเครื่องเหวี่ยงความเร็วสูงที่ผลิตในประเทศเชื่อมต่อกัน ของเหลวเจาะ หลังจากผ่านการประมวลผลโดยเครื่องเหวี่ยงความเร็วปานกลาง จะเข้าสู่ถังจ่ายของเครื่องเหวี่ยงความเร็วสูง หลังจากผ่านการประมวลผลเพิ่มเติมโดยเครื่องเหวี่ยงความเร็วสูง จะเข้าสู่ระบบหมุนเวียนเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่
ณ จุดนี้ เฟสของแข็งของของเหลวเจาะจะถูกทำให้บริสุทธิ์อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ปลายน้ำ (ปั๊มเจาะ เครื่องมือเจาะ เครื่องมือใต้หลุม ฯลฯ) ประหยัดการบริโภควัสดุโคลน และเพิ่มความเร็วในการเจาะเชิงกล
3. สรุป
1) เลือกตะแกรงสั่นที่มีประสิทธิภาพดีและการออกแบบที่สมเหตุสมผล และเลือกจำนวนและขนาดหน้าจอของตะแกรงสั่นที่ต้องการตามคุณสมบัติของของเหลวเจาะ
2) เลือกเครื่องแยกทรายและเครื่องแยกโคลนที่มีประสิทธิภาพดีและการจับคู่พารามิเตอร์ที่สมเหตุสมผล และใช้กระบวนการแบบอนุกรมเพื่อให้ได้ผลการกำจัดเครื่องแยกทรายและเครื่องแยกโคลนที่ดีขึ้น
3) ใช้กระบวนการแบบอนุกรมของเครื่องเหวี่ยงความเร็วปานกลางและเครื่องเหวี่ยงความเร็วสูงเพื่อปรับปรุงอายุการใช้งานของอุปกรณ์ปลายน้ำ (ปั๊มเจาะ เครื่องมือเจาะ เครื่องมือใต้หลุม ฯลฯ) ประหยัดการบริโภควัสดุโคลน และเพิ่มอัตราการเจาะเชิงกล
ผลการวิเคราะห์ทางสถิติแสดงให้เห็นว่าประมาณ 90% ของค่าบำรุงรักษาประจำวันของของเหลวเจาะระหว่างการเจาะเกี่ยวข้องกับการควบคุมของแข็ง ต้นทุนของแบไรต์ ซึ่งเป็นสารถ่วงน้ำหนักในของเหลวเจาะ คิดเป็นประมาณ 75% ของต้นทุนวัสดุทั้งหมดของของเหลวเจาะ
ดังนั้น การเลือกและใช้วิธีการและอุปกรณ์ควบคุมของแข็งอย่างถูกต้องสามารถกำจัดเศษเจาะได้อย่างมีนัยสำคัญ ลดการบริโภคของเหลวเจาะและวัสดุและสารบำบัดที่เกี่ยวข้อง และบรรลุผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่ดีขึ้น
