Sondaj sürecinde, sondaj hızını artırmak, sondaj maliyetlerini düşürmek, kuyu içi kazaları önlemek ve petrol ve gaz üreten oluşumları korumak için mükemmel sondaj sıvısı performansı bir ön koşuldur. Sondaj sıvısı katı madde kontrol sistemi, sondaj sıvısı performansını sürdürmenin garantisidir.
Petrol arama endüstrisinin gelişmesiyle birlikte sondaj derinlikleri sürekli artmakta ve karşılaşılan oluşumlar giderek daha karmaşık hale gelmektedir. Derin kuyular, ultra derin kuyular, yatay kuyular ve dengesiz kuyular gibi özel kuyular daha yaygın hale gelmekte ve sondaj sıvısı katı madde kontrol sistemlerine daha yüksek talepler getirmektedir.
Son yıllarda, katı madde kontrol sistemleri, sondaj sıvısı sirkülasyon tanklarından katı madde kontrol ekipmanlarına kadar teknolojide önemli gelişmeler görmüş ve işlem akışı daha rasyonel hale gelmiştir. Ancak, katı madde kontrol sistemlerinin eşleştirilmesi konusunda hala birçok yanlış anlaşılma bulunmaktadır.
1. Sondaj Sıvısı Sirkülasyon Tankı.
Sondaj sıvısı sirkülasyon tankının etkili hacmi, sondaj sırasında sondaj sıvısının maksimum sirkülasyon hacmini karşılayacak kadar yeterli olmalı ve yeterli yedek kapasiteye sahip olmalıdır. Ayrıca, acil durumlarda sirkülasyon ve kuyu kontrolü yapmaya hazır olmalıdır. Son yıllarda, denizaşırı pazarların sürekli genişlemesi ve sondaj teknolojisinin sondaj sıvısı katı madde kontrol sistemlerine olan taleplerinin artmasıyla birlikte, sondaj sıvısı sirkülasyon tanklarının hacminin körü körüne genişletilmesi eğilimi ortaya çıkmıştır.
Katı madde kontrol sisteminin aşırı hacmi, sondaj kulesi yer değiştirme maliyetini ve sondaj sıvısı maliyetlerini artırır. Bu nedenle, kullanıcıların hedefi makul bir hacimdir.
Katı madde kontrol sistemindeki tek bir tankın boyutu ve sirkülasyon tanklarının sayısı genellikle sondaj kulesi tabanının yüksekliği, yerel nakliye koşulları ve sondaj kulesinin gerektirdiği etkili hacim gibi faktörlere dayanarak belirlenir. Sirkülasyon tankının yüzeyinde katı madde kontrol ekipmanları, karıştırıcılar ve sondaj sıvısı transfer pompaları için yeterli alan sağlanmalıdır. Ayrıca, boru hatları, çamur tankları, aksesuarlar, pompa emiş ve deşarj boru hatları, su boru hatları ve diğer ekipmanlar için bağlantı alanı dikkate alınmalıdır. Her bir bölmenin hacmi öncelikle titreşimli elekler, kum ayırıcılar, silt ayırıcılar ve santrifüjler gibi katı madde kontrol ekipmanları ve yardımcı ekipmanları için mevcut kurulum alanına göre belirlenir.
2. Katı Madde Kontrol Sistemi İşlem Akışı ve Ekipman Eşleştirmesi.
Tüm katı madde kontrol sisteminin işlem akışı, sondaj sıvısının beş aşamalı katı madde kontrol gereksinimlerini (eleme—gaz giderme—kum giderme—silt giderme—santrifüjleme) ve çamur ağırlıklandırmayı karşılamalıdır. Katı madde kontrol ekipmanlarının optimize edilmiş eşleştirmesi kritiktir. Katı madde kontrol ekipmanlarının 1-5 aşamalarının işleme kapasiteleri karşılıklı olarak eşleştirilmeli, ayrılmış partikül boyutları arasında uygun aralıklar ve belirli bir örtüşme derecesi olmalı, önceki aşama tarafından tam olarak işlenmemiş daha küçük partiküllerin bir sonraki aşama tarafından hala işlenmesine izin verilmelidir.
2.1 Sondaj Sıvısı Arıtma ve Sirkülasyon İşlemi.
Borular aracılığıyla kuyu ağzından dönen çamur, bireysel veya eş zamanlı olarak çeşitli titreşimli eleklere taşınabilir. Titreşimli elekler tarafından işlendikten sonra kum çökeltme haznesine girer. Kum çökeltme haznesinden taşan çamur, çamur tankı aracılığıyla kum giderme haznesine girer (çamur gazı girişi olursa, gaz giderme için vakum gaz giderici, kum giderme haznesine girmeden önce çamuru gaz gidericiden çekmek için aktive edilebilir).
Kum ayırıcı tarafından işlenen çamur silt giderme haznesine girer. Silt ayırıcı tarafından işlenen çamur, çamur tankı aracılığıyla santrifüj haznesine girer. Santrifüj tarafından işlenen çamur, çamur tankı aracılığıyla sondaj sıvısı emiş haznesine girer. Daha sonra sondaj pompası tarafından tekrar kuyuya pompalanarak yeniden kullanılır. Sondaj sıvısı katı madde kontrol sisteminin daha rasyonel bir akış şeması aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
2.2 Titreşimli Eleklerin İşlem Akışı ve Seçimi.
Sondaj sırasında kuyunun dibinde oluşan sondaj kesikleri, sondaj sıvısı tarafından yüzeye taşınır. Titreşimli elekler, sondaj kesiklerini gidermek için ilk, en hızlı ve en büyük hacimli katı madde kontrol ekipmanlarıdır ve sondaj için vazgeçilmez bir ilk aşama arıtma cihazıdır.
Bir titreşimli eleğin teknik seviyesi öncelikle işleme kapasitesi (işleme hacmi ve ayrılmış partiküller), operasyonel güvenilirlik, ömrü ve kullanım ve bakım kolaylığı ile yansıtılır. Sondaj sıvısındaki katı partiküllerin boyutu, içeriği ve viskozitesi sabit kaldığında, katı partiküller üzerindeki dinamik kesme gerilimi ne kadar büyük olursa, partikül hareketine karşı başlangıç direnci o kadar büyük olur ve partikül taşıma hızı o kadar düşük olur.
Yurt dışındaki titreşimli elekler üzerine yapılan teorik araştırmalar bu noktayı tam olarak kabul etmiştir. Sondaj sıvısı dağıtıcıdan titreşimli eleğe akmadan önce, sondaj sıvısının ekrana doğrudan sürtünmesini önlemek için bir sondaj sıvısı darbe oluğu monte edilir, bu da kuyu ağzından dönen sondaj sıvısı üzerindeki dinamik kesme gerilimini en aza indirir.
Sadece katı partiküllerin kuvveti ve hareketi daha rasyonel olmakla kalmaz, aynı zamanda sondaj sıvısı sızıntısını azaltır ve sondaj sıvısı debisini artırarak eleğin hizmet ömrünü uzatır. Ancak, üreticiler arasındaki malzeme, işleme teknolojisi, işleme hassasiyeti ve uyumlu genel ekipmanlardaki farklılıklar nedeniyle, ürünlerin gerçek teknik performansı önemli ölçüde değişiklik göstermektedir.
Bu nedenle, bir titreşimli elek seçerken, yalnızca belirtilen teknik parametrelere güvenmek yerine, malzemeleri, işleme teknolojisini, işleme hassasiyetini ve uyumlu genel ekipmanları ayrıntılı olarak anlamak çok önemlidir. Katı partikül boyut dağılımına göre uygun bir elek seçmenin yanı sıra, bir titreşimli elek seçerken dikkate alınması gereken bir diğer önemli faktör, izin verilen debisidir. Titreşimli eleğin debi kapasitesi, sondaj sırasındaki maksimum deşarj hızını karşılayabilmelidir.
Titreşimli eleğin debisini etkileyen faktörler arasında kendi hareket parametreleri, sondaj sıvısı tipi, yoğunluğu, viskozitesi, katı partikül boyut dağılımı ve içeriği ve elek boyutu yer alır. Büyük deşarj hızlarının gereksinimlerini karşılamak için bazen paralel olarak 2-3 titreşimli elek kullanılması gerekebilir.
2.3 Hidrosiklon Çalışma Süreci ve Ekipmanları.
Ülkemdeki çoğu katı madde kontrol ekipmanı üreticisi hidrosiklon, yani kum ayırıcı ve silt ayırıcı üretebilmektedir. Hidrosiklonların ana kalite göstergesi aşınma direncidir ve performansları öncelikle ayırma partikül boyutu olan D50 tarafından belirlenir. Daha düşük bir D50, daha iyi ayırma verimliliği anlamına gelir.
Kum ayırıcı ve silt ayırıcıları yapılandırırken, partikül ayırma aralıklarının hem yeterli aralığa hem de örtüşmeye sahip olmasını sağlamak önemlidir. Hidrosiklonların sınıflandırma standartlarına ve ayırma partikül boyutlarına göre, silindirik volüt iç çapı Φ150–300 mm ve ayırma partikül boyutu 44–74 μm olan hidrosiklonlar kum ayırıcı olarak sınıflandırılır.
Silindirik volüt iç çapı Φ100–125 mm ve ayırma partikül boyutu 15–44 μm olan hidrosiklonlar silt ayırıcı olarak sınıflandırılır. Ancak, sahada kullanılan birçok kum ayırıcı ve silt ayırıcı aslında benzer boyutlarda partikülleri ayırır (kum ayırıcılar 20–50 μm ve silt ayırıcılar 15–45 μm için). Kum ayırıcı tarafından arıtılan sondaj sıvısı daha sonra silt ayırıcı tarafından arıtılır, bu da silt ayırıcının katı partikülleri gidermede etkisiz hale gelmesine neden olur. Bunun ana nedeni, birçok hidrosiklonun kötü üretilmiş olması ve sondaj süreci gereksinimlerini karşılayamamasıdır. Bu nedenle, birçok kullanıcı tek bir kum ayırıcı ve silt ayırıcı yerine iki kum ayırıcı kurulumunu tercih etmektedir.
Bazı kullanıcılar, işlem akışını değiştirmeden sadece orijinal silt ayırıcı konumuna ikinci bir kum ayırıcı monte eder. Bu yaklaşım önerilmez, çünkü her iki kum ayırıcı da aynı performans parametrelerine sahiptir. Paralel bir işlem akışı kullanılmalı, birbirleri için yedek olarak hizmet vermeli veya hızlı sondaj sırasında sondaj sıvısı debisini artırmalıdır.
Yüksek sondaj sıvısı performansı gereksinimlerine sahip özel kuyular için makul bir kurulum, seri halde bir kum ayırıcı ve bir silt ayırıcıdır. Ancak, kum ayırıcı ve silt ayırıcıları seçerken, farklı partikül boyut aralıklarına sahip ürünler seçilmelidir. Örneğin, 47–76 μm ayırma partikül boyutuna sahip bir kum ayırıcı ve 15–47 μm ayırma partikül boyutuna sahip bir silt ayırıcı daha iyi bir arıtma etkisi elde edebilir.
2.4 Santrifüj İşlem Akışı.
Sondaj endüstrisi uzmanları, katı madde kontrol sistemlerinde santrifüjlerin kritik rolü konusunda genel olarak hemfikirdir. Çin'deki çoğu sondaj ekibi, 18.5, 22, 37 veya 45 kW ana ünite gücüne ve 1300–2200 dev/dak dönüş hızına sahip orta hızlı santrifüjlerle donatılmıştır. Şu anda, santrifüjler esas olarak iki tipe ayrılır: orta hızlı santrifüjler ve yüksek hızlı santrifüjler.
Orta hızlı santrifüjler, 1300–2200 dev/dak dönüş hızına sahip, yerçekiminin yaklaşık 800 katı bir merkezkaç kuvveti üreten ve 40–60 m³/saat işleme kapasitesine sahip santrifüjlerdir. Bu santrifüjler 5–7 μm'luk katı partikülleri gidermek için kullanılır. Yüksek hızlı santrifüjler, 2500–3300 dev/dak dönüş hızına sahip, yerçekiminin yaklaşık 1200–2100 katı bir merkezkaç kuvveti üreten ve 2–5 μm boyutundaki partikülleri ayırabilen santrifüjlerdir.
Yüksek hızlı santrifüjler iki tipe ayrılır: biri tam değişken frekans kontrollü yüksek hızlı santrifüjdür. Bu santrifüjün işleme kapasitesi, sondaj sıvısı özelliklerine göre otomatik olarak ayarlanabilir ve gerçek zamanlı yük izleme ve tam frekans dönüşümü otomatik kapalı döngü kontrol teknolojisi aracılığıyla sondaj sıvısı özelliklerini etkili bir şekilde kontrol edebilir. Özel proses gereksinimlerine sahip derin kuyuların ve yatay kuyuların sondajı için ideal bir katı faz arıtma cihazıdır.
Diğer bir tür ise sabit hızlı yüksek hızlı santrifüjdür. Bu santrifüjler genellikle sıradan santrifüjlerden 2-3 kat daha yüksek hızlara sahiptir. Operatörler, sondaj sıvısının özelliklerini değerlendirir ve daha iyi sondaj sıvısı arıtma sonuçları elde etmek için santrifüj hızını manuel olarak ayarlar. Santrifüjler, sondaj sıvısı arıtımında giderek daha önemli bir rol oynamıştır. Birçok sondaj ekibi iki santrifüj ile donatılmıştır. Aynı teknik özelliklere sahip iki santrifüj kullanıldığında (genellikle orta hızlı santrifüjler, bazen farklı işleme kapasitelerine sahip), yedekleme için paralel bir işlem kullanılmasının veya hızlı sondaj sırasında sondaj sıvısı işleme kapasitesini artırmanın önemli olduğu unutulmamalıdır.
Şu anda, Derrick ve Swaco gibi yabancı şirketler tam değişken frekans kontrollü yüksek hızlı santrifüjler üretmiştir. Bu yüksek hızlı santrifüjler pahalıdır ve yüksek vasıflı operatörler gerektirir, bu da özel elektrik mühendisleri tarafından işletme ve bakım yapılmasını gerektirir. Şu anda, denizaşırı ülkelerde faaliyet gösteren sadece birkaç yerli sondaj ekibi bu tür yüksek hızlı santrifüjlerle donatılmıştır.
Çin'de, yüksek sondaj sıvısı performansı gereksinimlerine sahip özel kuyular için, orta hızlı bir santrifüj ve seri olarak bağlanmış yerli üretim bir yüksek hızlı santrifüj içeren bir işlem kullanılması önerilir. Sondaj sıvısı, orta hızlı bir santrifüj tarafından işlendikten sonra, yüksek hızlı santrifüjün besleme tankına girer. Yüksek hızlı santrifüj tarafından daha fazla işlendikten sonra, yeniden kullanım için sirkülasyon sistemine girer.
Bu noktada, sondaj sıvısının katı fazı etkili bir şekilde arıtılır, bu da aşağı akış ekipmanlarının (sondaj pompaları, sondaj aletleri, kuyu içi aletler vb.) hizmet ömrünü uzatmak, çamur malzemesi tüketimini azaltmak ve mekanik sondaj hızını artırmak için faydalıdır.
3. Sonuçlar.
1) İyi performansa ve makul tasarıma sahip titreşimli elekler seçin ve sondaj sıvısının özelliklerine göre gerekli sayıda ve elek boyutunu seçin.
2) İyi performansa ve makul eşleştirme parametrelerine sahip kum ayırıcı ve silt ayırıcıları seçin ve daha iyi kum ayırıcı ve silt ayırıcı giderme etkileri elde etmek için seri işlem akışını benimseyin.
3) Aşağı akış ekipmanlarının (sondaj pompaları, sondaj aletleri, kuyu içi aletler vb.) hizmet ömrünü iyileştirmek, çamur malzemesi tüketimini azaltmak ve mekanik sondaj hızını artırmak için orta hızlı ve yüksek hızlı santrifüjlerin seri işlem akışını kullanın.
İstatistiksel analiz sonuçları, sondaj sırasındaki sondaj sıvısı günlük bakım maliyetinin yaklaşık %90'ının katı madde kontrolü ile ilgili olduğunu göstermektedir. Sondaj sıvısında ağırlık ajanı olan baritin maliyeti, sondaj sıvısının toplam malzeme maliyetinin yaklaşık %75'ini oluşturmaktadır.
Bu nedenle, katı madde kontrol sistemlerini ve ekipmanlarını doğru bir şekilde seçmek ve kullanmak, sondaj kesiklerini önemli ölçüde giderebilir, sondaj sıvısı ve ilgili malzemeleri ve arıtma ajanlarının tüketimini azaltabilir ve böylece daha iyi ekonomik faydalar sağlayabilir.
