Очистка бурового раствора - один из ключевых процессов при строительстве нефтяных и газовых скважин. Возвращаясь из скважины на поверхность, раствор содержит выбуренную породу, песок, мелкодисперсные частицы и другие примеси. Если своевременно не удалить нежелательную твердую фазу, постепенно меняются плотность и реологические характеристики раствора, возрастает нагрузка на насосное оборудование и увеличивается расход реагентов.
Для многоступенчатой обработки применяются вибросита, гидроциклоны, центрифуги, дегазаторы и вспомогательные установки. Одним из комбинированных решений является сито-гидроциклонная установка на базе СВЛК-1 с гидроциклонами SWACO. Ее конструкция объединяет вибрационное разделение на ситовых панелях и центробежную очистку в песко- и илоотделительных гидроциклонах.
Производителем оборудования СВЛК-1 и соответствующих сито-гидроциклонных установок является ООО ПКФ "КубаньБурМаш". В актуальной номенклатуре предприятия представлены несколько типовых конфигураций СГУ на базе СВЛК-1, в том числе варианты с полиуретановыми гидроциклонами SWACO.
Что представляет собой СВЛК-1
СВЛК-1 - промышленное вибросито, предназначенное для первой ступени очистки бурового раствора. Возвращающийся из скважины поток подается на ситовые панели. Жидкая фаза вместе с частицами, способными пройти через ячейки сетки, попадает в приемную емкость, а более крупный шлам остается на поверхности.
Вибрация обеспечивает постоянное движение твердой фазы к разгрузочному краю. Благодаря этому рабочая поверхность не превращается в неподвижный фильтрующий слой из выбуренной породы.
По данным изготовителя, базовое вибросито СВЛК-1 оснащается предварительно натянутыми ситовыми панелями размером 1165 × 585 мм, имеет рабочую поверхность не менее 2,7 м² и регулируемое виброускорение не менее 7,5 g. В конструкции используются два вибрационных привода мощностью по 2,3 кВт. Угол наклона вибрирующей рамы может регулироваться в пределах до 5°.
Эти характеристики важны не сами по себе, а как средства управления реальным процессом разделения.
Зачем СВЛК-1 дополняют гидроциклонами
Вибросито эффективно удаляет сравнительно крупные частицы, однако размер сетки ограничивает нижнюю границу разделения.
Если использовать чрезмерно мелкую сетку, поток бурового раствора может перестать нормально проходить через рабочую поверхность. В результате увеличиваются потери жидкости через разгрузочный край и снижается общая производительность.
Поэтому после вибрационной ступени используются гидроциклоны.
Они способны отделять более мелкую твердую фазу без применения сеток с экстремально малой ячейкой.
Сито-гидроциклонная схема распределяет задачи: вибросито снимает крупную нагрузку, пескоотделитель работает с промежуточной фракцией, а илоотделитель - с более мелкими частицами.
Как работает гидроциклон
Гидроциклон не содержит собственного вращающегося ротора.
Разделение происходит за счет движения бурового раствора, поступающего в цилиндрическую часть аппарата по касательной под давлением.
Внутри возникает интенсивный вихрь. Более тяжелые твердые частицы перемещаются к внешней стенке и постепенно направляются в нижнюю часть конуса.
Более легкая жидкая фаза концентрируется ближе к оси вращения и выходит через верхнюю часть.
Таким образом, гидроциклон разделяет смесь за счет различий в плотности, размере частиц и характере их движения в центробежном поле.
На результат влияют диаметр гидроциклона, давление на входе, вязкость жидкости, плотность твердой фазы и размеры выпускных отверстий.
Пескоотделительная ступень
В типовой конфигурации СГУ-1-60/45 на базе СВЛК-1 используется пескоотделитель ПГС-2.
Он включает два гидроциклона диаметром 250 мм.
Для такой конфигурации производителем заявлена пропускная способность пескоотделителя не менее 60 л/с и минимальный напор в коллекторе 0,22 МПа.
Для варианта СГУ-1-90/90 применяется ПГС-3 с тремя гидроциклонами диаметром 250 мм и пропускной способностью не менее 90 л/с.
Большие гидроциклоны ориентированы прежде всего на удаление песчаной фракции.
При типовых параметрах бурового раствора производитель приводит диапазон частиц приблизительно 44-100 мкм, удаляемых с эффективностью не менее 95% для частиц определенной плотности.
Это расчетный ориентир, а не универсальная гарантия для любого раствора.
Илоотделительная ступень
После удаления более крупных частиц может применяться илоотделитель.
В конфигурации СГУ-1-60/45 используется ИГ-60-12 с двенадцатью гидроциклонами диаметром 100 мм.
Их суммарная пропускная способность составляет не менее 57 л/с.
Для варианта СГУ-1-90/90 может использоваться ИГ-60-16 с шестнадцатью гидроциклонами диаметром 100 мм и суммарной пропускной способностью не менее 86 л/с.
Меньший диаметр гидроциклона способствует разделению более мелких частиц.
Для типовых условий указывается диапазон примерно 25-100 мкм для твердой фазы соответствующей плотности при эффективности не менее 95%.
Фактическая граница разделения изменяется в зависимости от состава и вязкости бурового раствора.
Почему используются гидроциклоны SWACO
В рассматриваемой конфигурации применяются полиуретановые гидроциклоны SWACO.
Полиуретан подходит для подобных элементов благодаря устойчивости к абразивному износу и возможности изготовления сложных внутренних каналов.
Это особенно важно в буровом оборудовании: внутри конуса с высокой скоростью перемещается жидкость, содержащая песок и частицы горной породы.
Однако износ полностью исключить невозможно.
Постепенное изменение диаметра сопла или внутренней поверхности влияет на гидродинамику аппарата. Поэтому гидроциклоны относятся к элементам, состояние которых следует контролировать в процессе эксплуатации.
Двухступенчатое обезвоживание шлама
Комбинация гидроциклонов и вибросита используется не только для повышения тонкости очистки.
Важная задача - вернуть максимальное количество жидкой фазы обратно в технологический процесс.
Нижний слив гидроциклона представляет собой концентрированную смесь твердых частиц и бурового раствора. Если просто отправить ее в отходы, вместе со шламом будет потеряно значительное количество технологической жидкости.
Поэтому концентрат направляется на вибросито.
Жидкая фаза проходит через ситовые панели, а более сухой шлам удаляется.
Такой принцип характерен для установок класса mud cleaner и позволяет одновременно контролировать твердую фазу и уменьшать потери раствора.
Работа с утяжеленными растворами
Особое внимание требуется при очистке утяжеленного бурового раствора.
В такой системе твердая фаза состоит не только из нежелательной выбуренной породы. В жидкость специально вводится утяжелитель, необходимый для получения заданной плотности.
Если оборудование будет удалять полезную твердую фазу вместе с загрязнениями, потребуется постоянно компенсировать потери дорогостоящего материала.
Поэтому необходимо правильно выбирать ситовые панели и режим работы гидроциклонов.
Задача заключается не в полном удалении всей твердой фазы, а в селективном снижении содержания нежелательных частиц с сохранением необходимых компонентов системы.
Давление как важный параметр
Гидроциклонное разделение непосредственно зависит от давления на входе.
Без достаточной скорости потока невозможно сформировать требуемое центробежное поле.
Для типовых конфигураций установки на базе СВЛК-1 минимальный напор в коллекторах песко- и илоотделителей указан на уровне 0,22 МПа.
Если давление заметно ниже расчетного, эффективность отделения мелких частиц снижается.
Чрезмерно высокое давление тоже нежелательно. Оно увеличивает скорость потока, износ полиуретановых деталей и нагрузку на трубопроводы.
Следовательно, питающий насос должен обеспечивать не максимальное возможное, а именно расчетное давление и расход.
Роль сменных сопел
Нижняя часть гидроциклона заканчивается соплом, через которое выходит концентрированный поток.
Диаметр этого отверстия существенно влияет на работу.
Слишком маленькое сопло может привести к перегрузке твердой фазой и закупориванию.
Слишком большое увеличивает количество жидкости, уходящей вместе со шламом.
В технологической практике размер сопла подбирается в зависимости от текущего состава раствора.
Это особенно актуально на разных этапах бурения, когда количество и гранулометрический состав выбуренной породы меняются.
Работа СВЛК-1 как вибросита
Несмотря на наличие гидроциклонного блока, СВЛК-1 остается самостоятельным функциональным агрегатом.
Система может работать в разных конфигурациях: как обычное вибросито, совместно с пескоотделительной ступенью или в сочетании с песко- и илоотделителями.
Это позволяет адаптировать оборудование к текущей технологической задаче.
На участке, где основной поток содержит преимущественно крупный шлам, может быть достаточно вибросита.
При увеличении содержания мелкой твердой фазы подключаются гидроциклоны.
Производитель указывает такую вариативность режима среди особенностей сито-гидроциклонной установки.
Вибрационный режим и осушка
Для СВЛК-1 важна не только площадь сит, но и траектория колебаний.
Рабочая рама должна перемещать шлам к разгрузочной части и одновременно давать жидкости время пройти через сетку.
При слишком быстром перемещении твердая фаза может покидать оборудование с большим количеством бурового раствора.
При слишком медленном - рабочая поверхность начинает перегружаться.
Поэтому настройка вибрации всегда является компромиссом между производительностью и степенью осушки.
В составе СГУ применяется режим, ориентированный в том числе на улучшение обезвоживания шлама.
Угол наклона рабочей рамы
СВЛК-1 позволяет изменять угол вибрирующей рамы до 5°.
Это относительно небольшой геометрический диапазон, но его влияние на процесс заметно.
При изменении наклона меняется глубина слоя жидкости и время пребывания шлама на сетке.
Оператор может добиться более интенсивной осушки или, наоборот, ускорить разгрузку.
Регулировка особенно полезна при изменении свойств раствора.
Например, повышение вязкости требует иной настройки, чем работа с более текучей жидкостью.
Значение ситовых панелей
Рабочая поверхность вибросита состоит из нескольких съемных панелей.
Для СВЛК-1 используются преднатянутые панели размером 1165 × 585 мм.
Предварительное натяжение обеспечивает стабильную геометрию сетки.
Если поверхность провисает, движение материала становится неравномерным, а локальные нагрузки увеличиваются.
Съемная конструкция облегчает обслуживание: поврежденную панель можно заменить отдельно.
Это важно, поскольку ситовая сетка постоянно контактирует с абразивной породой и относится к расходным элементам.
Признаки повреждения сетки
Небольшой разрыв может быть визуально почти незаметен, но существенно ухудшить качество очистки.
Через поврежденный участок крупные частицы проходят практически без сопротивления.
В результате оператор видит нормальный уровень жидкости и привычное движение шлама, но концентрация твердой фазы после вибросита возрастает.
Поэтому сетки необходимо регулярно осматривать.
Если повреждение обнаружено, панель желательно заменить или восстановить предусмотренным производителем способом до продолжения длительной эксплуатации.
Неравномерная подача раствора
Для эффективной работы желательно использовать всю доступную площадь сит.
Если поток поступает только в центральную или боковую часть, отдельные панели перегружаются, а остальные работают не полностью.
Это увеличивает износ и уменьшает фактическую пропускную способность.
Приемная часть установки должна снижать скорость входящего потока и распределять его по рабочей поверхности.
Правильное распределение особенно важно при значительной циркуляции.
Даже большое вибросито не покажет расчетную эффективность, если большая часть его площади практически не участвует в разделении.
Абразивный износ оборудования
Буровой шлам содержит кварц, песок и другие твердые минералы.
При постоянном движении они постепенно изнашивают металлические и полимерные поверхности.
Особенно нагружены ситовые панели, гидроциклонные сопла, внутренние стенки конусов, коллекторы и участки подачи раствора.
Износ нельзя полностью устранить конструктивно.
Задача обслуживания заключается в том, чтобы обнаружить его до существенного изменения характеристик установки.
Плановый контроль обычно обходится значительно дешевле аварийной остановки всего блока очистки.
Работа с растворами на углеводородной основе
Сито-гидроциклонные установки могут работать не только с водными буровыми растворами.
Для конфигураций СВЛК-1 производитель указывает применение материалов и уплотнений, рассчитанных в том числе на работу с растворами на углеводородной основе и соответствующие температурные условия.
При такой эксплуатации особое значение имеет химическая стойкость полимеров.
Неподходящее уплотнение может разбухнуть или потерять механические свойства.
Поэтому любые заменяемые детали должны подбираться не только по геометрическим размерам, но и по совместимости с рабочей средой.
Безамбарное бурение
Одним из направлений применения установки является безамбарное и малоотходное бурение.
При таком подходе стремятся сократить количество жидких отходов и организовать контролируемую переработку шлама.
Чем больше бурового раствора удается вернуть из отходов в циркуляционный контур, тем меньше объем материала, требующего дальнейшего обращения.
Поэтому осушка шлама становится самостоятельным технологическим показателем.
Комбинация гидроциклонов и вибросита позволяет одновременно выполнять тонкую очистку и уменьшать содержание жидкой фазы в удаляемой породе.
Габариты типовых установок
СВЛК-1 используется как база для нескольких конфигураций.
Для СГУ-1-60/45 производитель приводит максимальные габариты примерно 3176 × 1985 × 2276 мм и массу до 2900 кг.
Более производительная СГУ-1-90/90 имеет размеры до 3420 × 2245 × 2780 мм и массу до 3600 кг.
Эти значения необходимо учитывать при проектировании блока очистки, погрузке и транспортировке.
Вокруг оборудования также должно оставаться достаточно места для снятия гидроциклонов, замены сит и обслуживания виброприводов.
Унификация и модернизация
Для промышленного оборудования важна совместимость с существующей инфраструктурой.
"КубаньБурМаш" указывает, что основные размеры сито-гидроциклонных установок унифицированы с распространенными зарубежными образцами.
Практический смысл заключается в возможности замены оборудования без полной перестройки емкостей и площадок блока очистки.
Однако перед реальной модернизацией необходимо проверять рабочую документацию.
Даже близкие по типоразмеру агрегаты могут отличаться расположением отдельных присоединений, требованиями к электропитанию и сервисными зонами.
Сертификация оборудования
Для типовых установок на базе СВЛК-1 производитель указывает соответствие требованиям ТР ТС 010/2011 "О безопасности машин и оборудования" и ТР ТС 012/2011, регулирующего оборудование для эксплуатации во взрывоопасных средах.
Наличие документации имеет особое значение на нефтегазовой буровой, где возможно присутствие горючих газов.
При этом сертификат конкретного оборудования не отменяет требований к правильному монтажу.
Необходимы исправное заземление, соответствующее электрическое подключение, соблюдение зон безопасности и предусмотренные регламентом процедуры технического обслуживания.
Обслуживание гидроциклонов
Во время планового осмотра следует оценивать внутренний износ конуса и состояние сопел.
Дополнительно проверяются соединения гидроциклонов с манифольдом.
Признаком проблемы может быть изменение формы нижнего слива при неизменном входном давлении.
Если один конус работает заметно иначе соседних, его следует отдельно проверить.
Необходимо также следить за засорением отверстий крупными частицами.
Разборка выполняется только после снятия давления и безопасной остановки питающего насоса.
Обслуживание вибросита
Для СВЛК-1 контролируются ситовые панели, вибромоторы, амортизирующие элементы, крепеж и регулирующий механизм рамы.
Ослабление крепежа особенно опасно из-за постоянной динамической нагрузки.
Нестандартный шум, усиление вибрации или различие движения по сторонам рамы требуют диагностики.
Своевременное обнаружение неисправности помогает предотвратить повреждение металлоконструкции и нескольких ситовых панелей одновременно.
После длительной остановки рекомендуется также очищать оборудование от засохшего бурового раствора.
Причины снижения эффективности
Если качество очистки неожиданно ухудшилось, причина необязательно находится в гидроциклонах.
Сначала следует проверить состояние сеток.
Затем оценивается распределение потока и режим вибрации.
После этого проверяется давление в гидроциклонных коллекторах и состояние сопел.
Причиной может быть также изменение свойств самого раствора - повышение вязкости, плотности или содержания мелкодисперсной глины.
Поэтому диагностировать установку следует как единый технологический комплекс.
Экономическое значение очистки
Система контроля твердой фазы влияет на себестоимость бурения сразу несколькими способами.
Во-первых, уменьшается потеря пригодного бурового раствора вместе со шламом.
Во-вторых, снижение содержания абразивной твердой фазы уменьшает износ насосов, клапанов и трубопроводов.
В-третьих, легче поддерживать заданную рецептуру раствора, поскольку не приходится постоянно компенсировать изменение свойств большим количеством химических реагентов.
Поэтому экономику установки целесообразно оценивать не только по энергопотреблению, но и по влиянию на весь циркуляционный цикл.
Как контролировать работу установки
В течение смены полезно наблюдать за несколькими признаками.
Рабочая поверхность вибросита должна использоваться относительно равномерно.
Шлам должен двигаться к разгрузочной зоне без чрезмерного накопления.
Не должно быть постоянного перелива бурового раствора через край вместе с твердой фазой.
На гидроциклонах контролируются давление и характер нижнего слива.
Одновременно анализируются свойства жидкости после очистки.
Только сочетание визуального контроля и измерений позволяет объективно оценивать эффективность оборудования.
Заключение
СВЛК-1 с гидроциклонами SWACO купить у производителя представляет собой комбинированную сито-гидроциклонную установку для многоступенчатой очистки бурового раствора. В ее основе находится вибросито СВЛК-1, которое удаляет крупную выбуренную породу, а гидроциклонные песко- и илоотделители работают с более мелкой твердой фазой.
Типовые конфигурации различаются производительностью. В СГУ-1-60/45 используются два пескоотделительных гидроциклона диаметром 250 мм и двенадцать илоотделительных диаметром 100 мм. В более производительной СГУ-1-90/90 количество конусов увеличивается соответственно до трех и шестнадцати.
В качестве гидроциклонов применяются полиуретановые элементы SWACO, рассчитанные на работу с абразивной суспензией. Однако их характеристики сохраняются только при нормальном входном давлении, исправных соплах и отсутствии чрезмерного износа.
Базовое вибросито СВЛК-1 имеет рабочую поверхность не менее 2,7 м², регулируемое виброускорение от уровня 7,5 g и два привода мощностью по 2,3 кВт. Угол наклона рамы можно изменять до 5°.
Важным преимуществом комбинированной схемы является возможность дополнительно осушать концентрат гидроциклонов на вибросите. Это позволяет возвращать часть жидкой фазы в циркуляционный контур и уменьшать влажность отходов.
Установки такого типа особенно актуальны для малоотходного и безамбарного бурения, где большое значение имеет сокращение потерь бурового раствора и снижение объема отходов.
Производителем СВЛК-1 и сито-гидроциклонных установок на его базе является ООО ПКФ "КубаньБурМаш". Предприятие выпускает оборудование для циркуляционных систем, включая вибросита, СГУ, дегазаторы, песко- и илоотделители и другое оборудование подготовки бурового раствора.
При эксплуатации СВЛК-1 с гидроциклонами SWACO необходимо рассматривать как часть общей технологической цепочки. Ее результат зависит не только от паспортных характеристик, но и от состояния сеток, давления в коллекторах, размера сопел, вязкости раствора и производительности питающих насосов.
Регулярная проверка этих параметров позволяет сохранять эффективность разделения, уменьшать количество нежелательной твердой фазы и поддерживать стабильные свойства бурового раствора на протяжении процесса бурения.
