Анализ на содержание твердых примесей

Анализ на содержание твердых примесей используется для определения содержания:

· Песка.

· Всей твердой фазы.

· Жидкой фазы.

· Нефтепродуктов.

· Воды.

 

Наличие твердых примесей влияет на большинство свойств бурового раствора, включая плотность, вязкость, прочность геля, потери жидкой фазы и термическую стабильность. Содержание твердых примесей определяет также методы обработки раствора и состав

оборудования, необходимого для эффективного проведения буровых работ.

 

Определение катионообменной ёмкости (CEC), в том числе метиленовой синькой (MBT)

Этот анализ позволяет получить данные о текущей концентрации глинистых частиц в буровом растворе. Результаты анализа обычно выражаются в бентонитовом эквиваленте (фунт/баррель) или в миллиэквиваленте на миллилитр раствора (мэк/мл).

Обзор способов контроля содержания твердых примесей

Контроль содержания твердых примесей состоит в отслеживании накопления в растворе вредных твердых частиц и их отрицательного воздействия на систему. Повышение содержания твердой фазы оказывает нежелательное воздействие на

эксплуатационные характеристики бурового раствора и на процесс бурения. В тех случаях, когда концентрация твердой фазы малой плотности становится чрезмерной, могут возникнуть трудности при контролировании реологических и фильтрационных свойств раствора. При этом снижается скорость бурения, сокращается срок службы долота (коронки бура), возникают серьезные проблемы, связанные с высокой концентрацией твердых частиц в скважине. При буровых работах оборудование для контроля твердой фазы должно действовать в режиме технологической установки.

Цель применения оборудования для отделения твердых примесей состоит в том, чтобы отсортировать выбуренные твердые частицы. Приемлемый уровень удаления выбуренных твердых частиц составляет 90 %. Вторая задача применения этого оборудования состоит в том, чтобы удалить из обломков выбуренной породы как можно больше воды, нефти и синтетических материалов. Когда эта задача решена, разбавление водой может стать экономически выгодным. В утяжеленных буровых растворах приемлемый уровень объемного содержания твердой фазы малой плотности составляет от 3 до 6 %. В легких буровых растворах допустимая концентрация твердой фазы малой плотности – 5–7 %.

Источники появления и размеры твердых частиц

Существует два основных источника появления в растворе твердых частиц – это химические добавки и выбуренные обломки пород пласта. Химические добавки – это материалы, добавляемые в буровой раствор для сохранения его свойств. Обломки пластовых пород попадают в систему раствора, когда буровое долото врезается в породу при бурении новой скважины; эти обломки являются загрязняющим фактором, который снижает эксплуатационные характеристики бурового раствора. Если эти обломки не удалить, они будут

дробиться на все более и более мелкие частицы, которые будет еще труднее удалить из раствора. Большая часть породы пласта может быть удалена из раствора на поверхности механическими

 

методами. Мелкие частицы удалить труднее, и они сильнее влияют на свойства бурового раствора, чем крупные частицы. Размер выбуренных твердых частиц, находящихся в буровом растворе, может составлять от 1 до 250 микрон (1 микрон равен 1/25 400 дюйма или 1/1000 мм).

В следующей таблице приведены примерные размеры твердых частиц, загрязняющих буровой раствор.

 

Материал	Диаметр частиц, мкм	Номер сита	Диаметр частиц, дюймы
Глина, коллоиды	1		0,0004
	5		0,0002
Бентонит Мелкая соль Бариты Тонкая цементная пыль	10	1470	0,0004
Крупнозернистый алеврит	44	325	0,0018
	53	270	0,002
	74	200	0,003
Песок (по стандарту АНИ)	105	140	0,004
	149	100	0,006
Крупный песок	500	35	0,020
	1000	18	0,040

 

Методы контроля содержания твердых частиц

Существует два основных метода контроля:

· Использование механических средств для отделения твердых частиц.

· Разбавление бурового раствора.

 

Механические средства для отделения твердых частиц

Механические средства для отделения твердых частиц можно разделить на две основные группы:

· Механические сита.

· Центробежные сепараторы.

Кроме того, центробежные сепараторы могут быть двух типов – осадительные центрифуги и гидроциклоны. В таблице 11-2 приведены типы оборудования и размеры частиц (в микронах), которые могут удаляться с их помощью.

 

Оборудование для отделения твердых частиц	Могут удаляться…
Механические сита	Частицы размером 74 мкм при сите номер 200
Центробежные сепараторы: осадительные центрифуги, гидроциклоны	Коллоидные частицы размером до 5 мкм, твердые частицы размером 20‑70 мкм – в зависимости от размеров керна

 

Механические сита

Механическое сито, называемое также вибрационным ситом, содержит одно или больше вибрирующих сит, через которые пропускается буровой раствор, поступающий из скважины в процессе циркуляции. Вибросита для бурового раствора подразделяются по типу движения.

 

 

Существуют вибросита с круговым/эллиптическим и прямолинейным движением.

Эти типы вибросит описаны ниже:

· Вибросита с круговым/эллиптическим движением.В этих виброситах применяются ролики эллиптического сечения для того, чтобы придать ситам круговые качательные движения, что обеспечивает лучшее удаление твердых частиц при пропускании раствора через сита

· Вибросита с прямолинейным движением.В этих системах используется

прямолинейное качательное (возвратно-поступательное) движение сит, что способствует прохождению раствора сквозь сита

Сита

Эффективность сита определяется рядом характеристик, включая размеры отверстий (номер сита) и конструкцию сетки.

Сетки с квадратными ячейками
Число отверстий на дюйм	Диаметр проволоки	Ширина просвета		Площадь проходного сечения (в %)
	Дюймы	Дюймы	Микроны
20 x 20	0,016	0,0340	863	46,2
30 x 30	0,013	0,0203	515	37,1
40 x 40	0,010	0,0150	381	36,0
50 x 50	0,009	0,0110	279	30,3
60 x 60	0,0075	0,0092	234	30,5
80 x 80	0,0055	0,0070	178	31,4
100 x 100	0,0045	0,0055	140	30,3
120 x120	0,0037	0,0046	117	30,7

 

Размер ячеек. Размер отверстий в сите (размер ячеек) определяет размер частиц, которые могут быть удалены при помощи вибросита. Размер ячеек определяется номером сита – количеством отверстий на линейный дюйм, при измерении от середины диаметра проволоки. Так, например, сито 70 x 30 с ячейками продолговатой (прямоугольной) формы имеет 70 отверстий на дюйм в одном направлении и 30 отверстий на дюйм в перпендикулярном направлении. Фактические размеры отделяемых ситом частиц зависят от таких факторов, как форма частиц, вязкость раствора, скорость подачи раствора и когезионная способность частиц. Кроме того, размер отделяемых частиц может определяться и гидравлическими процессами, которые могут происходить в растворах. Некоторые растворы могут образовывать пленки с большим поверхностным натяжением на сеточной проволоке, что приводит к уменьшению размеров эффективного проходного сечения сита. В следующих таблицах приведены технические характеристики и обозначения для различных номеров сит и форм ячеек.

Сита с продолговатыми ячейками
Число отверстий на дюйм	Диаметр проволоки	Ширина просвета		Площадь проходного сечения (в %)
	Дюймы	Дюймы	Микроны
20 x 30	0,014	0,036/0,0193	914/490	41,8
20 x 40	0,013	0,0371/0,012	940/305	35,6
20 x 60	0,009	0,041/0,0076	1041/193	34,0
40 x 60	0,009	0,016/0,0076	406/193	29,4
40 x 80	0,0075	0,0181/0,0055	457/140	35,6

Конструкция сит

Сита бывают двухмерной и трехмерной конструкции. Двухмерные (плоские) сита могут подразделяться на:

· Панельные сита, имеющие два или три слоя, скрепленных по каждой стороне с помощью сплошной двухслойной профилированной ленты

· Сита с перфорированной пластиной, имеющие два или три слоя, прикрепленных к перфорированной металлической пластине, что обеспечивает жесткость сборки и простоту ремонта

· Трехмерные сита представляют собой перфорированные плоские сита, которые имеют гофрированную поверхность, расположенную параллельно потоку жидкости. Такая конфигурация обеспечивает большую площадь сита по сравнению с двухмерной. Трехмерные сита могут быть различных типов:

· Пирамидальные

· Платообразные

 

Обозначения сит

АНИ (стандарт RP13E) рекомендует, чтобы все сита имели этикетки с обозначением названия сита, потенциала разделения и пропускной способности. Потенциал разделения представляет собой проектную величину (в процентном выражении) твердых примесей, которые могут быть удалены с помощью этого сита.

Пропусканная способность сита определяется скоростью потока раствора, допустимой при использовании данного сита.

Могут использоваться и дополнительные обозначения: номер сита по американскому стандарту, аспектное отношение и коэффициент пропускания.

 

Название сита	Номер сита по стандарту США	Потенциал разделения, микроны			Пропускная способность		Аспектное отношение	Коэффициент пропускания
		d50	d16	d84	Усл, (Cond)	Площадь
Derrick PMD DX 50	48	318	231	389	6,10	7,42	1,45	45,3
Brandt BHX 50	47	327	231	349	8,85	7,28	1,43	64,4
Sweco DX 50	47	324	234	390	6,77	7,7	1,45	52,09

 

Центробежные сепараторы

Применяются два типа центробежных сепараторов:

· Осадительные центрифуги

· Гидроциклоны

Осадительные центрифуги

Осадительная центрифуга имеет в своем составе конический горизонтально расположенный стальной ротор, вращающийся с большой скоростью, и двойной подающий шнек. Этот шнек вращается в том же направлении, что и вмещающий его ротор, но скорость его вращения

 

немного меньше. Важной особенностью работы центрифуги является разбавление глинистого бурового раствора, который в нее подается. Разбавление раствора снижает вязкость подаваемого материала и обеспечивает сепарационную эффективность агрегата. Чем выше вязкость базового раствора, тем сильнее надо его разбавлять (обычно подается от 2 до 4 галлонов воды в минуту). Вязкость фильтрата (жидкого материала, выходящего из центрифуги) должна составлять для эффективной сепарации 35-37 секунд на кварту. Если значение вязкости падает заметно ниже 35 секунд на кварту, значит, было добавлено слишком много воды. В этом случае внутри ротора возникает турбулентность и эффективность процесса снижается.

Примечание:

Необходимо соблюдать рекомендации изготовителей относительно скорости подачи раствора и скорости вращения ротора.

Если для отделения твердых примесей используется одна центрифуга, то через нее следует пропускать системы растворов малой плотности. Последовательное использование двух центрифуг рекомендуется для обработки следующих систем:

· Эмульсионных систем «вода в нефти» (т. е. систем на основе нефтепродуктов и синтетических веществ)

· Высокоплотных систем на водной основе

· Систем на водной основе, для которых замена основы требует больших затрат (например, солевых растворов)

Первая центрифуга используется для сепарации барита и возвращения его в систему бурового раствора. Второй агрегат проводит обработку верхнего продукта, поступающего из первого агрегата, удаляя все твердые частицы, после чего полученная жидкая фаза возвращается в систему бурового раствора.

Примечание:

Эффективность действия центрифуги зависит от плотности и вязкости бурового раствора. Во время работы центрифуги следует регулярно проводить анализ нижнего продукта, чтобы определять объем твердой фазы малой плотности и барита, которые удаляются из раствора и сохраняются.

Гидроциклоны

В то время как центрифуга может обрабатывать только отдельные составляющие систем бурового раствора, гидроциклоны рассчитаны на обработку всего потока раствора. В состав гидроциклона входит конический резервуар (конус), в котором сила давления передается на тангенциально расположенные входные отверстия загрузочной камеры. Возникающие при этом центробежные силы многократно увеличивают скорость осаждения материалов тяжелой фазы (твердых частиц и более плотной жидкости), заставляя их двигаться по направлению к стенкам конуса. Более легкие частицы движутся к оси конуса и вверх в виде спирального завихрения по

направлению к сливному отверстию в верхней части конуса. Выпускаемая в нижней части резервуара масса называется нижним продуктом; из верхней части резервуара выходит сток, или верхний продукт. Нижний продукт должен выходить из сливного отверстия в виде мелкодисперсной струи с небольшой зоной всасывания (подсоса) в центре. Если продукт выходит в виде сплошной струи без подсоса воздуха, следует провести регулировку агрегата.

Размеры конуса и давление нагнетающего насоса определяют состав получаемых фракций. Использование более низких давлений приводит к более грубой сепарации и снижению производительности. Рекомендуется использовать конусы диаметром 6 дюймов или более.

 

---

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 659; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!