![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Аннотация. Рассмотрены различные схемы циркуляционных систем при бурении скважин с газожидкостнымиРассмотрены различные схемы циркуляционных систем при бурении скважин с газожидкостными промывочными смесями, оценены их достоинства и недостатки. Предложена новая экологически и экономически эффективная замкнутая циркуляционная система закрытого типа. Ключевые слова: циркуляционная система, газожидкостная промывочная смесь. Проведенное маркетинговое исследование спроса на комплексную технологию бурения и крепления скважин с газожидкостными промывочными и тампонажными смесями показало, что она найдет широкое применение в следующих регионах РФ: стабильные пены и газожидкостные тампонажные смеси при бурении скважин на месторождениях с интенсивными поглощениями очистного агента − Иркутская область, Пермский и Приморский края и др.; аэрированные жидкости без твердой фазы при средних поглощениях − Читинская область, Бурятия и др.; аэрированные растворы с твердой фазой при проходке скважин долотами в неустойчивых осадочных породах − Западная Сибирь, Красноярский край, Дальний Восток и др.; водо-пенные эмульсии и аэрированные жидкости при бурении в монолитных среднетрещиноватых породах − Центральные районы России, Башкортостан и др. Поверхностно-активные вещества, предлагаемые для получения указанных смесей, представляют собой биоразрушаемые реагенты (до 92 %) и используются в бытовой химии. Концентрация отдельных добавок не превышает нормативные значения, указанные в работах [1, 5]. Для охраны окружающей среды газожидкостные промывочные смеси при выходе из скважины должны отводится в циркуляционную систему, в которой производится их разрушение. Эффективность __________разрушения пенных систем зависит от многих факторов. В том числе, и от содержания в растворе поверхностно-активных веществ (ПАВ), твердой фазы (разбуренной породы) и разного рода добавок (химические реагенты-стабилизаторы, КМЦ, ГПАА, гипан и др.). В практике бурения скважин применяются циркуляционные системы открытого и закрытого типа [6]. В первом случае газожидкостная промывочная смесь сбрасывается в окружающую среду, вызывая ее загрязнение. Во втором обеспечивается ее разрушение и регенерация раствора ПАВ для последующего его использования в технологическом процессе проходки скважины. Экологически и экономически наиболее эффективной является замкнутая циркуляционная система закрытого типа, которая обеспечивает безотходную технологию промывки скважин. В циркуляционной системе происходит выведение из газожидкостной промывочной смеси жидкой и твердой фаз. Раствор ПАВ идет для повторного использования, а твердая фаза − для ликвидационного тампонирования скважин. Все существующие способы и технические средства, применяемые для разрушения газожидкостных промывочных смесей, делятся на химические, механические, физические и комбинированные. Яковлев А. А., Турицына М. В. / НауковіпраціДонНТУ. Серія «Гірничо-геологічна». Вип. 14(181). 2011 р. С. 186–190 Химический метод по данным работ [2, 6] в условиях бурения с газожидкостными промывочными смесями не применим. Механические способы разрушения газожидкостных промывочных смесей достаточно детально рассмотрены в работах [2, 6]. К ним относят разрушение пены с помощью двух дисков, вибрационным способом, с использованием вакуумных дегазаторов. Последние представлены двумя схемами − первая с подачей жидкости в вакуумный резервуар, вторая − за счет подсоса воздуха вакуумным насосом. Второй способ применяется в экспериментальных исследованиях [3]. В практике геологоразведочного бурения оба способа не нашли широкого применения. Известен пеногаситель турбинного типа, в котором разрушение газожидкостной промывочной смеси достигается за счет центробежно-ударного воздействия на нее и быстрого снижения давления в потоке жидкости, движущейся с большой скоростью от всасывающего патрубка по каналам, образуемыми лопастями турбины. В б. ВНИИБТ был разработан и испытан пеноразрушитель циклонного типа. Он показал хорошие результаты при разрушении стабильных пен, полученных на основе сульфонола. В практике разведочного бурения наиболее широкое распространение получили устройства эжекторного типа. Один из них (ПЭ) был разработан в ВИТРе. Для его работы требуются относительно большие удельные расходы сжатого воздуха. В работе [4] приводится новая конструкция эжекторногопеноразрушителя (ЭП) с кольцевой камерой. По данным экспериментальных исследований видно, что при разрушении двухфазной пены, состоящей из 1%-го раствора поверхностно-активных веществ, она полностью не разрушалась. Так, например, устойчивость пены до ЭП составляла 18,2, а после − 3,5 с/см3. Не известно, как будет работать данное устройство, имеющее кольцевую камеру с зазором 0,001÷0,002 м, при наличии в газожидкостной смеси твердой фазы. К физическому разрушению относят термический и акустический способы. Термический способ, в основном, реализуется путем воздействия на пену тепла, излучаемого нагреваемой поверхностью. Примером акустического способа пеноразрушения может служить ультразвуковые пеноразрушители типа УАДП-1 и УАДП-В-2. Однако для их работы требуется большая подача сжатого воздуха (до 1,5 м3 на 1 м3 пены). Все рассмотренные устройства (пеноразрушители) предназначены только для разрушения двухфазной пены. В практике же бурения газожидкостная промывочная смесь, как правило, несет определенное количество твердой фазы. По данным ВИТРа, при алмазном бурении содержание твердой фазы в газожидкостной смеси с размерами фракций до 0,0003 м достигает до 96%, а при твердосплавном до 80%. Как указывается в работе [4], частицы породы фракций от 0,0002 до 0,0003 м в статическом состоянии могут удерживаться в пене до ее полного разрушения. Отделение твердой фазы с размерами частиц менее 5×10-6 м из промывочной жидкости техническими средствами не обеспечивается [5]. При бурении шарошечными долотами размер частиц разрушенной породы может достигать до 0,015 м. В работе [2] указывается, что на забое скважины могут оставаться частицы металла и твердого сплава из-за разрушения породоразрушающего инструмента (долото, коронка) с эквивалентным диаметром до 0,01 м. Однако это не вызывает опасности возникновения аварийных ситуаций, так как известно, что пена может удерживать разные материалы (песок, оксид и сульфид железа, нефть и др.) [3]. Все транспортируемые из скважины твердые частицы должны быть отделены от раствора ПАВ. Рассмотрим наиболее широко применяемые при бурении скважин с пеной циркуляционные системы. Циркуляционная система с двумя эжекторными устройствами, разработанная сотрудниками б. Норильской ГРЭ и б. отраслевой научно-исследовательской лабораторией технологии и техники разведочного бурения ЛГИ представлена на рис.1. Газожидкостная промывочная смесь, выходящая из скважины, отсасывается эжектором. Под действием струи сжатого воздуха происходит ее частичное разрушение. В дальнейшем идет ее самопроизвольный распад в зумпфе емкостью до 6 м3. В отстойнике происходит естественное осаждение шлама. Из зумпфа раствор ПАВ откачивается центробежным насосом для повторного использования. Второй эжектор служит для дополнительного разрушения пены, остающейся в зумпфе. К основным ее недостаткам можно отнести то, что отделение твердой фазы основано на самопроизвольном Яковлев А. А., Турицына М. В. / НауковіпраціДонНТУ. Серія «Гірничо-геологічна». Вип. 14(181). 2011 р. С. 186–190 осаждении твердых частиц разбуренной породы под действием гравитационных сил. При этом происходят большие потери (до 10÷20%) раствора ПАВ [5]. Рис.1. Схема циркуляционной системы с двумя эжекторными устройствами: 1 – направляющая труба, 2 – бурильные трубы, 3 – эжектор, 4 – воздухопровод, 5 – зумпф, 6 – емкость для шлама, 7 – емкость для жидкой фазы, 8 – насос для забора раствора ПАВ, 9 – воздухопровод, 10 – эжектор Мелкие частицы шлама не осаждаются и, чем меньше размер частиц, тем сложнее их отделить от пены. Кроме того, затруднена чистка зумпфа от шлама; откачиваемая жидкость может содержать тонкие (до 0,00005 м) частицы шлама, не выпавшие в отстой; и, наконец, вторым эжектором может выбрасываться в окружающую среду воздух с частью не разрушенной газожидкостной промывочной смесью, содержащий тонкие фракции частиц породы. Рис. 2. Схема циркуляционной системы с циклоном: 1 – направляющая труба, 2 – бурильные трубы, 3 – герметизирующее устройство – превентор вращающегося типа, 4 – отводная труба, 5 – циклон, 6 – заслонка, 7 – вентилятор, 8 – зумпф, 9 – крышка люка для удаления шлама, 10 – шлам в накопителе, 11 – центробежный насос, 12 – емкость для сбора раствора ПАВ для повторного использования Яковлев А. А., Турицына М. В. / НауковіпраціДонНТУ. Серія«Гірничо-геологічна». Вип. 14(181). 2011 р. С. 186–190 Циркуляционная система с циклоном приведена на рис.2 [6]. Особенностью этой системы является принудительное отделение твердой фазы из газожидкостной промывочной смеси. Из скважины газожидкостная промывочная смесь по отводной трубе поступает в циклон, где разделяется на жидкую пульпу, сбрасываемую в зумпф, и воздух, отсасываемый вентилятором. В зумпфе происходит естественное осаждение твердых частиц из жидкости. Шлам извлекается из шламонакопителя при открытии крышки люка по окончании рейса. Это улучшает геологическое опробование в тех случаях, когда выход керна при бурении очень низок и его недостаточно для опробования. Для достижения требуемого режима отсос воздуха вентилятором регулируется с помощью заслонки. Недостатки этой системы сводятся к следующим: система работает только при установке на устье скважины герметизирующего устройства; твердая и жидкая фазы газожидкостной промывочной смеси сбрасываются в зумпф совместно; отделение твердых частиц, как и в первой циркуляционной системе, достигается за счет гравитационных сил. Авторами предложена новая замкнутая циркуляционная система закрытого типа для бурения скважин с применением газожидкостных промывочных смесей, рис.3. Яковлев А. А., Турицына М. В. / НауковіпраціДонНТУ. Серія «Гірничо-геологічна». Вип. 14(181). 2011 р. С. 186–190 логоразведочных скважин с промывкой пеной. – СПб.: Недра, 1996, 179с. 5. Экологизация промывки при бурении скважин. / А.М. Яковлев, В.С. Литвиненко, В.И. Коваленко, А.Н. Холодок. − СПб.: СПГГИ (ТУ), 1994, 43с. 6. Яковлев А.М., Коваленко В.И. Бурение скважин с пеной на твердые полезные ископаемые. − Л.: Недра,__ Рис. 3. Замкнутая циркуляционная система закрытого типа для бурения скважин с применением газожидкостных промывочных смесей: 1 – направляющая обсадная труба, 2 – бурильные трубы, 3 – воздухоподводящая труба, 4 – эжектор, 5 – циклон, 6 – вентилятор, 7 – электродвигатель, 8 – пористая шламоприемная камера, 9 – корпус шламоуловителя, 10 – насос для забора раствора ПАВ, 11 −съемный контейнер для сбора разрушенной породы, 12 − зумпф для сбора раствора ПАВ В отличие от существующих в предлагаемой схеме используется эжекторный отвод пены из скважины совмещенный с циклоном для принудительного отделения газовой фазы от твердожидкой смеси. Поскольку газовая фаза может включать в себя определенное количество неразрушенной газожидкостной промывочной смеси, несущей коллоидные частички породы, применяется отсос и отвод этой смеси в шламоулавливающее устройство. Внутри него удерживается мелкий шлам. Далее воздух выводится в окружающую среду. Шлам из циклона сбрасывается в специальный пористый контейнер. Жидкость, содержащая ПАВ, вытекает в зумпф, из которого она откачивается центробежным насосом в зумпф циркуляционной системы. Шлам легко извлекается из камеры зумпфа в специальном контейнере через люк. Полученный шлам может быть использован для порейсового отбора проб проходимых пород и для ликвидации скважин. Яковлев А. А., Турицына М. В. / НауковіпраціДонНТУ. Серія«Гірничо-геологічна». Вип. 14(181). 2011 р. С. 186–190 Предлагаемая система обеспечивает лучшие экологические условия, по сравнению с существующими циркуляционными системами, исключая загрязнение окружающей среды; облегчает отбор порейсовых проб пород при низком выходе керна; уменьшает расход дорогостоящих ПАВ и воды, тем самым, снижая стоимость буровых работ.
|