9.3.2 Механические принудительные методы очистки пж с помощью вибросит

Механические методы очистки заключаются в отцеживании буровых растворов на сетках вибросит. Их устройства используют для грубой очистки промывочной жидкости. Размеры ячеек сит составляют 0,7×2,3; 1,0×2,3; 0,16×0,16; 0,2×0,2; 0,25×0,25; 1,0×0,5; 0,4×0,4; 0,9×0,9; 1,6×1,6; 2×2; и 4×4 мм. До конца 1990-х гг. на нефтегазодобывающих объектах РФ (бывшего СССР) наиболее часто применялись вибросита отечественного производства типа: СВ-2, СВ-2Б, ВС-1.

В настоящее время все большее применение находят вибросита и очистные системы импортного («Swaco» и др.) или совместного (российско-американское — «Ucom») производства. Они отличаются высокими качеством изготовления и глуби­ной очистки.

Основные элементы вибросита это: основание 1, поддон для сбора очищенного раствора 7, приемник с распределителем потока 2, 3 – вибратор, 4 – сетка, 5 – вибрирующая сетка, 6 – амортизаторы (рисунок 9.10). Вибрирующие рамы располагаются в горизонтальной или наклонной плоскости.

Рисунок 9.10 – Схема вибросита

Вибросита делятся по типу вибрации (траектории описываемой каждой точкой вибросита при движении) на:

- круговое, дизайн первых вибросит с минимальными развиваемыми гравитационными силами;
- эллиптическое, модификация первого типа, где центр вибрации поднят над рамой и противовесы на вибраторе используются для создания эллиптического движения, меняющегося по интенсивности и форме по длине вибрационной рамы;
- линейное, использующее два вибратора вращающихся в противоположном направлении, создающие силу, направленную вверх или

вниз в момент, когда противовесы находятся в вертикальном положении, и в горизонтальном положении. Каждый из перечисленных типов имеет свои преимущества и недостатки. Вибросита с круговым движением развивают низкие гравитационные силы и обладают наибольшей транспортирующей способностью, что способствует лучшему удалению глинистых пород на верхних интервалах, уменьшая их воздействие на поверхность сетки, в то же время они обладают низкой осушающей способностью. Данный тип вибросит иногда используется для предварительной очистки раствора от крупных глинистых пород, но большее распространение для этой цели приобрели транспортеры с вращающейся крупноячеистой сеткой. Вибросита с эллиптическим движением развивают повышенные гравитационные силы по сравнению с 1 типом и обладают меньшей транспортирующей способностью по сравнению с 1 и 3 типами. Они нашли применение при работе с утяжеленными растворами и в качестве осушающих сит для пульпы из под гидроциклонов. Нужно заметить, что чем медленнее шлам удаляется с вибросита, тем интенсивнее происходит износ сеток. Вибросита с линейным движением наиболее универсальные, они демонстрируют повышенные гравитационные силы, и относительно быструю транспортирующую способность, зависящую от угла наклона рамы и положения вибраторов.

Рекомендации по выбору размера сеток для вибросит включают следующие пункты:

- необходимо устанавливать сетки на одном вибросите одного размера, допускается ставить сетку крупнее на размер в конце вибросита (чтобы основная масса раствора проходила через более мелкие сетки) при условии, что конструкция предусматривает три и более сеток;

- сетки подбираются таким образом, чтобы раствор закрывал 2/4 – 3/4 последней сетки вибросита;

- иногда частицы выбуренной породы имеют тот же размер, что и ячейки сеток и закупоривают их, что приводит к уходу раствора через вибросита. В данном случае необходимо поставить сетки на размер меньше, чтобы предотвратить закупоривание.

Твердая фаза в буровых растворах может быть разделена на 2 категории по плотности: с плотностью от 2300 до 2800 кг/м³ и плотностью выше 4200 кг/м³. Выбуренная порода, бентонит, карбонат кальция и т.д. попадают в первую категорию. Утяжелители, такие как барит, гематит относятся ко второй категории и используются в основном для достижения плотностей растворов более 1200 кг/м³ . Размеры выбуренной породы варьируются в огромных пределах от 1 мкм до нескольких сантиметров. В таблице 9.1 и на рисунке 9.11 представлена классификация частиц по размеру.

Таблица 9.1 - Классификация твердых частиц по размеру

Категория	Размеры	Примеры
Коллоиды	2 мкм и меньше	Бентонит, глины
Ил	2 – 74 мкм	Барит, ил, глинистые сланцы, алевролиты (< 200 mesh)
Песок	74 – 2,000 мкм	Песок (200 – 10 mesh)
Гравий	> 2,000 мкм	(>10 mesh)

Рисунок 9.11 - Классификация твердых частиц по размеру

Данная классификация не принимает в расчет физический состав твердых частиц, хотя используются термины «ил» и «песок». Сетки по стандарту Американского Нефтяного Института (АНИ) классифицируются в Меш – количестве ячеек на один дюйм (2,5 см). Сетка 200 меш используется для стандартного теста при определении содержания песка в растворе. 95 % частиц качественного барита проходят через сетку 325 меш (<44 мкм). Чем ближе размер частиц к коллоидному, тем больший эффект они оказывают на реологические свойства раствора.

Вибросито хорошо на столько, на сколько качественные сетки установлены на нем. На сегодняшний день на рынке предлагаются сетки от различных производителей, с различными характеристиками. Для примера, сетка 100 меш с «квадратной» ячейкой отделяет 100 % частиц крупнее, чем 140 мкм, в то время как многослойная сетка 100 меш с повышенной пропускной способностью отделяет 95 % частиц крупнее, чем 208 мкм. Эффективность такой сетки приблизительно равна сетке с квадратными ячейками размером 70 меш. В зависимости от производителя, диаметра проволоки и метода плетения одинаковым сеткам могут присваиваться различные размеры. По этому, нельзя пользоваться только этим параметром для сравнения сеток (рисунок 9.12).

Эффективность работы сеток оценивается следующими параметрами.

Рисунок 9.12 – Типоразмер сеток в мешах

Эффективность сепарации «точка разделения фракций по размеру» – для характеристики сеток используются следующие пределы D50 и отношение D84/D16. Данная комбинация показывает как четко отслеживаются данные пределы, где все частицы до определенного размера удалены и оставлены частицы меньшего размера. Так для «квадратной» сетки отношение D84/D16 будет равно 1 (рисунок 9.13). Для сеток с прямоугольным плетением значение будет выше, не желательно использовать сетки с отношением >1,5.

Рисунок 9.13 - Кривая потенциала сепарации

Открытая площадь (ОП) – площадь не занятая нитями и каркасом измеряемая в %. Так сетки одного размера с ОП 46% и 33% будут пропускать различные объемы раствора. При сравнении данного параметра нужно принимать во внимание, является ли сетка плоской или трехмерной (синусоидальной). В реальности, трехмерные сетки редко закрываются целиком раствором и значительная их часть находится выше уровня раствора и не участвует в работе.

Пропускная способность – «проницаемость» сетки, т.е. способность пропускать определенное количество раствора через единицу поверхности.

Долговечность – продолжительность работы сетки в часах до потери своей функциональной способности.

Mongoose — вибросито двойного действия [PDF]

Конструкция вибросита позволяет использовать линейное движение при разбуривании верхних интервалов разреза скважины, в которых часто встречаются активные гидрофильные глины. В этих интервалах режим работы вибросит характеризуется повышенными перегрузками, необходимыми для эффективной очистки буровой промывочной жидкости от выбуренной породы.

По мере изменения условий вибросито Mongoose простым переключением меняет движение с линейного на эллиптическое без отключения электропитания. Работа в режиме эллиптического движения позволяет снизить перегрузки и увеличить срок использования сита, обеспечить выход более сухого шлама, улучшить технологические свойства буровой промывочной жидкости и снизить производственные затраты.

ВЕМ-3 — сбалансированное эллиптическое вибросито

Сбалансированное эллиптическое вибросито (ВЕМ-3) представляет собой конструкцию открытого типа с одним уровнем и тремя сетками общей полезной площадью 3,13 м². Обеспечивает улучшенное удаление твердых частиц, максимизирует возврат буровой промывочной жидкости и имеет лучшую производительность по сравнению с другими идентичными по размерам моделями. ВЕМ-3 «Swaco» при расходе насоса 35 л/с, размере сеток 180 меш позволяет обрабатывать значительно большие объемы в отличие от линейного вибросита. Это достигается за счет равномерного распределения эллиптического движения на виброраме, соответственно, при меньшей разрушительной силе, направленной на частицы породы при максимальном ускорении силы тяжести (G-фактор).

Натяжение сеток производится с помощью быстросъемных натяжных болтов, расположенных по обеим сторонам. Угол наклона виброрамы может регулироваться в пределах от 0 до +5°.

Вибрационный узел вибросита состоит из двух взрывобезопасных вибраторов (виброэлектродвигателей) и пускателя. Эффективное ускорение силы тяжести (G-фактор) устанавливается относительным перемещением противовесов вибраторов от 0 до 100%.

Конструкция вибросита включает жалюзи для равномерного распределения потока бурового раствора по всей ширине сетки. Приемная емкость имеет приемный патрубок диаметром 254 мм, соединяемый с выкидной линией.

ВЕМ-600 — сбалансированное эллиптическое вибросито

Вибросито сбалансированного эллиптического действия второго поколения. Имеет пневматическую систему крепления сеток. За счет установки пневмогидравлического домкрата имеется возможность дистанционного регулирования угла наклона рамы. Механизм крепления сеток и регулировки угла рамы запитывается от пневматической системы буровой установки. Используется новая технология сеток «Магнум» (рисунки 9.14 и 9.15). Имеет встроенное сито предварительной очистки. Оборудован съемной приемной емкостью, распределителем потока и высококачественными вибраторами, под­доном между верхним и нижним уровнями сеток. Соответствует стандартам СЕ и NORSOK.

Конструктивные особенности:

• конструкция состоит полностью из нержавеющей стали;

• увеличена полезная площадь рабочего полотна;

• наличие индикатора положения угла рамы.

Рисунок 9.14 - Технология изготовления сеток Magnum

Рисунок 9.15 - Четырехслойные сетки Magnum

ALS-II — регулируемое линейное вибросито [PDF]

Регулируемое линейное вибросито (РЛВ-П) представляет собой конструкцию открытого типа с одним уровнем и двумя рабочими сетками. Эффективное ускорение силы тяжести (G-фактор) устанавливается относительным перемещением противовесов вибраторов от 0 до 100%. Регулировка с помощью противовесов позволяет увеличивать амплитуду до 9,5 мм и ускорение силы тяжести до 6,25 g.

Регулируемая каскадная система очистки буровых промывочных жидкостей [PDF] обеспечивает эффективное удаление шлама за счет обеспечения возможности движения рабочего полотна вибросита по линейной и эллиптической траекториям. Конструкция системы компактна и в то же время позволяет максимально удалять мельчайшую твердую фазу, что делает ее особенно удобной для морского бурения. Конструкция вибросита включает в себя систему гидроциклонов и вибросито для удаления мелких частиц выбуренной породы из буровой промывочной жидкости, в том числе утяжеленной.

Рабочие сетки имеют пластмассовый прослой, что обеспечивает более эффективное перемещение шлама и увеличение срока службы сетки.

В вибросите ALS-II используются только две сетки размером 1219х 1219 мм в отличие от дру­гих вибросит с подобными характеристиками, в которых используются три сетки.