固体控制原理

相对于在石油和天然气工业中使用钻井液,在水平定向钻井(HDD)行业中使用钻井液是新的。即使在今天,针对HDD钻井液的大量研究与开发仍被认为是寡头垄断。但是,这种趋势强烈表明,HDD钻探的未来将遵循传统石油和天然气行业经历的类似演变。

固体控制原理

将钻井液的发展与不断增加的废物管理和处置成本结合起来,利用钻井液的经济实用性完全取决于回收和再循环的能力。尽管重晶石和膨润土的成本继续被商品化,但是添加剂变得越来越昂贵。加上合格人员成本的不断攀升,HDD钻机操作员面临着一个严峻的挑战:当业务成本不断增长时要盈利。

在解决钻井液的经济学问题时,HDD钻机操作员必须清楚地了解可用回收过程背后的基本操作原理。以下内容提供了对HDD固体控制和钻井液管理背后的关键原理的实际理解。话虽如此,以下讨论不应被认为是详尽的。最终,应咨询钻井液以及固体控制和废物管理设备的制造商。

固体控制系统 

在部署“固体控制系统”时,必须考虑几个关键的液压设计因素。这些因素只是提供了“液压平衡”的固体控制系统,但是,固体控制系统的购买者不应忽视其功能和优点所带来的耐用性,可靠性和投资回报。

典型的HDD固体控制系统将采用振动筛,水力旋流器,混合,泵和分隔罐技术。振动筛对固体控制系统至关重要,被认为是第一道防线。直接在振动筛下游的是一个水力旋流器组件,该组件将使用除泥器,除砂器或同时使用这两者。尽管仍被认为是罕见的,但可离心分离的固体控制系统正变得越来越流行。通过添加离心机,固体控制系统将达到当今市场上最高的切割水平。

摇床

适当设计的固体控制系统的第一道防线是振动筛。当泥浆流过振动筛的表面时,振动筛会从钻井液中除去固体。小于筛孔的颗粒与泥浆的液相一起通过筛孔。太大而无法通过筛子的颗粒由此与泥浆分离以进行处理。如果在最初的去除步骤中没有对钻井液进行适当的筛分,下游设备的效率和效率就会降低。下游水力旋流器和/或离心机(如果使用)将超出其设计能力而过载。

有许多商业要求表明,振动筛可以实现低于74微米的固体切割,但是,在固体控制系统的实际安装和使用方面(例如,相对于流速,钻井液粘度,筛分条件,体积)操作人员等应保守地假定100微米为性能极限。

振动筛

基本上,筛子充当“通过/不通过”量规:要么粒子足够小,要么可以通过筛子。固体控制设备中使用的筛网通常由多层编织丝网筛网制成,是振动筛的“灵魂”。从根本上讲,振动筛的质量由其使用的筛网质量决定。选择固体控制系统时,重要的是要考虑筛网制造的质量和生产中筛网的经验水平。

如果系统设置有剥皮系统和精细筛网系统,则剥皮筛网的尺寸必须足够粗,以确保钻井液不会从振动筛上滑落(即,整个泥浆流失)。当剥皮筛网太细而无法使钻井液进入固体控制系统的脏水箱时,就会发生这种情况。 HDD应用程序的典型缩放屏幕配置范围从50目(API 50)到120目(API 100)。典型的精细筛网配置范围是160(API 120)到200目(API 170)。随着越来越多的承包商将注意力集中在他们试图在流体中实现的微米级切割点上,API 13C分类在HDD行业中越来越受欢迎。

相对于振动筛而言,决定筛网分离颗粒尺寸的是筛孔的大小,而不是筛孔数。正是由于这个事实,HDD系统用户应根据其API 13C名称比较和指定屏幕。

水力旋流器

水力旋流器是简单的机械设备,没有活动部件,旨在加快沉降过程。进料压力根据斯托克定律转换为圆锥体内的离心力,以加速颗粒沉降。本质上,旋风分离器是微型沉降坑,可在受控条件下使固体快速沉降。水力旋流器在固体控制系统中已经变得很重要,因为水力旋流器能够有效地去除比最细的筛网更小的颗粒。有许多工业要求表明,水力旋流器可实现低于25微米的固体截割,但是,在实际安装和使用固体控制系统时(例如,相对于泵叶轮磨损,钻井液粘度,内部水力旋流器磨损,等),操作人员应保守地假定30微米为性能极限。

钻井泥浆在离心进料泵的压力下进入旋风分离器。泥浆的速度导致颗粒在圆锥体的主腔室内快速旋转(即像瓶中的龙卷风一样)。轻,细固体和泥浆的液相向内和向上盘旋,以通过液体出口排出。重而粗的固体趋于向外和向下盘旋,以通过固体出口或在流动下排出。

离心机

像水力旋流器一样,离心机旨在加快沉降过程。根据斯托克定律,旋转速度会在旋转组件内部转化为离心力,从而加速颗粒沉降。本质上,离心机是微型沉降坑,可在受控条件下使固体快速沉降。离心机虽然比水力旋流器复杂得多,但它具有达到极精细切割点的优势。

与原型振动器/水力旋流器系统相比,离心机可以将切点提高6倍,并且可以显着延长钻井液的使用寿命。 KEMTRON具有丰富的应用经验,在使用离心机与标准固体控制设备配合使用时,钻井液的寿命增加了10倍(钻井液寿命的总改善取决于所产生固体的粒度分布和降解寿命周期)钻井液中的固体含量)。

有效固体控制系统摘要

为了实现有效的固体控制,应采取几个步骤。首先,获得一个有效,可靠和持久的固体控制系统。确保获得的固体控制系统为;液压平衡;能够进行头皮切割和精细切割;并具有足够的钻井液混合和再循环能力。钻孔时请勿绕过泥浆搅拌器或其他固体控制设备。在页岩振动筛上使用尽可能小的筛网;这将随着编队的变化而变化,并且将要求操作员维护各种屏幕。始终保持足够的库存,以备建议的备件和筛网使用。最后,同样重要的是,良好的固体控制系统只有在您认证并指派钻机人员负责设备操作和维护时才有效。通过采用这些步骤中的每个步骤,操作员可以实现改进的钻机性能,提高的钻速,减少废物处理成本并降低泥浆成本。