Циркуляционные системы и оборудование

Циркуляционная система – комплекс элементов, осуществляющих изготовление, перемещение, распределение, обработку, хранение бурового раствора. Исполнение, подразумевающее количество блоков и тип оборудования, определяется максимальной пропускной способностью и минимальным объемом раствора. Его количество и свойства определяются параметрами скважины и условиями бурения.

Устройство

Циркуляционная система представляет совокупность емкостей прямоугольного сечения и механизмов, соединенных трубопроводами.
Обычно под циркуляционной системой подразумевают ее наземную часть, включающую 2 подсистемы.

Подачи раствора. Осуществляет нагнетание и регулирование подачи. Включает буровые, центробежные и подпорные насосы, приемную емкость, обвязку насосных линий.
Обработки раствора. Здесь производится приготовление, очистка, регенерация, изменение свойств.

Выделяют основные узлы циркуляционной системы.

Очистные устройства. Вибросито, центрифуга, ило- и пескоотделители, дегазатор, желоб образуют многоступенчатую очистную систему (каждая рассчитана на определенную фракцию частиц), подготавливающую отработанный раствор к повторному применению.
Буровые насосы. Обеспечивают нагнетание раствора и контролируют его подачу.
Трубопроводы. Связывают все компоненты системы, обеспечивая передвижение раствора.
• Рабочие и запасные емкости. Служат для хранения раствора. Обычно оснащены механическими или гидравлическими перемешивателями.
Резервуары. Используются для хранения реагентов, добавляемых в раствор с целью изменения свойств.

К дополнительным узлам относят доливные емкости, желоба, тенты, отопительную систему, элементы утепления и т. д. К тому же конструкцию циркуляционной системы подразделяют на модули:

технологический;
грубой очистки;
тонкой очистки;
бурового раствора;
бурового раствора с отсеком приготовки;
приготовления и подпорных насосов.

Устройства приготовления и очистки раствора размещены на низконапорной части циркуляционной линии над приемным резервуаром насосов. Их параметры определяются свойствами раствора, которые зависят от диаметра и глубины скважины. Так, очистные устройства рассчитаны на скорость подачи 0,01-0,08 м3/с, плотность от 800 до 1500 кг/м3. Последний параметр определяется свойствами пород. Обычно он составляет 1100-1300 кг/м3, пластическая вязкость – 20-40 сПа, статическое сопротивление сдвигу – от 8 Па. Смесительные устройства для восстановления и изменения свойств раствора размещены здесь же, на низконапорной части. Все оборудование соединено трубопроводами с резервуарами, задвижками, подпорными и перекачивающими насосами.

Нагнетательная линия включает трубопроводы высокого давления с запорной, контрольно-измерительной аппаратурой и предохранительным клапаном, проложенные между стояком и устьем. Модификации для холодных условий эксплуатации дополнительно оснащают системами обогрева и опорожнения.

Систему нагнетания составляют приемная емкость, нагнетательный и всасывающий манифольды, блок насосов, превентор.
В подземный участок входят каналы нисходящего и восходящего потоков. Первый сформирован полостью колонны, долотом и двигателем. Второй представлен полостью между стволом скважины и колонной.

Виды

По особенностям конструкции циркуляционные системы подразделяют на стационарные и мобильные варианты. Первые характеризуются высокой производительностью и сложностью монтажа и демонтажа. Вторые рассчитаны на меньший объем бурового раствора и отличаются меньшей производительностью. Блочная конструкция обеспечивает простоту монтажно-демонтажных работ и транспортировки. Изменен принцип очистки раствора.

Функционирование

Основные операции с буровым раствором производятся в подсистеме обработки. Его приготовление начинается с создания основы в виде нефтехимических форм (смесь, суспензия, эмульсия). Далее ее утяжеляют. После этого получают требуемые свойства путем добавления реагентов.

В дальнейшем раствор стабилизируют, контролируя его свойства и состав. Так, по завершении работ поступающий раствор очищают от газов и остатков породы.

Раствор совершает круговую циркуляцию. Из резервуаров он поступает в подпорные и далее в буровые насосы. Последние нагнетают его под высоким давлением в бурильную колонну по нагнетательной линии через стояк, гибкий рукав и вертлюг. По колонне через бурильные трубы, УБТ и забойный двигатель раствор поступает к долоту. Его давление в это время понижено ввиду преодоления сопротивления. Скорость на выходе из насадок долота обеспечивается разностью давлений. Используя оставшуюся энергию, раствор, унося выработанную породу, поднимается по затрубному кольцевому пространству. На поверхности по растворопроводу он приходит в блок очистки. После очистки раствор переходит в блок восстановления свойств и оттуда – к подпорным насосам.

Назначение

Циркуляционная система буровой установки выполняет следующие функции.

Приготовление бурового раствора. Состав и свойства определяются конкретными условиями бурения.
Нагнетание в бурильную колонну. Раствор в процессе бурения циркулирует для очистки долота и забоя от выработанной породы и выноса ее на поверхность по затрубному пространству.
Подача к гидравлическому долоту. Последнее обеспечивает разрушение породы и удаление ее частиц истечением раствора под большим давлением.
Подача к гидравлическому забойному двигателю.
Подвод от устья к приемным емкостям.
Очистка от породы и дегазация отработанного раствора для повторного применения.
Химическая обработка.
Подача к буровым насосам и доливной емкости.
Хранение с поддержанием свойств при остановке рециркуляции. Буровые имеют запас раствора в несколько объемов скважины.

Как было отмечено, циркуляционную систему разделяют по функциям на наземный и подземный участок. Первый служит для приготовления раствора, изменения его свойств, нагнетания в скважину, поддержания режима промывки. Второй подводит раствор к долоту и выносит шлам на поверхность.