авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Исследование и разработка техники и технологии регу­лирования свойств буровых промывочных жидкостей с использованием центрифуг.

-- [ Страница 1 ] --

Открытое акционерное общество

Научно-производственное объединение «Бурение»

(ОАО НПО "Бурение")

На правах рукописи

УДК 622.244.442

ДОБИК АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ

РЕГУ­ЛИРОВАНИЯ СВОЙСТВ БУРОВЫХ ПРОМЫВОЧНЫХ

ЖИДКОСТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦЕНТРИФУГ.

Специальность: 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы

(по нефтяной и газовой промышленности)

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени

доктора технических наук

Краснодар 2008

Работа выполнена в Открытом акционерном обще­стве Научно-производственное объединение «Бурение» (ОАО НПО «Бу­рение»)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Берлин М.А.

доктор технических наук, профессор Кунина П.С.

доктор технических наук Долгов С.В.

Ведущая организация: ООО Производственно-научная компания «Буртехмаш»

Защита состоится ______________________________ на заседании диссертационного совета Д.222.019.01 при ОАО НПО «Бурение» по адресу: 350063, г.Краснодар, ул. Мира 34

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО НПО «Бу­рение»

Автореферат разослан « ______ » _______________ 200 ___ г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Л.И. Рябова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы.

Оборудование для поддержания заданных свойств промывочных жидко­стей в процессе бурения является важнейшим элементом бурового комплекса, эффективная работа этого оборудования существенно влияет на технико-экономические показатели процесса строительства сква­жины. В то же время существующие агрегаты для регулирования свойств буровых растворов недостаточно эффективны, в особенности из-за плохой очистки промывочной жидкости от выбу­ренной породы. Отечественной и зарубежной промысловой практикой установлено, что повы­шению степени очистки, а также улучшению процесса регулиро­ва­ния состава и свойств буровых растворов способствуют шнековые осадительные центрифуги.

Центрифуги обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с другими средствами очистки. Они удаляют более мелкие частицы выбуренной породы по сравнению с илоотделителями. Шлам, выгружаемый из центрифуг, имеет минимальное содержание жидкости. Поэтому при работе центрифуг значительно возрастает степень очистки раствора при заметном снижении потерь. Центрифуги многофункциональны, то есть могут использоваться на различных операциях, в том числе в процессе регенерации утяжелителей буровых растворов, для сгущения пульпы гидроциклонов, осушки шламовых амбаров и т.п.

Однако, в течение длительного времени эти машины не использовались отечественными буровыми предприятиями. Важнейшим фактором, препятствовавшим внедрению в практику отечественного бурения работоспособных систем регулирования свойств промывочных жидкостей с использованием шнековых осадительных центрифуг, явля­лась слабая методическая и техническая база развития данного на­правления технологии промывки скважин. Следует отметить, что и после широкого внедрения центрифуг в отечественном бурении, произошедшего в начале 2000-х годов, наблюдается недостаточно эффективное использование центрифуг. Дорогостоящие установки нередко простаивают или работают с низкой отдачей.





Таким образом, исследования и разработки в области техники и технологии регулирования свойств буровых промывочных жидкостей с использованием центрифуг являются актуальными.

Цель работы.

Создать научно-методические основы проектирования техники и технологии ре­гулирования свойств буровых растворов с использованием шнековых осадительных центрифуг и обеспечить широкое и эффективное применение центрифуг в практике бурения.

Основные задачи работы

  1. Изучить современное состояние техники и технологии регулиро­вания свойств буровых промывочных жидкостей, проанали­зировать существующие достижения в области применения шнековых осадительных центри­фуг для обработки буровых растворов.
  2. Разработать методику прогнозирования фракционного соста­ва твердой фазы буровых растворов.
  3. Разработать методику расчета технологи­ческих параметров шнековых осадительных центрифуг применительно к условиям обработки буровых промывочных жидкостей.
  4. Изучить пути выбора рационального типоразмера специализи­рованной шнековой осадительной центрифуги для обработки буровых растворов.
  5. Разработать эффективные технические средства технологической обвязки шнековых осадительных центрифуг, в том числе создать надежные насосы для подачи бурового раство­ра в центрифугу.
  6. Разработать, классифицировать и испытать технологические схемы регулирования свойств буровых растворов с использованием шнековых центрифуг. Разработать рекомендации по рациональному взаимодействию центрифуг с другими средствами очистки.
  7. Организовать серийное производство и обеспечить внедрение шнековых осадительных центрифуг и агрегатов на их основе на буровых предприятиях. Оценить эффек­тивность центрифуг данного типа в различных геолого-технических условиях.
  8. Экспериментально изучить возможности применения фильтрующих центри­фу­г для очистки буровых растворов.

Методика исследований. Поставленные задачи решались путем проведения теоретических и экспериментальных исследований на моделях, опытных образцах в стендовых и полевых условиях. Теоретические положения проверены сравнением с опытными данными, как самого автора, так и данными, опубликованными в печати. Достоверность результатов исследований подтверждена статистической обработкой результатов экспериментов при уровнях значимости, достаточных в технических приложениях.

Научная новизна.

  1. Разработана новая методика прогнозирования распределения размеров частиц твердой фазы буровых промывочных жидкостей.
  2. Предложен новый методический подход к расчету очистной способности шнековых осадительных центрифуг при­менительно к условиям обработки буровых промывочных жидкостей, на основе которого разработаны расчетные соотношения, позволяющие проводить вычис­ление пофракционной очистной способности центрифуги.
  3. Предложена методика оценки очистной способности центрифу­ги в полевых условиях с использованием стандартных средств измерения плотности промывочной жидкости.
  4. Установлено, что при выборе типоразмера осадительной цен­трифуги следует обеспечивать рациональное соотношение между га­баритами коренных подшипников и диаметром ротора. На этой осно­ве выполнен научно обоснованный выбор типоразмера шнеко­вой осадительной центрифуги, в наибольшей степени отвечающей усло­виям бурения.
  5. Разработана новая методика расчета момента на шнеке центри­фуги. Показано, что увеличение заходности шнека нецелесооб­разно как с точки зрения очистной способности, так и в связи с воз­растанием расчетного момента на шнеке.
  6. Разработана новая методика оценки транспортируемости шлама в роторе шнековой центрифуги.
  7. Выполнена классификация технологических схем обработки бу­ровых промывочных жидкостей осадительными центрифугами. Впервые расчетным путем и на практике проанализирована эффективность использова­ния различных схем обработки буровых растворов центрифугами, в том числе во взаимодействии с виброситами и гидроциклонными шламоотделителями.
  8. Предложены новые кинематические схемы вибросит, в наилучшей степени отвечающие условиям бурения и функционирования системы очистки с участием центрифуг.
  9. Впервые показана возможность использования в системах регу­лирования свойств буровых промывочных жидкостей фильтрующих центрифуг непрерывного действия.

Практическая ценность

  1. Спроектированы и внедрены в промышленности комплектные агрегаты для обработки буровых растворов шнековыми центрифугами.
  2. Предложены и реализованы эффективные технические реше­ни­я при конструировании шнековой осадительной центрифуги для обработки буровых растворов.
  3. Разработаны надежные конструкции насосов для подачи буро­вого раствора в центрифуги.
  4. Разработаны и внедрены новые эффективные технологические схемы обработки буровых растворов с использованием шнековых осадительных центрифуг. Систематизированы существующие технологические схемы.
  5. Разработаны новые надежные устройства технологической обвязки центрифуг.

Реализация работы в промышленности

Организовано серийное производство комплектных агрегатов для обработки буровых растворов шнековыми осадительными центрифугами.

Организовано производство полупогружных бессальниковых центробежных насосов, в том числе для подачи растворов в центри­фуги.

Внедрены новые технологические схемы очистки буровых рас­творов.

Разработан и внедрен руководящий документ РД 39 Р.5799424-0001-89, включающий разработку системы очистки известково-би­тумного утяжеленного раствора двумя центрифугами.

Разработана программа расчета компонентного состава буровых растворов с учетом применения центрифуги в системе регулирования свойств буровых растворов.

Агрегаты для регулирования свойств растворов с использованием шнековых центри­фуг, разработанные автором, успешно эксплуатируются различными буровыми предприятиями, в том числе ОАО Краснодарнефтегаз-Бу­рение, ОАО Сургутнефтегаз, НК Башнефть и др.

Апробация работы

Основные положения работы докладывались и обсуждались на различных совещаниях, семинарах, конференциях, заседаниях, в том числе на Всесоюзном семинаре Академии наук «Теоретические основы химической технологии» (Москва, 1981), на Всесоюзном совещании по технологии промывки скважин (Краснодар, 1985), на Всесоюзном се­минаре по совершенствованию техники и технологии очистки буро­вых растворов (Краснодар, 1986), на заседании межведомственной комиссии по проведению приемочных испытаний опытного образца глиноотделителя на базе центрифуги (Москва, 1989), на Техническом совете ВНИИНефтемаша (Москва, 1989), на техническом совете Сум­ского МНПО им. Фрунзе (Сумы, 1991), на координационных совеща­ниях ВНИИКРнефти, (Дивноморск, 1989, 1990), на межотраслевых научно-практических конференциях ОАО НПО «Бурение» (Анапа, 2000-2007) и др.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 34 научные работы, в том числе 8 авторских свидетельств и патентов. Из них 8 работ включены в перечень рецензируемых научных журналов и изданий, выпускаемых в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 7 разделов, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Диссертация из­ложена на 381 странице, включает 72 рисунка и 12 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и приведена общая характеристика диссертационной работы.

Раздел 1. Анализ современного состояния техники и технологии регулирования свойств промывочных жидкостей в процессе бурения скважин.

Для исключения неконтролируемого изменения параметров про­мывочной жидкости в процессе углубления скважин проводится ком­плекс мероприятий, направленных на поддержание свойств промы­вочной жидкости в заданных пределах. Важнейшую роль среди этих мероприятий играет регулирование содержания и состава твердой фазы буровых растворов, в том числе механическая очистка промы­вочной жидкости от выбуренной породы. Стандартная трехступенчатая система очистки неутяжеленных растворов включает после­довательно работающие вибросито грубой очистки раствора, гидро­циклонный пескоотделитель промежуточной очистки раствора и гид­роциклонный илоотделитель тонкой очистки раствора. Трехступенчатая система удаляет недостаточное количество выбуренной породы (не более 50-60 %), допускает большие потери раствора, ненадежна в работе. На утяжеленном растворе используется только вибросито.

Компенсация недостатков трехступенчатой системы очистки возможна с помощью центрифуг, которые способны удалять из про­мывочной жидкости частицы более мелкие, чем трехступенчатая сис­тема, с минимальными потерями раствора.

В зарубежной буровой практике c 1950-х годов широко распространены шнеко­вые осадительные центрифуги. Шнековая осадительная центрифуга (рис. 1) состоит из горизонтального ротора с цилиндрическим 1 и ко­ническим 2 участками, шнека 3, шламоприемника 4 и приемника фу­гата 5. Ротор имеет цапфы 6 и 7, посредством которых он установлен в коренных подшипниках 8 и 9. Шнек 3 установлен внутри ротора с возможностью вращения в подшипниках 10 и 11. Ротор приводится во вращение от электродвигателя посредством приводного шкива 12. Вал шнека соединен с ведомым валом планетарного редуктора 13, за­крепленного на роторе с помощью фланца. Корпус редуктора 13 вра­щается вместе с ротором. Ведущий вал планетарного редуктора не­подвижен и удерживается от вращения рычагом 14, установленным на ведущем валу. Рычаг 14 опирается на упор 15, опрокидывающийся и освобождающий рычаг 14 при перегрузке.

Рисунок 1 – Устройство шнековой центрифуги

Работает центрифуга следующим образом. По неподвижной питающей трубе, проходящей внутри шнека, исходный буровой раствор через загрузочные окна 16 поступает в ротор цен­трифуги в точке соединения конического 2 и цилиндрического 1 уча­стков. В роторе раствор течет от окон 16 к сливным отвер­стиям 17. При этом частицы выбуренной породы или утяжелителя под действием центробежной силы оседают на стенки ротора, а освободившаяся от частиц жид­кость (фугат) сливается через отверстия 17 в приемник фугата 5. Так как шнек 3 вращается относительно ротора, то шнек транспортирует осевшие частицы к узкому концу ротора на выгрузку.

Поставку шнековых центрифуг буровым ком­паниям в течение многих лет осуществляет ряд известных зарубежных фирм. При исполь­зовании в качестве четвертой ступени очистки неутяжеленных буро­вых растворов центрифуги обычно обеспечивают заметное повыше­ние очистной способности системы очистки. Кроме того, центрифуги применяются для сгущения пульпы гидроциклонных шламоотделите­лей, а также для регенерации утяжелителей, двухступенчатой очистки утяжеленных буровых растворов от выбуренной породы, обезвожива­ния содержимого шламовых амбаров.

Однако импортные центрифуги дороги, тогда как более дешевая отечественная шнековая осадительная центрифуга, адаптированная к условиям бурения, долгое время не разрабатывалась. Не изучался вопрос выбора рацио­нального типоразмера шнековой центрифуги для нужд бурения. Вы­бор наиболее подходящей схемы использования центрифуг в конкрет­ных геолого-технических условиях затруднялся отсутствием методики расчета основных параметров центрифуги: очистной способности и степени очистки бурового раствора при данной механической скоро­сти бурения.

Существующие методики расчета сепарационного оборудования, в том числе центрифуг, ориентированы на вычисление граничного зерна разделения, тогда как для буровой практики значительно важ­нее уметь прогнозировать пофракционную очистную способность. Помимо этого в теории и методике расчета шнековых центрифуг для буровых растворов имеется еще целый ряд пробелов, в частности, нет эффективной методики прогнозирования гранулометрического соста­ва твердой фазы буровых растворов, поступающих на очистку в центрифуге. Существующие формулы расчета нагрузочных характеристик шнека не соответствуют данным экспе­римента. Не установлены причины наблюдаемого иногда нарушения процесса транспортирования шлама в роторе центрифуги. Многочисленные технологические схемы обработки буровых растворов центрифугами не классифицированы и не анализировались на предмет их сравнительной эффективности. Не исследовано взаимодействие центрифуг с другими средствами очистки.

Эксплуатация импортного оборудования показала, что принятая за рубежом технологическая обвязка центрифуг во многих районах буре­ния ненадежна, в частности, дороги и не надежны винтовые насосы для подачи рас­твора в центрифуги. Отсутствует устройство для ввода в циркуляцию пульпы утяжелителя, отделяемой в центрифуге при регенерации. Не определены требования к системе регулирования раствора на входе в центрифугу. Не проработаны вопросы монтажеспособности и эксплуатационной на­дежности комплектных агрегатов на базе центрифуг.

Недостаточно изучалась проблема применения в бурении других типов центрифуг, в частности, фильтрующих центрифуг непрерывно­го действия.

Раздел 2. Расчет технологических параметров шнековой осади­тельной центрифуги при работе на буровых растворах.

Разработана методика прогнозирования гранулометрического со­става твердой фазы буровых растворов. Для неутяжеленных раство­ров функцию плотности распределения размеров частиц твердой фазы бурового раствора на устье скважины впервые предлагается определять по формуле:

,%/мкм, (1)

где с1, с2 – содержание в твердой фазе частиц выбуренных в данном цикле промывки (частицы 1 группы) и частиц, длительно циркули­рующих в скважине (частицы 2 группы), соответственно, - функция распределения размеров частиц 1 и 2 группы, соответственно, %/мкм.

Функции распределения f1() и f2(), а также функции распределения размеров частиц утяжелителей предложено определять по формуле логарифми­чески нормального распределения в виде

, %/мкм, (2)

где – эквивалентный диаметр частиц, мкм, – среднее квадратичное отклонение логарифма эквивалентного диаметра, 50 – средний эквивалентный диаметр частиц, мкм.

Получены новые соотношения для определения параметров распределения:

, (3)

, (4)

где max, min – наибольший и наименьший эквивалентные диаметры частиц, соответственно, мкм.

Для частиц 1 группы рекомендуется известная формула:

max =(0,0037+0,034Dд).106, мкм (5)

где Dд – диаметр долота, м,

а также вновь выведенное соотношение:

, мкм, (6)

где – удельная поверхностная энергия разрушаемой породы, Дж/м2, Рос – осевая нагрузка на долото, Н, рд – перепад давления на долоте, Па.

Здесь , Дж/м2, (7)

где - средняя твердость по Моосу минералов, слагающих разбури­ваемую породу.

Для частиц 2 группы автором рекомендуется:

max = В, мкм, (8)

min 0,01 мкм, (9)

где В – размер ячеек сетки вибросита, мкм.

Для утяжелителей по результатам обработки опытных данных автором рекомендуется принимать для усредненных условий 50у 16 мкм, у = 0,27.

Вероятность соответствия расчетных распределений теоретическим по 2-критерию превышает 90-95%, доверительный интервал, как правило, не превышает ±10% при доверительной вероятности 95%.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.