Дегазация бурового раствора.

Газирование раствора обычно происходит при разбуривании газоносных пластов, когда в буровой раствор попадает газ в виде мелких пузырьков.

Если буровой раствор обладает небольшими вязкостью и СНС, в очистной системе из него легко выделяются пузырьки газа. Однако при этом на поверхности раствора образуется пена, которая, попа­дая через приемы в буровые насосы, нарушает их работу. При высо­кой вязкости раствора, которая еще больше увеличивается при его газировании, газ на поверхности не выделяется, что приводит к сни­жению плотности бурового раствора и соответственно снижению противодавления на пласт, а это может вызвать газопроявления вплоть до выбросов и фонтанов.

Иногда при использовании некоторых реагентов (КССБ, ССБ и др.) в буровом растворе образуется стойкая пена в результате того, что эти реагенты способствуют «размельчению» воздуха, попадающего в раствор, и стабилизации образующихся при этом пузырьков воздуха. Этот случай «газирования» может также привести к осложне­ниям при бурении. Пеногасители не всегда обеспечивают полное уда­ление пены из бурового раствора. Поэтому, как и при газировании, приходится использовать устройства для принудительной дегазации бурового раствора, а также комбинировать механическую дегазацию с применением пеногасителей (химической дегазацией).

Для механической дегазации наиболее эффективно используются дегазаторы ДВС – 1 и ДВС – 2. Конструкции этих дегазаторов анало­гичны, но размеры и масса ДВС – 2 меньше.

Обычная схема дегазации бурового раствора при интен­сивном поступлении газа (например, при несбалансированном давлении в скважине) показана на рис. 3. Газожидкостный поток из скважины 2, дойдя до вращающегося превентора 3, через регулируемый штуцер 4 и герметичные манифольды поступает в газовый сепаратор 5, где из раствора выделяется основной объем газа. Очищенный от свободного газа рас­твор поступает на вибросито б и собирается в первой емкос­ти циркуляционной системы. Дальнейшая очистка раствора от газа осуществляется с помощью специального аппарата ­дегазатора 7. Окончательная дегазация происходит в промежуточных емкостях 1 циркуляционной системы с помощью механических перемешивателей.­

Газовый сепаратор, используемый в качестве первой сту­пени очистки бурового раствора от газа (рис. 4), представ­ляет собой герметичный сосуд сравнительно большого объе­ма, оборудованный системой манифольдов, клапанов и при­боров.

Буровой раствор из скважины через вращающийся пре­вентор и регулируемый штуцер по закрытому манифольду поступает по тангенциальному вводу 7 в полость газового сепаратора 1, где скорость потока резко снижается. В резуль­тате действия инерционного и гравитационного полей проис­ходит интенсивное выделение из бурового раствора газа, который скапливается в верхней части сепаратора и отводится по трубопроводу 5 на факел.

Буровой раствор, очищенный от свободного газа, собира­ется в нижней части газосепаратора, откуда он подается по линии 2 для очистки от шлама на вибросито.

Современные газовые сепараторы, имеющие вместимость 1 – 4 м³, рассчитаны на давление до 1.6 МПа и устанавливают­ся непосредственно над первой емкостью циркуляционной системы. Они оборудуются предохранительным клапаном 6, регулятором уровня бурового раствора поплавкового типа 3 и эжекторным устройством 11 для продувки и очистки сепара­тора от накопившегося шлама.

Эжекторное устройство работает следующим образом. Воду, а в зимнее время пар пропускают через штуцер эжек­тора 11, в результате чего в сбросовом патрубке газосепаратора создается разрежение. При открытой сбросовой за­движке 10 скопившийся на дне газового сепаратора шлам 9 вместе с частью бурового раствора устремляется в камеру эжекторного смесителя, подхватывается потоком воды (или пара) и выбрасывается из сепаратора наружу. После очистки полости сепаратора сбросовую задвижку 10 закрывают. Для контроля за давлением внутри сепаратора газовая часть его полости оборудуется манометром 4.

В период интенсивных газопроявлений и задавливания пластов буровым раствором в процессе газового выброса, когда сепаратор не в состоянии обеспечить разделение газожидкостного высокоскоростного потока, поток из сква­жины направляют непосредственно на факел. Однако такие ситуации очень редки и считаются аварийными.

Регулятор уровня раствора 3 в полости сепаратора пред­назначен для того, чтобы исключить попадание газа в слив­ной патрубок 2 очищенного раствора, так как создаются ус­ловия для его постоянного затопленного состояния с помо­щью поплавка 8.

Очищенный от свободного газа буровой раствор обычно поступает на вибросито. Однако при наличии в растворе токсичного газа, например сероводорода, поток из сепарато­ра по закрытому трубопроводу сразу подается на дегазатор для очистки от газа. В этом случае только после окончатель­ной дегазации раствор очищают от шлама.

В качестве второй, а иногда и единственной ступени очи­стки раствора от газа обычно применяют дегазаторы, кото­рые условно классифицируют на следующие типы: по вели­чине давления в камере – на вакуумные и атмосферные; по способу подачи газированного бурового раствора в камеру – на гравитационные, эжекционные и центробежные. При центробежной подаче бурового раствора используют, как прави­ло, самопродувающиеся центробежные насосы. В вакуумных дегазаторах иногда применяют самозаполняющиеся центро­бежные насосы.

Отечественной промышленностью широко используется вакуумный дегазатор ДВС.

Технологический процесс дегазации буровых растворов в двухкамерных вакуумных дегазаторах происходит следую­щим образом (рис. 5). Поступающий из скважины газированный буровой раствор проходит грубую очистку от шлама и газа на вибрационном сите и попадает в первую емкость циркуляционной системы или в специальную емкость дегаза­тора. Всасывающий клапан под действием давления бурового раствора открывается, и раствор начинает поступать в дега­зационную камеру. Для обеспечения дегазации бурового рас­твора достаточно включить вакуумный насос ВВН – 2. Так как в момент включения клапан – разрядник 5 находится в одном из крайних положений, то одна из дегазационных камер 3 подключена к вакуумному насосу, а вторая 3' сообщается с атмосферой. Работающий вакуумный насос создает в камере­ 3 разреженность, поэтому сливной клапан 1 закрыт под действием атмосферного давления.

Когда в камере 3 будет достигнута заданная величина ваку­ума, мембрана золотникового механизма 7, сжав пружину и заняв нижнее положение, переместит шток золотника и соединит мембранную полость всасывающего клапана 2 с ваку­умным ресивером 6. После этого мембрана перемещается вверх, всасывающий клапан открывается, поступающая в дегазационную камеру жидкость очищается от газа и собирает­ся в сборнике.

По мере заполнения сборника дегазированной жидкостью шток золотника 4 поплавкового регулятора перемещается под действием поплавка и системы рычагов, и при предель­ном уровне жидкости мембранная полость клапана – разряд­ника оказывается соединенной с вакуумным ресивером 6. Клапан – разрядник соединяет заполненную камеру 3 с атмо­сферой, а порожнюю камеру 3' подключает к вакуумному насосу при помощи клапана 2'. В этот момент дегазирован­ный буровой раствор начинает выливаться в емкость через сливной клапан 1. Одновременно в камере 3' создается раз­режение, и нагнетательный клапан 1¹ закрывается. Как толь­ко камера 3' заполнится буровым раствором, золотник 4' соединит мембранную полость клапана – разрядника с вакуум­ным ресивером и произойдет следующий цикл переключения камер.

Технологический режим работы дегазатора зависит от многих факторов: реологических свойств бурового раствора, его газонасыщенности, подачи буровых насосов и др. Основ­ные параметры режима работы дегазатора – глубина ваку­ума в камерах и количество обработанного бурового раство­ра.