Upload
trinhkhanh
View
234
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
1
BUŠOTINSKI FLUIDI
INŽENJERSTVO NAFTE I GASA
RGF
2
PREČIŠĆAVANJE ISPIRNOG FLUIDA
P-7
3
ODLAGANJEOTPADNEISPLAKE
ODLAGANJEOTPADNEISPLAKE
Cirkulacija fluida
BUŠOTINABUŠOTINAUKLANJANJE
KRHOTINAIZ ISPLAKE
UKLANJANJEKRHOTINAIZ ISPLAKE
MEŠANJEISPLAKE
MEŠANJEISPLAKE
ADITIVI
ČVRSTE Č. + FLUID
4
Oprema za izradu, obradu, čišćenje isplake i dr.:Generalno ova oprema se sastoji iz sledećeg:-Metalni bazeni sa koritima, za izradu, protok i uskladištenje isplake-Elektro mikseri-mešalice za isplaku (postavljene, takođe, u isplačnim bazenima)-Merači nivoa isplake (postavljeni na isplačnim bazenima)-Vibro sita-Hidrociklon, “Mud cleaner”, centrifuga, degaser-Vakum levak i drugi uređaji za hemijsku obradu isplake-Potisni i usisni vodovi-Centrifugalne pumpe-Isplačne pumpe-Uređaj za kontrolisanje dotoka slojnog fluida (“choke manifold”)-Jama za otpadnu isplaku
5
Otpuštanje krhotina u površinskom sistemu:
Isplaka u svom kružnom toku nosi krhotine stena na površinu. Na površini, pak, isplakom nošene krhotine iz nje treba odstraniti. U protivnom, kružnim tokom isplake krhotine bi se ponovo unosile u bušotinu, što bi uzrokovalo poteškoće u daljem radu.
Krhotine izbušenih stena, tj. čvrste čestice u isplaci mogu biti različitih oblika i veličina, a i vrlo usitnjene. Prema njihovoj gustini mogu se podeliti na čestice niske gustine 2,5-3 kg/dm3 i čestice visoke gustine preko 4. Odnos sadržaja čvrstih čestica u odnosu na gustinu isplake prikazan je na sl.1.
Sl. 1. Sadržaj čvrstih čestica u odnosu na gustinu isplake
6
Čestice male gustine (Low Gravity Solids)
Čestice male gustine uključuju sve ostale čestice u isplaci. Prosečna gustina je uobičajeno 2,6 ili 2,65 g/cm3 pri analizama čestica. LGS mogu biti:
Poželjne - čestice dodate za obezbeđenje određenihosobina isplake tj., bentonit i polimeri
Nepoželjne - nabušene čestice
7
U odnosu na isplaku, krhotine izbušenih stena mogu biti aktivne ili inertne. Aktivne čestice su uglavnom one koje sadrže gline, dok se u inertne ubrajaju: pesak, kalcit, silicijum itd.
Čestice nabušenog materijala nepovoljno deluju na:
-parametre bušenja, jer smanjuju mehaničku brzinu bušenja
-fizičko-mehaničke osobine isplake, jer nepovoljno utiču na gustinu, viskoznost, granicu tečenja, gelove, filtraciju i debljinu glinenog obloga
-oštećuju (habaju) dleto, bušaći alat, hidrociklone, delove isplačnih pumpi i dr.
Iz navedenih razloga moraju se, što je više moguće, ukloniti čestice (krhotine) probušenih stena iz isplake. To se postiže određenim mehaničkim sredstvima (optimalni raspored opreme na površini za kontrolu sadržaja čvrste faze prikazan je na sl. 2).
8
Nepovoljni uticaji nabušenih krhotina na brzinu bušenja
Velika količina krhotinasmanjuje brzinu bušenja
Uglavnom izazvanoviskoznošću i gustinom:
- Manje hidraulične snage
- Slabo čišćenje bušotine
- Veliko zadržavanjekrhotina
Čestice takođe stvaraju“jastuk” između dleta i formacije
Uticaj čvrstih čestica na brzinu bušenja
9
Komponente ispirnog fluida
ČVRSTE ČESTICE
AKTIVNEAKTIVNE
KOM. GLINEI POLIMERI
KOM. GLINEI POLIMERI
KRHOTINEKOJE
HIDRIRAJU
KRHOTINEKOJE
HIDRIRAJU
INERTNEINERTNE
MATERIJEZA
OTEŽAVANJE
MATERIJEZA
OTEŽAVANJE
INERTNE NABUŠENEČESTICE
INERTNE NABUŠENEČESTICE
10
Krhotina dimenzija20×20×20 μm ima površinu od 2400 μm2
Krhotina je podeljena na polapo svakoj stranici
Naredni rez na četiri delana svakoj stranici.
Početna česticastranice 20 μm usitnjena na čestice dimenzija stranice 2 μm. Površina je 24.000 μm2.
Idealizovan prikazpostepenogsmanjenja veličinenabušenih krhotinausled mehaničkihsila.
Razlaganje čvrstih čestica
11
Uticaj reaktivnih čestica na reologiju
Dodatak gline -malo povećanjeviskoznosti
Dodatak gline -malo povećanjeviskoznosti
Dodatak glineizaziva velikopovećanjeviskoznosti
Dodatak glineizaziva velikopovećanjeviskoznosti
5% 10%
% Gline u isplaci
Visk
ozno
st
12
Tri načina dobijanja željenih osobina fluida:
RAZREĐIVANJEDodavanje novog fluida
ZAMENADelimična zamena fluida
MEHANIČKA SEPARACIJAUklanjanje čvrstih čestica−Taloženjem−Prosejavanjem−Hidrocikliranjem (desandiranjem i desiltiranjem)−Kombinacijom desiltriranja i prosejavanja−Centrifugiranjem
13Sl.2. Raspored opreme, bušaćeg postrojenja, za uklanjanje krhotina probušenih stena iz isplake
14
Taloženje čvrstih čestica:
Efikasnost taloženja čvrstih čestica u taložnicima ispod vibro sita, isplačnim koritima, pa i u bazenima za isplaku, može se izračunati pomoću “Stokes”-ovog zakona koji glasi:
gde su:vbt - brzina taloženja na površini, (cm/s)g - gravitaciona konstanta, (cm/s2)d - spoljašnji prečnik nabušenih čestica, (cm)ρč - gustina čestica, (g/cm3)ρis - gustina isplake, (g/cm3)μ - prividna viskoznost isplake, (mPas)
Iz analize jednačine uočljivo je da je brzina taloženja obrnuto proporcionalna prividnom viskozitetu isplake, koja je pod uticajem granice tečenja, odnosno gela isplake. Brzina taloženja raste sa povećanjem veličine čestica. Postoje hemijski spojevi, tzv. flokulanti, koji kada se dodaju u isplaku vežu čestice u veće skupine, pa se brže i lakše talože. Dobrom taloženju pomaže i nizak početni gel.
( )μ
ρρ⋅−⋅⋅
=45
2isč
btdgv
15
Stokes-ov zakon
Gravitacija (1G) = 9,81 ms-2
Nabušene čestice2,6 kg/dm3 104 μm
Čestice barita4,2 kg/dm3 74 μm
Ekvivalentna brzina taloženja
16
Vreme taloženja čestica
(gustina = 2,65 kg/dm3, pad = 1,0 m)
Vrsta čestica Veličina Površina Vreme taloženja
Šljunak 10.000 μm 3,14 cm2 1 sec
Krupni pesak 1.000 μm 31,4 cm2 10 sec
Fini pesak 100 μm 314 cm2 125 sec
Silt 10 μm 0,314 m2 108 min
Bakterije 1 μm 3,14 m2 180 hrs
Koloidi 0,1 μm 31,4 m2 755 dana
Vreme taloženja za male čestice je neprihvatljivo
17
Poboljšanje gravitacione separacije
Kontinualna gravitacionaseparacija
Poboljšana efikasnost.Povećana površina taloženjadodatnim pregradama.
18
Razređivanje (razvodnjavanje):
Tokom bušenja u isplaku stalno ulaze nove čestice. Za održavanje zapreminskog procenta čestica na određenoj vrednosti, isplaci je potrebno dodavati vodu. Za svaki m3 dodane vode mora se dodati i odgovarajuća količina bentonita, barita, dispergatora i ostalih aditiva, pa se takav način regulisanja čvrstih čestica smatra najskupljim. Zbog toga se taj način vezuje za problem odbacivanja prekomerne zapremine isplake.
Zamena (osvežavanje):
Zamenom se jedan deo postojeće isplake odbacuje, a dodaje se deo nove, sveže isplake. Pri zameni isplake, njezina zapremina u radu ostaje konstantna. Takav način regulisanja čvrstih čestica je nešto ekonomičniji od razređivanja, ali je i on skup.
Prosejavanje:
Prosejavanjem se veće čestice uklanjaju iz isplake pri njenom prolazu kroz vibro sita, tj. vibrator postavljen na prvom, taložnom isplačnom bazenu. Vibrator se sastoji od konstrukcije u čijem gornjem delu su postavljena horizontalna ili kosa sita koja su povezana sa specijalnim vibrirajućim sistemom.
19
Mehanička separacija
APSOLUTNI radni opseg i efikasnost%uklonjenih
čestica
30 - 70
5 - 10
5 - 10
10 - 15
30 - 40
Vibraciona sita
Mud Cleaners
Desanderi
Desilteri
Centrifuge
150 125 100 75 50 25 0 μm
D96!!!!
20
Cilj prosejavanja je da se ukloni što više čestica iz isplake. Radi toga je potrebno koristiti sita sa što manjim otvorima, ali će time biti ograničena zapremina tečnosti koja može proći kroz sito, pa se u praksi obično koriste po dva vibratora. Uobičajene oznake sita i veličine otvora prikazane su u tabeli 1.
Tabela 1. Uobičajene oznake za vibro sita i veličine otvora:
Oznaka sita(mesh”-a)
Veličina otvora(mm)
14 x 1420 x 2030 x 3040 x 4060 x 6080 x 80
100x 100120 x 120150x 150200x 200
1,2950,8380,5410,3810,2340,1780,1400,1170,1040,074
Prosejavanjem će biti uklonjene čestice koje su veće od otvora na situ, a za početno bušenje koriste se sita sa većim otvorima.
21
Prvi i najvaPrvi i najvažžniji deo opreme za uklanjanje krhotinaniji deo opreme za uklanjanje krhotina
hObrađuje 100% cirkulacione zapreminehUklanja čestice veće od 74 µmhSeparacija usled prolaska kroz sito
Optimizacija:
hLinearno / elipsoidno kretanjehVeličina otvora i tiphNagib sita
Tehnologija vibracionih sita se primenjuje od 1930-ih(Baroid)
22
Način tkanja
PlainPlain TwillTwill HollanderHollander
Reverse Reverse HollanderHollander
Dutch TwillDutch Twill 5 Shed Twill5 Shed Twill
23
API Specifikacija
API RP-13E je postavljeni standard za vibracijskaisplačna sita
– Oznaka proizvođača (nominalna veličina - mesh )– d16, d50 i d84 “cutt” tačke– Vodljivost– Ram i površina koja nije pod otvorima
24
Hidrocikloni:
U hidrociklone se ubrajaju desanderi i desilteri. Razlika među njima je u prečniku konusa i njihovom broju. Desanderi imaju prečnik konusa od 152,4 mm (6”) i uobičajeno 6 komada po bateriji (uređaju), a desilteri prečnik konusa od 101,6 mm (4”) i 12 komada po bateriji.
Isplaka se u njih uvodi tangencijalno, ispod njihovog vrha, pod određenim pritiskom. Zbog jake vrtložne (centrifugalne) struje, teže se čestice sakupljaju na zidovima konusa, odakle izlaze napolje na donjem otvoru, a tečnost sa finijim česticama se u sredini penje prema gore i izlazi napolje na gornjem otvoru, sl.3.
25
Ulaz Tok s dna hidrociklona
Tok s vrha hidrociklona
Ulaz
Vrtlog
Otvor za ispuštanje tečnosti
Komora
Radni (unutrašnji)prečnikKonus
Zonamaks.trošenja
Otvor za ispuštanje krhotina
Ula
z va
zduh
a
Sl. 3. Šematski prikaz hidrociklona
26
Prečnik komore(inch)
Kapacitet(gpm)
Kapacitet(m3/h)
Tačka odvajanjaza krhotine
2,6g/cm3
(μm)
4 50 11,35 20 - 25
6 100 22,71 40 - 45
8 150 34,06 70 - 75
12 500 113,55 90 - 100
Podaci proizvođača – uglavnom optimistički
Hidrocikloni
27
Za uspešan rad hidrociklona bitne su dve komponente:
-izdašnost napajanja hidrociklona
-pritisak na ulazu u hidrociklon
Desanderi (6”) imaju izdašnost protoka oko 400 lit. po konusu, odnosno 2.400 lit. po bateriji, a desilter oko 190 lit. po konusu, odnosno 2.000 lit/min po bateriji. Pritisak na ulazu je ograničene vrednosti, tj. ne sme prelaziti 2,8 bar (40 psi). Radno područje desandera doseže za izdvanjanje čestica do 35 mikrometara, a desiltera do 15 mikrometara, ali sa različitom efikasnošću uklanjanja čestica sa obzirom na njihovu veličinu.
Tokom bušenja bitno je da se hidrocikloni upotrebe što ranije, jer se time efikasnije snižava sadržaj čestica u isplaci (prikazano na sl.4.), a njihov rad, tj. čišćenje je ispravno ako je gustina materijala koji izlazi za 0,3-0,5 kg/dm3 veća od gustine isplake.
28
Sl. 4. Poređenje između ranijeg i kasnijeg početka rada desiltera
29
Separacija usled razlike gustina
Desanderihh Prečnik: 6 - 12”h Obrađuje 125% cirkulacione zapremineh D50 tačka odvajanja 40-45 µm
Desilterihh Prečnik: 4”h Obrađuje 150% cirkulacione zapremineh D50 tačka odvajanja 20-25 µm
Hidrocikloni
30
Prečistač isplake, kombinacija desiltriranja i prosejavanja (“Mud Cleaner”):
“Mud Cleaner” se sastoji iz baterije desiltera u kombinaciji sa dvostrukim vibracionim sitom. Ispod baterije desiltera nalazi se fino vibraciono sito (200x200 mesha), pa materijal koji izlazi ispod desiltera odlazi na vibrator. Deo materijala koji prođe kroz sito ostaje u isplaci, dok se materijal sa sita odbacuje u kontejner.
“Mud Cleaner” se može koristiti i pri radu sa otežanim isplakama, kako bi se smanjio gubitak barita. U radu sa njime, iz isplake će biti uklonjene sve čestice veće od 74 mikrometra, a kako su čestice barita uglavnom sitnije, tj. manjih dimenzija od 74 mikrometra, one će biti sačuvane. Čestice manje od 74 mikrometra, koje izazivaju povišenje viskoziteta isplake ostaju i dalje u isplaci. Da bi se i one mogle ukloniti koriste se centrifuge, te se na taj način sprečava koncentracija finih čestica u isplaci, a što je naročito bitno kod primene uljnih isplaka.
31
h Desilter/desander su postavljeni iznad vibracionog sita
h Koristi se kod otežanih i / ili skupim sistemom fluida
h Odbacuje nabušene krhotine dok zadržava skupi barit, hemikalije itečnost u sistemu fluida
Mud Cleaners
32
Princip rada – Mudcleaner
Hidrocikloni(desilteri
i/ilidesanderi)
Sito sa sitnim otvorima
Odbačenekrhotine
Tok ispod sita
Čista isplaka
Povratak isplake
Ulaz isplake
################################
Tok s dnahidrociklona
33
Centrifugiranje:
Centrifuga je namenjena za uklanjanje vrlo finih čestica iz isplake, koje se ne mogu odstraniti korišćenjem do sada nabrojene opreme. Teoretski, centrifuga bi trebala uklanjati čestice do veličine od 2 mikrometra, ali je stvarni doseg u zavisnosti od efektivne viskoznosti tečnosti koja ističe iz centrifuge. Izdvojene čestice predstavljaju vrlo gustu masu u koju je, za uspešno uklanjanje, potrebno dodavati vodu.
Centrifuga se sastoji od spoljašnjeg i unutrašnjeg konusa koji rotiraju, a isplaka ulazi kroz osovinu. Spoljašnji plašt rotira velikom brzinom (1.500-3.500 o/min) najčešće 1.800 o/min, a unutrašnji u odnosu 1:80 tj. 25 o/min. Centrifuga odvaja dve vrste čestica, s tim što se svaka vrsta sa obzirom na veličinu odvaja na posebnom vodu. Čestice veće od 2 do 5 mikrometra odvajaju se u jednom mlazu, a manje od 2 do 5 mikrometra u drugom mlazu. Time se postiže odvajanje čistog barita koji se ponovo vraća u sistem, dok se ostale čestice odbacuju. Primenjuje se primarno za održavanje otežanih isplaka, ali je i kod uljnih kao i kod isplaka sa niskim sadržajem čvrstih čestica njena primena, takođe, velika.
34
Čestice u isplaci mogu se klasificirati po veličini (što je prikazano na sl.5) kao:
-koloidne čestice: 2 mikrometra ili manje
-silt : 2-74 mikrometra
-pesak : veće od 74 mikrometra
Sl. 5. Prečnici čestica u isplaci
Iz prikazane slike, uočljivo je da veličina granulacije barita veoma varira i da će se deo barita lako odstraniti iz isplake bilo taloženjem ili hidrociklonima.
μm
35
• Oprema za separciju visoke efikasnosti
• Separacija se odvija delovanjem jake centrifugalne sile u
rotacionom cilindru-konusu
• Krhotine se kotrljaju napolje i odbacuju/vraćaju.
• Deo fluida sa preliva se sakuplja /odbacuje
• Vrlo prilagodljiv uređaj
Centrifuge
36
Diferencijalna brzina ( Δn )
R N
Q
Prema dizajnu cilindraDiferencijalna brzina(Δn)Brzina rotora (g-sila) (N)Dubina (R)
Prema parametrima procesaDotok (Q)Veličina čestica (flokulacija)Viskoznost (grejanje)
Operacioni parametri
37
Degazator (odvajač gasa)
Degazator ili “Degaser” predstavlja neizostavnu površinsku opremu koja se nalazi na bušaćem postrojenju. Postavlja se između prvog i drugog isplačnog bazena i on ne odstranjuje čvrstu fazu iz isplake, već sve nepotrebne gasovite fluide koji su u nju ušli.
Uobičajeni degazatori rade, generalno, na dva principa:
-pritisku, centrifugalna pumpa utiskuje isplaku u degazator, gde se razbija na stepenastim kaskadama, pri čemu se izdvaja gas koji ide prema vrhu degazatora, a očišćena isplaka ide ka usisnom bazenu;
-pomoću vakuum pumpe.
38
KRAJ