Блок очистки бурового раствора буровой установки для бурения скважин глубиной 3200 м-курсовая работа

В курсовом проекте произведен анализ тенденции развития, анализ функционального назначения, анализ условий эксплуатации и причин отказов, анализ основных параметров, анализ конструктивного исполнения, патентные исследования.

Для анализа основных параметров возьмём очистное оборудование компании «Техномехсервис».
Компания «Техномехсервис» выпускает:
- полнокомплектные циркуляционные системы буровых установок всех классов;
- блоки очистки буровых растворов
- пескоотделители;
- вибросита;
- системы очистки на базе центрифуги и др.
Основными параметрами блока очистки являются:
- производительность;
- размеры частиц, удаляемых из бурового раствора;
- объём емкостей под буровой раствор.
Технические характеристики блока очистки бурового раствора пред-ставлены в таблице 3.
В блоке очистки применяются сита вибрационное типов СВ1ЛМ и СВ1ЛМ-02 с линейными колебаниями. Выпускаются по ТУ 39-00147001-145-96. Они применяются в составе циркуляционных систем буровых установок любого класса по ГОСТ 16293-91. Сита комплектуются кассетами ситовыми с размерами: 1440x1212 мм – для сита СВ1Л и 1140x980 мм – для сита СВ1Л-02. Кассеты изготавливаются с мелкоячеистыми сетками размерами 0,1x0,1, 0,14x0,14, 0,16x0,16, 0,2x0,2, 0,25x0,25, 0,4x0,4, 0,5x0,5 и 0,8x0,8 мм. Ос-новные параметры вибросит
приведены в таблице 4.
Зависимости параметров вибросит. Вибросито обеспечивает удаление из раствора частиц породы, размером до 0,16 мм при сохранении приемлемой пропускной способности. Пропускная способность вибросита, оснащённого сеткой с ячейками размером 0,16х0,16 мм достигает 10-20 л/с, с ячейками раз-мером 0,4х0,4 мм – 25-27 л/с и с ячейками размером 0,8-0,8 – до 100 л/с.
Очистная способность вибросита по отдельным фракциям зависит в первую очередь от размера ячейки сетки. Практически полного удаления фракций шлама с размерами частиц более 0,8 мм удалось достичь на всех ис-пытательных сетках. Частица с размером от 0,4 до 0,65 мм удаляются сетками с ячейками меньше 0,9 мм в среднем на 75 – 85%.
Из бурового раствора всегда удаляется заметное количество частиц размером меньше, чем размер ячейки сетки. Так, при использовании сетки с ячейками 0,4х0,4 мм удаляется, как правило, более 15% частиц размером меньше 0,4 мм. Это происходит в основном вследствие агрегирования мелкого шлама при сложной кинематической схеме его движения.
Потери раствора со шламом составляю не более 1%. При использова-нии сеток с ячейками 0,16х0,16 мм потери составляют 1,4 – 2%. Долговечность сеток 0,16х0,16 мм составляет примерно 196 часов.
Зарубежные фирмы выпускают вибросита, которые достигают 100% очистки раствора по фракциям с размером частиц 0,149 – 0,177 мм и менее, при этом удаляется до 50% выбуренной породы.
Пропускная способность сеток в значительной мере зависит от их “жи-вого” сечения. “живое” сечение сетки определяется отношением площади ячеек в свету ко всей площади сетки.
Зависимости параметров в гидроциклоне. Тангенциальный подвод жид-кости с определенным запасом энергии вынуждает ее к интенсивному враща-тельному движению во внутренней полости и к поступательному по винтооб-разной траектории в сторону разгрузочного пескового отверстия с образова-нием внешнего потока. Скорость частиц в каждой точке внешнего потока яв-ляется равнодей-
ствующей трёх скоростей: тангенциальной ωt, радиальной u и вертикальной υ.
При переходе потока из цилиндрической части гидроциклона в конус возрастает центробежния сила, вследствии уменьшения радиуса, а также из-за сужения конуса и незначительной пропускной способности пескового отвер-стия способствует отделению большей части жидкости от внешнего потока в радиальном направлении с образованием внутреннего восходящего потока. Последний, вращаясь в том же направлении, уходит через верхний сливной па-трубок.
Во внутреннем восходящем потоке жидкость приобретает максималь-ную тангенциальную скорость и максимальную центробежную. Именно поэто-му сепарация твёрдой фазы осуществляется, в основном, в этой области гидро-циклона.
В результате вращения потока с большой окружной скоростью вокруг центральной оси аппарата вдоль неё образуется воздушный столб пониженно-го давления, размеры которого определяются диаметрами пескового и сливно-го отверстий. Высота и диаметр воздушного столба значительно влияют на эффективность и глубину разделения неоднородной суспензии. Наряду с кру-говыми потоками раствора в гидроциклоне возникают радиальные и циркуля-ционные токи.
Тонкость и точность разделения частиц по крупности зависят от турбу-лентности потока.
Турбулентные потоки вызывают радиальное перемешивание дискрет-ных масс жидкости под действием вихрей, непрерывно зарождающихся на стенке и перебрасываемых в гущу потока. В конической части аппарата проис-ходящий процесс напоминает кипение. Частицы сепарированного материала, вращаясь у стенки, подвержены непрерывному силовому воздействию: сдвигу, опрокидыванию, вытеснению одними других.
Диаметр гидроциклона пропорцианален диаметру частиц шлама, кото-рые поступают к песковой насадке. С уменьшением диаметра достигается очистка от более тонкодисперстных частиц шлама. Количество очистки улуч-шается при увеличении размеров и плотности частиц шлама, при повышении скорости и уменьшении предельного динамического напряжения сдвига. Про-пускная способность гидроциклона пропорциональна его диаметру. С ро-стом скорости необходимо
увеличение его диаметра.
Качество очистки гидроциклона зависит от пластической вязкости, плотности бурового раствора, давления на входе и времени пребывания. Чем выше вязкость и плотность раствора, тем более крупные частицы могут быть удалены. Так при повышении вязкости эффективность очистки падает, поэтому важнейшим условием работы илоотделителя является поддержание минималь-но возможной вязкости.
Однако, для удаления тонкодисперсных частиц из вязкого бурового раствора требуется более высокое давление на входе в гидроциклон, что уменьшает время пребывания частиц в нем.
При недостаточном времени пребывания частицы не успевают дойти до стенки и попадают в слив. Время пребывания частиц в центральном потоке об-ратно пропорционально пропускной способности. Повышение последней сверх определённой нормы ведёт к ухудшению очистки.
Именно поэтому для обеспечения заданной пропускной и очистительной способности при сохранении качества очистки бурового раствора в гидроцик-лонных агрегатах применяют несколько параллельно работающих гидроцик-лонов.

1.4 Анализ конструктивного исполнения

В состав комплекта блока очистки от бурового шлама циркуляционной системы (ЦС) буровой установки входят:
- сита вибрационные;
- гидроциклонные шламоотделители (песко- и илоотделлители);
- глиноотделители (сепараторы);
- центрифуги.
По размеру удаляемых частиц шлама очистные устройства подразде-ляют-ся на средства грубой (вибросито), средней (гидроциклонные песко- и илоотдели-
тели) и тонкой очистки (центрифуги).
Созданы очистные устройства, состоящие из двух типов устройств (гидроциклонный илоотделитель и вибросито), которые называются сепарато-рами.
Для удаления газа из бурового раствора предназначены вакуумные де-газа-
торы различной конструкции.
Вибросито представляет, показанное на рисунке 1, собой механическое устройство. Вибрирующая рама располагается как в горизонтальной, так и в наклонной плоскости, а их движение может быть линейным, круговым, элипсо-образным и комбинированным.
Главным фактором, определяющими глубину очистки и пропускную способность вибросита, являются размер ячеек сита и площадь просеивающей поверхности.
На опыте установлено, что оптимальное соотношение между длиной и шириной просеивающих устройств составляет 2:1, а размеры (сетки не более) длина – 2600 мм, а ширина – 1300 мм. В зависимости от типа и дисперсного состава шлама производительность вибросита существенно изменяется.
Наибольшая производительность вибросита достигается в случае, если шлам в основном состоит из песка, а наименьшая – когда шлам представлен вязкими глинами. Также установлено, что эффективность очистки виброситом возрастает по мере увеличения времени нахождения частиц на сетке. Это мож-но достигнуть несколькими способами – увеличение длины сетки, уменьшения расхода жидкости, угла наклона сетки и амплитуды колебаний, изменением направления перемещения частиц, одновременным использованием двух по-следовательных или параллельных сеток.
Эффективность работы вибросита (пропускная способность, глубина и степень очистки) зависит, прежде всего, от типа и рабочего состояния вибри-рующей сетки. В настоящее время для очистки бурового раствора отечествен-ной промышленностью изготавливаются кассеты с однослойными сетками с размером ячейки 0,7x2,3; 1x2,3; 1x5; 0,16x0,16; 0,2x0,2; 0,25x0,25; 0,4x0,4; 0,55x0,55;0,9x0,9; 1,6x1,6; 2x2; и 4x4 мм. Для вибросита используюся сетки с переплетениями из нержавеющих проволок четырёх типов: квадратным, пря-моугольным, диагональным и двойным голландским. Наиболее часто исполь-зуется квадратное крепление. Все сетки для очистки бурового раствора изго-тавливают, как правило, в виде кассет с боковым обрамлением из листовой стали. Такая конструкция позваляет осуществлять равномерное попречное натяженеи сетки при установке её на вибросите. Кроме того, изготавливаются кассеты с одно-, двух- и трёхслойными сетками с ячейками квадратного сече-ния различного размера.
В качестве второй и третей ступени очистки циркуляционной системы от шлама используются гидроциклонные агрегаты – песко- и илоотделители раз-личной конструкции, с помощью которых удаляются твёрдые частицы разме-ром от 80 мкм до 1,5 мм. Показанный на рисунке 2, пескоотделитель – набор гидроциклонов диаметром 150 мм и более, объединённый единым подающим и сливным манифольдом. Илоотделителями считаются аналогичные устройства, состоящие из набора гидроциклонов диаметром 100 мм и менее.
Гидроциклон, показанный на рисунке 3, представляет собой конусный инерционно-гравитационный разделитель твёрдых частиц, состоящий из ко-нусного корпуса гидроциклона с верхним входным тангециальным патрубком, верхнего сливного патрубка для очищенной и нижнего разгрузочного шламо-вого отверстия.

1.5 Постановка задачи

Основная задача конструирования блока очистки бурового раствора заключается в том, чтобы применить в разрабатываемой конструкции но-вые решения, оборудование, позволяющие повысить степень очистки, надеж-ность и эффективность эксплуатации блока очистки, снизить металлоемкость, энергозатраты и обеспечить удобство и безопасность его обслуживания.
При работе гидроциклона внутренняя поверхность взаимодействует с буровым раствором и вследствие этого происходит коррозия поверхности и её абразивный износ. Поэтому для повышения эффективности работы и предот-вращения абразивного износа ставится задача по внедрению защититы кор-пуса внутри
износо- и коррозионностойким материалом.

1.6 Эскизная проработка узла конструкции

Модернизированный гидроциклон содержит корпус, включающий ци-линдрическую и коническую части, снабженные футеровкой, тангенциальный патрубок входа, сливной и песковый патрубки. Внутренняя поверхность гид-роциклона покрыта коррозионностойким материалом.
Эскизная проработка гидроциклона с защитной футеровкой показана на рисунке 4.

1.7 Патентное исследование

Целью данного исследования является поиск новых конструктивных решений в области усовершенствования конструкции гидроциклона, чтобы повысить его надежность, продолжительную работоспособность, снизить энергозатраты.
Технический уровень и тенденции развития гидроциклонов приведены в таблице 5.

Выводы
На основе выбранной конструкции скважины будет произведён расчет конструкции и основных параметров гидроциклона с перспективой усовер-шенствования защитного слоя.