影响固控设备的4个实例

固控设备主要主要是指钻井液振动筛、除砂器、除泥器、泥浆清洁器、钻井液离心机等用来清除钻井液中有害固相的设备。
机械设备不能清除返出地面的大部分钻屑,吧维持钻屑在一个合适的范围内,成本会非常大。稀释成为解决固相问题的主要手段。通过计算可以了解固 控设备的性能。一个简单的物质平衡计算,加入的体积等于废弃的体积。这个计算取决于固控设备可以清除返出地面100%、 90%、80%、或70%钻屑的钻井液处理系统 。很显然100%的清除效率是不可能的,因为同时有一部分液相滞留在钻屑中。流出上面的百分比,简单的表明了固控效率的方法和概念。
在废弃液中钻屑的平均体积浓度为35%。来自沉降式钻井液离心机和钻井液泥浆清洁器的底流固相体积浓度为55%~63%,来自除泥器和除砂器的底流固相体积浓度大约在35%左右。钻井液振动筛粗目筛网的废弃液固相体积浓度在45%左右,细目筛网废弃液固相体积浓度在20%左右。综合考虑所有的这些固控设备,钻屑体积浓度在35%左右。对于粗目的筛网,当流体流过钻井液振动筛清除大颗粒时清除了大部分流体,因此,虽然被筛分钻屑总体积较小,但是废弃固相体积浓度远大于通过细筛网的固相体积浓度。筛网目数越细,除去的钻屑和钻井液越多。其中的原因与钻屑的比表面积有关,例如,从钻井液捞出一个高尔夫球,它将携带很少的钻井液,但是,将球粉碎成小块,它吸附液体的体积将急剧增加。钻屑的总体积不会改变,但表面积变化很大。当表面积增大时,吸附的液体也就越多。为了检验(1)废料的量;(2)稀释钻屑所需清洁钻井液的体积;(3)新配置成的钻井液所超出的体积,将分4种钻屑的清除效率来讨论,分别是100% 、90%、80%和70%

1、固控设备100%的固相清除效率

在固相清除效率为100%的例子中,所有的钻屑都返回地面,并且全部被固控设备清除。除了钻屑外,还除去吸附在钻屑表面的钻井液。随着体积浓度为35%的钻屑被清除,废弃物也会含有65%的钻井液。如图一所示,因为从体系中清除了钻屑和部分钻井液,钻井液池液面也会下降(假设演示的孔隙度和可压缩性为零)。因为钻井液体系中不含钻屑,所以不需要用清洁的钻井液莱西市。然而,需要286bbl钻井液去补充从体系中除去的材料以保持池液
面高度不变,此时钻屑的体积浓度降低。换句话说,钻屑含量不会也不能维持在4%。在先前的例子里,钻井液中40bbl钻屑分散到1100bbl钻井液中(1000bbl初始体积机上新钻成的相当于100bbl的井眼体积),钻屑的固相含量经将为3.6%,或为(400bbl/1100bbl)×100%。每1bbl钻屑所需要清洁钻井液的比率为2.86(286bbl/100bbl)。在这个例子中,含有钻屑4%的钻井液将被稀释,钻屑的体积浓度将被降低。

固控设备

图1:100%固相清除效率

2、固控设备90%的固相清除效率

在固相清除效率为90%的条件下,从体系中除去的新钻屑为90bbl。进一步假设,废弃物中钻屑的体积浓度为35%,废弃物的总体积是(90bbl/0.35),或257bbl(图2).进入体系的10bbl钻屑必须使用固相体积浓度降至4%,10bbl新钻屑构成的固相体积浓度为4%新的钻井液体系,因此新的钻井液的体积为250bbl。250bbl钻井液由240bbl清洁的钻井液和10bbl钻屑组成。固控设备除去的体积为257bbl,这需要钻井液池能容纳稀释液。因为240bbl的清洁的钻井
液用来稀释10bbl钻屑,需要加入7bbl去保持钻井液池液面。这基本上是一个平衡系统,作为稀释钻屑用的钻井液没有过量,它又返回钻井液体系中去,如果废弃的体积和稀释所用的体积恰好相等,那么组成新的钻井液体积最小。对控制任一目标钻屑含量而言,最优的钻屑清除效率可以通过数学方程来计算,方程的限定条件为废弃物体积和稀释液体积相等。每bbl钻屑需要稀释液的比率为2.57.因为保证池液面不变的稀释液体积比稀释10bbl钻屑的钻井液
体积大,所有在钻井液体系中钻屑的体积浓度将小于4%。
钻屑的体积浓度将小于4%的目标值,钻屑的体积为初始40bbl加上使用固控设备后仍残留在体积中的10bbl,钻井液体系的体积最初为1000bbl加上257bbl新井眼的体积,大约是1100bbl。钻屑的体积浓度为3.98%。

固控设备的清除效率

图2:固相设备清除90%固相

3、固控设备80%的固相清除效率

在80%的固相清除效率情况下,将有229bbl钻屑和钻井液被固控设备排放掉(如图3)。虽然除去钻屑体积只比90%固相清除效率下少20bbl,但是所用稀释液的体积却高更多。稀释20bbl保留在体系的钻屑,使其浓度达到4%,则需要添加480bbl稀释液到体系中去。此500bbl钻井液由20bbl钻屑和480bbl清洁的钻井液组成。其中钻井液池仅仅还能容纳229bbl体积,所以有271bbl钻井液必须被废弃。废弃物的总体积为固相设备清除的229bbl钻屑和271bbl钻井液。稀释每1bbl钻屑所需的清洁的钻井液与钻屑的体积比为4.8 ,超出的钻井液的体积为271bbl。

固控设备

图3:固控设备80%的清除效率

4、固控设备70%的固相清除效率

在固控设备清除70%固相效率的情况下,清除掉70bbl钻屑需要从钻井液体系中除去200bbl的流体,其中钻屑70bbl,钻井液130bbl(见图4)。因为从钻井液体系中清除了200bbl流体,所以钻井液池面下降。仍然残留在体系中的30bbl必须稀释到4%。新钻井液中含有4%的钻屑。30bbl的钻屑必须被稀释,所以新钻井液的体积为750bbl,因此,体系必须加入720bbl清洁钻井液。在泥浆罐中,仅仅能容纳200bbl钻井液,因此520bbl的钻井液须废弃或储存起来。稀释每1bbl所需的清洁钻井液与钻屑的体积比为36/5,大约是7.2,超出的钻井液为520bbl。

固控设备3

图4:固控设备70%清除效率

5、维持4%的钻屑浓度所需清洁钻井液的量

清洁钻井液的体积是目标钻屑浓度和固相清除效率的影响因素。
图5中三角形点连线表明,用于稀释钻屑的清洁钻井液的体积小于使钻井液池液面恢复到原始位置所需的钻井液体积,目标钻屑体积浓度将下降。正方形点连线表明,在钻井液通过固相设备后,停留在钻井液中的钻屑需更多的清洁钻井液去稀释。池面将上升许多,必须将超出池液面的钻井液从体系中转移。两条线的焦点表明,在体系中使钻屑体积浓度为4%所需稀释液的最小体积。

固控设备4

图4:保持4%钻屑所需要的钻井液的量