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【本周专题:油田化学】立式钻屑干燥器,你真的了解吗?

【本周专题:油田化学】立式钻屑干燥器,你真的了解吗?

该技术可将WOC及OOC的含水量由25%降至2.5%。

来自 | Elgin Separation Solutions
编译 | 张德凯 影子

如果离心机得到合理的使用,它们会提高钻井液的使用性能,从而提高钻井效率。离心机能够保持钻井液的使用性能,还能降低钻井液损耗和添加剂成本。

尽管离心机具有诸多优点,但在钻井技术的快速发展过程中,以离心技术为基础的碎屑控制系统并没有兑现其全部应用潜力。上述问题主要由两方面原因造成:首先,作为第一道处理工艺的泥浆振筛器无法有效清除钻井碎屑,大量的固体杂质进入泥浆循环系统;其次,第二道处理工艺,即碎屑控制离心机,只能处理整个泥浆循环量的25%。

随着技术不断发展,现代钻探设备更要持续以油藏更深、速率更快、钻进时间更长来制定标准。同样,随着全球油气产量的不断提升,碎屑控制系统产生的废固、废液量显著增加。油气行业从未面临如此紧迫的局面,如何建立一个有效的固体控制系统,优化钻井液组成,实现钻井碎屑分离是一个必须解决的问题。如果能够合理使用立式碎屑干燥器(VCD),可以显著降低废弃物处置成本、减少处理过程泥浆损失量、提高钻井液处理效率,发挥泥浆振动筛和离心机的全部应用潜能。现在,只需要常规卧螺离心机系统的投入,就可实现上述所有功能。

VCD的应用

常规的流线型泥浆振动筛过滤得到的碎屑油含量(OOC)或水含量(WOC)高达25%。以该数据为基础,保守估计,由于碎屑清理不彻底,平均每口井每分钟就会损失5加仑钻井液,如果每天钻井10H,每口井就会损失3000加仑钻井液(71桶)。

与常规泥浆振动筛不同,VCD专用于解决分离不彻底的问题,有效回收依附于钻井碎屑的钻井液。实际应用中,VCD的安装原则是使泥浆振筛器分离后的碎屑马上注入VCD中,回收钻井液,一般来说,钻井碎屑与钻井液接触时间越短,VCD的分离回收效率就更高。

卧螺离心机与VCD有很多相似之处,然而他们的效果却大相径庭。离心机主要用于废固的分离,固体碎屑一般称为溢流(也称为滤饼、固体出料),回收液称之为底流(或离心分离液)。

与卧螺离心机不同,VCD主要用于回收固体废弃物中高价值的钻井液。对VCD来说,回收得到的钻井液相当于卧螺离心机得到的离心分离液(滤液),固体废物则为底流,或固体出料。与卧螺离心机相同的是,滤液中含有大量的钻井液和超细微固体碎屑,而固体出料中钻井液含量极低,大部分为粗糙颗粒。二者的处理目标都是尽可能降低底流(固体出料)中的钻井液含量,其干燥程度越高,钻井液回收率越高。

由于泥浆振筛器得到的固体出料中颗粒大部分为表面润湿型,这些颗粒种类很多,包括胶状物质和粗糙颗粒。因此,当碎屑进入VCD后,在离心力的作用下,覆盖在碎屑表面的钻井液有90%以上都会被回收。

在以往的VCD技术中,能够将OOC/WOC液体含量由25%降低至2.5%并不常见。如果要达到这一目标,离心分离液中的细微颗粒必须尽量除去,一般可通过高速卧螺离心机或钻机配备的重晶石双离心分离器实现,以此达到钻井液回收利用、重新注入泥浆系统的目的。

VCD应用挑战

考虑到VCD投入使用后即可获得收益回报,其应用应该得到推广,而事实并非如此,VCD并不是当前钻机的标配,究其主要原因如下:

1.水基泥浆(WBM)应用难题

直到2014年,VCD技术都不能用于处理水基钻井液。然而,随着新型过滤介质技术的发展,VCD技术在WBM和OBM(油基泥浆)钻井环境中都可以使用。

2.胶体颗粒处理难题

在VCD技术的发展和应用过程中,胶体颗粒一直被人们视为VCD技术发展的“拦路虎”。根据以往的研究,胶体颗粒的阻碍作用具有一定的理论基础,因为较老的VCD系统中发挥主要作用的是滤饼,在这种情况下,随着胶体颗粒在滤网内表面聚集,滤饼逐渐被磨蚀掉。而现在,VCD系统已经放弃了老式的滤饼技术,胶体颗粒的影响也发生了作用,过滤器对于颗粒的耐受性更高,液流通过时都会起到清洗过滤器的作用。

3.对于大型服务商而言 VCD违背常规商业模式

通过使用VCD,钻井液回收率提高,损失量大幅减少,意味着泥浆购买量随之降低。而就服务商的利益而言,通过提供VCD技术,服务商的泥浆收益将会降低5%。

4.缺乏技术推广信息

尽管VCD的应用历史可追溯至20年前,VCD也已经覆盖世界上超过25%的钻机,但对大部分油气市场而言,VCD的宣传还不够。

利用VCD解决碎屑控制中的常见问题

在钻井作业过程中,钻井液的品质不可避免的会降低,但从理论上来讲,这一过程是可以推迟或避免的。然而,当前的碎屑控制技术还难以达到这一目标。造成这一结果的主要原因有两个:一是泥浆振筛器滤网过于粗糙;二是离心机分离得到的碎屑中湿度太大,达到25%。

大多数钻机配备的振筛器滤网目数太低(按照API滤网标准,目数低于140),另外一方面,目数低的滤网应用寿命较长,可以降低成本。

目前大多数钻机的钻井液循环速率为800~1200gpm(加仑/分钟),但最大型的离心机处理量也只有100~300gpm,所以,在实际应用中,大多数离心机只能处理全部钻井液循环量的25%。而实际情况确实,现代钻井技术产生的胶体颗粒和超细微颗粒含量越来越高,采用自然降解机理的固体控制系统分离效率无法全部移除碎屑。

在以上因素的综合影响下,采用粗糙滤网的泥浆振筛器无法达到固体碎屑有效控制的目的,即使大多数钻机上配备了离心机,其效率也不足以弥补振筛系统的不足。在过去的20年间,钻井液操作系统效率已得到显著提高,然而,当前的大多数钻机并没有对技术进行更新,仍在采用14in的碎屑分离离心机。在过去的20年间,14in分离器在尺寸方面具有一定的优势,但以目前的技术手段来说,这种优势已经不复存在了。

结论

在钻井平台上部署VCD最具成本效益、经现场验证、最有效的废弃物控制方案。常规泥浆振筛器的固体出料中OOC/WOC湿度高达25%,因此,在10小时的钻井工作内,开发商将会损失3000加仑(71桶)钻井液。假设钻井液的成本为50美元/桶,那么开发商每天的损失将高达3500美元。

假设VCD以90%的回收率工作,开发商会降低约3200美元的成本,相当于64桶钻井液重新投入泥浆系统。如果每月钻井作业10天,开发商在一年内的收益就可收回VCD成本,包括干燥器模块、可伸缩支架、控制面板、碎屑进料系统、碎屑回收系统等。

然而,提高钻井液回收率、降低其成本只是VCD应用的优势之一,假设钻井液密度为10磅/加仑,那么64桶钻井液的回收也意味着废水的处理量可降低27000磅。

在多数情况下,27000磅废水是一天的废水处理量,不仅环境受到的影响更小,也进一步节约了钻井作业的日开销。VCD处理得到的废弃物含水量更低,对于后续的处理来说(如热处理),干燥程度越高的废弃物能耗越低,因此后续的处理成本也更低。

更重要的是,如果与适合的碎屑控制系统联合使用,VCD技术会显著增加泥浆振筛器对超细微颗粒的处理能力,阻止钻井碎屑重新进入循环泥浆系统,而进入循环系统的碎屑量越少,离心分离系统的压力越低,性能越好。

振筛器改进与离心系统的联合应用会显著提高循环钻井液的性能,这对于提高钻进速率(ROP)、降低钻头/泥浆泵及相关设备的磨损都有非常重要的意义。实际上,如果使用得当,VCD还能提高固体控制系统的效率,优化钻井液性质,通过提高ROP、滤饼稳定性,降低钻头扭矩要求及钻杆阻力,钻机使用性能会明显增加。

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