Основная цель контроля твердых частиц в буровом растворе — удаление вредных твердых частиц и сохранение полезных, чтобы свойства бурового раствора (плотность, вязкость, фильтрация и др.) соответствовали требованиям бурового процесса. Рациональный контроль твердых частиц позволяет:
- Предотвращать закупорку и повреждение нефтегазовых пластов;
- Снижать крутящий момент бурения и трение;
- Уменьшать колебания давления, возникающие при всасывании в кольцевом пространстве;
- Повышать скорость бурения (ROP);
- Продлевать срок службы бурового долота;
- Снижать износ циркуляционной системы и механических компонентов.
Система контроля твердых частиц бурового раствора включает все устройства для контроля твердых частиц (вибросита, вакуумные дегазаторы, пескоотделители, илоотделители, центрифуги и др.). Среди них вибросито является оборудованием первого уровня, выполняя роль «первой линии обороны» всей системы.
Принцип работы вибросита для бурового раствора основан на том, что двигатель приводит во вращение эксцентриковый возбуждающий механизм, создавая периодические инерционные силы, благодаря которым корпус сита совершает колебательные движения в заданном направлении. Буровой раствор с твердыми частицами подается на сетку сита, где под действием вибрации и силы тяжести частицы совершает бросковое движение: жидкости и мелкие частицы проходят сквозь отверстия сетки, а крупные частицы отделяются и выводятся.
Основные параметры, влияющие на работу вибросита: размер отделяемых частиц и производительность. Они зависят от номера сетки, способа вибрации, амплитуды, угла наклона и характеристик материала.
Классификация вибросит по траектории движения:
- Круговое вибросито: траектория движения — круг; материал на сетке движется быстро, подходит для грубой фракции.
- Эллиптическое вибросито: возбуждающий механизм установлен над центром масс; корпус сита наклонен, чтобы гравитация ускоряла движение материала, предотвращая выброс частиц назад; улучшает продвижение песка, но производительность ниже.
- Прямолинейное вибросито: две синхронно вращающиеся оси с эксцентриками создают прямолинейную вибрацию; направление движения постоянное, высокая точность сортировки.
- Двухтраекторное вибросито: различные участки корпуса имеют разные траектории движения (например, эллиптическая в зоне подачи, прямолинейная в зоне выгрузки); сочетает быструю транспортировку материала и эффективное отделение мелкой фракции.
Номер сетки (mesh): количество отверстий на дюйм длины. Чем больше номер — тем меньше диаметр отверстий и тем тоньше отделяемые частицы. Распространенные номера сетки: 20, 40, 45, 60, 80, 100, 110, 120, 140, 160, 165, 200.
- Большой номер → малая отделяемая фракция → высокая точность сортировки;
- Малый номер → высокая производительность, но хуже отделение мелких частиц.
Типы сеток:
- Рамная (плоская) сетка: прочная конструкция, легко заменяется;
- Волновая: увеличивает эффективную площадь, повышает производительность;
- С гнутым краем: надежная установка, хорошее натяжение;
- Плоская: подходит для прямолинейных вибросит, равномерное распределение материала.
Факторы, влияющие на работу вибросита:
- Угол наклона сетки: увеличение угла ускоряет транспортировку, но слишком большой угол снижает точность отделения;
- Амплитуда и частота вибрации: большая амплитуда предотвращает забивание отверстий, высокая частота улучшает отделение мелких частиц;
- Свойства материала: плотность, вязкость и содержание песка в буровом растворе влияют на эффективность сортировки;
- Состояние обслуживания: натяжение сетки, смазка возбуждающего механизма, усталость пружин и др.
В заключение, вибросито для бурового раствора — ключевое оборудование системы контроля твердых частиц. Его работа напрямую влияет на качество бурового раствора и эффективность бурения. Правильный выбор типа вибрации, номера сетки и параметров работы, а также гибкая настройка в зависимости от этапа бурения позволяют значительно повысить эффективность контроля твердых частиц, снизить затраты на бурение и продлить срок службы оборудования.