Бұл мақалада біз ферромагниттік бөлшектердің құйынды қабатының технологиясы арқылы бұрғылау ерітіндісін өндіруді талқылаймыз және бұл технологияны мұнай-газ өнеркәсібінде қолдану перспективаларын бағалаймыз.

Бұрғылау ерітіндісі пайдалы қазбаларды (мұнай және газ) игеру технологиясының маңызды бөлігі болып табылады. Ол бірден бірнеше функцияларға жауап береді, олардың ішінде ыдыраған жынысты төменгі тесіктен шығару, ұңғыманы шұңқырдан қорғау, бұрғылау діңін қоспалау және т.б.

Бұрғылау ерітінділерін өндіру әртүрлі құрамдарды қолдану арқылы жүзеге асырылады, бірақ су негізіндегі және көмірсутекті ерітінділер ең көп таралған. Бірінші жағдайда қызметтік су, тұзды ерітінділер мен гидрогельдер, полимер, полимер-балшық, саз ерітінділері сияқты компоненттер, ал екінші жағдайда инверттелген эмульсиялар мен әк-битум ерітінділері қолданылады. Стандартты компоненттер әрқашан бұрғылау ерітіндісінің қажетті функцияларын қамтамасыз ете алмайды; сондықтан оларды жақсарту үшін құрылымдық және реологиялық қасиеттерін реттейтін арнайы модификаторлар қолданылады.

Бұрғылау ерітіндісін өндіру әдетте әртүрлі араластырғыштардың, дисперстердің және т.б. жұмысының арқасында жұмыс істеуі қамтамасыз етілетін арнайы қондырғыларда жүзеге асырылады.

Бұрғылау ерітіндісін өндіру жабдықтары

Бұрғылау ерітіндісі шығарылатын араластырғыштар мен дисперстердің негізгі түрлерін қарастырайық. Мұнай және газ ұңғымаларын барлау бұрғылауында бұрғылау қондырғыларының алаңдарын автономды орналастыру жағдайында гидравликалық әдіс үлкен маңызға ие, оған сәйкес сазды айналмалы сұйықтықтардың қатты бөлшектерін ыдырату үшін тек кинетикалық ағын энергиясы қолданылады. Бұл жұмыс принципін жүзеге асыратын құрылғы гидравликалық бұрғылау ерітіндісін араластырғыш немесе гидравликалық араластырғыш деп аталады.

Ортадан тепкіш араластыру бұрғылау ерітіндісін өндірудің соңғы сатысында қолданылады. Ол қалақтардың айналуына әсер еткенде саз бөлшектері шашырайтын араластырғыштар арқылы жүзеге асырылады.

Конструкциясы бойынша статикалық (қозғалыссыз) араластырғыштар бұрғылау ерітіндісі құйылатын құбырдағы арнайы төсемді құрайды. Бұл кірістірулер әртүрлі ұзындықтарда, диаметрлерде және конфигурацияларда болуы мүмкін, бұл әртүрлі химиялық табиғаты, тұтқырлығы және тығыздығы әртүрлі көп компонентті материалдарды араластыруға мүмкіндік береді. Статикалық бұрғылау ерітіндісін араластырғыштың негізгі міндеті материалды гомогенизациялау, тұтқырлық градиентін кондициялау, қоспаға қысылған ауаның түсуін болдырмау және ағынның турбуленттігін арттыру болып табылады.

Тәжірибеде компоненттерді соңғы араластыру балшықты өндірістік бөлімшедегі барлық араластырғыштар мен дисперсерлер арқылы бірнеше рет өткізгенде ғана болады, яғни бірнеше өңдеу циклдері орын алады. Жоғарыда айтылғандарды, сондай-ақ араластыруға механикалық араластырғыштардың белсенді қатысуын ескере отырып, бұрғылау ерітіндісін өндіру процесіне кететін көп уақыт пен электр энергиясы туралы айтуға болады. Сонымен қатар, қажетті сападағы бұрғылау ерітіндісін алу әрқашан мүмкін емес. Сондықтан дұрыс сапа сипаттамаларын қамтамасыз ете отырып, бұрғылау ерітінділерінің энергия сыйымдылығын және өндіру уақытын қысқартуға мүмкіндік беретін жаңа құрылғыларды әзірлеу өзекті және уақытылы.

Құйынды қабат құрылғысы арқылы бұрғылау ерітіндісін өндіру

Дизайн жағынан, құйынды қабат құрылғысы айналмалы электромагниттік өрістің индукторына орналастырылған жұмыс камерасын құрайды (1-сурет).

Сурет 1. Ферромагниттік бөлшектердің құйынды қабаты бар құрылғы: 1 – жұмыс камерасының баспайтын болаттан жасалған (магниттік емес) втулкасы; 2 – айналмалы электромагниттік өрістің индукторы; 3 – индуктор корпусы; 4 – тот баспайтын болаттан (магнитті емес) жұмыс камерасы; 5 – ферромагниттік бөлшектер

Ферромагниттік бөлшектер жұмыс камерасына орналастырылады – диаметрі 1-ден 5 мм-ге дейін және ұзындығы 1-ден 50 мм-ге дейінгі цилиндрлік элементтер (араласу технологиясына байланысты) бірнеше ондаған бірнеше мың дана (0,05-5 кг) мөлшерінде. (нақты мөлшер құрылғының жұмыс аймағындағы бөлшектердің критикалық массалық коэффициентіне байланысты). Бұл құрылғының негізгі ерекшелігі – операциялық камерада әртүрлі физикалық және химиялық процестердің бір мезгілде жүруі.

Индуктор мен жұмыс камерасының геометриялық пішінінің ерекшеліктеріне байланысты индуктор арқылы жасалған электромагниттік өріс және қазіргі 0,11-0,15 Т магнит индукциясы құйынды қабат деп аталады, онда элемент жылдамдығының радиалды құрамдас бөлігінің векторлық бағыты ықтималдығы бірдей, ал тангенциалды құраушы өрістің қозғалуы кезінде басым бағытталады, бұл тұтастай алғанда бүкіл қабаттың айналмалы қозғалысына әкеледі. Сонымен қатар, құрылғы осі бойымен бағытталған жылдамдық құрамдас бөлігі ферромагниттік бөлшектер бір-бірімен және камера қабырғаларымен соқтығысқанда және өңделген өнімнің ағынына ұшыраған кезде әсер етеді. Бұл жағдайда бөлшектер жұмыс камерасы арқылы қозғалады. Әрбір ферромагниттік элемент кері магнетизмге ұшыраған кезде қалған элементтермен соқтығысқан тербеліс жасай бастайтын айқын дипольді магнит болып табылады. Соқтығыс жиілігіне тәуелділік ұзындықтың диаметрге қатынасына тура пропорционал. Ең жоғары мән l/d=9….13 кезінде байқалады. Құрылғының жұмыс камерасында орындалатын және заттардың белсенді дисперсиясына және араласуына ықпал ететін ең маңызды процестердің арасында мыналарды атап өткен жөн:

• электромагниттік өріс әсері;
• өңделетін затқа ферромагниттік бөлшектердің механикалық әсері;
•  гидродинамикалық әсер (сұйықтағы жоғары ығысу кернеулері, қысым және ағын жылдамдығының ауытқуы);
• гидроакустикалық әсер (қарқынды кавитация, соққы толқындары);
• жылу эффектісі;
• гидролиз.

Айналмалы электромагниттік өрістің энергиясы өңделген заттың ішкі энергиясын индукциялайды (беттік қабаттың активтенуі). Соңғысының күші өте жоғары.

Дисперсия мен араластыру қатар жүретін құрылғының жұмыс камерасындағы әртүрлі құбылыстардың интеграцияланған әсері, сондай-ақ электромагниттік өрісті алуға жұмсалатын энергияның салыстырмалы түрде аз мөлшері бұрғылау ерітіндісінің көмегімен бұрғылау ерітіндісін өндіру туралы гипотезаны ұсынуға мүмкіндік береді. құйынды қабат құрылғысы тиімдірек болады. Бұл гипотезаны тексеру үшін біз эксперимент жасадық.

Эксперименттік зерттеулердің нәтижелері

Тәжірибелік зерттеулер үшін біз ұңғыманы шөгуден қорғау үшін көмірсутегі негізіндегі бұрғылау ерітіндісінің формуласын қолдандық. Ол дизель отынынан (835 кг/м3), қызметтік судан, эмульгатордан (20 л/м3), әктен (20 кг/м3), органофильді саздан (12 кг/м3), галиттен (90 кг/м3) тұрды.

Қолдану арқылы бұрғылау ерітіндісін өндіру тиімділігі зерттелді АВС-100 компаниясы шығарған құйынды қабат құрылғысы GlobeCore және диаметрі 2 мм және ұзындығы 20 мм болат ферромагниттік элементтер. Осы элементтердің құрылымдық материалы ретінде өңделген бұрғылау ерітіндісіндегі металды ұнтақтаудың ең аз шығымын қамтамасыз ету үшін шарикті тозуға төзімді болат пайдаланылды.

2-сурет – Бұрғылау ерітіндісінің пластикалық тұтқырлығын, фильтрациясын және электрлік тұрақтылығын тексеру

Эмульсияны алғаннан кейін келесі параметрлер тексерілді: сүзу, пластикалық тұтқырлық, тығыздық және электрлік тұрақтылық. Оның сандық мәндері 1-кестеде көрсетілген.

1-кесте – АВС-100 құйынды қабат құрылғысы арқылы алынған бұрғылау ерітіндісінің параметрлері

Алынған мәліметтер бұрғылау ерітіндісінің жақсы сапасын көрсетеді, оны өндіру үшін АВС-100 құйынды қабат құрылғысы қолданылды.

Эксперимент нәтижелеріне негізделген қорытындылар

Өткізілген сынақтар келесі қорытындыларды жасауға мүмкіндік береді:

1. Құйынды қабат құрылғысының жұмыс камерасында жүретін әртүрлі физикалық-химиялық процестердің арқасында бір құрылғының көмегімен бұрғылау ерітіндісін бір уақытта тарату және араластыру мүмкін болады. Ол басқа араластырғыштар мен дисперсерлерді алып тастау арқылы бұрғылау ерітіндісін өндіру қондырғысын жеңілдетуге мүмкіндік береді.
2. Бір сатыдағы құйынды қабат құрылғысын қолдану арқылы алынған бұрғылау ерітіндісінің сапасы механикалық араластырғыштар мен дисперсерлер көмегімен бірнеше өңдеу циклдерінде алынған бұрғылау ерітіндісінің сапасынан кем түспейді.
3. Механикалық араластырғыштарды құйынды қабат құрылғысымен ауыстыру бір текше метр бұрғылау ерітіндісін алуға қажетті электр энергиясын тұтынуды екі есе азайтуға мүмкіндік береді.
4. Сонымен қатар, құйынды қабат құрылғысының көмегімен механикалық араластырғыштармен жабдықталған қондырғылардағы бірдей көрсеткішпен салыстырғанда бұрғылау ерітіндісін өндіруге кететін уақытты бірнеше есе қысқартуға мүмкіндік туды.

АВС-100 құрылғысының қуаты 3,5–4 кВт/сағ электр қуатымен 1–1,5 м3/сағ, ал АВС-150 құрылғысы 9,5 кВт/сағ электр қуатымен 2–2,5 м3/сағ.