Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуат

2.Чудаков Е.А. Машиностроение: энциклопедический справочник. Раздел 2 Материалы машиностроения. Т. 3. – М.: ГОНТИ, 1947. – С. 341.

3.Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. – М.: Металлургия, 1978. – С. 182.

4.ASM Handbook. Т.. 4 Heat treating, ASM International, 2002. – С. 487–495.

5.ASTM G99-2014, ASTM International, 2014.

6.Candane D., Alagumurthi N., Palaniradja K. Effect of cryogenic treatment on microstructure and wear characteristics of AISI M35 HSS // International journal of materials science and applications. – 2013. – Р. 56–65.

7.Collins D.N. Cryogenic treatment of tool steels // Advanced materials & processes. – 1998. – Р. 23–29.

8.Collins D.N. Deep cryogenic treatment of tool steels: A review // Heat treatment of metals. – 1996. – 2. – Р. 40–42.

9.Collins D.N., Dormer J. Deep cryogenic treatment of a D2 cold-work tool steel // Heat treatment of metals. – 1997. – 3. – Р. 71–74.

10.Kalsi N.S., Sehgal R., Sharma V.S. Cryogenic treatment of tool materials: a review // Materials and manufacturing processes. – 2010. – 25. – Р. 1077–1100.

11.Patil P.I., Tated R.G. Comparison of effects of cryogenic treatment on different types of steels: A review // IJCA Proceedings on international conference in computational intelligence ICCIA (9). – 2012. – Р. 10–29.

12.Pete Paulin, Cold cuts // Cutting tool engineering. – 1992. – Р. 61–66.

13.Sub-zero treatment. Technology, processes and equipment. – Linde Gas, 2010.

14.Yugandhar T., Krishnan P.K. Cryogenic treatment and tts effect on tool steel, 6th International tooling conference. – Karlstad university, 2002. – Р. 671–684.

Об авторах

Ле Тхань Бинь, аспирант кафедры машиностроения, Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия. binhimeme@gmail.com

Болобов Виктор Иванович, доктор технических наук, старший научный сотрудник, профессор кафедры машиностроения, Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия. boloboff@mail.ru

Юсупов Григорий Адамбаевич, аспирант кафедры машиностроения, СанктПетербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия. chuma-06@bk.ru

About the authors

Le Thanh Binh, Postgraduate student of Department of Mechanical Engineering of Saint-Petersburg Mining University, Saint-Petersburg, Russia, binhimeme@gmail.com

Bolobov Viktor Ivanovich, Ph.D., Senior Researcher, Professor of Mechanical Engineering of Saint-Petersburg Mining University, Saint-Petersburg, Russia. boloboff@mail.ru

Yusupov Gregory Adambaevich, Postgraduate student of Department of Mechanical Engineering of Saint-Petersburg Mining University, Saint-Petersburg, Russia. chuma06@bk.ru

91

УДК 622.243

РАЗРАБОТКА ПЕРЕДВИЖНОЙ УСТАНОВКИ ОЧИСТКИ И ПРИГОТОВЛЕНИЯ БУРОВОГО РАСТВОРА

М.И. Апасов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

Описана циркуляционная система комплексной очистки бурового раствора, для применения при ремонте скважин. Оборудование подобрано с учетом требований экологической безопасности.

Ключевые слова: циркуляционная система, центрифуга, вибросито, ситогидроциклонный сепаратор, дегазатор.

DEVELOPMENT OF MOBILE UNIT FOR CLEANING

AND PREPARING MUD

M.I. Apasov

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia

The article describes a complex circulation system cleaning the mud, for use in the repair of wells. The equipment is chosen taking into account the requirements of environmental safety.

Keywords: circulation system, centrifuge, shaker, strainer-hydrocyclone separator, degasser.

Каждая буровая установка оснащается средствами приготовления и очистки бурового раствора, в то же время мобильные буровые установки и ремонтные агрегаты, не включают таких средств. Для этого привлекают отдельные узлы (стационарные циркуляционные системы).

Особенностью стационарных циркуляционных систем является их низкая монтажеспособность вследствие необходимости полного монтажа и демонтажа всего навесного оборудования и укрытия при переезде буровой установки. Энергоемкость стационарных циркуляционных систем высока, так как все оборудование должно соответствовать производительности промывкискважинынеменее60 л/с [3].

92

Но при капитальном ремонте скважин и бурении боковых стволов, расход промывочной жидкости невысокий и лежит в пределах 8-20 л/с.

А поскольку реконструкция скважин бурением боковых стволов проходит массово и повсеместно, считаем целесообразным разработку и применение передвижных установок очистки и приготовления бурового раствора, включающих в себя специальное малолитражное малогабаритное оборудование. Эти установки найдут применение и при глушении скважин, поскольку данная установка обеспечит сохранение жидкости глушения, компоненты которой весьма дорогие. Тем самым применение данной установки будет экономически выгодно.

Применение обычных средств очистки, приготовления и хранения бурового раствора не всегда целесообразно, а иногда просто невозможно. Поэтому, помимо оборудования обычных циркуляционных систем, в комплектацию мобильных циркуляционных систем входит специальное малолитражное малогабаритное оборудование.

Оборудование, входящее в состав передвижной установки очистки и приготовления бурового раствора

Нами предлагается выполнить блок отчистки и приготовления бурового раствора четырехступенчатым на шасси прицепа НЕФАЗ-8332-07. Он будет включать следующее оборудование:

Дегазатор Каскад 40М-02 Обязательный элемент циркуляционной системы – дегазатор Каскад 40М-02,

заменивший известный ДВС-III. Каскад 40М-02 – это дегазатор непрерывного действия с периодической разгрузкой и площадью дегазационных пластин 5 м2. К примеру, площадь поверхности дегазации ДВС-III – 1 м2, дегазатора фирмы

«swaco» 2,5 м2.

Вибросито линейного типа ВСМ-01 На практике широко используются отечественные вибрационные сита ВСМ-

01 выпускаемые с 2006 года. Использование данного вибросита целесообразно при бурении боковых стволов и ремонте скважин. Оно удобно монтируется в закрытых модулях и рекомендуется при производительности промывки 20 м/с. Данное вибросито имеет увеличенную производительность, сброс более сухого шлама и лучшую степень очистки буровых растворов.

Ситогидроциклонный сепаратор СГС-22 В последние годы наблюдается следующее направление развития конструк-

ций вибросит – повсеместное применение этих устройств в составе ситогидроциклонных сепараторов [4].

93

Ситогидроциклонный сепаратор – это установка, состоящая из размещенных над виброситом гидроциклонных шламоотделителей – пескоотделителя и илоотделителя – с возможностью сброса пульпы на вибрирующую сетку.

Назначение такого устройства – удаление излишнего раствора из пульпы гидроциклонных шламоотделителей перед сбросом пульпы в отвал, то есть снижение потерь раствора на песко- и илоотделителе. Просеянная через сетку жидкость возвращаетсяв циркуляцию иможетнаправляться надоочистку в центрифугу.

Нами предлагается использование ситогидроциклонного сепаратора отечественного производства СГС-22, состоящего из гидроциклона (ПГ 22/150) и вибросита (ВСМ-01) под ним для осушки шламовой пульпы.

Центрифуга ОГШ-32 В мобильных ЦС целесообразно применение центрифуг небольшой мощно-

сти (до 15 кВт) типа ОГШ-32. При подаче буровых насосов до 15 л/с центрифуги позволяют без разбавления бурить на плотности 1,1 г/см3, а в комплекте с виброситом ВСМ-01 и СГС-60 являются достаточным набором средств для эффективной очистки буровых растворов в мобильных блоках очистки с выходом «нетекучего» шлама[3].

Предлагаемая нами технологическая схема очистки бурового раствора «дегазатор – вибросито – СГС – центрифуга» является весьма эффективной.

Таким образом, энергоемкость блока очистки МЦС при представленной выше комплектности составляет 55 – 70 кВт вместо 160 кВт при комплектации полномерным оборудованием.

Гидросмеситель СГМ-100 Для приготовления и корректировки параметров буровых растворов (жидко-

сти глушения) используется встроенный в обвязку циркуляционной системы гидросмеситель СГМ-100.

Компоновка оборудования на раме прицепа

В качестве шасси, на котором будет смонтировано оборудование, предлагаем использовать прицеп НЕФАЗ-8332-07. Прицеп НЕФАЗ-8332-07 предназначен для перевозки различных грузов широкой номенклатуры, укрупненных грузовых единиц и мелкоштучных грузов по общей сети дорог.

Нами выбрана комплектация прицепа со сварным дуговым каркасом и съемным тентом (объем кузова 36 м3), с целью защиты оборудования от атмосферного воздействия.

Оборудование будет смонтировано на внутренней платформе прицепа. Центрифугу ОГШ-32 планируется разместить над виброситом ВСМ-01. Такое расположение обеспечит сброс пульпы из выгрузочных окон непосредственно на сетку вибросита с целью сокращения потерь жидкой фазы бурового раствора. Компоненты бурового раствора достаточно дороги, а значит их нужно экономить.

94

Вибросито ВСМ-01 и сито-гидроциклонный сепаратор СГС-22 расположим вдоль борта прицепа. Там же, к борту будут крепится шламосборники. Эти меры позволяют обеспечить экологическую безопасность во время проведения работ.

Для того чтоб наша установка могла передвигаться по дорогам общего пользования необходимо, чтобы параметр «нагрузка на ось» соответствовал нормативным значениям, установленным заводом изготовителем прицепа НЕФАЗ, а также, чтобы оборудование, смонтированное на прицепе, умещалось на площади его внутренней платформы. Соответствующие расчеты были проведены. Выбранный прицеп удовлетворяет по параметрам грузоподъемности и полезной площади.

Рис. 1. Схема расположения оборудования на внутренней платформе прицепа

Координаты расположения центров тяжести оборудования и прицепа, определены с помощью программы КОМПАС-3D LT V14. На схеме расположения оборудования на внутренней платформе прицепа (рис. 1) видно, что центр тяжести прицепа со смонтированным на нем оборудованием практически совпадает с центром тяжести пустого прицепа. Следовательно, вес оборудования на прицепе распределен равномерно и можно приступать к расчету нагрузки на оси.

Расчет нагрузки на оси

Любая задача в механике начинается с рисунка (рис. 2), на котором отмечены все важные в контексте задачи геометрические размеры; силы, действующие на объекты; а также указана система отсчета, в которой мы пишем все уравнения.

В данном случае рис.1.2 показывает, что на прицеп действуют 3 силы: сила

тяжести mT g , а также силы реакции опоры N1T и N2T .

Итак, условие, что сумма всех сил, действующих на тело равна нулю, приводит нас к уравнению:

N1T N2T m g 0 .

95

сетку вибросита, с целью сокращения потерь жидкой фазы бурового раствора. Это выгодно экономически, так как компоненты промывочной жидкости весьма дорогостоящие.

Вибросито ВСМ-01 и сито-гидроциклонный сепаратор СГС-22 расположим вдоль борта прицепа, к борту будут крепится шламосборники, тем самым обеспечивается экологическую безопасность во время проведения работ.

Гидросмеситель СГМ-100 также будет включен в обвязку установки для корректировки параметров бурового раствора.

Передвижная установка очистки и приготовления бурового раствора, описанная выше, может найти применение и при глушении скважин с целью сохранения жидкости глушения.

Считаем нашу разработку эффективной, так как правильный выбор и оснащение циркуляционной системы – это экономия средств и облегчение труда буровой бригады.

Список литературы

1.Крысин Н.И. Сборник руководящих документов (регламентов, инструкций, стандартов предприятий, технических условий и положений) по ремонту и освоению скважин. – М.: Меркурий, 2009. – 640 с.

2.Мищенко В.И., Кортунов А.В. Приготовление, очистка и дегазация буровых растворов. – Краснодар: Арт Пресс, 2008. – 336 с.

3.Современные тенденции развития вибросит для очистки буровых растворов / М.В. Головин, А.А. Добик, А.В. Кортунов, В.И. Мищенко // Бурение и нефть. – 2014. – № 3. – С. 2–4.

4.Крапивина Т.Н., Крысин Н.И., Чернышов С.Е. Техника, технология и технические средства, применяемые при реконструкции скважин строительством боковых (дополнительных) стволов. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политех. ун-та, 2012. – 316 с.

5.Мищенко В.И., Мишенков В.М., Кортунов А.В. Специальное оборудование и технологии циркуляционных систем для бурения вторых стволов и капитального ремонта скважин // Бурение и нефть. – 2012. – № 6–7. – С. 2–7.

Об авторе

Апасов Максим Игоревич, магистрант I курса горно-нефтяного факультета, Пермский национальный исследовательский политехнический университет,

Пермь, Россия/ apasov_94@mail.ru

About the author

Apasov Maxim Igorevich, master student of the mining and oil faculty, Perm national research polytechnic university, Perm, Russia. apasov_94@mail.ru

97

УДК 531/534

НОВЫЕ АБРАЗИВОСТОЙКИЕ ГАЗОСЕПАРАТОРЫ И ГАЗОСТАБИЛИЗАТОРЫ

А.Н. Мусинский, С.Н. Пещеренко

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

Промысловые испытания новых абразивостойких газосепараторов и газостабилизаторов подтвердили их гидроабразивную стойкость при КВЧ более 1000 мг/л и устойчивую работу при концентрации нерастворенного газа на входе до 75−78 % (объемных) во всем диапазоне подач, и при 90% (объемных) на малых подачах.

Ключевые слова: газосепаратор, газостабилизатор, газосодержание, абразивостойкие устройства.

NEW ABRASIVE RESISTANT GAS SEPARATORS

AND GAS STABILIZERS

A.N. Musinskiy, S.N. Peshchrenko

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia

Field tests abrasion new separators and gas stabilizers confirmed their waterjet resistance for kWp over 1000 mg/l and stable operation at a concentration of undissolved gas at the inlet to 75−78 % in the entire range of flows, and 90% at low flow.

Keywords: gas separator, gas stabilizer, gas content, abrasive resistant devices.

В последнее время получили широкое распространение методы интенсификации нефтедобычи путем увеличения проницаемости пластов (за счет проведения гидроразрывов и кислотных обработок), а также увеличения депрессии на пласт что в некоторых случаях может приводить к существенному росту концентрации механических примесей в добываемой жидкости [1, 2]. Практика показала [3–5], что в газосепараторах и газостабилизаторах твердые частицы вызывают не только гидроабразивное разрушение внутренней поверхности корпуса, но происходит разделение устройства на части и падение нижней части погружной электроцентробежной установки на забой скважины. После изучения механизма гидро-

98

абразивного разрушения [6, 7] нами была разработана новая абразивостойкая конструкция газосепараторов и газостабилизаторов [8, 9].

В данной статье проанализированы промысловые данные об эксплуатации новых газосепараторов и газостабилизаторов на одном из месторождений Западной Сибири и результаты стендовых исследований.

Анализ эксплуатационных данных

Серийное производство новых абразивостойких устройств началось в 2011 году. В настоящее время их применение стало массовым, изготавливается и монтируется в скважины более 100 газосепараторов и газостабилизаторов в месяц. За все время промысловых исследований новых устройств проблем с перерезанием их корпусов не возникло. Рассмотрим некоторые примеры эксплуатации скважин одного из месторождений Западной Сибири, в условиях повышенной концентрации взвешенных частиц (КВЧ) в добываемой скважинной продукции.

Результаты эксплуатации 72-х установок ЭЦН совместно с газосепаратором 5-ой группы исполнения представлены в табл. 1. Анализ причин отказов глубиннонасосного оборудования позволяет сделать вывод о том, что основными причинами отказов были: износ и засорение рабочих органов насоса механическими примесями и кристаллами солей, однако гидроабразивного разрушения газосепараторов не выявлено (см. табл. 1).

В табл. 2 приведены результаты эксплуатации 142 установок ЭЦН с газосепаратором 5А габарита. По результатам комиссионных разборов причинами отказов были износ, засорение и коррозия ступеней ЭЦН. Отметим, что в анализируемой выборке доля газосепараторов работающих при КВЧ более 1000 мг/л составило – 15 %, и это не привело к отказам из-за гидроабразивного разрушения.

99

Та бл ица 2

Условия и результаты эксплуатации установок ЭЦН 5А габарита, оснащенных новыми газосепараторами

Результаты эксплуатации 245 установок ЭЦН совместно с газостабилизатором 2А и 3 габарита приведены в табл. 3.

Таблица 3

Результаты эксплуатации установок ЭЦН 2А и 3 габарита, оснащенных новыми газостабилизаторами

Информации о газосодержании, концентрации взвешенных частиц и вязкости с месторождения, на котором эксплуатируются газостабилизаторы, нет. Но из таблицы видно, что причинами отказа УЭЦН лишь в двух случаях являлся газостабилизатор, что составляет менее 1 % от числа работающих устройств данного типа.

Промысловые исследования абразивостойких газосепараторов и газостабилизаторов позволили определить важный технический аспект в области конструктивной надежности при работе в агрессивных скважинных условиях.

Для определения широкого диапазона технических возможностей абразивостойких устройств авторами проведены стендовые испытания на модельной газожидкостной смеси.

При высоких концентрациях нерастворенного газа типичным является компоновка УЭЦН как газосепаратором, так и осевыми ступенями газостабилизатора. Поэтому, на стенде в РГУ (НИУ) нефти и газа им. И.М. Губкина, были проведены испытания модельной 1,5-метровой насосной секции с предвключенным газосепаратором и осевыми ступенями газостабилизирующего модуля при давлении на

100