ДЦ-1-40: центробежный дегазатор для обработки бурового раствора
При бурении нефтяных и газовых скважин буровой раствор постоянно циркулирует между скважиной и наземной системой. Он охлаждает инструмент, выносит выбуренную породу, участвует в поддержании давления и стабилизации стенок скважины. Во время этого процесса в жидкость может попадать газ. Если его содержание становится значительным, свойства бурового раствора меняются: снижается фактическая плотность, нарушается стабильность циркуляции, ухудшается работа насосов и повышаются технологические риски.
Для удаления свободного и части диспергированного газа применяются дегазаторы. Одним из таких аппаратов является центробежный дегазатор ДЦ-1-40. Его принцип работы основан на механическом воздействии на газированный буровой раствор: жидкость приводится во вращение, а возникающая центробежная сила способствует разрушению газожидкостной структуры и выделению газа.
По данным производителя, ДЦ-1-40 рассчитан на пропускную способность по дегазированному буровому раствору не менее 40 л/с, что соответствует примерно 140 м³/ч. Установка может использоваться в составе модульных циркуляционных систем буровых установок.
Для чего необходимо дегазирование бурового раствора
Газ может поступать в раствор из вскрываемых пластов. Он способен присутствовать в виде относительно крупных пузырьков, мелкодисперсной газовой фазы или пены.
При увеличении газосодержания изменяется эффективная плотность раствора. Это особенно важно при бурении, поскольку давление столба бурового раствора является одним из факторов контроля пластового давления.
Газированная жидкость также может хуже работать в насосном оборудовании. Появление большого количества пузырьков нарушает однородность потока и влияет на гидравлические характеристики системы.
Кроме того, газ способен скапливаться в отдельных элементах наземной циркуляционной системы.
Поэтому удаление газа является не вспомогательной косметической операцией, а частью технологического контроля свойств раствора.
Что представляет собой центробежный дегазатор
Центробежный дегазатор отличается от классической вакуумной установки способом воздействия на жидкость.
В вакуумном аппарате дегазация главным образом достигается за счет понижения давления над пленкой или слоем раствора.
В центробежной конструкции жидкость интенсивно вращается. Под действием центробежных сил она распределяется по внутренней поверхности камеры, образуя относительно тонкий слой.
При этом пузырьки газа высвобождаются из жидкости и удаляются из рабочей зоны.
Таким образом, основная задача механической части - увеличить поверхность контакта раствора с газовой средой и создать условия, при которых пузырькам проще отделиться от жидкой фазы.
Принцип работы ДЦ-1-40
Для ДЦ-1-40 производитель описывает схему, при которой буровой раствор подается шламовым погружным насосом в камеру дегазации. Там поток подвергается воздействию центробежной силы.
Жидкость поступает в рабочий объем и приводится во вращение.
При вращении более тяжелая жидкая фаза стремится к периферии, распределяясь по стенкам камеры.
Газ имеет значительно меньшую плотность, поэтому он отделяется от жидкой фазы и перемещается в область, откуда может быть выведен системой вентиляции.
После обработки дегазированный раствор возвращается в циркуляционный контур.
Такой процесс происходит непрерывно, пока работает питающий насос и поддерживается необходимый расход.
Почему вращение облегчает выделение газа
В спокойной жидкости пузырек должен самостоятельно пройти через слой раствора до поверхности.
Если раствор вязкий или содержит реагенты, препятствующие укрупнению пузырьков, процесс может идти медленно.
Центробежное воздействие меняет гидродинамику.
Жидкость превращается в более тонкий движущийся слой, а газожидкостная смесь испытывает интенсивное механическое воздействие.
Пузырькам становится проще отделиться от основной массы жидкости.
Дополнительно увеличивается эффективная площадь поверхности, через которую газ может покинуть раствор.
Этот принцип похож на другие процессы разделения фаз, где увеличение площади контакта и интенсивное движение ускоряют массоперенос.
Основные узлы ДЦ-1-40
В модульной конфигурации производитель описывает ДЦ-1-40 как систему из двух основных узлов: камеры дегазации и вертикального шламового насоса.
Насос забирает газированный буровой раствор из отсека циркуляционной системы.
Далее поток подается в дегазационную камеру.
В камере происходит центробежное разделение газовой и жидкой фаз.
Отдельная вентиляционная часть обеспечивает удаление выделившегося газа.
Подобное разделение конструкции удобно с точки зрения компоновки: камера может размещаться над технологической емкостью, а погружной насос - непосредственно в отсеке с буровым раствором.
Шламовый насос в составе системы
Питающий насос играет важную роль, поскольку без стабильной подачи дегазатор не сможет работать с расчетной производительностью.
Он должен обеспечивать необходимый расход даже при высокой плотности бурового раствора и присутствии твердой фазы.
Для ДЦ-1-40 используется вертикальная погружная схема.
Это позволяет разместить рабочую часть насоса непосредственно в технологическом отсеке.
При такой компоновке уменьшается необходимость в длинной всасывающей линии, которая могла бы создавать дополнительные гидравлические потери.
Одновременно глубина резервуара должна соответствовать конструктивным требованиям насоса.
Глубина отсека
Для ДЦ-1-40 производителем указана глубина отсека для размещения насоса 1330 мм.
Этот параметр необходимо учитывать еще на стадии проектирования или модернизации циркуляционной системы.
Если емкость имеет недостаточную глубину, насос невозможно установить в штатном положении.
Если же оборудование внедряется вместо другого дегазатора, необходимо заранее сопоставить геометрию существующего резервуара.
Подобные параметры часто оказываются не менее важными, чем производительность.
Даже технически подходящий по расходу аппарат может потребовать значительных переделок, если его монтажные размеры не соответствуют имеющейся системе.
Производительность ДЦ-1-40
Для модели указана пропускная способность по дегазированному буровому раствору не менее 40 л/с, или порядка 140 м³/ч.
Это достаточно значительный поток для непрерывной циркуляционной системы.
Однако производительность дегазатора следует согласовывать с фактической циркуляцией раствора на буровой.
Если основная система перекачивает значительно больше жидкости, может потребоваться параллельная работа нескольких агрегатов или другая компоновка.
Если расход намного меньше, аппарат будет использоваться не полностью.
При выборе также важно учитывать не только общий объем жидкости, но и реальное содержание газа.
Частота вращения рабочего колеса
Для ДЦ-1-40 указана частота вращения рабочего колеса насоса не более 750 об/мин.
Скорость вращения влияет на подачу и гидродинамический режим.
При слишком низких оборотах производительность снижается.
Превышение расчетной скорости также нежелательно: возрастают механические нагрузки, износ и энергопотребление.
Кроме того, все элементы системы рассчитаны на определенный диапазон гидравлических характеристик.
Поэтому регулировать частоту вращения без учета документации нельзя.
Если используется частотно-регулируемый привод, его параметры должны соответствовать допустимому режиму конкретного двигателя и насоса.
Мощность электрооборудования
Максимальная установленная мощность электрооборудования ДЦ-1-40 составляет 16,5 кВт.
Этот показатель необходим для расчета электроснабжения буровой площадки.
Следует учитывать не только номинальную мощность, но и пусковые характеристики электродвигателей.
Кабельные линии, аппараты защиты и система управления должны соответствовать нагрузке.
В условиях буровой также предъявляются отдельные требования к исполнению электрического оборудования и его защите от окружающей среды.
При проектировании электроцепи необходимо учитывать требования конкретной взрывоопасной зоны.
Камера дегазации
Камера является центральным рабочим узлом.
В ней формируется вращающийся поток и происходит разрушение газожидкостной структуры.
Корпус должен выдерживать постоянный контакт с буровым раствором, содержащим твердые минеральные частицы и химические реагенты.
Поэтому внутренние поверхности подвергаются абразивному и химическому воздействию.
Состояние камеры необходимо периодически контролировать.
Особое внимание уделяется местам, где скорость потока максимальна.
Локальный износ может постепенно изменить геометрию движения жидкости и ухудшить работу агрегата.
Вытяжной вентилятор
Выделившийся из раствора газ необходимо безопасно удалить из рабочей зоны.
Для этого ДЦ-1-40 комплектуется вытяжной системой. На странице оборудования производитель отдельно показывает камеру дегазации с вытяжным вентилятором.
Вентилятор создает направленный поток и отводит газ через выкидную линию.
Особенно важно обеспечить правильную организацию газоотвода, если речь идет о потенциально горючих компонентах.
Вывод газов не должен осуществляться в закрытое рабочее помещение.
Конкретная схема отвода проектируется с учетом норм промышленной безопасности объекта.
Высота выкидного патрубка
Высота дегазатора от пола рабочей площадки до выкидного патрубка вентилятора составляет около 1995 мм.
Этот параметр необходимо учитывать при прокладке рукава или трубопровода отвода газа.
Над аппаратом должно оставаться пространство для подключения и обслуживания.
Если дегазатор располагается внутри блока с ограниченной высотой, необходимо проверить, не возникнет ли конфликт с перекрытиями и другими коммуникациями.
Также нельзя создавать чрезмерное сопротивление в выкидной линии, иначе эффективность вентиляции может снизиться.
ДЦ-1-40 и модульные циркуляционные системы
Производитель отмечает возможность комплектации ДЦ-1-40 в составе модульных циркуляционных систем.
Это важно для современных буровых, где оборудование часто собирается из отдельных функциональных блоков.
В одном модуле могут располагаться вибросита, в другом - песко- и илоотделители, в третьем - дегазаторы и насосы.
Модульный подход упрощает транспортировку и позволяет заменять отдельные элементы без перестройки всей системы.
ДЦ-1-40 при этом должен быть гидравлически связан с нужным отсеком и иметь организованный возврат дегазированного раствора.
Где устанавливают дегазатор
Логичное место установки - после первой ступени грубой очистки раствора.
Сначала желательно удалить крупные частицы выбуренной породы на вибросите.
Если направить сильно загрязненный поток непосредственно на насос дегазатора, абразивная нагрузка увеличится.
Далее раствор поступает в отсек, из которого забирается центробежным дегазатором.
После обработки он возвращается в активную систему и может проходить следующие стадии очистки или поступать к буровым насосам.
Конкретная последовательность зависит от конструкции циркуляционного комплекса.
Сочетание с виброситами
Вибросито и дегазатор решают разные задачи.
Вибросито удаляет твердые частицы преимущественно по размерному признаку.
Дегазатор удаляет газовую фазу.
Поэтому одно оборудование не может заменить другое.
Если раствор одновременно содержит шлам и газ, требуется последовательная обработка.
Качественная работа вибросита облегчает условия эксплуатации дегазатора, поскольку уменьшает количество крупных абразивных частиц.
В свою очередь дегазированный раствор более предсказуемо работает на последующих гидравлических ступенях.
Сочетание с гидроциклонами
Песко- и илоотделители предназначены для дальнейшего удаления твердой фазы.
Их гидравлические характеристики зависят от плотности и однородности потока.
Высокое газосодержание может нарушать работу насосов, питающих гидроциклоны.
Поэтому удаление газа до подачи раствора на определенные последующие ступени способно повысить стабильность циркуляционной системы.
В конкретной установке последовательность оборудования определяется технологической схемой.
Главное - чтобы каждый агрегат получал среду, соответствующую его расчетным условиям.
Отличие центробежного дегазатора от вакуумного
Обе технологии предназначены для удаления газа, но используют разные механизмы.
Вакуумный дегазатор создает пониженное давление, благодаря которому раствор распределяется по внутренним поверхностям, а газ выделяется из жидкости.
Центробежный аппарат механически раскручивает поток.
Его преимущество - сравнительно прямолинейная схема обработки без необходимости создавать глубокий вакуум в основной камере.
С другой стороны, эффективность конкретного типа зависит от структуры газожидкостной смеси.
Поэтому выбирать технологию следует по фактическим свойствам раствора и требованиям циркуляционной системы.
Сравнение ДЦ-1-40 и ДЦ-1-80
В производственной линейке присутствует и более производительный ДЦ-1-80.
Для него указывается производительность до 70 л/с, максимальная плотность бурового раствора 2,2 кг/л и установленная мощность 23 кВт.
ДЦ-1-40 имеет меньшую пропускную способность и установленную мощность до 16,5 кВт.
Поэтому выбор между моделями должен определяться фактическим расходом циркуляционной системы.
Более крупный аппарат не всегда является лучшим вариантом, если технологическая установка не требует его производительности.
Газосодержание и эффективность дегазации
Реальная сложность удаления газа определяется не только его количеством.
Большие свободные пузырьки удаляются проще.
Мелкодисперсный газ, стабилизированный поверхностно-активными веществами, отделяется значительно труднее.
Раствор, склонный к пенообразованию, также может требовать более интенсивной обработки.
Поэтому одинаковое исходное газосодержание не обязательно означает одинаковый результат дегазации для разных рецептур.
В технологической практике необходимо контролировать свойства жидкости до и после оборудования.
Почему высокая вязкость усложняет процесс
В вязком растворе пузырьки газа медленнее перемещаются относительно жидкой фазы.
Механическое вращение помогает интенсифицировать разделение, но при чрезмерной вязкости эффективность все равно может снижаться.
Одновременно возрастает нагрузка на шламовый насос.
Поэтому при необычном снижении производительности необходимо проверять не только состояние оборудования, но и реологические характеристики бурового раствора.
Изменение температуры также способно влиять на вязкость.
Твердая фаза и износ насоса
Шламовый насос рассчитан на работу с загрязненной жидкостью, однако это не означает полной невосприимчивости к абразивному износу.
Песок и частицы горной породы постепенно воздействуют на рабочее колесо, корпус и каналы.
Чем больше крупных твердых частиц поступает в дегазатор, тем быстрее развивается износ.
Поэтому правильная работа предварительных вибросит непосредственно влияет на ресурс ДЦ-1-40.
При обслуживании следует контролировать состояние рабочего колеса и внутренних поверхностей насоса.
Транспортные размеры
Для ДЦ-1-40 производитель приводит транспортные габариты не более 3315 мм по длине, 968 мм по ширине и 1775 мм по высоте.
Эти размеры имеют значение при перевозке между буровыми площадками и размещении внутри транспортных модулей.
Перед перемещением необходимо учитывать центр тяжести и предусмотренные точки строповки.
Газоотводящие или другие съемные элементы могут требовать отдельной фиксации.
Транспортирование промышленного оборудования должно выполняться по эксплуатационной документации.
Масса оборудования
Масса ДЦ-1-40 заявлена не более 1100 кг.
Следовательно, рабочая площадка должна быть рассчитана на эту нагрузку с учетом динамических и эксплуатационных факторов.
Подъем выполняется подходящим грузоподъемным оборудованием.
Нельзя использовать в качестве точек строповки случайные патрубки или элементы электропривода.
После установки необходимо убедиться в устойчивом положении агрегата и правильности крепления.
Контроль работы в процессе эксплуатации
Оператору необходимо наблюдать за несколькими параметрами.
Первый - стабильность подачи бурового раствора.
Второй - характер работы насоса и отсутствие необычной вибрации.
Третий - состояние газоотвода.
Дополнительно оцениваются свойства раствора после дегазации.
Если плотность или газосодержание резко меняются, следует проверить технологический режим.
Любой необычный металлический шум или выраженный перегрев оборудования требует диагностики.
Признаки нарушения работы
Снижение подачи может быть связано с износом рабочего колеса, засорением входа или недостаточным уровнем жидкости в отсеке.
Повышенная вибрация может указывать на износ подшипников, дисбаланс или повреждение рабочих элементов.
Ухудшение дегазации при нормальной подаче заставляет проверять состояние камеры и вытяжной системы.
Если газ плохо выводится, проблема может находиться не в самой центробежной части, а в вентиляционном тракте.
Поэтому диагностика должна охватывать весь комплекс.
Уровень раствора в резервуаре
Для погружного шламового насоса уровень жидкости имеет принципиальное значение.
При чрезмерном снижении уровня насос начинает работать в неблагоприятном режиме.
Может появляться подсос воздуха и уменьшаться производительность.
Слишком высокий уровень также способен создавать неудобства для обслуживания.
Поэтому циркуляционная система должна поддерживать расчетный объем жидкости в рабочем отсеке.
Желательно использовать уровнемеры или другие средства контроля.
Очистка оборудования после эксплуатации
Буровой раствор способен высыхать и образовывать плотные отложения.
Поэтому после остановки на длительный период оборудование необходимо промывать в соответствии с эксплуатационной инструкцией.
Особое внимание уделяется внутренним каналам и рабочему колесу.
Застывший слой может нарушить баланс вращающихся деталей.
Кроме того, отложения уменьшают проходное сечение и создают дополнительные зоны абразивного воздействия после повторного запуска.
Своевременная очистка облегчает техническое обслуживание.
Подшипники и вращающиеся узлы
Рабочее колесо и привод испытывают продолжительную механическую нагрузку.
Состояние подшипников влияет на уровень вибрации, нагрев и устойчивость вращения.
При износе зазоры увеличиваются.
Сначала это может проявляться ростом шума, а затем привести к более серьезному повреждению вала или рабочего колеса.
Периодичность контроля и смазки определяется руководством конкретного агрегата.
Использование неподходящего смазочного материала может сократить ресурс.
Электробезопасность
Дегазатор работает в условиях буровой площадки, где возможны влажность, загрязнение и присутствие горючих газов.
Поэтому электрооборудование требует особого внимания.
Кабели и вводы должны сохранять герметичность.
Заземление проверяется перед вводом оборудования в эксплуатацию.
Ремонт электрической части производится только после отключения питания.
Если агрегат используется во взрывоопасной зоне, исполнение электрооборудования должно соответствовать категории этой зоны и проектной документации буровой.
Безопасность газоотводящей системы
Удаляемый из бурового раствора газ может содержать горючие компоненты.
Следовательно, выкидной тракт нельзя рассматривать как обычную вентиляционную трубу.
Газ должен выводиться в безопасную зону.
Не допускаются повреждения и негерметичность рукавов.
Следует избегать резких перегибов, которые увеличивают сопротивление.
При эксплуатации необходимо контролировать, чтобы выкидной патрубок не был перекрыт посторонними предметами или замерзшим конденсатом.
Работа в холодных условиях
Для буровых площадок северных регионов важно учитывать воздействие низких температур.
Даже если металлическая конструкция способна работать на морозе, свойства самого бурового раствора существенно изменяются.
Вязкость возрастает, а вода в неработающих трубопроводах может замерзать.
Конденсат в газоотводящей линии также представляет проблему.
Поэтому зимняя эксплуатация требует утепления или обогрева отдельных элементов в соответствии с проектом циркуляционной системы.
Перед запуском после длительной остановки желательно проверить свободное вращение механизмов.
Роль автоматизации
ДЦ-1-40 можно включать в общую систему управления циркуляционным комплексом.
Автоматика способна контролировать уровень жидкости в отсеке, состояние электродвигателей и работу вентилятора.
При аварийном снижении уровня насос можно остановить.
При перегрузке двигателя система защиты отключает привод.
Дополнительные датчики позволяют собирать информацию о состоянии агрегата и планировать техническое обслуживание.
Особенно полезен дистанционный мониторинг на современных буровых с централизованной системой управления.
Экономическое значение дегазации
Газированный раствор может создавать дополнительные технологические расходы.
Нестабильная плотность усложняет контроль параметров бурения.
Повышенное газосодержание ухудшает работу циркуляционной системы и может требовать дополнительных операций.
Эффективная дегазация позволяет быстрее возвращать раствор к заданным характеристикам.
При этом сама установка потребляет электроэнергию и требует обслуживания.
Поэтому ее рациональность оценивается как часть общей технологической схемы, а не отдельно по стоимости электропривода.
Как выбирать дегазатор по производительности
Первый параметр - максимальный циркуляционный расход.
Дегазатор должен обрабатывать достаточную часть потока за разумное время.
Второй фактор - ожидаемая интенсивность газопроявлений.
Третий - свойства бурового раствора.
Дополнительно учитываются монтажные размеры, глубина емкости и доступная электрическая мощность.
ДЦ-1-40 с производительностью около 40 л/с рационально рассматривать там, где такой расход соответствует реальной технологической нагрузке.
Почему не всегда нужен более мощный агрегат
Избыточная производительность увеличивает стоимость инфраструктуры.
Более мощному агрегату требуется больше электроэнергии и, как правило, более крупные монтажные элементы.
Если циркуляционный поток существенно меньше возможности дегазатора, большая часть его потенциала не используется.
Кроме того, слишком интенсивная обработка может оказаться технологически ненужной.
Поэтому оборудование выбирают не по принципу максимального значения, а по соответствию расчетному режиму.
Место ДЦ-1-40 среди оборудования контроля бурового раствора
Центробежный дегазатор является лишь одним элементом циркуляционной системы.
Вибросито удаляет крупный шлам.
Гидроциклоны работают с более мелкой твердой фазой.
Центрифуги позволяют выполнять более тонкое разделение.
Перемешиватели поддерживают однородность раствора.
ДЦ-1-40 при этом решает отдельную задачу - удаляет газовую фазу.
Системный подход позволяет каждому агрегату работать в диапазоне, для которого он предназначен.
Заключение
ДЦ-1-40 представляет собой центробежный дегазатор бурового раствора, предназначенный для удаления газовой фазы из циркулирующей жидкости. В отличие от классических вакуумных систем, его основной рабочий принцип связан с интенсивным вращением раствора и воздействием центробежных сил.
Газированный раствор подается вертикальным шламовым насосом в камеру дегазации. Во вращающемся потоке жидкая фаза распределяется по стенкам, пузырьки высвобождаются, а выделенный газ удаляется вытяжной системой. После этого обработанный раствор возвращается в циркуляционный контур.
По данным производителя, ДЦ-1-40 имеет пропускную способность не менее 40 л/с, или около 140 м³/ч. Максимальная частота вращения рабочего колеса насоса составляет 750 об/мин, а общая мощность электрооборудования - до 16,5 кВт.
Конструкция может применяться в модульных циркуляционных системах и состоит из камеры дегазации и вертикального шламового насоса. Для размещения последнего требуется отсек глубиной около 1330 мм. Это необходимо учитывать при модернизации существующей буровой инфраструктуры.
Эффективность работы зависит не только от характеристик самого агрегата. Большую роль играют вязкость и плотность раствора, величина газосодержания, содержание твердых частиц и правильная работа предварительной очистки.
Важным элементом остается газоотвод. Выделившийся газ необходимо организованно выводить в безопасную зону, особенно если он содержит горючие углеводороды.
При эксплуатации также требуется контролировать состояние шламового насоса, рабочего колеса, подшипников, вентилятора и электрических компонентов. Абразивная твердая фаза и постоянная механическая нагрузка постепенно вызывают износ.
ДЦ-1-40 следует рассматривать не как самостоятельный аппарат, решающий все задачи подготовки бурового раствора, а как специализированную ступень циркуляционной системы. Вместе с виброситами, гидроциклонами, центрифугами и перемешивателями он помогает поддерживать заданные свойства раствора и снижать влияние газовой фазы на работу бурового комплекса.
Правильный выбор производительности, корректный монтаж и регулярное техническое обслуживание позволяют использовать центробежный принцип дегазации наиболее эффективно и обеспечивать стабильную работу системы очистки бурового раствора.