Uncovering the key technology of cryogenic drilling rig solid control system in extreme cold environment

Система контроля твердой фазы криогенной буровой установки призвана обеспечить эффективное разделение твердых фаз и стабилизацию характеристик бурового раствора в условиях низких температур за счет многомодульной синергии, при этом принимаются специальные меры по адаптации к низкотемпературной среде для обеспечения нормальной работы системы в условиях низких температур.

В области разведки и разработки нефти и газа, с ростом мирового спроса на энергию, все больше и больше буровых работ расширяются в низкотемпературные регионы, такие как полярные регионы и высокие широты. Низкотемпературная среда приносит много проблем для буровых работ. Прежде всего, мы должны знать, что в низкотемпературной среде вязкость бурового раствора значительно увеличится, а текучесть ухудшится, что не только повлияет на циркуляцию бурового раствора в скважине и снизит его способность переносить породу, но также может привести к более высокому давлению насоса, увеличить нагрузку на оборудование и даже вызвать отказы оборудования. В то же время низкая температура может привести к снижению производительности некоторых добавок в буровом растворе, влияя на его стабилизирующее действие на пласт и смазочное действие на буровой инструмент.

Низкая температура приведет к изменению физических свойств металлических материалов, таких как снижение прочности и повышение хрупкости, что приведет к более вероятному разрыву структурных частей оборудования, трубопроводов и других. Кроме того, низкие температуры могут повлиять на герметичность оборудования, вызывая утечку бурового раствора. Для некоторого оборудования, работающего на гидравлическом приводе, низкая температура приведет к увеличению вязкости гидравлического масла, плохой текучести, что приведет к медленной работе оборудования или даже к его ненадлежащей работе.

При низких температурах частицы твердой фазы в буровом растворе с большей вероятностью собираются, что затрудняет отделение твердой фазы оборудованием для контроля твердой фазы. Более того, некоторые ключевые компоненты оборудования для контроля твердой фазы, такие как сетка вибрационного сита, менее гибкие при низких температурах и легко повреждаются, что влияет на эффект контроля твердой фазы. Как ключевое оборудование для обеспечения стабильной работы бурового раствора и реализации эффективного бурения, важность системы контроля твердой фазы низкотемпературной буровой установки очевидна. В этой статье мы обсудим принцип работы, состав оборудования, технические трудности и другие аспекты системы контроля твердой фазы криогенной буровой установки, чтобы дать вам полное представление об этом буровом оборудовании, которое играет важную роль в экстремально холодной среде.

Принцип работы системы управления твердым телом криогенной установки

Основная задача системы контроля твердой фазы криогенной буровой установки заключается в эффективном контроле и разделении частиц твердой фазы в буровом растворе в условиях низких температур, поддержании хороших эксплуатационных характеристик бурового раствора и обеспечении бесперебойной работы бурения. Принцип ее работы основан на различных физических и химических методах, в основном включающих просеивание, центробежное разделение, гравитационное разделение и т. д.

Вибросито, как оборудование первого уровня системы контроля твердой фазы, отделяет твердофазные вещества, такие как щебень с более крупными частицами, от бурового раствора посредством высокочастотной вибрации и использования сетки сита. Пескоотделитель, с другой стороны, использует принцип циклона, под действием центробежной силы, чтобы заставить более тяжелые твердофазные частицы в буровом растворе, такие как частицы песка, спирально спускаться вдоль внутренней стенки циклона и выгружаться снизу, в то время как очищенный буровой раствор вытекает из переливного отверстия наверху. Принцип работы шламоотделителя аналогичен принципу работы пескоотделителя, за исключением того, что он обрабатывает частицы меньшего размера. Центрифуга, с другой стороны, дополнительно отделяет очень мелкие твердофазные частицы в буровом растворе путем вращения на высокой скорости для улучшения степени очистки бурового раствора.

Для обеспечения надлежащего функционирования этих устройств при низких температурах системы контроля твердого тела обычно оснащаются вспомогательными системами, такими как изоляция и отопление. Например, циркуляционные резервуары и трубопроводы изолируются для снижения теплопотерь; нагревательные устройства, такие как паровые нагреватели и электронагреватели, устанавливаются в резервуарах или ключевых частях оборудования для поддержания температуры оборудования и бурового раствора в подходящем диапазоне, чтобы обеспечить нормальную работу оборудования в системе контроля затвердевания и эффект контроля затвердевания.

二.Системные компоненты системы управления твердым телом криогенной буровой установки

1.Основное технологическое оборудование

Криогенный вибрационный грохот

Корпус сита изготовлен из материала, устойчивого к низким температурам, оснащен низкотемпературной системой смазки и незамерзающим двигателем.

Конструкция экрана учитывает водопроницаемость и морозостойкость при низких температурах, чтобы предотвратить замерзание и засорение шламом.

Низкотемпературный шламоотделитель

Циклон изготовлен из износостойких и стойких к низким температурам сплавов и оснащен низкотемпературными уплотнениями.

Насос подачи шлама оснащен электрообогревом или рубашкой с горячей водой для предотвращения затвердевания шлама в трубопроводе.

Низкотемпературная центрифуга

Барабан и винтовой конвейер изготовлены из криогенного сплава для предотвращения образования хрупких холодных трещин.

Интегрированная система нагрева (например, циркуляция горячего масла) для поддержания текучести пульпы и предотвращения скачков вязкости при низкой температуре.

2.Вспомогательные системы

Системы отопления и изоляции

Электрообогрев/паровые рубашки: покрывают трубопроводы, резервуары и поверхности оборудования для поддержания температуры пульпы выше 0°C.

Изоляция: Бак и основные компоненты изолированы пенополиуретаном или минеральной ватой для снижения потерь тепла.

Система антиконденсации и циркуляции

Мешалка: устанавливается в резервуаре для шлама для предотвращения осаждения твердой фазы и коагуляции шлама.

Циркуляционный насос: оснащен резервным насосным агрегатом для обеспечения непрерывной циркуляции при низких температурах и предотвращения засорения труб.

3.Энергетическая система

Холодостойкое энергетическое оборудование

Двигатель и гидравлическая система используют низкотемпературную смазку, что обеспечивает нормальный запуск при температуре до -40℃.

Резервный источник питания (например, дизель-генератор) оснащен устройством пуска при низких температурах для предотвращения отключения.

Высокоэффективная система теплообмена

Теплообменник рекуперирует отработанное тепло буровой установки, снижая потребление энергии.

Устройство для нагрева мазута (например, термомасляная печь) обеспечивает стабильный источник тепла для бурового раствора.

三.Технические трудности системы управления твердым телом для криогенных буровых установок

1.Адаптивность оборудования к низким температурам

Выбор материала: Для решения проблемы снижения прочности и повышения хрупкости металлических материалов в условиях низких температур при изготовлении оборудования используются устойчивые к низким температурам металлические материалы, такие как низкотемпературная легированная сталь и т. д. Для некоторых ключевых компонентов, таких как сетка вибросита, трубы и т. д., используются специальные полимерные материалы или композитные материалы, которые могут сохранять хорошую гибкость и механические свойства при низких температурах.

Смазка и герметизация: выбирайте смазочные материалы с хорошими низкотемпературными характеристиками, чтобы обеспечить надлежащую смазку оборудования при низких температурах и снизить износ движущихся частей. В то же время оптимизируйте структуру герметизации оборудования, используйте стойкие к низким температурам уплотнительные материалы, такие как фторкаучук и т. д., чтобы улучшить герметизирующие характеристики оборудования и предотвратить утечку бурового раствора и гидравлического масла.

Проектирование систем отопления и сохранения тепла: Разумное проектирование систем отопления и сохранения тепла для обеспечения быстрого нагрева оборудования и поддержания стабильной рабочей температуры в условиях низких температур. Путем точного расчета теплопотерь оборудования, выбора нагревательного устройства соответствующей мощности и применения высокоэффективных материалов и конструкций для сохранения тепла для минимизации рассеивания тепла.

2. Гарантия надежного эффекта контроля

Оптимизация параметров оборудования: В условиях низких температур рабочие параметры оборудования для контроля твердой фазы оптимизируются и корректируются в соответствии с изменениями в характеристиках бурового раствора. Например, соответствующим образом увеличьте частоту и амплитуду вибрации вибросита для усиления эффекта просеивания; отрегулируйте давление на входе и скорость вращения пескоотделителя, илоотделителя и центрифуги для повышения эффективности разделения твердой фазы.

Увеличьте звено предварительной обработки: Чтобы уменьшить нагрузку на оборудование для контроля твердой фазы, улучшить эффект контроля твердой фазы, вы можете увеличить звено предварительной обработки на переднем конце системы контроля твердой фазы. Например, использование устройств предварительного осаждения, чтобы некоторые из более крупных частиц твердой фазы в буровом растворе перед поступлением в оборудование для контроля твердой фазы для предварительного осаждения и разделения, чтобы снизить давление обработки последующего оборудования.

Резерв и гарантия энергии: Учитывая возможные трудности энергоснабжения в низкотемпературных зонах, установлено достаточное резервное энергооборудование, такое как резервные генераторы и резервуары для хранения нефти. В то же время, создание совершенной системы управления энергией, мониторинг и анализ потребления энергии в реальном времени, рациональное распределение использования энергии, чтобы гарантировать, что надежная система управления в случае нестабильного энергоснабжения все еще может нормально работать.

四.Основные особенности системы управления твердым телом криогенной буровой установки с точки зрения проектирования и производства.

1. Принятие теплоизоляционных материалов для обертывания оборудования, резервуаров, труб и т. д. для уменьшения рассеивания тепла, а также установка нагревательных устройств, таких как паровые нагревательные змеевики и электрические нагревательные элементы внутри резервуаров для предотвращения замерзания буровых растворов. Система также оснащена навесом для сохранения тепла, а внутренняя температура не ниже 10℃；

2. Основные компоненты изготовлены из низкотемпературных материалов с использованием морозостойких уплотнений и низкотемпературных смазок, которые могут нормально работать при низких температурах, а все компоненты могут обеспечить нормальную работу при низких температурах -40℃;

3. Резервная конструкция ключевых компонентов сокращает время простоя при техническом обслуживании при низких температурах.

五.Системы контроля твердой фазы криогенных буровых установок в основном используются в некоторых из следующих сценариев:

1. Бурение в полярных регионах: например, в Антарктиде, на Северном полюсе и в других полярных зонах.

2. Бурение в холодных регионах в высоких горах и на плато: некоторые высокогорные горные хребты и плато;

3. Бурение нефтяных и газовых скважин на суше в холодных климатических условиях: в некоторых высокоширотных или внутренних холодных районах;

4. Холодное морское бурение: в морских районах высоких широт.

Как ключевое оборудование для работы с буровыми работами в экстремально холодной среде, система управления твердым веществом криогенной буровой установки имеет большое значение для обеспечения стабильной работы бурового раствора, повышения эффективности бурения, снижения эксплуатационных расходов и защиты окружающей среды. Поскольку разведка и разработка нефтяных и газовых ресурсов в низкотемпературных зонах продолжает углубляться, система управления твердым веществом низкотемпературной буровой установки сталкивается с большим количеством проблем и возможностей. Постоянно преодолевая технические проблемы и внедряя инновационные концепции разработки, система управления твердым веществом криогенной буровой установки совершит большие прорывы в области интеллекта, энергосбережения и защиты окружающей среды, а также интеграции оборудования в будущем.