При бурении нефтяных, газовых и других скважин буровой раствор постоянно циркулирует между поверхностью и забоем. Он выполняет сразу несколько технологических функций: участвует в выносе разрушенной породы, охлаждает рабочий инструмент, помогает поддерживать необходимые параметры скважины и возвращается на поверхность для повторного использования. Вместе с раствором наверх поступает значительное количество шлама, который необходимо своевременно отделять.
Одним из основных элементов первой ступени очистки становится вибросито. При подборе оборудования заказчика интересуют производительность, площадь рабочей поверхности, тип колебаний, размеры ситовых панелей, энергопотребление и цена вибросита. Стоимость при этом нельзя оценивать отдельно от условий эксплуатации: две установки одинакового назначения могут заметно отличаться по исполнению, комплектации и способности работать с конкретным буровым раствором.
Что такое вибросито и зачем оно нужно при бурении
Вибросито представляет собой механическое оборудование для разделения бурового раствора и твёрдых частиц по размеру.
Поступающая смесь распределяется по поверхности ситовой панели. Под действием вибрации жидкая фаза и достаточно мелкие частицы проходят через ячейки сетки, а более крупный шлам перемещается к краю рабочей поверхности и удаляется.
На первый взгляд процесс напоминает обычное просеивание. В реальной буровой системе всё сложнее: поток раствора непрерывен, свойства жидкости меняются, частицы имеют неправильную форму, сетка испытывает абразивное воздействие, а производительность оборудования должна соответствовать текущему режиму бурения.
Именно поэтому промышленное вибросито представляет собой достаточно сложную машину с рассчитанной динамикой колебаний, прочной рамой и сменными ситовыми панелями.
Почему вибросито называют первой ступенью очистки
Система очистки бурового раствора обычно состоит из нескольких этапов.
Вибросито первым принимает поток, поступающий из скважины. Его задача — удалить сравнительно крупную выбуренную породу до того, как раствор попадёт на следующие ступени обработки.
После механического отделения крупных частиц могут использоваться:
- пескоотделители;
- илоотделители;
- гидроциклонные установки;
- центрифуги;
- дегазаторы;
- другое технологическое оборудование.
Такая последовательность имеет практический смысл.
Если сразу направить сильно загрязнённый раствор на оборудование тонкой очистки, оно будет работать с избыточной нагрузкой. Предварительное удаление крупного шлама позволяет распределить задачи между несколькими ступенями.
Как происходит разделение бурового раствора
Рабочий процесс состоит из нескольких этапов.
Сначала раствор поступает в приёмную часть оборудования. Поток необходимо распределить по ситовой поверхности таким образом, чтобы она использовалась максимально эффективно.
Далее смесь попадает на вибрирующие панели.
Колебания создают несколько эффектов одновременно:
- препятствуют быстрому забиванию поверхности;
- ускоряют прохождение жидкой фазы через сетку;
- перемещают твёрдый шлам к разгрузочной стороне;
- помогают отделять жидкость от выбуренной породы.
Правильно настроенное вибросито должно обеспечивать разумный баланс между производительностью и качеством разделения.
Если стремиться только к максимально быстрому прохождению раствора, можно ухудшить эффективность очистки. Если чрезмерно увеличивать время нахождения материала на сетке, возможно снижение пропускной способности.
Какую роль играет размер ячейки
Ситовая панель фактически определяет границу разделения частиц.
Через крупную ячейку проходит больше материала, поэтому производительность обычно выше. Однако вместе с раствором через сетку могут проходить и более крупные твёрдые частицы.
Мелкая сетка обеспечивает более тонкую очистку, но создаёт большее сопротивление потоку и чувствительнее к загрязнению.
Поэтому выбор осуществляется не по принципу «чем мельче, тем лучше».
Необходимо учитывать:
- состав шлама;
- вязкость раствора;
- текущий расход;
- требования последующих ступеней очистки;
- устойчивость сетки к нагрузке.
Во время одного бурового проекта ситовые панели могут заменяться по мере изменения условий.
Почему свойства бурового раствора влияют на производительность
Номинальная производительность вибросита сама по себе не даёт полной картины.
Одинаковый объём воды и густого бурового раствора проходит через сетку по-разному.
На процесс влияют:
- плотность;
- вязкость;
- содержание твёрдой фазы;
- тип основы;
- температура;
- дисперсность частиц.
Раствор на водной основе может демонстрировать один режим прохождения, а сложная система на углеводородной основе — другой.
Поэтому при подборе оборудования желательно передавать производителю или поставщику реальные технологические параметры, а не ограничиваться требованием определённой производительности в кубических метрах.
Линейные колебания
Одним из распространённых режимов является линейная вибрация.
При такой схеме частицы получают направленное движение вдоль рабочей поверхности.
Линейный режим удобен, когда необходимо эффективно транспортировать шлам к разгрузочной зоне и поддерживать высокую производительность.
Большое значение имеют:
- частота;
- амплитуда;
- направление колебаний;
- виброускорение.
Нельзя бесконечно увеличивать интенсивность вибрации. Слишком высокая нагрузка влияет на ресурс конструкции, ситовых панелей и креплений.
Поэтому параметры подбираются как часть общей конструкции машины.
Линейно-эллиптическая траектория
В некоторых виброситах предусматриваются различные режимы движения рабочей рамы.
Линейно-эллиптический характер колебаний может использоваться для изменения поведения шлама на поверхности.
При этом частицы несколько иначе перемещаются по ситовой панели, что позволяет управлять временем их нахождения в рабочей зоне.
Такой режим может быть полезен, когда важна более глубокая степень обезвоживания отделяемой твёрдой фазы.
Возможность изменения характера колебаний делает оборудование более адаптивным к различным режимам бурения.
Почему сухость шлама имеет значение
Задача вибросита состоит не только в отделении твёрдых частиц.
Важно также уменьшить количество бурового раствора, которое уходит вместе с удаляемым шламом.
Если выбуренная порода покидает установку слишком влажной, предприятие теряет часть рабочей жидкости.
Кроме прямых затрат это увеличивает объём отходов, которые необходимо собирать и обрабатывать.
Поэтому при оценке работы оборудования учитывают не только визуальную чистоту раствора после сетки, но и состояние удаляемой твёрдой фазы.
Хорошо обезвоженный шлам содержит меньше уносимого полезного раствора.
Рабочая площадь ситовых панелей
Чем больше площадь фильтрующей поверхности, тем больше пространства доступно для прохождения жидкой фазы.
Однако оценивать установку только по площади тоже неправильно.
Результат зависит от сочетания:
- размера поверхности;
- типа сетки;
- распределения входного потока;
- режима вибрации;
- свойств раствора;
- угла наклона деки.
Две установки с одинаковой площадью могут показывать разную производительность, если их гидродинамика и механика отличаются.
Большое значение имеет также количество стыков между кассетами. Каждый дополнительный элемент усложняет конструкцию рабочей зоны.
Зачем менять угол наклона виброрамы
Регулировка наклона позволяет изменять время прохождения материала по рабочей поверхности.
Если изменить положение деки, меняется глубина слоя жидкости и скорость перемещения шлама.
Это даёт оператору дополнительный способ адаптации оборудования к текущей ситуации.
Например, при высоком расходе может требоваться один режим, а при необходимости более тщательного обезвоживания — другой.
Регулировка особенно полезна там, где свойства поступающего раствора меняются непосредственно в ходе бурения.
Почему ситовая панель является расходным элементом
Сетка постоянно контактирует с абразивными частицами.
Выбуренная порода перемещается по поверхности под действием интенсивной вибрации, поэтому постепенно происходит износ.
На срок службы влияют:
- характер породы;
- размер частиц;
- расход раствора;
- натяжение сетки;
- качество крепления;
- режим вибрации;
- механические повреждения.
Повреждённую панель необходимо своевременно менять.
Даже небольшой разрыв способен пропускать частицы значительно крупнее расчётного размера, фактически нарушая работу первой ступени очистки.
Преднатянутые панели
На промышленных виброситах широко используются готовые кассетные панели.
Сетка заранее натянута на жёсткую основу, поэтому при установке оператор получает рабочую поверхность с определёнными характеристиками.
Преимущества такого решения связаны с повторяемостью и скоростью замены.
При остановке оборудования изношенную кассету можно снять и установить новую, не выполняя сложное натяжение сетки непосредственно на буровой площадке.
Для непрерывного технологического процесса время такой операции имеет большое значение.
Герметизация между панелью и рамой
Раствор должен проходить именно через ситовую сетку.
Если между кассетой и опорной конструкцией остаётся щель, возникает обходной путь. Через него могут проходить крупные частицы, которые вибросито должно было удалить.
Поэтому уплотнение является важным элементом конструкции.
Оно должно одновременно:
- обеспечивать плотность;
- выдерживать вибрацию;
- сохранять свойства при рабочей температуре;
- быть совместимым с буровым раствором.
Особенно важно учитывать химическую стойкость при работе с растворами на углеводородной основе.
Абразивный износ рабочей зоны
Выбуренная порода действует на оборудование как абразив.
Особенно интенсивный износ возникает в местах, где поток шлама постоянно соприкасается с металлическими поверхностями.
Поэтому ответственные зоны могут дополнительно защищаться износостойкими материалами.
Такое конструктивное решение увеличивает срок работы рамы и уменьшает объём восстановительного ремонта.
При выборе оборудования для тяжёлых условий полезно оценивать не только общую толщину металла, но и то, как именно защищены участки наиболее интенсивного износа.
Вибромоторы и динамическая нагрузка
Колебания рамы создаются вибрационными приводами.
Работа двух синхронизированных вибромоторов позволяет формировать требуемую траекторию движения.
Особенность такого оборудования заключается в постоянной циклической нагрузке.
Для обычной неподвижной металлоконструкции определённая прочность соединения может быть достаточной, а при непрерывной вибрации требования становятся значительно строже.
Поэтому большое значение имеют:
- качество сварных швов;
- конструкция рамы;
- фиксация резьбовых соединений;
- состояние опор;
- регулярный технический осмотр.
Даже небольшое ослабление крепежа при длительной вибрации способно быстро прогрессировать.
Энергопотребление и эксплуатационные затраты
При круглосуточном бурении оборудование работает длительное время.
Поэтому установленная мощность влияет не только на требования к электросети, но и на общие эксплуатационные затраты.
Особенно значим этот фактор на удалённых объектах, где электроэнергия производится автономными генераторами.
При сравнении двух установок полезно учитывать не только цену приобретения, но и:
- потребляемую мощность;
- срок службы ситовых кассет;
- стоимость комплектующих;
- трудоёмкость обслуживания;
- количество простоев;
- необходимость грузоподъёмных операций.
Именно совокупные расходы показывают реальную стоимость эксплуатации.
Масса оборудования и монтаж
Вибросито устанавливается в составе циркуляционной системы, поэтому масса и габариты важны ещё на стадии проектирования.
Необходимо учитывать:
- несущую способность основания;
- расположение приёмных ёмкостей;
- доступ для обслуживания;
- возможность замены панелей;
- подъезд грузоподъёмной техники;
- транспортировку между площадками.
На кустовом бурении оборудование может перемещаться вслед за буровой установкой.
Чем проще монтаж и демонтаж, тем меньше времени требуется на перебазирование.
Однако снижение массы не должно достигаться за счёт недостаточной жёсткости вибрационной рамы.
Работа в холодном климате
Буровое оборудование нередко эксплуатируется в регионах с очень низкими температурами.
Для таких условий важна не только работоспособность электродвигателей.
Холод влияет на:
- металл конструкции;
- эластичные уплотнения;
- кабельные вводы;
- смазочные материалы;
- электрические компоненты.
Оборудование, рассчитанное на северное исполнение, должно проектироваться с учётом этих факторов.
Особое внимание требуется перед запуском после длительной стоянки на морозе.
Взрывозащищённое исполнение
Нефтегазовые объекты относятся к сфере, где требования к электробезопасности особенно высоки.
В определённых зонах возможно образование взрывоопасной атмосферы, поэтому установленное электрооборудование должно соответствовать условиям эксплуатации.
Вибромоторы, коммутационные устройства и другие электрические компоненты выбираются с учётом категории и класса зоны.
Нельзя заменять штатный компонент произвольным аналогом только по мощности и габаритам.
Соответствие условиям взрывозащиты является самостоятельным обязательным параметром.
Где кроме нефтегазового бурения применяются вибросита
Основная сфера — системы очистки бурового раствора.
Однако принцип вибрационного разделения используется и при других буровых технологиях.
Оборудование может быть востребовано при:
- горизонтально направленном бурении;
- отдельных геологоразведочных работах;
- ремонте скважин;
- технологических процессах с циркуляцией бурового раствора.
Конкретная модель подбирается по расходу, свойствам рабочей жидкости и необходимой степени очистки.
Горизонтально направленное бурение
При ГНБ буровой раствор также выполняет важные технологические функции и возвращается на поверхность вместе с частицами грунта.
На крупных проектах повторное использование жидкости помогает снизить расход приготовленного раствора.
Для этого твёрдую фазу необходимо удалять.
Вибросито становится первым механическим барьером, после которого жидкость может направляться на дальнейшую очистку и корректировку свойств.
При этом характер грунта при ГНБ может сильно различаться, поэтому конфигурация сеток имеет большое значение.
Вибросито и гидроциклон — в чём разница
Оба устройства участвуют в отделении твёрдых частиц, но работают по разным принципам.
Вибросито разделяет поток механически через сетку.
Гидроциклон использует движение жидкости и центробежные силы.
Поэтому эти устройства не являются прямыми конкурентами.
Обычно они решают задачи разных ступеней очистки.
Вибросито удаляет более крупный шлам, после чего гидроциклон способен работать с более мелкой фракцией.
Такое последовательное разделение позволяет эффективнее использовать возможности каждого устройства.
Вибросито или центрифуга
Центрифуга также применяется для работы с твёрдой фазой бурового раствора, но предназначена для значительно более тонкого разделения.
Она имеет другую конструкцию, энергопотребление и стоимость эксплуатации.
Использовать центрифугу вместо первой грубой ступени очистки обычно нерационально: крупные частицы лучше удалить раньше и более простым способом.
Поэтому вибросито и центрифуга являются элементами одной технологической цепочки, а не альтернативами для одинаковой задачи.
Как понять, что вибросито работает неправильно
Оператор должен обращать внимание не только на сам факт вибрации.
Признаками проблем могут быть:
- перелив раствора через края;
- чрезмерно мокрый шлам;
- постоянное забивание сетки;
- неравномерное распределение потока;
- необычная вибрация;
- посторонний металлический шум;
- частые повреждения панелей;
- перегрев приводов.
Причина может находиться как в самом оборудовании, так и в неправильно выбранном режиме.
Например, перелив способен быть следствием слишком мелкой сетки для текущего расхода раствора.
Почему профилактический осмотр особенно важен
Вибрационная машина работает в тяжёлых условиях, поэтому мелкая неисправность может быстро превратиться в серьёзную.
Регулярно контролируют:
- состояние сеток;
- крепления кассет;
- уплотнения;
- вибромоторы;
- резьбовые соединения;
- элементы рамы;
- электропроводку;
- защитные элементы.
Периодичность обслуживания устанавливается руководством по эксплуатации и условиями работы.
Простой во время бурения способен стоить значительно дороже плановой замены изношенной детали.
От чего зависит цена вибросита
У промышленного оборудования редко существует одна универсальная стоимость для любого проекта.
На цену влияют:
- модель;
- производительность;
- исполнение;
- климатическая категория;
- тип электродвигателей;
- взрывозащита;
- комплектация ситовыми кассетами;
- дополнительные элементы;
- требования к интеграции в существующую циркуляционную систему.
Значение имеет и объём поставки.
Заказчику может требоваться только отдельное вибросито либо целый блок очистки с несколькими технологическими ступенями.
Поэтому корректное коммерческое предложение составляется после определения условий эксплуатации.
Какие данные нужны для подбора
Чтобы выбрать подходящую модель, желательно заранее подготовить техническую информацию.
В неё входят:
- максимальный расход бурового раствора;
- тип и характеристики раствора;
- предполагаемый состав твёрдой фазы;
- климатические условия;
- требования по взрывозащите;
- схема существующего блока очистки;
- доступная электрическая мощность;
- требования к степени очистки;
- необходимость интеграции с другим оборудованием.
Чем точнее исходные данные, тем меньше риск получить оборудование, которое формально подходит по производительности, но неудобно в реальном технологическом процессе.
Новое оборудование или замена существующего
При строительстве нового блока очистки проектировщик относительно свободен в выборе габаритов и схемы установки.
При модернизации действующей системы появляются дополнительные ограничения.
Необходимо учитывать:
- размеры монтажного места;
- расположение входного патрубка;
- высоту разгрузки;
- существующие ёмкости;
- доступные электрические подключения;
- соседнее оборудование.
В такой ситуации особое значение приобретает совместимость монтажных размеров.
Возможность заменить старую машину без серьёзной переделки металлоконструкций сокращает продолжительность модернизации.
Что лучше: максимальная производительность или универсальность
Высокая паспортная производительность выглядит привлекательной, но сама по себе не гарантирует лучшего результата.
Если конкретная установка большую часть времени работает значительно ниже расчётной нагрузки, часть возможностей остаётся невостребованной.
Для буровой площадки важнее сочетание:
- достаточного запаса по пропускной способности;
- подходящей площади сеток;
- удобной регулировки;
- доступности расходных элементов;
- надёжности;
- ремонтопригодности.
Поэтому лучшим становится оборудование, соответствующее реальному диапазону режимов, а не модель с максимальными числами в характеристиках.
Роль СВЛК-2К в системе очистки
СВЛК-2К относится к вибрационным ситам для первой ступени очистки бурового раствора. Модель рассчитана на отделение выбуренной породы и может использоваться в составе циркуляционных систем буровых установок. Конструкция предусматривает крупноформатные ситовые панели, регулируемое положение вибрирующей рамы и режимы, позволяющие адаптировать работу к технологической задаче. Оборудование также рассчитано на эксплуатацию в сложных климатических условиях и нефтегазовой отрасли.
Для пользователя ключевым остаётся не отдельный паспортный показатель, а то, как машина поведёт себя в составе конкретного блока очистки. Расход бурового раствора, размер ячеек, характер породы, угол деки и режим вибрации связаны между собой. Изменение одного параметра неизбежно отражается на остальных.
Именно поэтому профессиональный выбор вибросита начинается с анализа циркуляционной системы, а не с поиска наиболее мощной модели. Первая ступень должна своевременно принимать весь поток из скважины, удалять требуемую фракцию шлама, не терять чрезмерное количество бурового раствора и передавать жидкость дальше в состоянии, подходящем для последующей очистки. Когда эти условия соблюдены, вибросито становится не отдельной машиной на площадке, а полноценным элементом управления свойствами и оборотом бурового раствора.