Zařízení a technologie, schémata přímého a zpětného proplachu – Provoz ropných a plynových vrtů

Proplach studny je velmi důležitou fází vrtání. Provádí se po instalaci pažnicových trubek, propláchnutí konstrukce a vymytí zvodně nasycené vrtným bahnem. Hlavním účelem proplachování je:

• 1. Očištění dna studny od vyvrtané horniny a její odstranění na povrch;
• 2. Chlazení nástroje pro řezání hornin;
• 3. Zesílení stěn studny před zřícením.

Existují tři způsoby proplachování studny: přímé, reverzní a kombinované.

Přímý výplach (obr. 1), kdy výplachová kapalina, čerpaná čerpadlem, prochází sloupcem vrtné trubky, poté (při vrtání s prstencovým čelem) mezi jádrem a hlavní jádrem omývá čelo, ochlazuje nástroj na ničení hornin, zachycuje částice rozrušené horniny z čela, stoupá vzhůru prstencovým prostorem mezi vrtnými trubkami a stěnami vrtu, nakonec přichází na povrch vrtu a,.

Výhody přímého splachování:

• 1) vrtná kapalina, která vystupuje ze zúžených proplachovacích otvorů koruny, získává vysokou rychlost a silou naráží na dno, odplavuje vyvrtanou horninu, což pomáhá zvýšit rychlost vrtání;
• 2) použití speciálních vrtných výplachů při vrtání do sypkých, drobivých a rozbitých hornin zajišťuje zpevnění stěn vrtu spojením částic nestabilní horniny.

Nevýhody přímého splachování:

• 1) stěny studny mohou být vymyty při vrtání v měkkých horninách v důsledku vysoké rychlosti vzestupného proudění;
• 2) snížené procento obnovy aktivní zóny v důsledku dynamického dopadu proudu na horní konec aktivní zóny, což vede k její erozi;
• 3) při vrtání vrtů o velkém průměru je nutná zvýšená spotřeba vrtné kapaliny k vytvoření takového vzestupného průtoku, při kterém budou všechny vyvrtané částice horniny unášeny na povrch.

Přímé proplachování se používá především v průzkumné vrtné praxi.

jílovitý mycí roztok

Obrázek 1 Přímé proplachování studny: 1 — vrtné čerpadlo; 2 — vypouštěcí hadice; 3 — otočný — těsnění; 4 — sloup vrtné trubky; 5 – adaptér pro frézování trubek; 6 — jádrová hlaveň; 7 — koruna; 8 – okapový systém; 9 — jímka; 10 – přijímací nádrž

Reverzní proplach (obr. 2), kdy se proplachovací kapalina pohybuje směrem ke dnu podél prstencového prostoru mezi vrtnými trubkami a stěnami vrtu, omývá dně, vstupuje do otvorů nástroje na řezání horniny, pokud je tam jádro, prochází prstencovou mezerou mezi jádrem a jádrovou trubkou, prochází vnitřním kanálem zemní vrtné kolony a obohacená o kal vystupuje na povrch vrtné kolony.

Výhody zpětného proplachu:

intenzivní čištění čelby od částic zničené horniny a možnost hydraulického transportu jader vrtnými trubkami na povrch.

Nevýhoda zpětného proplachu:

nemožnost zajistit normální proces vrtání v přítomnosti absorbujících horizontů v úseku, ve kterém se vrtná kapalina zcela nebo částečně ztrácí.

Vzhledem ke složitější organizaci zpětného proplachu má omezené uplatnění.

Obrázek 2 Vrtání s reverzní cirkulací pomocí vakuových a odstředivých čerpadel k vytvoření cirkulace: 1 – bit; 2 — vrtací sloup; 3 — rotor; 4 — pracovní potrubí; 5 — otočný; 6 — rukáv; 7 — vakuoměr; 8 — odstředivé čerpadlo; 9 — vakuová nádrž; 10 — nádrž na vodu; 11 — vypouštěcí manžeta; 12 — vakuová pumpa; 13 — ventil; 14 – usazovací nádrž; 15 – vrtné bahno; 16 — propojka; 1 7 — splachovací kapalina; 18 – rýha pro spojení jímky s usazovací nádrží

Kombinované proplachování, kdy se pohyb proplachovací kapaliny nad trubkou sloupce provádí podle schématu přímého proplachování a níže pomocí speciálních zařízení podle schématu zpětného proplachování. Technická realizace kombinovaného proplachu je spojena s použitím zařízení, která převádějí přímé splachování na zpětné proplachování v blízké zóně vrtu. Pro zvýšení výtěžnosti jádra se používá kombinované proplachování.

PROPLACHOVÁNÍ STUDNÍ cirkulace (nepřetržitá nebo periodická) proplachovacího prostředku (plyn, pěna, voda, vrtné bahno) při vrtání za účelem čištění dnu od vyvrtané horniny (kalu) a jeho transportu na povrch nebo do sběračů kalu, přenos energie do vrtných motorů, chlazení a mazání nástrojů pro řezání horniny. Při rotačním vrtání v měkkých a středních horninách se působením výplachu (při průtoku tekutiny 200-250 m/s) docílí také hydromonitorové destrukce hornin na dně.

Rozlišuje se mezi obecnými rovný, generál zvrátit, blízký obličej (místní) a kombinovaný oběhové vzorce.

S generálem прямой cirkulace (obr. 1) vrtná kapalina je dodávána čerpadly z nádrže přes pružnou hadici, otočné a přívodní potrubí do vrtné kolony; Poté prochází hydromotorem a bitovými tryskami, čistí spodní otvor a dopravuje odřezky nahoru prstencovým kanálem mezi vrtnou kolonou a stěnou (nebo pažnicí) vrtu. Na povrchu se vrtná kapalina dostává do čistícího systému, kde postupně prochází žlaby, vibračními síty, usazovacími nádržemi, pomocnými čerpadly, hydrocyklony a odstředivkami. Při vrtání v tvrdých nepropustných horninách se v horních a středních intervalech úseku zjednodušuje systém čištění – používá se menší počet čistících jednotek.

Obecný zvrátit Cirkulace (obr. 2) se používá v případech, kdy čištění porubu a doprava kalu není možná z důvodu nedostatečného výkonu čerpadla, zvětšeného průměru studny a také při vrtání důlních šachet.

Při obecné reverzní cirkulaci proplachovací prostředek vstupuje do spodního vrtu prstencovým prostorem mezi stěnou studny (pažnice) a vrtnými trubkami a obohacený o kal se vrací vrtacími trubkami na povrch k čisticím zařízením a čerpadlu. Vysoké rychlosti vzestupného proudění zajišťují hydrotransport jádra a odstraňování těžkých odřezků. Při utěsněném ústí vrtu zajišťuje cirkulaci vrtné čerpadlo, které vstřikuje proplachovací prostředek do vrtu. Hlavní nevýhody obecného zpětného proplachování studní jsou: nemožnost použití hlubinných motorů, ucpání kanálů nástroji na řezání hornin, nutnost utěsnit ústí vrtu a možnost hydraulického štěpení v důsledku vysokých tlaků. Pro snížení nevýhod se ve většině případů používá vzduchový výtah pro reverzní cirkulaci. K tomu je do vrtné kolony potrubím malého průměru (vzduchovým potrubím) čerpán samostatným potrubím stlačený vzduch, který provzdušňuje vrtnou kapalinu v prstencovém prostoru mezi vzduchovými a vrtnými trubkami a přivádí ji přes odtokové T a odtokové potrubí do jímky a poté samospádem zpět do studny. V malých studnách, zejména studnách s příjmem vody, se zpětná cirkulace provádí pomocí vývěvy. Reverzní cirkulace se oproti přímé cirkulaci vyznačuje vyšší rychlostí vzestupného proudění, možností zvětšování průměru vrtů se spolehlivým hydraulickým výdejem velkokusové rozrušené horniny, lepším čištěním čelby, zvýšenou vydatností jádra a možností jeho kontinuálního výdeje na povrch.

Při proplachování studní jsou možné ztráty proplachovacího prostředku. v důsledku částečné nebo úplné absorpce vrstvami. Někdy, když se náhle otevřou velké trhliny nebo kaverny, jsou pozorovány katastrofální ztráty vrtné kapaliny, které obvykle končí nehodou. Proces proplachování studny narušuje také intenzivní proudění formační vody do studny a emise plynů.

Proces proplachování studní za daných konstrukcí studní a určitých geologických a technických podmínek je řízen změnou vlastností proplachovacího prostředku a jeho cirkulačního režimu. Obecně jsou nastavitelné parametry, které určují volbu zařízení, hustota a reologické vlastnosti proplachovacího činidla; průtok a dodávka čerpadel, která určují rychlost vzestupného toku; hydraulická síla aplikovaná na korunku a turbovrták; diferenční tlak na dně atd.