ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ - Красноярскгазпром нефтегазпроект
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ SCIENTIFIC-TECHNICAL JOURNAL DESIGN AND DEVELOPMENT OF OIL AND GAS FIELDS Строительство скважин. Оборудование и технологии Освоение шельфа Защита окружающей среды от загрязнения Геоэкология Опыт бурения с отбором керна Информация №1. 2021
Адреса и телефоны офисов ООО «Красноярскгазпром нефтегазпроект»: 660075, г. Красноярск, ул. Маерчака, д. 10 т./ф.: +7 (391) 256-80-30 / +7 (391) 256-80-32 office@krskgazprom-ngp.ru 107045, г. Москва, пер. Последний, д. 11, стр. 1 т./ф.: +7 (495) 966-25-50 / +7 (495) 966-25-51 office-msk@krskgazprom-ngp.ru 443086, г. Самара, ул. Скляренко, д. 26 т./ф.: +7 (846) 379-26-84 / +7 (846) 379-26-85 office-smr@krskgazprom-ngp.ru 625048, г. Тюмень, ул. Максима Горького, д. 76, оф. 416-422 т./ф.: +7 (34552) 679-200 office-tmn@krskgazprom-ngp.ru
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА УЧРЕДИТЕЛЬ:
ООО «Красноярскгазпром
нефтегазпроект»
НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Издается с 2017 г.
Научно-технический журнал
Выходит 2 раза в год
РЕДАКЦИЯ:
Редакционный совет
Научный редактор
Теликова Р.С. – председатель, генеральный директор Н.Е. Игнатьева
ООО «Красноярскгазпром нефтегазпроект»;
Компьютерная верстка
Арно О.Б. – генеральный директор ООО «Газпром добыча Т.В. Мальцева
Ямбург»;
Корректор
Лукьянчиков М.И. – генеральный директор Н.В. Шулятикова
ООО «Газпром газнадзор».
АДРЕС РЕДАКЦИИ:
Редакционная коллегия 107045, г. Москва, пер. Последний,
Оганов Г.С. – главный редактор, первый заместитель д. 11, стр. 1.
Тел.: (495) 966-25-50.
генерального директора
E-mail: office-msk@krskgazprom-ngp.ru
ООО «Красноярскгазпром нефтегазпроект»,
д-р техн. наук, профессор;
Волкова В.А. – заместитель главного редактора,
ООО «Красноярскгазпром нефтегазпроект»; Авторы опубликованных
материалов несут ответственность
Дзюбло А.Д. – Российский государственный университет за достоверность приведенных
нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, сведений, точность данных
д-р техн. наук, профессор; цитируемой литературы.
Перепечатка и иное коммер-
Добролюбов С.А. – декан Московского государственного
ческое использование материалов
университета имени М.В. Ломоносова, допускается только с разрешения
д-р геогр. наук, профессор; редакции.
Зубченко А.В. – ведущий научный сотрудник ФГУП В номере использованы фотографии
«Полярный научно-исследовательский из архива ООО «Красноярскгазпром
институт морского рыбного хозяйства нефтегазпроект», а также
и океанографии им. Н.М. Книповича», фотографии, предоставленные
авторами статей.
д-р биол. наук, профессор;
Хведчук И.И. – независимый эксперт по геолого-
разведочным работам. Подписано в печать 10.02.2021.
Формат 60×901/8
Офсетная печать.
Усл. печ. л. 9,75.
Уч.-изд. л. 8,4.
Тираж 350 экз.
Отпечатано в типографии:
ООО «Промобюро»
141009, Московская обл.,
г. Мытищи,
Олимпийский пр., д. 3
© «Проектирование и разработка
нефтегазовых месторождений»
№ 1. 2021, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений 1
СОДЕРЖАНИЕ
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
4 Оганов Г.С., Крулевский Н.В., Бороздин В.С., Бороздин А.В., Пай А.В.
Исследование влияния состава вододизельного и водомасляного топлива
на эффективность работы дизель-электрогенератора
12 Балденко Ф.Д., Жакупов А.Н., Ковалевский С.А.
Режимные параметры одновинтовых насосов систем очистки буровых растворов
ОСВОЕНИЕ ШЕЛЬФА
24 Безродный Ю.Г.
Особенности проектирования, изготовления и эксплуатации морских гравитационных
стационарных ледостойких нефтегазопромысловых платформ
30 Харченко Ю.А., Атаян Г.Э., Мелехова А.Ю.
Оценка индекса живучести плавучих буровых установок при их эксплуатации
на арктическом шельфе
ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
39 Соловьянов А.А.
Аварийные разливы нефти и нефтепродуктов – актуальные проблемы России
43 Миловидов К.Н., Халидов И.А.
Опыт транснациональных нефтегазовых компаний по сокращению выбросов
углекислого газа
ГЕОЭКОЛОГИЯ
48 Лобусев М.А., Лобусев А.В., Бочкарев А.В., Антипова Ю.А.
Глубинный генезис природного газа в верхних слоях и на поверхности земли
Арктического сектора Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна
ОПЫТ БУРЕНИЯ С ОТБОРОМ КЕРНА
58 Гельфгат М.Я., Сурков Д.В.
Система непрерывного отбора керна для бурения научных, стратиграфических
и поисковых скважин
ИНФОРМАЦИЯ
71 Савоткина А.А.
Общественные слушания 2020 года
74 Перечень международных мероприятий нефтегазовой отрасли,
проводимых в первом полугодии 2021 года
76 Представляем новые издания
2 Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2021
Уважаемые коллеги!
В феврале 2021 года ООО «Красноярскгазпром нефтегазпроект»
празднует 20-летие своей профессиональной деятельности.
Разрешите поздравить вас с этим событием!
За эти годы мы вместе реализовали много интересных уникальных
проектов, создали свои корпоративные традиции!
Многочисленные отраслевые награды, доверие крупных заказчиков,
признание профессионального сообщества подтверждают
высокие стандарты качества нашей работы!
Благодаря накопленному за эти годы опыту и компетенциям
компания завоевала репутацию надежного партнера,
нам доверяют российские и зарубежные заказчики.
Несмотря на непростую внешнюю конъюнктуру,
впереди у нашей компании много новых проектов.
Я поздравляю с юбилеем всех сотрудников и партнеров
ООО «Красноярскгазпром нефтегазпроект».
Достижения компании – это результат вашей ежедневной работы
и самоотдачи, с которыми вы делаете свое дело.
Благодаря энергии и энтузиазму нашей сплоченной команды,
мы сможем преодолеть любые трудности.
Желаю новых трудовых успехов и профессиональных достижений,
здоровья, счастья и благополучия вам и вашим близким!
С юбилеем!
Генеральный директор
ООО «Красноярскгазпром нефтегазпроект»
Р.С. Теликова
№ 1. 2021, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений 3
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
УДК 62-63+662.758+658.26
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА
ВОДОДИЗЕЛЬНОГО И ВОДОМАСЛЯНОГО ТОПЛИВА
НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ
ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА
Г.С. Оганов, первый заместитель генерального директора , д-р техн. наук,
Н.В. Крулевский, руководитель проектов УПОМ
ООО «Красноярскгазпром нефтегазпроект»;
В.С. Бороздин, технический директор,
А.В. Бороздин, ведущий инженер,
А.В. Пай, инженер-теплотехник
ООО АФТ-Энерго
Е-mail: bvs@etstsa.ru
Ключевые слова: гидродинамическая кавитационная обработка (ГДКО); вододизельное топливо (ВДТ);
водомасляное топливо (ВМТ); дизель-генераторная установка; содержание CO и NOх в выхлопных газах;
стабильная работа дизель-генератора; снижение выбросов.
Аннотация. В статье представлены результаты исследований влияния кавитированного обводненного
дизельного топлива и рапсового масла на экономичность и экологичность работы дизель-генераторной
установки, которые подтвердили снижение расхода «сухого» топлива при наличии мелкодисперсной воды
в его структуре, а также снижение выбросов NOх в выхлопных газах в зависимости от обводненности
топлива и нагрузки на дизель-генераторной установке. Для выявления преимуществ технологии ГДКО
обводненных топлив следует продолжить испытания дизель-генератора с регулированием угла впрыска.
Практическое внедрение результатов исследований возможно в составе систем двигателя внутреннего
сгорания, а также в различных устройствах сжигания углеводородного топлива (факельные системы,
мазутные котельные и др.).
Д
ля определения вли- пергатором-кавитатором про- работки (ГДКО) обводненного
яния кавитированного точного типа. топлива с последующем сжига-
обводненного дизельно- нием на дизель-генераторной
го топлива и рапсового масла установке, работающей под по-
на экономичность и экологич- Методика стоянной нагрузкой.
ность работы дизель-генера- проведения Схема экспериментального
торной установки перед пода- испытаний стенда состоит из двух основ-
чей на сжигание ВДТ и ВМТ с ных частей: первая – замкнутый
заданной степенью обводнения Методика испытаний заключа- контур циркулирования топли-
обрабатывались трансзвуко- ется в проведении гидродина- ва с установленным кавитато-
вым гидродинамическим дис- мической кавитационной об- ром-эмульгатором, вторая – ди-
4 Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2021
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
Термометр
Коническая Манометр
емкость
Шаровой Насос
кран
Кавитатор-
Весы эмульгатор
Частотный
регулятор
Линия обратного слива
Емкость для
топлива из линии
обратного слива Счетчик ТНВД
Точка подключения
электро-
энергии зонда
Весы Форсунка газоанализатора
Генератор
лабораторные
Выхлопные
Двигатель газы
Потребитель
тока
Дизель-генератор
Рис. 1. Принципиальная схема экспериментального стенда
зель-генераторная установка с гулируемым приводом. После гатора часть мелкодисперсной
подключенным потребителем насоса установлен трансзвуко- водотопливной смеси посту-
тока (рис. 1). вой диспергатор – кавитатор- пает на всасывающую линию
В конической емкости, эмульгатор, обеспечивающий топливного насоса (ТНВД) ди-
обеспечивающей отсутствие получение мелкодисперсной зель-генераторной установки,
застойных участков с обра- водотопливной композиции, с а неиспользованное топливо по
зованием водяных линз и манометрами, показывающими линии рециркуляции – обрат-
установленной на электрон- давления до, после и в критиче- но в конический бак. Расход со-
ных весах, находится водо- ском сечении аппарата. Кавита- жжённого топлива фиксирует-
топливная смесь, которая по тор-эмульгатор имеет вспомо- ся по показаниям электронных
гибкому шлангу поступает на гательную байпасную линию, весов. В газоходе дизель-гене-
всасывающую линию шесте- используемую при запуске уста- раторной установки имеется
рённого насоса с частотно ре- новки. После кавитатора-эмуль- отверстие, в которое устанавли-
№ 1. 2021, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений 5
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
Таблица 1
Удельный расход сухого дизельного топлива в зависимости от содержания
воды в водотопливной эмульсии
Параметры Показатели
Режим обводнения, % 5 10 15 20 25
Расход сухого дизельного топлива, % 97 100 100,6 101,1 10,6
Примечание. Исходное дизельное топливо – 100 %, дизельное топливо после ГДКО – 98,1 %.
вается зонд газоанализатора. К тания проводились на рекомен- Технические характеристики
дизель-генератору через счет- дованной изготовителем гене- используемых приборов:
чик электроэнергии подключен ратора мощности 1 кВт. Расход – весы лабораторные «Ин-
электроприбор с регулятором электроэнергии фиксировался гредиент ЕНА251», погрешность
потребляемой мощности. Испы- цифровым электросчётчиком. ±0,1 г;
Таблица 2
Усредненные результаты газоанализа ВДТ в зависимости от нагрузки
Нагрузка, O 2, % CO2, % CO, NO, NOx, SO2, Tгаза, °C Tвозд, °C
кВт ppm ppm ppm ppm
ГДКО Дизельное топливо
0,5 16,0 3,7 709,3 154,0 162,0 0 201,2 21,3
1,0 13,8 5,2 1100,3 286,0 300,7 0 231,7 21,9
1,3 12,2 6,4 1888,0 365,3 383,7 0 270,6 22,6
Обводненность 5 %
0,5 16,0 3,6 849,3 123,7 129,7 0 195,7 21,0
1,0 13,8 5,2 1261,0 243,0 255,0 0 229,1 21,1
1,3 12,3 6,3 2244,3 329,3 345,7 0 264,2 20,9
Обводненность 10 %
0,5 16,0 3,6 1210,3 83,7 88,3 0 194,5 21,0
1,0 13,7 5,3 1551,7 207,0 217,3 0 227,9 21,2
1,3 12,1 6,5 2538,7 279,7 293,7 6 271,7 21,2
Обводненность 15 %
0,5 16,2 3,5 1657,0 45,0 46,7 0 186,3 21,0
1,0 14,0 5,1 1837,7 137,3 144,0 0 216,1 21,0
1,3 12,3 6,3 3071,7 194,3 204,0 31 251,9 21,2
6 Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2021
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
Таблица 3
Усредненные результаты газоанализа ВМТ в зависимости от нагрузки
Нагрузка, O 2, % CO2, % CO, NO, NOx, SO2, Tгаза, °C Tвозд, °C
кВт ppm ppm ppm ppm
ГДКО Рапсовое масло
0,5 15,8 3,8 919 281 295 9 229 20,2
1,0 13,4 5,5 1714 420 442 9 267 20,6
1,3 11,2 7,0 3097 446 468 88 330 21,1
Обводненность 5 %
0,5 15,8 3,8 1117 225 236 0 194,3 19,9
1,0 13,4 5,5 1805 378 396 14 19,5
1,3 11,1 7,2 3376 373 392 82 19,6
Обводненность 10 %
0,5 15,6 3,9 1258 198 210 8 – 18,4
1,0 13,2 5,6 2076 357 367 48 – 18,7
1,3 11,2 7,1 3219 375 394 101 – 19,0
Обводненность 15 %
0,5 15,3 4,1 1444 160 168 29 – 18,9
1,0 13,0 5,9 2323 298 313 89 – 18,7
1,3 10,6 7,6 3674 302 317 151 – 18,9
– весы «Олимп», Max = 3–6 кг, вали рафинированное рапсовое 1. Дизельное топливо ис-
Min = 20 г, погрешность ±0,5 г; масло и фильтрованную воду ходное (некавитированное, не-
– термометр HANNA централизованного водоснаб- обводненное);
CheckTemp, погрешность ±0,3 °С; жения. Проводили точную мас- 2. Дизельное топливо после
– счетчик электроэнергии совую дозировку воды. Кави- ГДКО;
«Меркурий 230», класс точности тационная обработка каждого 3. Эмульсии дизельного то-
0,5S; 1,0; образца происходила на стенде с плива и воды с массовыми доля-
– газоанализатор Optima 7. трансзвуковым диспергатором ми 3, 5, 7, 10, 15, 20 и 25 % после
кавитатора-эмульгатора. Необ- ГДКО.
ходимое давление создавалось Исследованные образцы ВМТ:
Приготовление шестерённым насосом JYB-1 1. Рапсовое масло после
образцов 380 B с частотным регулятором ГДКО;
привода. Проводилось посте- 2. Эмульсии рапсового мас-
Образцы вододизельного топли- пенное дообводнение до по- ла и воды с массовыми долями
ва приготавливали из автомо- лучения гомогенной эмульсии 3, 5, 7, 10, 15 и 20 % после ГДКО.
бильного дизельного топлива, с последующим сжиганием
полученного с АЗС, и фильтро- каждого образца на дизель-ге-
ванной воды централизован- нераторной установке Denzel Результаты
ного водоснабжения. Для при- DD2500 (максимальная мощ- испытаний
готовления образцов эмульсии ность 1,8–2,0 кВт).
рапсового масла и воды (водо- Исследованные образцы В результате испытаний выявле-
масляного топлива) использо- ВДТ: на стабильная работа дизель-ге-
№ 1. 2021, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений 7
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
Выявлено снижение удель-
ного расхода дизельного то-
плива (в пересчёте на сухое
Методика испытаний заключается в проведении топливо) на величину до 3 %
гидродинамической кавитационной обработки (ГДКО) при массовом содержании во-
обводненного топлива с последующем сжиганием ды 5 %.
на дизель-генераторной установке, работающей Проведены испытания для
под постоянной нагрузкой. определения влияния на эконо-
мичность дизель-генераторной
установки специальной эмуль-
гирующей добавки эмульгатор
«Каскад М» марки Г в количе-
нератора без потери мощности дизельного топлива в зависимо- стве 6 г на 2100 г исходного ДТ
при содержании воды в топливе сти от содержания воды в ВДТ для диспергации и стабилиза-
до 25 %. Удельный расход сухого представлен в табл. 1. ции эмульсии. В зависимости от
4000
3500 3072
3000
Содержание СО, ррm
2539
2500 2244
1888 1838
2000
1552
1261
1500 1100 1657
1000 1210
849
500 709
0
ГДКО Дизельное Обводненность 5 % Обводненность 10 % Обводненность 15 %
топливо
а
4000 3674
3376
3500 3097 3219
3000
Содержание СО, ррm
2323
2500 2076
1714 1805
2000
1258 1444
1500 1117
919
1000
500
0
ГДКО Рапсовое масло Обводненность 5 % Обводненность 10 % Обводненность 15 %
б
0,5 кВт 1,0 кВт 1,3 кВт
Рис. 2. Зависимость содержания CO в выхлопных газах от обводненности ВДТ и нагрузки (а) и от об-
водненности ВМТ и нагрузки (б)
8 Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2021СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
500
450
400 365
Содержание NО, ррm
350 329
286 280
300
243
250
207 194
200
154
150 124 137
100 84
45
50
0
ГДКО Дизельное Обводненность 5 % Обводненность 10 % Обводненность 15 %
топливо
а
500
446
450
378 375
Содержание NО, ррm
400
420
350 373
357 302
300 281
250 225 298
198
200 160
150
100
50
0
ГДКО Рапсовое масло Обводненность 5 % Обводненность 10 % Обводненность 15 %
б
0,5 кВт 1,0 кВт 1,3 кВт
Рис. 3. Зависимость содержания NO в выхлопных газах от обводненности топлива и нагрузки при сжи-
гании ВДТ (а) и ВМТ (б)
обводненности выявлена эконо- в табл. 3 – для рапсового масла ной регулировки дизельного
мия сухого дизельного топлива и ВМТ. двигателя при работе с новым
до 4,6 %. Зависимости содержания CO видом топлива, т. е. не отре-
и NO в выхлопных газах от об- гулирован угол впрыска (для
водненности топлива и потре- использованного дизель-гене-
Содержание бляемой мощности показаны на ратора такой возможности не
экологически рис. 2–3. предусмотрено), но, возможно,
вредных веществ При содержании воды 5 % газоанализатор фактически
выбросы NOх снижаются от 306 фиксирует синтез-газ по схеме
в выхлопных газах до 255 ррm. Однако при этом СО+2Н2О, полученный парци-
отмечен рост выбросов СО от альным окислением углерода
Усредненные результаты газо- 1048 до 1261 ррm. Наиболее дизельного топлива в присут-
анализа представлены в табл. 2 вероятное объяснение недожо- ствии высокого давления, тем-
для дизельного топлива и ВДТ, га топлива – отсутствие долж- пературы и паров воды. При
№ 1. 2021, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений 9СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
обводнении 10 % эмиссия NOх ционной обработки с дооб- с отстаиванием 12 сут, как и в
снижается на 41 % по сравне- воднением 15 % и последу- результате сжигания образца
нию с чистым дизелем, но вы- ющим отстаиванием пробы после обработки с отстаива-
бросы СО растут примерно на для отделения воды в течение нием 50 мин по сравнению с
ту же величину. 12 сут; результатами сжигания исход-
ного топлива не обнаружено
(табл. 4).
Трансзвуковой диспергатор
кавитатор-эмульгатор являет-
ся экономичным и эффектив-
Для определения влияния кавитационной обработки ным устройством для решения
с обводнением на дизельное топливо (ДТ) проведен различных научных и промыш-
ряд сравнительных испытаний по сжиганию. ленных задач, связанных с не-
обходимостью осуществления
интенсивных тепломассообмен-
ных процессов. Такие аппараты
являются идеальными гомоге-
низаторами, обеспечивая полу-
Результаты – дизельное топливо, полу- чение субмикронных эмульсий
ченное в результате кавитаци- и суспензий. Степень воздей-
исследований онной обработки с дообводне- ствия на структуру вещества
обработанного нием 15 % и последующим при обработке в трансзвуковом
дизельного топлива отстаиванием пробы для отде- режиме в качестве примера де-
ления воды в течение 50 мин; монстрирует рис. 4.
Для определения влияния – исходное дизельное топ-
кавитационной обработки с ливо.
обводнением на дизельное Испытания по сжиганию Выводы
топливо (ДТ) проведен ряд проведены аналогично испыта-
сравнительных испытаний по ниям с ВДТ с соблюдением усло- 1. Показана возможность
сжиганию. вия получения наиболее досто- устойчивой работы дизель-ге-
Для испытаний использова- верных результатов. нератора без перерасхода топ-
но три образца: Изменений удельного рас- лива при высоком содержании
– дизельное топливо, полу- хода топлива в результате сжи- в топливе воды в состоянии
ченное в результате кавита- гания образца после обработки мелкодисперсной эмульсии.
Таблица 4
Изменение удельного расхода топлива
Топливо Сожжен- Время Средний Средняя Расход Удель-
ное работы расход ЭЭ нагрузка топлива, ный
количе- двигателя при сжигании при сжига- г/с расход
ство, 100 г нии 100 г топлива,
г мин:с с топлива, топлива, г/кВт·ч
кВт∙ч Вт
ДТ 324,8 45:48 2748 0,76 995 0,118 427,4
ДТ после ГДКО и 325,0 45:46 2746 0,76 995 0,118 427,6
отстаивания 12 сут
ДТ после ГДКО и 325,0 45:46 2746 0,76 996 0,118 427,6
отстаивания 50 мин
10 Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2021СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
а б
Рис. 4. Микрофотографии исходного и обработанного нефтяного топлива (400-кратное увеличение):
а – исходный образец до обработки ГДКО; б – после обработки ГДКО
2. Выявлена возможность горящего топлива [2], следует жение температуры замерза-
снижения расхода топлива на вывод об эффективном пода- ния дизельного топлива после
3 % при массовом содержании влении зоны высоких темпера- ГДКО, дополнительно требу-
воды в топливе 5 %. Следует тур при использовании водо- ются разработка и опробова-
отметить, что потенциальные топливных композиций [3]. ние режимов ГДКО в зависи-
резервы экономии топлива 4. Повышение выбросов мости от исходных параметров
выявлены не полностью, по- СО при обводнении свидетель- потока. n
скольку конструкция про- ствует о химическом недожо-
стейшего дизель-генератора, ге топлива или иных термо-
использованного при испыта- динамических процессах [4] ЛИТЕРАТУРА
ниях, не позволяла изменять (образование синтез-газа) и
важнейший для экономичной требует дальнейших исследо- 1. Kojima K., Kojima J. On-Board
работы параметр – угол впры- ваний, так как может быть свя- Ultrasonic Water-in-Diesel Emulsion
ска топлива. Для выявления зано как с кинетикой горения (WiDE) Fuel System for Low-Emission
потенциальных преимуществ обводнённого топлива, так и Diesel Engine Combustion // Ohio Journal
of science. – 2018. – P. 43–56.
технологии следует перейти с неудовлетворительной ра-
к испытаниям дизель-генера- ботой газораспределительно- 2. Корягин В.А. Сжигание водотоплив-
тора с регулированием угла го механизма при отсутствии ных эмульсий и снижение вредных вы-
бросов на промышленно-отопительных
впрыска. Целесообразность возможности его регулиро-
котельных. – СПб.: Недра, 1995. – 304 с.
применения эмульгирующих вания.
добавок следует оценивать до- 5. Не обнаружено измене- 3. Батуев С.П. Улучшение экономи-
ческих и экологических параметров
полнительно с учётом их высо- ние удельного расхода топлива
котельных при сжигании водомазутных
кой стоимости. в результате сжигания образ- эмульсий // Новости теплоснабжения. –
3. Показана возможность ца после ГДКО с отстаиванием 2008. – № 12. – С. 15–18.
снижения эмиссии NOх при 12 сут, как и в результате сжи-
4. Ганиев Р.Ф., Кормилицын В.И.,
подготовке водотопливных гания образца после ГДКО с от- Украинский Л.Е. Волновая технология
композиций по технологии стаиванием 50 мин по сравне- приготовления альтернативных видов
ГДКО. Поскольку эмиссия NOх нию с результатами сжигания топлив и эффективность их сжигания. –
связана в основном с высокими исходного дизельного топли- М.: НИЦ «Регулярная и хаотическая
температурами ядра факела ва. Опционально отмечено сни- динамика», 2008. – 116 с.
№ 1. 2021, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений 11СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
УДК 621.674
РЕЖИМНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
ОДНОВИНТОВЫХ НАСОСОВ
СИСТЕМ ОЧИСТКИ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ
Ф.Д. Балденко, канд. техн. наук
РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина;
А.Н. Жакупов, начальник участка
ООО «Сервисный Центр СБМ»;
С.А. Ковалевский, главный конструктор
ООО «Альтернативные Механические Системы»
E-mail: ksa@am-systems.ru
Ключевые слова: буровой раствор; одновинтовой насос; очистная способность; регулировочная характеристика;
циркуляционная система буровой установки; центрифуга.
Аннотация. Наряду с регулируемым электроприводом основных агрегатов, системой верхнего привода,
вышкой с открытой передней гранью, долотами типа РDС, гидравлическими забойными двигателями
и роторными управляемыми системами одним из ответственных комплексов бурового оборудования,
обеспечивающих инновационное развитие и прогресс отрасли, является циркуляционная система буровой
установки (ЦС БУ). Немаловажное значение имеет насосное оборудование ЦС, которое представлено
динамическими (центробежными) и объемными насосами, применяемыми в различных технологических
процессах при перекачке, приготовлении, очистке, подготовке и утилизации бурового раствора.
В
современных ЦС БУ [1] од- • принудительного долива одновинтовые насосы [3]. Наи-
новинтовые насосы (ОВН), скважины при подъеме буриль- более распространены регули-
относящиеся к классу объ- ной колонны. руемые ОВН, укомплектованные
емных роторно-вращательных Если для дозирования рас- механическими вариаторами с
гидромашин [2], применяются творов флокулянта и коагулянта ременной передачей [4].
для выполнения следующих с одинаковой эффективностью На сегодняшний день в из-
технологических задач: могут применяться различные вестных литературных и спра-
• подачи бурового раствора виды объемных насосов, напри- вочных источниках нет си-
в ступень тонкой очистки с ис- мер перистальтические, а для стематизированных данных о
пользованием центрифуг осади- долива скважины ввиду своей режимах работы одновинтовых
тельного типа (ОЦФ); доступности и широкого рас- насосных агрегатов в системах
• дозирования химреаген- пространения – центробежные тонкой очистки буровых раство-
тов (флокулянта и коагулянта) насосы, то в качестве питающих ров и условиях их эксплуатации.
в блоках химического усиления устройств центрифуг в ЦС БУ На практике выбор типо-
центрифуг; применяются преимущественно размера питающего насоса, ди-
12 Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2021СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
апазона его регулирования и В настоящее время приме- разнообразных типов раство-
режима работы осуществляется нение общих методов центри- ров делает проблему выбора
либо исходя из собственного фугирования [7] при очистке необходимого типоразмера ОВН
опыта, либо на основе паспорт- буровых растворов становится для ОЦФ все злободневнее. На-
ных характеристик центрифуги непременным условием дости- пример, в целях предотвраще-
на воде (рис. 1). В обоих случаях жения эффективности процесса ния перегрузки центрифуги и
существует вероятность ошиб-
ки, что может вызвать ряд экс-
плуатационных ограничений
и отрицательно сказаться на
эффективности как процесса
тонкой очистки растворов, так На сегодняшний день в известных литературных
и использования питающих на- и справочных источниках нет систематизированных
сосных агрегатов. данных о режимах работы одновинтовых насосных
Например, на ранних стадиях агрегатов в системах тонкой очистки буровых растворов
внедрения ОВН в ЦС БУ некото- и условиях их эксплуатации.
рыми производителями были
предложены спорные решения.
Так, французская компания PCM
[6] с 2010 по 2014 г. поставила
на российский рынок буровых
установок винтовые насосы бурения нефтяных и газовых обеспечения требуемой мини-
40M12S с максимальным давле- скважин и разработки цирку- мальной подачи буровики ино-
нием 1,2 МПа, что обеспечивало ляционного комплекса буровой гда излишне занижают частоту
почти четырехкратный запас в установки. вращения ОВН за счет избыточ-
системе очистки буровых рас- Постепенный переход буро- ного скольжения ремня по осно-
творов. вых компаний к применению ванию ведущего шкива вариа-
18,0
15,6
16,0
Производительность, л/с
14,0
12,0 10,0
10,0
8,0 6,3 6,3
6,0 4,4
4,0 3,2
2,0
0,0
1900 (750G) 2500 (1200G) 3200 (2100G)
Частота вращения барабана, мин–1 (фактор разделения)
паспортные данные на воде
фактические – на буровом растворе плотностью 1,126 г/см3
Рис. 1. Сравнение паспортных характеристик центрифуги M-I SWACO 518 с данными промысловых
испытаний на буровом растворе [5]
№ 1. 2021, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений 13СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
а в
б г
Рис. 2. Характер повреждений (а–г) ремней механического вариатора ОВН
тора. Продолжительная работа работки модельного ряда специ- использования – функция реге-
оборудования в таком режиме ализированных одновинтовых нерации;
сопровождается чрезмерным насосов для буровых установок. • утилизацию буровых от-
нагревом и износом рабочих ходов путем глубокого разде-
поверхностей, что часто при- ления бурового раствора на фа-
водит к повреждению вариа- Условия зы – функция обезвреживания.
торных ремней (рис. 2). В от- эксплуатации Применение центрифуг эко-
дельных случаях приходится подсистемы номически целесообразно в
модернизировать обвязку ОВН процессе бурения нижних ин-
в полевых условиях для байпа-
ОВН – ОЦФ тервалов под промежуточную
сирования излишков бурового и эксплуатационную колонны,
раствора. Осадительные центрифуги в а также при вскрытии продук-
Таким образом, исследова- ЦС БУ выполняют три основные тивных горизонтов, когда шлам
ние технологических особен- функции: более мелкий и используются
ностей подсистемы ОВН – ОЦФ, • очистку раствора (суспен- растворы, содержащие дорого-
определение ее характеристик зии) от шлама (твёрдых частиц стоящие компоненты (утяжели-
и режимных параметров в зави- горных пород) в процессе буре- тели, полимеры, синтетические
симости от условий применения ния скважины – функция уда- жидкости), или утилизация
являются актуальными, что, по ления; буровых отходов невозможна
мнению авторов, создаст необ- • восстановление ценных без предварительной обра-
ходимые предпосылки для раз- компонентов для их повторного ботки ввиду их экологической
14 Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2021СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
Таблица 1
Технические характеристики ступени тонкой очистки бурового раствора
на базе ОЦФ
Произво-
Технологиче- Критерий
Функция Тип раствора Цель дитель-
ский процесс оценки
ность, л/с
Очистка фугата Регулирование
Неутяжелен- илоотделителя плотности
≤8
ный РВО в качестве 4-й и условной
ступени ЦС БУ вязкости
Утяженный Очистка фильтра- Степень
Удаление ≤4
РВО та СГС очистки
Регулирование
Очистка филь- пластической
трата вибросит вязкости
РУО, РСО ≤4
в качестве 2-й
ступени ЦС БУ
Минимиза-
Неутяжелен- Сгущение пульпы Восстановление ция потерь
≤2
ный РВО илоотделителей жидкой фазы утяжели-
теля
Сгущение подси-
Утяжеленный
товой жидкости ≤2
РВО
СГС
Регенера- Регулирование Степень
ция Последователь-
пластической очистки и
ная обработка ≤4
вязкости, восста- минимиза-
раствора двумя и
новление утяже- ция потерь
центрифугами ≤8
РУО, РСО лителя и жидкой утяжели-
ЦС БУ
фазы теля
Восстановление
Осушение шлама Степень
жидкой фазы из ≤2
и очистка фугата очистки
шлама
Неутяжелен- Очистная
ный РВО способ-
Обработка рас- Разделение рас- ность и
твора с примене- твора на шлам и минимиза- ≤2
Утяжеленный нием БКФ чистую воду ция потерь
Обезвре-
РВО химреаген-
живание
тов
Очистная
Очистка раствора Подготовка шлама
РУО, РСО способ- ≤2
БДЕ для утилизации
ность
Примечание. РВО – раствор на водной основе; РУО – раствор на углеводородной основе; РСО –
раствор на синтетической основе; СГС– ситогидроциклонный сепаратор; БКФ – блок коагуляции и фло-
куляции; БДЕ – блок дополнительных емкостей.
вредности. На начальных эта- направление и кондуктор) для ступень очистки на базе цен-
пах строительства скважины очистки глинистых растворов трифуги, как правило, не задей-
(на верхних интервалах под на водной основе (РВО) тонкая ствована.
№ 1. 2021, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений 15СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
Центрифуга
5–8 л/с
Илоотделитель
≥ 45 л/с
Вибросита
60–90 л/с
Пескоотделитель
≥ 65 л/с
Рис. 3. Сравнительная диаграмма производительности средств очистки на неутяжеленном растворе для
буровых установок 7–9-го классов по ГОСТ 16293-89
Несмотря на существенно обусловленных критериями где Q – объемный расход рас-
меньшую по сравнению с дру- эффективности сепарации [15] твора на входе в центрифугу;
гим сепарационным оборудова- для соответствующего типа бу- νмех – механическая скорость
нием пропускную способность рового раствора (табл. 1). бурения; F – площадь забоя,
(рис. 3), использование центри- Для оценки эффективности зависящая от диаметра долота;
фуг заметно повышает общую центрифуг ЦС БУ используются bк – коэффициент кавернозно-
степень очистки бурового рас- следующие показатели [14]. сти разбуриваемого интервала
твора за счёт удаления до 30– Очистная способность, опре- горных пород.
40 % объема породы мелкой деляющая качество сепарации
фракции (≤ 10 мкм), что опре- (разделения раствора на шлам
деляет их применение в каче- и фугат) Потери утяжелителя:
стве заключительной ступени
очистки. (1)
(3)
С учетом производительно-
сти различных ступеней систе- где ρ, ρсл – плотности раствора
мы очистки бурового раствора на входе и на выходе (слив) из где ρпу – плотность утяжелен-
[8] и гидравлической програм- центрифуги; ρтв, ρж – плотности ной пульпы на входе в центри-
мы промывки скважин ЦС БУ в твердой и жидкой фаз раствора. фугу.
России комплектуются двумя Степень очистки раствора – С другой стороны, показате-
осадительными центрифугами, показатель, одновременно учи- ли свойств буровых растворов
каждая из которых оснащена от- тывающий качество очистки и (табл. 2) определяют условия
дельным питающим насосом с объем обработанного раствора, эксплуатации ОВН ЦС БУ в отно-
индивидуальным приводом. поступающего из скважины в шении влияния на следующие
Анализ основных техно- ЦС в процессе бурения параметры:
логических схем применения • фрикционный и гидроабра-
осадительных центрифуг в ЦС зивный износы винтовых рабо-
БУ [9–14] позволил обобщить чих органов (объемное содержа-
диапазоны объемных расходов (2) ние твердой фазы в растворе);
подсистемы ОВН – ОЦФ в зави- • объёмные, гидромеханиче-
симости от режимов работы, ские потери и температурный
16 Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2021СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
Таблица 2
Обобщённая характеристика буровых растворов [10, 13, 16]
Буровые растворы
на неводной
на водной основе
основе
Свойства
Диспергирующие Недиспергирующие
РУО и РСО
Неутяжеленные Утяжеленные Полимерные
Плотность, г/см3 1,02–1,20 1,20–2,34 1,02–2,16 1,08–2,28
Пластическая вяз-
5–9 14–54 5–50 9–54
кость (ПВ), мПа·с
Динамическое
напряжение сдвига 50–335 240–765 240–720 190–960
(ДНС), Па
Объемное содержа-
ние твердой фазы, 2–12 11–45 2–38 5–43
%
режим в рабочих органах (вяз- нии (рис. 4). Напорные харак- скими особенностями шнеко-
кость и плотность жидкости). теристики подсистемы ОВН – вых осадительных центрифуг,
Как известно, рабочая точка ОЦФ обусловлены в основном эффективная работа которых
насоса определяется пересече- гидравлическими потерями в определяется отсутствием про-
нием напорных характеристик нагнетательном трубопроводе, рыва раствора в шлам, т. е. вы-
насоса и гидравлической ли- что объясняется технологиче- грузка фугата осуществляется
за счет центробежной силы
через сливные отверстия в
торцевой части вращающего-
ся барабана центрифуги. Если
выполняется данное условие,
то давление питающего насоса
4 Характеристика насоса
центрифуги зависит от схемы
обвязки, включая конструкцию
питающей трубы и загрузочных
3 окон центрифуги, а также расхо-
да и свойств перекачиваемого
Напор, м
продукта.
2 Наибольшую сложность при
Рабочие
точки вычислении гидравлических
потерь составляет определе-
1 Характеристика ние режимов течения бурового
системы раствора как псевдопластич-
ной жидкости для каждого
0 участка напорной линии, по-
1 2 3 этому для дальнейшего иссле-
Подача Q, л/с дования целесообразно исполь-
зовать данные промысловых
Рис. 4. Типовой пример определения рабочих точек насоса с регули- испытаний.
руемой подачей Следует отметить, что дав-
ление насоса не зависит от
№ 1. 2021, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений 17СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
Влажный шлам На разбавление Очищенный раствор
Фугат
Очищенный раствор
Осушенный шлам
Утилизация
Рис. 5. Технологическая схема двухблочной I, II мобильной установки осушения шлама
(ПетроГазТех Завод АРТЭС):
1 – фильтрующая центрифуга; 2 – накопительная емкость; 3 – одновинтовой насос с регулируемой по-
дачей; 4 – шкаф управления; 5 – шнековая осадительная центрифуга; 6 –одновинтовой насос; 7 – самосвал;
8 –лаборатория; 9 – шнековый конвейер
режима работы центрифуги, Очистка буровых стоимость, трудность очистки
который определяется часто- растворов от шлама и экологическая вред-
той вращения барабана, сколь-
жением выгружающего шнека,
на углеводородной ность, что выдвигает дополни-
тельные требования к оборудо-
глубиной ванны и положением основе ванию ЦС БУ.
питающей трубы [17, 18]. В ка- В практике очистки РУО и
честве аргумента можно при- В последнее время в кусто- РСО от шлама не рекомендует-
вести конструкцию установок вом бурении широкое распро- ся использование гидроцикло-
для регенерации утяжелите- странение получили мультирас- нов и центробежных насосов,
ля буровых растворов на базе творные технологии промывки поскольку они являются силь-
центрифуг ОГШ [19], которые скважин с использованием рас- нодиспергирующим оборудо-
активно поставлялись на буро- творов на углеводородной и ванием, что приводит к ухуд-
вые в начале 2000-х гг. На входе синтетической основах. шению реологических свойств
в центрифугу была установле- РУО представляют собой об- бурового раствора. Наиболее
на пополняемая насосом загру- ратную эмульсию (вода в масле) эффективно в данном случае
зочная воронка высотой 500– и обладают уникальными свой- применение современных осу-
600 мм, из которой буровой ствами, которые наиболее ак- шительных вибросит, а также
раствор самотеком поступал туальны при строительстве фильтрующих и осадительных
в барабан. Наличие воронки наклонно направленных сква- центрифуг в сочетании с ОВН.
позволяло визуально контро- жин и вскрытии продуктивных В отличие от центробежных од-
лировать режим работы цен- горизонтов. Однако при всех новинтовые насосы не наруша-
трифуги и при необходимости достоинствах применения РУО ют структуру флюида, поэтому
изменять подачу насоса при по- существует ряд таких недо- их применение в качестве пе-
мощи шарового крана. статков, как высокая начальная рекачивающих устройств в ЦС
18 Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2021СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
БУ оправдано с точки зрения
эффективности очистки при
многократном использовании
буровых растворов на неводной В последнее время в кустовом бурении широкое
основе. распространение получили мультирастворные
Высокие механические ско- технологии промывки скважин с использованием
рости бурения на РУО сопро- растворов на углеводородной и синтетической основах.
вождаются выносом крупных
частиц выбуренной породы,
которые удаляются из раство-
ра высокопроизводительны-
ми виброситами относительно
влажными (содержание мас- гом – осадительная центри- Промысловые
ла в шламе составляет более фуга 5. Встречаются также од- испытания
30 %). Дополнительное осна- ноблочные установки, когда одновинтовых
щение циркуляционных систем для тонкой очистки фугата
установками мобильными для задействована ОЦФ штатной
насосов ЦС БУ
осушения шлама (УМОШ) по- циркуляционной системы. В результате опытно-про-
зволяет восстановить жидкую Основное назначение ФЦФ – мышленных испытаний, про-
фазу, снизить объемы отходов осушение шлама после вибро- веденных специалистами ком-
бурения и удовлетворить тре- сит ЦС. Шлам загружается в вер- пании АМС совместно с ООО
бованиям экологической без- тикально расположенный вра- "Сервисный центр СБМ" в июле
опасности. щающийся перфорированный 2018 г. в процессе бурения на-
Принципиально УМОШ барабан самотеком по желобу клонно направленной скв.
состоят из двух блоков кон- или принудительно конвей- 43998Г на кусте 529 Приобско-
тейнерного исполнения I, II ером. Ввиду своего назначения го месторождения, установле-
(рис. 5), в одном из которых фильтрующие центрифуги ча- но, что подача ОВН является
установлена фильтрующая сто называют осушителями бу- одним из основных техничес-
центрифуга (ФЦФ) 1, а в дру- рового шлама. ких показателей, определяю-
0,30
0,25
0,20
Давление, р, МПа
0,15
0,10
0,05
0
0,5 1,0 1,5 2,0
Подача Q, л/с
характеристика системы характеристика ОВН
Рис. 6. Рабочая точка подсистемы ОВН – ОЦФ при очистке РУО в составе УМОШ (n2 = 60 мин–1)
№ 1. 2021, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений 19СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
0,11 100
Относительная нагрузка β, %
90
0,10
80
Давление, р, МПа
0,09
70
0,08 60
50
0,07
40
0,06 30
1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
Подача Q, л/с
характеристика ОВН – ЦФ нагрузка на шнеке центрифуги
Рис. 7. Регулировочная характеристика ОВН – ОЦФ в рабочем диапазоне осадительной центрифуги
(n2 = 60–120 мин–1)
0,45
0,40
0,35
Давление, р, МПа
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0
1,1 1,3 1,5 1,7 1,9
Подача Q, л/с
ОВН – ФЦФ – ОЦФ ОВН – ФЦФ ОВН – ОЦФ
Рис. 8. Совместная регулировочная характеристика ОВН – ОЦФ – ФЦФ при очистке РУО в составе УМОШ
щим режимы работы и эффек- Измерялись следующие па- ОЦФ – частота вращения ба-
тивность эксплуатации осади- раметры процесса: для ОВН – рабана, нагрузка на шнеке,
тельной центрифуги в составе давление на входе и выходе, скольжение шнека. Подача на-
УМОШ. частота вращения винта; для соса рассчитывалась исходя
20 Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2021СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
из стендовых характеристик Фильтрующая центрифу- РУО осадительной центрифу-
ОВН на воде при допущении, га GNCD 930: максимальный гой скорость жидкости и число
что объемные КПД насоса на диаметр барабана Dб = 930 мм, Рейнольдса в напорной линии
воде и буровом растворе равны. частота вращения барабана nб = насоса изменяются в диапазоне:
Основные технические ха- = 900–1200 мин–1. ν = 0,5 – 1,0 м/с и Re = 385–775.
рактеристики оборудования На основе полученных дан- Проведен ретортный анализ
объекта испытания: ных построены совместные ха- бурового раствора до и после
Одновинтовой насос AMS рактеристики подсистем в со- очистки на осадительной цен-
PCP30S6 с механическим ва- ставе УМОШ: трифуге УМОШ и определены
риатором: контурный диаметр • ОВН – ОЦФ при постоян- основные показатели свойств
рабочих органов Dк = 117 мм, ной частоте вращения насоса фугата фильтрующей центри-
число шагов k = 1,4, подача Q = (рис. 6); фуги: плотность – 1,42 г/см3,
= 4–24 м3/ч, диапазон регулиро- • ОВН – ОЦФ при изменении содержание твердой фазы –
вания частоты вращения винта частоты вращения насоса и со- 26 %, пластическая вязкость –
n2 = 60–360 мин–1, мощность ответствующая нагрузочная 95 мПа·с, динамическое напря-
электродвигателя 5,5 кВт; кривая осадительной центри- жение сдвига – 1680 Па, темпе-
Осадительная центрифу- фуги (рис. 7); ратура t = 24° C.
га GNLW363CG-VFD: диаметр • ОВН – ОЦФ – ФЦФ при па- Очистная способность (%)
барабана Dб = 360 мм, длина раллельной подаче раствора при работе ОЦФ в различных
барабана Lб = 1270 мм, часто- на осадительную центрифугу и режимах на РУО оценивалась по
та вращения барабана nб = контур осушения шлама через формуле (1), плотности (г/см3)
= 2400 мин–1, скольжение шне- форсунки (рис. 8). твердой и жидкой фаз, прини-
ка Δ = 45 мин–1, глубина ван- В рабочем диапазоне рас- мались соответственно ρтв = 2,6
ны – 3 деления; хода (1–2 л/с) при очистке и ρж = 0,85.
45
Очистная способность, %
35
25
15
5
0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80
Подача Q, л/с
ρ = 1,35 г/см3; nб = 2200 мин–1; Δ = 45 мин–1; глубина ванны – 4;
ρ = 1,50 г/см3; nб = 2400 мин–1; Δ = 45 мин–1; глубина ванны – 2;
ρ = 1,37 г/см3; nб = 2800 мин–1; Δ = 30 мин–1; глубина ванны – 5;
ρ = 1,38 г/см3; nб = 3000 мин–1; Δ = 30 мин–1; глубина ванны – 3
Рис. 9. Влияние подачи питающего насоса на очистную способность осадительной центрифуги
№ 1. 2021, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений 21СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
Таблица 3
Данные эксплуатации одновинтовых насосов в составе УМОШ
Номер Плотность Содержание Диапазон
Интервал, м раствора, твердой подачи ОВН,
куста скважины г/см3 фазы, % л/с
315 55857 Очистка раствора 1,37 28 1,0–2,2
БДЕ
315 55857 1970–3850 1,51 26 1,0–1,6
170 49735г 1370–4190 1,37 43 1,3–2,4
529 43021г 1410–4300 1,42 32 1,3
529 43021г Очистка раствора 1,65–1,38 41–24 0,8–1,5
БДЕ
529 43998г 1400–2300 1,42 26 1,5–2,5
Обобщенные данные эксплу- лях, что приводит к снижению чением которой уменьшается
атации одновинтовых насосов ресурса и КПД насоса. время удержания раствора в ба-
в составе УМОШ при кустовом Комплекс испытаний цен- рабане центрифуги (рис. 9).
бурении скважин Приобского трифуг осадительного и филь- Графики регулировочных ха-
месторождения представлены трующего типов с питанием рактеристик р–Q (см. рис. 7, 8)
в табл. 3. от ОВН в составе УМОШ (см. имеют линейный вид, поэтому
рис. 5) позволил получить ре- с учётом доминирующего вли-
Заключение гулировочные характеристики яния гидравлического сопро-
подсистем установки как со- тивления линии можно сделать
С внедрением мультирас- вокупности рабочих точек при вывод о ламинарном характере
творных технологий промывки регулировании расхода при ис- движения бурового раствора
скважин и методов центрифуги- пользовании различных типов в трубопроводе во всем диапа-
рования бурового раствора воз- буровых растворов. зоне подач, что подтверждает-
никла необходимость комплек- Результаты испытаний де- ся расчётными значениями чи-
тации ЦС БУ одновинтовыми монстрируют влияние подачи сел Re.
насосами с широким диапазо- ОВН на относительную нагруз- Изменение показателей
ном подач от 1 до 30 м3/ч (0,3– ку β по крутящему моменту на свойств буровых растворов в
8,3 л/с). Поскольку промышлен- шнеке осадительной центри- процессе бурения влияет на эф-
ные механические вариаторы фуги (см. рис. 7). Эксплуатация фективность тонкой очистки
имеют недостаточный диапазон центрифуг на РУО в составе и режим работы подсистемы
регулирования скорости (1:7,5), УМОШ при β > 60 % может при- ОВН – ОЦФ, в том числе на на-
а установка электрических пре- вести к шламованию отверстий порно-расходные характери-
образователей частоты зача- для выгрузки осадка и в конеч- стики. Повышение вязкости и
стую осложнена требованиями ном счете – аварийной останов- плотности раствора приводит
по взрывозащите, эксплуатиру- ке (при срабатывании автомата к снижению очистной способ-
ющие организации вынуждены в отсутствие скольжения между ности и увеличению крутящего
прибегать к менее совершен- барабаном и шнеком). Следова- момента на шнеке центрифуги,
ным методам изменения расхо- тельно, характеристики ступе- что вызывает необходимость
да – перепуску излишков рас- ни ОВН – ОЦФ в составе УМОШ уменьшения подачи питающего
твора по байпасу. Кроме того, определяются работоспособно- насоса.
работа ОВН в широком скорос- стью центрифуги на РУО. Таким образом, выбор ти-
тном диапазоне отрицательно Очистная способность цен- поразмера ОВН для заданной
сказывается на энергетических трифуги также зависит от пода- центрифуги должен опреде-
и эксплуатационных показате- чи питающего насоса, с увели- ляться диапазоном требуемых
22 Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2021СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
подач и соответствующим дав-
лением (для исходной обвязки
и свойств раствора) с учетом
номинального режима работы, Повышение вязкости и плотности раствора приводит
как правило – по максимально к снижению очистной способности и увеличению
допустимому для эффективной крутящего момента на шнеке центрифуги, что вызывает
работы ОЦФ расходу, которо- необходимость уменьшения подачи питающего насоса.
му соответствует оптимальный
режим насоса по быстроход-
ности.
Для повышения эффектив-
ности процесса тонкой очистки
рекомендуются модернизация ции и регулирования скорости 10. Грей Дж.Р., Дарли Г.С.Г. Состав и
гидравлической схемы и осна- насосного агрегата средствами свойства буровых агентов (промы-
щение ЦС БУ одновинтовыми механических передач и элек- вочных жидкостей): пер. с англ. – М.:
насосами двух типоразмеров тропривода. n Недра, 1985. – 509 с.
(с различным рабочим объ- 11. Preston L. Moore. Drilling practices
емом) для подачи бурового рас- manual. – Oklahoma: PennWell Publishing
твора в осадительные центри- ЛИТЕРАТУРА Company, 1986. – 577 p.
фуги, что позволит обеспечить 12. ASME. Drilling fluids processing.
оптимальный диапазон подач: 1. Буровые комплексы / под общ. ред. Handbook. – Oxford: Gulf Professional
7–35 м3/ч – при очистке рас- К.П. Порожского. – Екатеринбург: Publishing, 2005. – 585 p.
творов на водной основе; Изд-во УГГУ, 2013. – 768 с. 13. National Oilwell Varco, L.P. The
1–15 м3/ч – при последующем 2. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гное- Handbook on Solids Control and Drilling
переходе на РУО. вых А.Н. Одновинтовые гидравлические Waste Management. – Houston, Texas,
машины: В 2 т. – М.: ООО "ИРЦ Газпром", 2012. – 224 p.
Исходя из технических тре-
бований производителей цирку- 2005. – Т. 1 Одновинтовые насосы. – 14. Добик А.А., Мищенко В.И., Мель-
ляционных систем к питающим 488 с. ников В.Ф. Об очистке неутяжеленных
3. Анализ применения и технические буровых растворов центрифугами. –
насосам центрифуг и учитывая
возможности одновинтовых насосов в В кн.: Промывка скважин (технология,
расходные характеристики (см. рецептура, материалы, осложнения, эко-
табл. 1), а также данные про- экологических и энергосберегающих
проектах нефтегазовой промышленно- номика). – Краснодар: ВНИИКРнефть,
мысловых испытаний ступеней 1988. – С. 23–27.
сти / Д.Ф. Балденко, Ф.Д. Балденко,
тонкой очистки буровых рас- 15. Добик А.А. Расчет эффективно-
С.Е. Киршев [и др.] // Проектирование и
творов (см. табл. 2), необходи- разработка нефтегазовых месторожде- сти шнековых центрифуг при очистке
мое давление для преодоления ний. – 2019. – № 4. – С. 17–24. буровых растворов // Химическое и
сопротивлений в напорной ли- нефтегазовое машиностроение. –
4. Пронин Б.Е., Ревков Г.А. Бесступен-
нии составляет 0,1–0,3 МПа. Как чатые клиноременные и фрикционные 2003. – № 6. – С. 13-15.
правило, насосы находятся под передачи (вариаторы): изд. 3-е, перераб. 16. Книга инженера по растворам ЗАО
заливом и давление на входе и доп. – М.: Машиностроение, 1980. – "ССК" / В.Н. Губанов, Д.В. Лопатин,
близко к атмосферному. В свя- 320 с. В.С. Сычев, А.А. Толстоухов. – М.:
зи с чем можно сделать вывод о 5. M-I SWACO. 518 HV Centrifuge Гаруcс, 2006. – 548 с.
достаточности использования Replaces the Operation of Two Standard 17. Соколов В.И. Современные про-
в качестве питающих насосов 518 Centrifuges. – Puerto Gaitán, мышленные центрифуги: изд. 2-е,
центрифуг ЦС БУ простейших Colombia, 2009. перераб. и доп. – М.: Машиностроение,
одношаговых конструкций ОВН 6. Группа PCM: [сайт]. – URL: https:// 1967. – 522 с.
с однозаходным винтом и целе- www.pcm.eu/ru (дата обращения 18. Records A., Sutherland K. Decanter
сообразности сосредоточения 17.10.2020 г.). centrifuge handbook. – Oxford: Elsevier,
основных усилий на исследо- 7. ГОСТ 16887-71. Разделение жидких 2001. – 413 p.
вании оптимальных сочетаний неоднородных систем методами филь- 19. Пат. РФ № 1764343, МПК E21B 21/06.
между геометрическими и ре- трования и центрифугирования. – М.: Установка для регенерации утяжелителя
жимными параметрами насоса Стандарты, 1986. буровых растворов / Мищенко В.И.,
(в частности соотношения меж- 8. Elgin Separation Solutions. HDD Solids Добик А.А. - Опубл. 10.06.1996.
ду диаметром рабочих органов Control Principals and Buyer’s Guide. –
и номинальной частотой вра- Stafford, Texas, 2018. – 29 p.
щения), а также выборе свойств 9. Мищенко В.И., Кортунов А.В. Приго-
эластомера обкладки статора товление, очистка и дегазация буровых
для определённых условий экс- растворов. – Краснодар: Арт Пресс,
плуатации и диапазона редук- 2008. – 336 c.
№ 1. 2021, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений 23ОСВОЕНИЕ ШЕЛЬФА
550.82:622.24
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ,
ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МОРСКИХ
ГРАВИТАЦИОННЫХ СТАЦИОНАРНЫХ
ЛЕДОСТОЙКИХ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВЫХ
ПЛАТФОРМ
Ю.Г. Безродный, эксперт, ст. научн. сотр., д-р техн. наук
ФГБНУ НИИ РИНКЦЭ,
E-mail: Ugintegral@mail.ru
Ключевые слова: проектирование морских месторождений; инженерные изыскания; морская гравитационная
стационарная ледостойкая нефтегазопромысловая платформа; эксплуатационные требования; геодинамические
явления; деформации земной поверхности при разработке нефтяных и газовых месторождений; повышение
промышленной и экологической безопасности эксплуатации морской платформы
Аннотация. Статья посвящена проблемам обеспечения промышленной и экологической безопасности
эксплуатации опасных производственных объектов – морских гравитационных стационарных ледостойких
нефтегазопромысловых платформ в условиях деформации земной поверхности при разработке нефтяных
и газовых месторождений. Показано, что действующие законодательные акты и нормативные документы не
учитывают геодинамические явления, которые могут привести к потере дорогостоящих морских стационарных
платформ и загрязнению окружающей среды. Предложено техническое решение для повышения
промышленной и экологической безопасности эксплуатации морских гравитационных стационарных
нефтегазопромысловых платформ на стадии проектирования.
П
роектирование и стро- мышленной безопасности опас- Морские гравитационные
ительство опасных про- ных производственных объ- стационарные ледостойкие
изводственных объек- ектов, безопасности гидротех- нефтегазопромысловые плат-
тов – морских гравитационных нических сооружений, защите формы (рисунок) проектиру-
стационарных ледостойких населения и территорий от ют исходя из общей схемы об-
нефтегазопромысловых плат- чрезвычайных ситуаций при- устройства месторождения, на
форм осуществляют с учетом родного и техногенного харак- основе комплексного подхода
требований законодательства о тера, экологической экспер- к освоению нефтегазоносного
градостроительной деятельно- тизе, в области технического района и смежных отраслей с
сти, недрах, о континентальном регулирования, промышленной учетом требований безопас-
шельфе Российской Федерации, и пожарной безопасности, тор- ной, бесперебойной и эколо-
охране окружающей среды, про- гового мореплавания и др. гически безвредной эксплуа-
24 Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2021ОСВОЕНИЕ ШЕЛЬФА
Морская гравитационная стационарная ледостойкая платформа нефтегазоконденсатного
месторождения им. Ю. Корчагина в Северном Каспии
тации в течение всего срока рованные Российской Федера- может быть предназначена
службы сооружений (50 лет и цией, для выполнения как одной из
более), а также обеспечения • правила проектирования перечисленных функций, так и
удобства ведения работ по ос- морских платформ общепри- сразу нескольких.
мотру и текущему ремонту со- знанных зарубежных и россий- При проектировании плат-
оружения. Нормативную базу ских классификационных об- форм должны быть учтены
при проектировании морских ществ, все дополнительные техни-
гравитационных стационар- • опыт проектирования и ческие требования к эксплуа-
ных ледостойких нефтегазо- эксплуатации аналогичных тации (навигационные, авиа-
промысловых платформ со- объектов. ционные, противопожарные,
ставляют: При проектировании необ- санитарные, охраны труда,
• федеральные и регио- ходимо учитывать требования окружающей среды и т. д.),
нальные законодательные ак- к эксплуатации платформы организации строительства и
ты, нормативные документы, и срок ее службы. По своему техническому обслуживанию,
стандарты, правила и директи- назначению платформы мож- которые могут повлиять на
вы, действующие на террито- но использовать для бурения безопасность.
рии Российской Федерации и скважин, добычи, предвари- Выбор конструктивной си-
субъектов федерации, тельной подготовки, хранения стемы платформы осущест-
• действующие междуна- и отгрузки продукции, прожи- вляют таким образом, чтобы
родные конвенции, ратифици- вания персонала. Платформа обеспечивалась конструктив-
№ 1. 2021, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений 25Вы также можете почитать
