Ιστορικές προοπτικές συστημάτων διάτρησης υγρών

Το υγρό διάτρησης χρησιμοποιήθηκε στα μέσα της δεκαετίας του 1800 στη διάτρηση εργαλείων καλωδίων για να αναστείλει τα μοσχεύματα μέχρι να διασπαστεί από την τρυπημένη τρύπα. Με την έλευση της περιστροφικής γεώτρησης στη βιομηχανία γεώτρησης νερού, το υγρό γεώτρησης ήταν καλά κατανοητό για να ψύξει το τρυπάνι και να αναστείλει τα διάτρητα μοσχεύματα για αφαίρεση από την οπή.

Άργιλοι προστέθηκαν στο ρευστό διάτρησης μέχρι το 1890 και όταν ο Spindletop ανακαλύφθηκε το 1901, θεωρήθηκε απαραίτητο να έχουν αιωρούμενα στερεά (άργιλοι) στο υγρό γεώτρησης για να στηρίξουν τα τοιχώματα της γεώτρησης.

Αυτά τα στερεά (άργιλοι) προέκυψαν από τον διαχωρισμό των σχηματισμών που διεισδύθηκαν από το τρυπάνι. Εάν οι διεισδυτικοί σχηματισμοί απέτυχαν να αποδώσουν επαρκή άργιλο στη διαδικασία γεώτρησης, ο πηλός εξορύσσεται στην επιφάνεια από μια κοντινή πηγή και προστέθηκε στο υγρό γεώτρησης. Αυτές ήταν φυσικές λάσπης που δημιουργήθηκαν είτε από "σχηματισμούς λάσπης" είτε, όπως αναφέρθηκε, με την προσθήκη συγκεκριμένων υλικών από μια επιφανειακή πηγή.

Το υγρό διάτρησης ανακυκλοφόρησε και προστέθηκε νερό για να διατηρηθεί το καλύτερο βάρος και ιξώδες για συγκεκριμένες συνθήκες γεώτρησης. Μοσχεύματα ή κομμάτια σχηματισμού (μικρά πετρώματα) που δεν διαλύθηκαν από νερό, απαιτούσαν αφαίρεση από το υγρό γεώτρησης για να συνεχιστεί η διαδικασία γεώτρησης. Σύμφωνα με την αποκλειστική διακριτική ευχέρεια του τρυπανιού ή του εργαλείου προώθησης εργαλείων, ένα σύστημα λάκκων και τάφρων έσκαψε επί τόπου για να διαχωρίσει τα μοσχεύματα από το υγρό διάτρησης μέσω καθίζησης βαρύτητας (η βαρύτητα ανάγκασε τα μοσχεύματα να εναποθέσουν στα λάκκους και τις τάφρους). Αυτό το σύστημα περιελάμβανε μια τάφρο από το πηγάδι, ή πιθανώς μια θηλή καμπάνας, λάκκους καθίζησης και ένα λάκκο αναρρόφησης από το οποίο η «καθαρή» λάσπη παραλήφθηκε από την αντλία λάσπης και ανακυκλοφόρησε.

Η λάσπη κυκλοφόρησε μέσα από αυτά τα λάκκα και μερικές φορές τοποθετήθηκε ένα διαμέρισμα στα λάκκα καθίζησης για να επιταχυνθεί η απομάκρυνση της ανεπιθύμητης άμμου και μοσχευμάτων. Αυτό το διαμέρισμα επεκτάθηκε σε ένα πόδι ή δύο από τον πυθμένα του λάκκου, αναγκάζοντας έτσι όλη τη λάσπη να κινηθεί προς τα κάτω κάτω από το διαμέρισμα και πάλι προς τα πάνω για να ρέει μέσα στην τάφρο προς την κοιλότητα αναρρόφησης. Μεγάλο μέρος του βαρύτερου υλικού εγκαταστάθηκε, από τη βαρύτητα, στο κάτω μέρος του λάκκου. Με την πάροδο του χρόνου, οι λάκκοι γεμάτοι με μοσχεύματα και το υγρό έγιναν πολύ παχιά για να αντληθούν λόγω των λεπτών αλεσμένων μοσχευμάτων που μεταφέρονται στο υγρό γεώτρησης. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, τα τζετ τοποθετήθηκαν στα λάκκα καθίζησης για να μετακινήσουν την άχρηστη λάσπη σε ένα λάκκο. Στη συνέχεια, προστέθηκε νερό για να αραιώσει τη λάσπη και η γεώτρηση συνεχίστηκε.

Στα τέλη της δεκαετίας του 1920, οι τρυπάνια άρχισαν να αναζητούν πώς άλλες βιομηχανίες επιλύθηκαν παρόμοια προβλήματα. Ανακαλύφθηκε ότι τα φυτά επιδέσμου μεταλλεύματος και οι ανατροπές άνθρακα χρησιμοποιούσαν:
1 Σταθερές οθόνες ράβδων τοποθετημένες σε κλίση
2 Περιστρεφόμενες οθόνες τυμπάνου
3 Οθόνες δόνησης

Οι δύο τελευταίες μέθοδοι υιοθετήθηκαν για την απομάκρυνση μοσχευμάτων από διάτρηση υγρών.

Το περιστρεφόμενο τύμπανο, ή οθόνες τύπου βαρελιού (που ονομάζονται οθόνες trommel), χρησιμοποιήθηκαν ευρέως με τις πρώτες υποδομές χαμηλού ύψους. Αυτές οι μονάδες θα μπορούσαν να τοποθετηθούν στην τάφρο ή να ενσωματωθούν στη γραμμή ροής από την οπή. Η λάσπη που ρέει στο μηχάνημα γύρισε έναν τροχό κουπί που περιστρέφεται το κάλυμμα του τυμπάνου, μέσω του οποίου πέρασε το υγρό διάτρησης. Η οθόνη που χρησιμοποιήθηκε αυτή τη στιγμή ήταν πολύ χονδροειδής, ή 4 έως 12 mesh. Αυτές οι μονάδες ήταν αρκετά δημοφιλείς επειδή δεν απαιτείται ηλεκτρισμός και οι λάκκοι καθίζησης δεν γέμισαν τόσο γρήγορα. Σήμερα, οι περιστρεφόμενες μονάδες τυμπάνων έχουν σχεδόν εξαφανιστεί.

Η δονούμενη οθόνη, ή το δονητή, έγινε η πρώτη γραμμή άμυνας στην αλυσίδα αφαίρεσης στερεών και για πολλά χρόνια ήταν η μόνη μηχανή που χρησιμοποιήθηκε. Οι πρώτοι δονητές χρησιμοποιήθηκαν γενικά σε εφαρμογές ξηρού μεγέθους και πέρασαν από διάφορες τροποποιήσεις πριν φτάσουν σε έναν βασικό τύπο και μέγεθος για διάτρηση. Η πρώτη τροποποίηση μείωσε το μέγεθος και το βάρος της μονάδας για μεταφορά μεταξύ τοποθεσιών. Το όνομα "shale shaker" υιοθετήθηκε για να διακρίνει τη διαφορά μεταξύ των δονητών (ταξινομητές) που χρησιμοποιούνται στην εξόρυξη και των δονητών σχιστόλιθου που χρησιμοποιούνται στη γεώτρηση πετρελαιοπηγών, καθώς και οι δύο προήλθαν από τους ίδιους προμηθευτές.

Άλλες τροποποιήσεις περιελάμβαναν οθόνη αγκίστρου 4 '× 5' που τεντώθηκε από τις πλευρές με μπουλόνια έντασης. Η κίνηση ήταν ελλειπτική, η οποία κατέστησε αναγκαία μια πτώση για να απομακρύνει τα μοσχεύματα από την οθόνη. Το πλέγμα οθόνης περιορίστηκε σε 20 έως 30 τετραγωνικά μάτια. Αυτή η μονάδα ήταν το άλογο της βιομηχανίας μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1960. Παρόλο που αντικαθίσταται από κυκλική κίνηση και γραμμικό σέικερ κίνησης, οι τυποποιημένοι δονητές σχιστόλιθου εξακολουθούν να είναι σε ζήτηση και να κατασκευάζονται σήμερα.

Στα τέλη της δεκαετίας του 1920 και στις αρχές της δεκαετίας του 1930, μεγαλύτερες εταιρείες πετρελαίου οργάνωσαν ερευνητικά εργαστήρια και άρχισαν να εξερευνούν προβλήματα γεώτρησης πετρελαιοπηγών. Άρχισαν να καταλαβαίνουν ότι τα μικρότερα μοσχεύματα, ή σωματίδια, που αφέθηκαν στο υγρό γεώτρησης ήταν επίσης επιζήμια για τη διαδικασία γεώτρησης και μια άλλη μηχανή επιδέσμου μεταλλεύματος εισήχθη από τη μεταλλευτική βιομηχανία - τον ταξινομητή κώνου. Αυτό το μηχάνημα, σε συνδυασμό με την ιδέα ενός φυγοκεντρικού διαχωριστή που λαμβάνεται από τη γαλακτοκομική βιομηχανία, έγινε το υδροκυκλώνα αποστραγγιστή. Η βασική αρχή πίσω από το διαχωρισμό βαρύτερων και χονδροτέρων υλικών από το ρευστό διάτρησης είναι η φυγοκεντρική δράση περιστροφής του όγκου της αμμώδους λάσπης στο εξωτερικό όριο ή στην περιφέρεια του κώνου. Τα βαρύτερα σωματίδια εξέρχονται από το κάτω μέρος του κώνου, και το καθαρότερο υγρό διάτρησης ανεβαίνει στην κορυφή και εξέρχεται ως το απόβλητο. Το desander, σε μέγεθος από 6 έως 12 ίντσες σε διάμετρο, αφαιρεί τα περισσότερα στερεά μεγαλύτερα από 30 έως 60 μικρά. Το Desanders έχει βελτιωθεί σημαντικά με τη χρήση πιο ανθεκτικών στην τριβή υλικών και με μεγαλύτερη ακρίβεια καθορισμένη γεωμετρία σώματος και αποτελούν αναπόσπαστο μέρος των περισσότερων συστημάτων διαχωρισμού στερεών σήμερα.

Μετά την ανάπτυξη του desander πετρελαίου, κατέστη προφανές ότι το πλευρικό τοίχωμα του κορδονιού τρυπανιού στο τοίχωμα της γεώτρησης γενικά συσχετίστηκε με μαλακά, παχιά κέικ φίλτρου. Χρησιμοποιώντας τον ήδη υπάρχον σχεδιασμό desander, ένα desander 4 ιντσών παρουσιάστηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1960. Τα αποτελέσματα ήταν καλύτερα από το αναμενόμενο και περιελάμβαναν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, μειωμένο κόστος επισκευής αντλίας, αυξημένα ποσοστά διείσδυσης και χαμηλότερο κόστος λάσπης. Αυτοί οι μικρότεροι υδροκυκλώνες έγιναν γνωστοί ως "αποσταλτικοί" αφού απομακρύνουν ένα πολύ μικρότερο σωματίδιο, που ονομάζεται λάσπη, το οποίο είναι μικρότερο από το "API άμμου".

Καθώς ο βαρύτης και άλλες ενώσεις αναπτύχθηκαν για τη βελτίωση της γεώτρησης, το υγρό διάτρησης έγινε πολύ περίπλοκο. Επίσης, η υγρή φάση για τη μεταφορά στερεών μειώθηκε με την προσθήκη βαρύτη και άλλων ενώσεων. Ο αναδευτήρας απομάκρυνε τα μεγαλύτερα μοσχεύματα (μεγαλύτερα από 541 μικρά, ή 30 πλέγματα), και οι αποσμητήρες και αφαλάτες απομάκρυναν τα μικρότερα σωματίδια (60 έως 15 μικρά). Ωστόσο, τα σωματίδια ενδιάμεσου μεγέθους (από 541 έως 60 μικρά) παραμένουν στο υγρό γεώτρησης.

Η αφαίρεση σωματιδίων μεσαίου μεγέθους οδήγησε στην ανάπτυξη κυκλικής κίνησης, ή σε συνδυασμό, δονητές. Η ανάπτυξη ήταν αργή για αυτούς τους λεπτές οθόνες υψηλής ταχύτητας για δύο λόγους. Πρώτον, η τεχνολογία οθόνης αναπτύχθηκε ανεπαρκώς για την ισχύ της οθόνης, επομένως η διάρκεια ζωής της οθόνης ήταν μικρή. Υπήρχε ανεπαρκής μάζα στα καλώδια της οθόνης για να ασφαλιστούν σωστά οι οθόνες χωρίς σχίσιμο. Δεύτερον, το καλάθι ελέγχου απαιτούσε μεγαλύτερη τεχνογνωσία ανάπτυξης από ό, τι απαιτείται για προηγούμενες τροποποιήσεις στον εξοπλισμό αφαίρεσης στερεών.

Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η μεγάλη έρευνα πετρελαϊκών εταιρειών αναγνώρισε τα προβλήματα που σχετίζονται με τα εξαιρετικά λεπτά (κολλοειδή) μεγέθους 10 μικρών ή λιγότερο. Αυτά τα εξαιρετικά πρόστιμα "έδεσαν" μεγάλες ποσότητες υγρού και δημιούργησαν προβλήματα ιξώδους που θα μπορούσαν να επιλυθούν μόνο με την προσθήκη νερού (αραίωση). Τα φυγοκεντρικά χρησιμοποιούνται σε πολλές βιομηχανίες εδώ και χρόνια και προσαρμόστηκαν στις εργασίες γεώτρησης στις αρχές της δεκαετίας του 1950. Χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά σε ζυγισμένες λάσπης για την αφαίρεση και την απόρριψη κολλοειδών - λεπτών σωματιδίων μικρότερων από 2 έως 4 μικρά - και για την αποθήκευση μεγαλύτερου μεγέθους σωματιδίων βαρύτη (υλικό στάθμισης) και μερικών διατρημένων στερεών.

Τα τελευταία χρόνια, ένας φυγοκεντρητής εφαρμόστηκε σε μη σταθμισμένα υγρά γεώτρησης για τη μείωση και την αποβολή λεπτών στερεών στο ενεργό σύστημα λάσπης. Αυτή η εφαρμογή σώζει την πιο ακριβή υγρή φάση της λάσπης για επαναχρησιμοποίηση. Η αραίωση ελαχιστοποιείται, μειώνοντας έτσι το κόστος της λάσπης. Ωστόσο, αυτά τα μηχανήματα είναι αρκετά ακριβά και απαιτούν μεγάλη φροντίδα.

Στις αρχές της δεκαετίας του 1970, ο καθαριστής λάσπης αναπτύχθηκε ως προσθήκη στο desander και desilter για τη μείωση της απώλειας στην ακριβή υγρή φάση. Οι υδροκυκλώνες απορρίπτουν έναν πολτό, συμπεριλαμβανομένης της υγρής φάσης, ο οποίος μπορεί να είναι ακριβός με την πάροδο του χρόνου. Ο καθαριστής λάσπης παίρνει την υπερχείλιση από μια τράπεζα υδροκυκλώνων και εισάγει τον πολτό σε μια πολύ λεπτή, προεντεταμένη δονούμενη οθόνη. Η ακριβή υγρή φάση και το μεγαλύτερο μέρος του βαρύτη περνούν από την οθόνη και επιστρέφουν στο σύστημα ενώ τα μεγαλύτερα στερεά απορρίπτονται.

Αυτή ήταν η πρώτη επιτυχημένη εφαρμογή μιας οθόνης, συνδεδεμένη με ένα άκαμπτο πλαίσιο, χρησιμοποιώντας πολύ λεπτές οθόνες. Πολλά καθαριστικά λάσπης έχουν καθαριστικά οθόνης ή ρυθμιστικά, τα οποία είναι κυκλικά πλαστικά κομμάτια που δονούνται στο κάτω μέρος της οθόνης για να αποφευχθεί η τύφλωση της οθόνης. Σε ζυγισμένες λάσπης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν σίτες 200 ματιών (74 μικρά), που είναι το ανώτερο μέγεθος για τον εμπορικό βαρύτη. Για μη ζυγισμένες λάσπης, το μικρότερο πρακτικό μέγεθος είναι 250 mesh (58 microns) για οικονομική λειτουργία.

Μια πιο πρόσφατη εξέλιξη, που παρουσιάστηκε στη δεκαετία του 1980, είναι ο γραμμικός αναδευτήρας. Οι εξελίξεις στην τεχνολογία οθόνης έχουν καταστήσει δυνατή την επίστρωση των προεντεταμένων οθονών για τη λήψη πολύ ακριβών περικοπών, διατηρώντας παράλληλα μια οικονομική ζωή στην οθόνη. Η γραμμική κίνηση είναι η καλύτερη κίνηση μεταφοράς για την απομάκρυνση των στερεών από την οθόνη και είναι δυνατή η μεταφορά μοσχευμάτων "ανηφορικά". Οι οθόνες μπορούν να ανυψωθούν για να διατηρήσουν τα μοσχεύματα περισσότερο για να επιτευχθεί απαλλαγή περιεκτικότητας σε υγρό με μειωμένο στεγνωτήριο. Επίσης, λεπτές οθόνες, με μικρότερα ανοίγματα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν στο γραμμικό δονητή κίνησης. Μία εφαρμογή γραμμικών δονητών είναι να ελέγχετε την υπορροή από αποξηραντές και αποπλιστές αντί να χρησιμοποιείτε καθαριστικό λάσπης. Αυτή η συσκευή ονομάζεται "κοντίσιονερ λάσπης".