سیالات حفاری

معماری فرهنگ قوم لر حفاری وسیالات حفاری تمدن لرستان

 
خروج جامدات لخته شده توسط سانتی فیوژها : در محل دکل در صورت استفاده از فرآیند De
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ۱:٥٠ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٤/٢/۳۱
 

خروج جامدات لخته شده توسط سانتی فیوژها :

در محل دکل در صورت استفاده از فرآیند Dewatering همواره یک سانتری فیوژ مخصوص برای جدا سازی ذرات لخته شده از مایع وجود دارد. طبق شکل ... ( فصل 5 ) ، پس از ورود سیال به دلیل اختلاف سرعت بین کاسه و پره های نقاله ( ∆RPM ) ، جامدات از بخش بالایی سانتری فیوژ و مایعات از بخش پایینی خارج می شوند. البته سانتری فیوژها به طور معمولی در محل دکل یکی از تجهیزات کنترل جامدات استاندارد هستند. ولی در فرآیند Dewatering  میزان خارج سازی جامدات آنها به دلیل لخته شدگی بیشتر از حالت معمولی است. مرحله جداسازی ذرات در عملیاتDewatering ، توسط سانتری فیوژهای سر ریزی طولانی است و معمولاً حدود 99% زمان جداسازی در این بخش صورت می گیرد. به فرآیند جداسازی انواع سیالات توسط سانتری فیوژها در فصل دوم به طور کامل پرداخته شده است.

سیستم Dewatering و اجزای آن :

هدف کلی سیستم Dewatering پردازش پسماند حفاری است. کاربردهای مختلفی دارد :

(i)                کاهش حجم پسماند مایع تولیدی

(ii)              بازیافت سیال به سیستم فعال گل

(iii)            دفع بهینه

(iv)            رها سازی به روش ایمن و به صرفه تر در محیط زیست

هدف عمده کاهش هزینه های چاه است. بسته به فاکتورهایی چون حجم سیال درمانی، آب و هوا، حمل و نقل و نوع پلی مرهای مورد استفاده، طرحهای مختلفی از سیستم Dewatering وجود دارد.

به طور کلی هر واحدی Dewatering سه بخش اصلی دارد:

a)     سیستم اختلاط و ذخیره برای انعقاد و لخته کنندگی

b)    سیستم تحویل دهی برای افزودن مواد شیمیایی به سیال مورد پردازش

c)     سیستم جداسازی برای خارج کردن جامدات تجمع یافته از مایع ( شکل فصل 6 )

سیستم اختلاط :

این بخش دارای مخازن پیش مخلوط و مخلوط کن های مختلف است. سرعت اختلاط فرآیندهای انعقاد و لخته شدگی متفاوت است. یک انعقاد بهینه زمانی رخ می دهد، که واکنش سریع و در ثانیه و با ایجاد یک حالت آشفتگی باشد. در مقابل لخته شدگی، فرآیندی آرام است تا اجازه تجمع ذرات منعقد شد، کوچک را به توده های برارگستر دهد. یک فرآیند لخته کنندگی به انتخاب صحیح زمان بهینه اختلاط، شدت اختلاط بهینه و شکل مناسب مخزن برای اختلاط یکنواخت بستگی دارد. زمان ناکافی اختلاط باعث یک لخته شدگی ضعیف و زمان اختلاط اضافی باعث تجزیه توده ها می شود. یک آماده سازی نامناسب پلی مر روی دزوکارایی پلی مر مورد نیاز در فرآیند Dewatering تأثیر می گذارد و به موجب آن افزایش شدید هزینه استفاده از پلی مرها در پروژه را باعث می شود. معمولاً ممکن پیش از افزودن منعقد کننده ها و لخته کننده ها به سیال مورد نیاز پردازش یک پیش اختلاط انجام می دهند، که بیشتر برای پلی مرهای جامد انجام می شود. در این حالت برای مخلوط کردن پلی مر و آب، حداقل 30 دقیقه زمان هم زدن برای آب دهی مناسب و آزاد سازی زنجیره های آزاد لازم است.

فرآیند انحلال پس از پیش مخلوط باید یک آشفتگی مناسب داشته باشد برای :

-1 حفظ ذرات در سوسپانسیون، برای جلوگیری از ته نشینی درون لایه ژل مانند بدون حرکت روی کف مخزن ترکیب

-2 کمک به آزاد سازی زنجیره های پلی مری آزاد

-3 کاهش اندازه ذرات ژله ای شده به منظور افزایش میزان آزاد سازی زنجیره های آزاد.

به طور کلی اختلاط منغقد کننده ها در سرعت زیاد ( high shear rapid mixing ) و اختلاط لخته کننده ها در سرعت پایین ( low shear mixing ) صورت می گیرد.

سیستم تحویل دهی:

این سیستم به منظور تحویل مواد شیمیایی به درون سیال یا سیالات لخته شده به سمت تجهیزات جدایش به کار گیری می شود. کلیری شلنگ و پمپ های تصاعدی یا مونو پمپ است. این سیستم برای اطمینان از پلی مرها در نقطه بهینه لخته کنندگی و همچنین یک آشفتگی مناسب، پیش از ورود به سانتری فیوژ است.

این نقطه بهینه افزورن، بستگی به طراحی سانتری فیوژها و اینکه چطور عمل می کنند، و نوع سیال مورد پردازش دارد. این نقطه افزورن می تواند اگر سرعت سانتری فیوژ آرام، منطقه تغذیه پیش از سانتری فیوژ و اگر سرعت سانتری فیوژ بالا معمولاً در محفظه جدایش برای ورود به حوض به صورت جداگانه و مخلوط شدن خوراک باشد. این از آسیب به زنجیره های پلی مری و تجزیه توده ها جلوگیری می کند. پمپ های مورد استفاده در این سیستم باید از نوع جابجایی مثبت و غیر برش، برای جلوگیری از تجزیه پلی مر ها و ایجاد یک برش ثابت مستقل از هد سیال روی پمپ ها باشد. به هیچ وجه نباید از پمپ های سانتری فیوژی استفاده کرد. بیشتر از پمپ های کاویتی تصاعدی یا مونو پمپ ها استفاده می شود.

نقطه افزورن لخته کننده :

بسته به بازدهی فرآیند لخته کنندگی، نیازمند تغییر زمان بین افزورن پلی مر و جداسازی توده ها هستیم. اگر این زمان کافی نباشد، ساختار توده ها کامل نمی شود و یک لخته کنندگی ضعیف خواهیم داشت. این زمان توسط تست های پایلوت محاسبه می شود. معمولاً چندین نقطه افزورن لخته کننده برای تغییر زمان مناسب وجود دارد:

  • سمت مکش پمپ تغذیه سانتری فیوژ
  • سمت تخلیه پمپ تغذیه سانتری فیوژ
  • مستقیماً درون گلوگاه یا کاسه سانتری فیوژ
  • یک یا چند نقطه بین پمپ تغذیه و سانتری فیوژ

نقطه افزورن لخته کننده مرحله بسیار بحرانی است که باری اطمینان از موافقیت باید چک شود.               ( شکل ------ ) زمان توقف سیال درون پمپ در این شرایط، بسیار مهم است.

سیستم جدا سازی :

متداول ترین تجهیزات جداسازی ذرات کلوئیدی لخته شده، سانتری فیوژ سرریزی است. حدود 99% زمان عملیات Dewatering در این مرحله سپری می شود. معمولاً میزان دبی برای سانتری فیوژ          15 – 35 GPM  و در هر روز 500 – 1200 شبکه است. عوامل مختلفی بر روی عملکرد سانتری فیوژ  اثر می گذارد. از جمله می توان به دبی خوراک ورودی، سرعت چرخش عمق حوض، میزان منعقد کننده و لخته کننده مورد استفاده و حوض ذرات توده شده چون اندازه، مشکل دانسیته و ویسکوزیته سیال اشاره کرد.     ( شکل ها ---------- )

پساب خروجی از Dewatering :

سیال خروجی از سیستم  Dewatering می تواند :

  • به سیستم فعال گل برگردد
  • استفاده برای رقیق سازی و یا مخلوط کردن با گل جدید
  • استفاده مجدد در Dewatering به عنوان سیال رقیق سازی
  • درمان بیشتر برای رسیدن به استانداردهای تنظیمی استاندارد برای رها سازی در محیط زیست

کیفیت پساب خروجی کاملاً بستگی به موارد فوق دارد. اگر دوباره برای استفاده در گل یا Dewatering باز گردانده شود، نیازی به سیال تمیز نیست. در نتیجه هزینه درمان شو پتانسیل انتقال منعقد کننده و لخته کننده کاهش می یابد. اما اگر هدف تخلیه در محیط زیست باشد، نیازمند مطابقت با قوانین دولتی و درمان اضافی برای شفاف کردن، خارج کردن فلزات سنگین، از بین بردن کدریت و دیگر آلودگی هاست، که در نتیجه باعث افزایش هزینه های درمان می شود. ( مقادیر -------- )

مسائل اقتصادی در Dewatering :

اگر چه Dewatering می تواند یک صرفه جویی 40% در هزینه سیال داشته باشد، اما استفاده از آن در همه جا مقرون به صرفه نیست. به طور مثال اگر گل از زیست محیطی مخرب پایین داشته و ارزان قیمت باشد، استفاده از Dewatering مقرون به صرفه نیست و اقتصادی تر این است که گل را بدون درمان کردن دفع کنیم.

هزینه ها و آنچه باعث صرفه جویی احتمالی در هزینه ها می شود، بایستی به دقت مورد توجه قرار گیرند.

-1 صرفه جویی هزینه سیال حفاری: با دانستن و تخمین حجم سیال تولیدی در محل دکل، این امکان خواهد بود که صرفه جویی هزینه های موجود با dewatering را تخمین زد.

-2 هزینه دفع مایعات: صرفه جویی این هزینه ها از طریق کاهش حجم گل، یک تأثیر عمده و مستقیم بر روی هزینه های دفع خواهد داشت.

-3 هزینه دفع جامدات: ثابت شده در صورت استفاده از واحد Dewatering هزینه دفع جامدات کاهش می یابد. به طور کلی انتخاب و طراحی مناسب سیال با توجه به ویژگیهای زمین شناسی محل بر روی حجم جامدات تولیدی، پایداری دیواره چاه، کاهش Woshsut و کاهش اثرات برخورد چاه و گل تأثیر دارد.

-4 هزینه های تدارکات و حمل و نقل: هزینه های انتقال در نواحی دور دست و در جاهایی که       هزینه های حمل و نقل بالاست، محدودیت هایی روی مقدار آب موجود در دسترس ایجاد می کند. به همین خاطر در این گونه محل ها برای کاهش هزینه ها آب تا آنجا که امکان دارد بازیافت می شود.

-5 هزینه سیال تمیز خروجی ( Centrate ): اگر سیال خروجی از Dewatering دارای فرمول گرافی باشد ( مانند گلیکول و آب شور اشباع )، بازیافت مایع شدیداً مقرون به صرفه است.

-6 تجهیزات کنترل جامدات: بازدهی تجهیزات خروج جامدات کلی به طور قابل توجهی با استفاده از سیستم Dewatering افزایش می یابد.

-7 هزینه های محل چاه: استفاده از Dewatering به دلیل داشتن مخازن ذخیره کوچک برای ساختن، هزینه های کلی محل چاه را کاهش می دهد.

مقایسه هزینه برای Dewatering در برابر روش های نرمال :

برای تعیین میزان مقرون به صرفه بودن یک سیستم حلقه بسته Dewatering ، بایستی هزینه هایی را که در صورت استفاده نکردن از Dewatering به وجود می آیند، تحلیل کنیم.

(i)                     انتخاب تجهیزات کنترل جامدات که تعیین کننده هزینه هاست. بازدهی سراسری تجهیزات برای چگونگی خارج شدن بیشتر جامدات حفاری شده پیش بینی می شود.

(ii)                   محاسبه جامدات کل در هر فاصله ای که تولید می شوند. بایستی میزان جامدات جدا شده توسط تجهیزات کنترل جامدات و هزینه های دفع آنها تعیین شوند. جامدات تولید شده خشک نخواهند بود، زیرا که مقداری مایع بسته به نوع و اندازه جامدات به آنها متصل هستند. جامدات ریزتر به دلیل مساحت سطحی بیشتر دارای فاکتور مرطوبیت بیشتر و در حدود 50% حجمی مایع هستند.

(iii)            حجم های رقیق سازی شده مورد نیاز برای حفظ درصد جامدات حفاری شده در حد مطلوب محاسبه می شود. هزینه های سیستم Dewatering شامل تجهیزات، پرسنل و مواد شیمیایی مورد استفاده در فرآیند لخته گذاری است. هزینه پرسنل و تجهیزات نسبتاً ثابت، ولی هزینه مواد شیمیایی مورد استفاده متغیر است این هزینه ها بسته به غلظت مواد شیمیایی و هزینه تولید آنها متفاوت است. افزایش درصد جامدات مخصوصاً در غلظت های بیش از 5% و همچنین نوع سیستم سیال حفاری باعث افزایش و تغییر غلظت لخته کننده های مورد استفاده می شود.

(iv)             میزان هزینه های دفع جامدات در صورت استفاده از سیستم Dewatering به آرامی افزایش    می یابد، چنانچه جامدات زیادی از گل خارج شوند.

(v)                    بازیافت یک پساب خروجی گران می تواند صرفه جویی اقتصادی داشته باشد. اگر سیستم سیال آب شیرین باشد، که ارزان و در دسترس است، نیازی به سیستم Dewatering نیست ولی پساب خروجی شامل نمک، گلیکل، یا پلی مرهای گران باشد، بازیافت مایع توسط واحد Dewatering می تواند بسیار اقتصادی باشد.

هزینه های نظارتی Dewatering و بازدهی :

این هزینه ها به صورت دلار ($) برای هر شبکه پردازش شده گل حساب می شود ( $/bbl )، فاکتورهایی در تعیین سودمندی هزینه کل شرکت دارند، عبارتند از a) هزینه تجهیزات Dewatering، مواد شیمیایی و پرسنل b) حجم مایع پردازش شده.

گاهی اوقات که حجم فرآیند و اندازه چاه کاهش می یابد، هزینه Dewatering افزایش می یابد. در بعضی مراحل کاملاً مشهود، که هزینه Dewatering از هزینه دفع خیلی بیشتر است. باید توجه داشت که هرچه فاصله یا عمق بیشتر می شود، سایز چاه کوچکتر می شود و در نتیجه گل گروئی پایین تر می آید. مثلاً در شکل ... ( شکل ------ ) نقطه ای که هزینه های Dewatering پایان حد فاصل 3 است. ادامه فرآیند گل در حد فاصل 4 سبب گرانی بیشتر نسبت به دفع مایع می شود. در این حالت دو نکته قابل تأمل است : 1) قطع و توقف عملیات Dewatering 2) قرار دادن واحد در حالت انتظار تا زمانی که حجم کافی تضمین کننده فرآیند  Dewateringجمع شود.

مقایسه هزینه های  Dewatering سیال پایه روغنی و پایه آبی :

در سیالات پایه آبی بیشترین هزینه ها مربوط به افراد و تجهیزات است و هزینه درمان شیمیایی نسبتاً پایین است. اما در سیالات پایه روغنی هزینه افراد و تجهیزات مانند گل های پایه آبی است، ولی هزینه درمان شیمیایی بالاست.

عملیات dewatering کارایی خود را به لحاظ اقتصادی در قاره اروپا با کاهش هزینه های دفع تا 80% نشان داده است. ( شکل PP ) {