Co to jest ekran Shale Shakers?

Wytrząsarki łupkowesą elementami urządzeń wiertniczych stosowanych w wielu gałęziach przemysłu, m.in. w oczyszczaniu węgla, górnictwie, wiertnictwie ropy i gazu. Stanowią pierwszą fazę systemu kontroli cząstek stałych na platformie wiertniczej i służą do usuwania dużych cząstek stałych (zwiercin) z odwiertu płyn („błoto”).

Płyny wiertnicze są integralną częścią procesu wiercenia i służą między innymi do smarowania i chłodzenia wiertła, a także do przenoszenia wywierconych zwiercin z otworu wiertniczego. Płyny te są mieszaniną różnych substancji chemicznych w roztworze na bazie wody lub oleju i mogą być bardzo drogie w produkcji. Zarówno ze względów środowiskowych, jak i w celu zmniejszenia kosztów operacji wiertniczych, straty płynu wiertniczego są minimalizowane poprzez usuwanie ich z wywierconych zwiercin przed ich utylizacją. Odbywa się to przy użyciu szeregu specjalistycznych maszyn i zbiorników.

Wytrząsarki łupkowe są głównym narzędziem do separacji ciał stałych na platformie. Po powrocie na powierzchnię odwiertu zużyta płuczka przepływa bezpośrednio do wytrząsarek łupkowych, gdzie rozpoczyna się jej przeróbka. Po przetworzeniu przez wytrząsarki łupków płuczka wiertnicza jest osadzana w zbiornikach płuczkowych, gdzie inne urządzenia kontrolujące cząstki stałe zaczynają usuwać z niej drobniejsze cząstki stałe. Substancje stałe usunięte przez wytrząsarkę do łupków są odprowadzane z otworu wylotowego do oddzielnego zbiornika, gdzie oczekują na dalszą obróbkę lub usunięcie.

Większość branży wiertniczej uważa wytrząsarki łupków za najważniejsze urządzenie w systemie kontroli substancji stałych, ponieważ wydajność kolejnych urządzeń jest bezpośrednio powiązana z czystością uzdatnionej płuczki wiertniczej.

Mudloggerzy zwykle wychodzą i sprawdzają wytrząsarki pod kątem próbek skał, które krążą z dna. Oddzielają skałę od płuczki wiertniczej i zabierają ją do lokalnego laboratorium, gdzie suszą próbki i oznaczają je według głębokości. Następnie przyglądają się próbkom i analizują, jaki rodzaj skały znajdują się na określonej głębokości. Pomaga to określić, na jakiej głębokości napotkano dany typ skały.

Wytrząsarki łupkowe składają się z następujących części:

Zbiornik- Zbiornik, powszechnie nazywany „podstawą”, służy zarówno jako platforma dla wytrząsarki, jak i miska zbiorcza płynu przetwarzanego przez sita wytrząsarki, zwana także „dolnym”. Zbiornik można zamówić w zależności od potrzeb płuczki wiertniczej, czyli systemu „błota”. Może mieć różną głębokość, aby pomieścić większe ilości płuczki wiertniczej, a także mieć różne przyłącza do zawracania dolnego strumienia do systemu płuczkowego.

Wytrząsarka szybu naftowego

Podajnik- Podajnik to zasadniczo miska zbierająca płuczkę wiertniczą przed jej przetworzeniem przez wytrząsarkę. Może mieć wiele różnych kształtów i rozmiarów, aby dostosować się do potrzeb systemu płuczkowego. Najczęściej stosowany podajnik nazywany jest podajnikiem jazowym, płuczka wiertnicza wpływa do podajnika zwykle przez rurę przyspawaną do zewnętrznej ściany w pobliżu dna zbiornika podajnika, wypełnia podajnik do określonego punktu i niczym woda przepływająca przez tamę błoto (płyn wiertniczy) rozlewa się nad jazem i na obszar przesiewania wytrząsarki. Ten sposób zasilania wytrząsarki jest najpowszechniej stosowany ze względu na możliwość równomiernego rozprowadzenia błota na całej szerokości wytrząsarki, co pozwala na maksymalne wykorzystanie powierzchni pokładu przesiewającego wytrząsarki.

Niektóre podajniki mogą być wyposażone w zawór obejściowy na dnie podajnika, który pozwala płuczce ominąć kosz wibratora i przedostać się bezpośrednio do leja zasypowego i z powrotem do układu błotnego bez przetwarzania przez sita wibracyjne.

Kosz ekranowy- Zwana także „łóżkiem” przesiewacza, jest najważniejszą częścią maszyny, odpowiada za przenoszenie intensywności drgań maszyny, mierzonej w „G”, przy jednoczesnym utrzymaniu ruchu „wstrząsania” nawet w całym koszu. Musi to wszystko zrobić, utrzymując sita bezpiecznie na miejscu, eliminując przedostawanie się cząstek stałych do leja zasypowego i umożliwiając łatwą obsługę i konserwację maszyny. Różne marki wytrząsarek stosują różne metody spełniania tych wymagań, stosując specjalistyczne urządzenia do napinania przesiewaczy, gumowe uszczelki wokół sit, wzmocnienie kosza w celu ograniczenia elastyczności, gumowe mocowania pływakowe zamiast sprężyn, gumowe uszczelki pokładu i selektywne rozmieszczenie wibratorów.

Nowe wytrząsarki łupkowe

Mechanizm odchylania kosza- Kosz wibracyjny musi mieć możliwość zmiany swojego kąta, aby dostosować się do różnych prędkości przepływu płuczek wiertniczych i zmaksymalizować wykorzystanie złoża wibratora. W tym miejscu ważną rolę odgrywa mechanizm ustawiania kąta. Płuczka wiertnicza przepływająca przez złoże wibracyjne dzieli się na dwie kategorie:

Basen:Jest to obszar pokładu przesiewającego, w którym znajduje się głównie płuczka wiertnicza z zawieszonymi w niej zwierciami.

Plaża:Jest to obszar, w którym płyn został w większości usunięty z sadzonek i zaczynają one wyglądać jak kupa ciał stałych.

Ogólnie rzecz biorąc, stosunek plaży i basenu wynosi 80% basenu i 20% plaży, ale to oczywiście może się zmienić w zależności od wymagań dotyczących zmniejszenia suchości i natężenia przepływu.

Obecnie w użyciu są różne mechanizmy ustawiania kąta, od hydraulicznych po pneumatyczne i mechaniczne. Można je sterować z jednej strony wytrząsarki lub należy je regulować indywidualnie dla każdej strony. Mechaniczne mechanizmy ustawiania kąta mogą być bardzo niezawodne, często wymagają mniej konserwacji, ale zwykle zajmują więcej czasu w działaniu niż ich hydrauliczne lub pneumatyczne odpowiedniki, podczas gdy hydrauliczne/pneumatyczne mechanizmy ustawiania kąta są znacznie szybsze w obsłudze i wymagają mniej fizycznych środków obsługi.

Wibrator- Jest to urządzenie, które przykłada siłę wibracyjną i rodzaj ruchu do złoża wibratora. Wibrator to wyspecjalizowany silnik zbudowany w celu wibrowania. Zawiera silnik elektryczny zapewniający ruch obrotowy, ale wykorzystuje zestaw mimośrodowych obciążników, aby zapewnić siłę dookólną. Aby wytworzyć właściwy ruch liniowy, równolegle do pierwszego dodaje się drugi, przeciwbieżny wibrator. To właśnie daje nam ruch liniowy, „wysokie G” potrząsanie koszem.

Mudloggerzy zbierający próbki z wytrząsarek

Niektóre wytrząsarki są wyposażone w opcjonalny trzeci silnik na łożu wytrząsarki. Silnik ten jest najczęściej używany do modyfikowania ruchu eliptycznego kosza, czyniąc go bardziej okrągłym, a zatem „zmiękczając” ruch, ale odbywa się to kosztem zmniejszonego G i wolniejszego przenoszenia sadzonki. Ten ruch jest zwykle stosowany w przypadku lepkich ciał stałych. Wytrząsarka do łupków NOV Brandt VSM 300 to pierwsza na świecie wyważona wytrząsarka o ruchu eliptycznym.^[1]

Panele ekranu wytrząsacza

Wytrząsarka składa się z następujących części:

Wstrząsarka platformy wiertniczej

Rama ekranu- Podobnie jak płótno do malowania, ekran musi być oparty na ramie, aby spełnił swoje zadanie, tak rama ta różni się między producentami zarówno pod względem materiału, jak i kształtu. Ramy ekranów mogą być wykonane z materiałów takich jak kwadratowe rury stalowe, płaskie blachy stalowe, kompozyty typu tworzywa sztucznego lub mogą być po prostu podparte na końcach paskami stali (podobny pomysł do zwoju). Ramy te składają się z prostokątnego obwodu zewnętrznego, który jest podzielony na małe, pojedyncze panele wewnętrzne. Te mniejsze panele różnią się kształtem w zależności od producenta i są dostępne w kształtach takich jak kwadrat, sześciokąt, prostokąt, a nawet trójkąt.

Te różne kształty paneli są stosowane w celu zmniejszenia liczby paneli na każdej ramie, ale nadal zapewniają maksymalną sztywność i wsparcie dla przymocowanej do nich siatki. Celem zmniejszenia tych paneli jest maksymalizacja użytecznej powierzchni ekranowania, ponieważ ściany każdego panelu przeszkadzają siatce i uniemożliwiają jej użycie, jest to znane jako „wygaszanie”. Niewygaszony obszar przesiewania ekranu wytrząsarki jest powszechnie stosowany jako cecha sprzedaży. Im większa jest powierzchnia ekranu dostępna do pracy, tym wydajniejsza staje się wytrząsarka, a zatem może obsłużyć większą ilość płynu.

Siatka ekranowa- Podobnie jak nić splata się razem, tworząc tkaninę, tak samo metalowy drut można tkać, tworząc metalową tkaninę. Siatka ekranu ewoluowała przez wiele lat konkurencyjnej produkcji ekranów, czego efektem jest bardzo cienka, ale mocna tkanina zaprojektowana w celu maksymalizacji żywotności i przewodności ekranu, a także zapewnienia stałego punktu cięcia. Aby zwiększyć przewodność siatki siatkowej, należy zminimalizować ilość materiału na drodze, można to osiągnąć albo poprzez zmniejszenie średnicy drutu, albo przez tkanie tkaniny w celu uzyskania prostokątnych otworów. Prostokątne otwory zwiększają przewodność ekranu, minimalizując jednocześnie wpływ na jego punkt cięcia, podczas gdy kwadratowe otwory zapewniają bardziej spójny punkt cięcia, ale oferują niższą przewodność.

Aby zmaksymalizować żywotność ekranu, większość producentów buduje swoje ekrany z wielu warstw siatki na bardzo wytrzymałym materiale podkładowym, aby dodatkowo chronić tkaninę przed obciążeniem ciałami stałymi i zużyciem. Wiele warstw siatki działa jak mechanizm usuwania oślepienia, wypychając z siatki cząstki o zbliżonej wielkości, które mogą utknąć w otworach, ograniczając problemy z oślepianiem i utrzymując powierzchnię ekranu dostępną do użytku.

Środek wiążący- Środek wiążący to materiał używany do łączenia siatki z ramą ekranu. Został zaprojektowany tak, aby zmaksymalizować przyczepność do obu materiałów, a jednocześnie jest w stanie wytrzymać wysokie temperatury, silne wibracje, ścierne wióry i żrące płyny wiertnicze.

W ekranach kompozytowych z tworzyw sztucznych zwykle nie stosuje się klejów, ale raczej podgrzewa się siatkę i wtapia ją w ramę ekranu, tworząc wiązanie.

Modułowa technologia ekranu- Jednym z najnowszych osiągnięć w technologii przesiewaczy pól naftowych jest „modułowy ekran panelowy”. Technologia ta to innowacyjna konstrukcja, w której powierzchnia ekranu jest podzielona na sekcje paneli modułowych, dzięki czemu uszkodzone sekcje można indywidualnie naprawiać, aby przedłużyć żywotność ekranu. Tradycyjnie ekran jest całkowicie wyrzucany, gdy uszkodzone jest tylko 15% jego powierzchni. W takim podejściu marnuje się ponad 85% nieuszkodzonej powierzchni ekranu, a także ramę. W przypadku działalności na polach naftowych w odległym środowisku redukcja ilości odpadów i logistyki okazała się znaczącą korzyścią.

Technologia ekranu piramidowego- technologia ta jest sposobem na zwiększenie powierzchni przesiewania wytrząsarki łupków bez konieczności budowy większych maszyn. Oglądane z boku ekrany te wyglądają jak tektura falista, mają płaskie dno i faliste kształty na górze. Fale te mają na celu zwiększenie powierzchni panelu ekranu poprzez narastanie zamiast na zewnątrz, maksymalizując w ten sposób powierzchnię ekranu bez konieczności budowania większych ekranów wytrząsających, a co za tym idzie, większych, cięższych i droższych wytrząsarek.

Istnieje wiele sprawdzonych badań przeprowadzonych przez firmę Derrick w odniesieniu do przyczyn zwiększonej wydajności tych ekranów 3D, takich jak:

Zwiększanie powierzchni przesiewania każdego panelu powoduje przeniesienie obciążenia na większą powierzchnię, w związku z czym zużycie ma tendencję do zmniejszania się w porównaniu do innych ekranów.

Pofałdowany kształt sit sprzyja osadzaniu się ciał stałych w dolinach sita, dzięki czemu wierzchołki sita są dostępne do przetwarzania płuczki wiertniczej.

Zwężające się doliny, poruszając się pod wysokim G, wywierają siłę ściskającą na ciała stałe podobną do wyżymania szmatki w celu wyciągnięcia cieczy.

Zwiększenie powierzchni wytrząsarki pozwala na zastosowanie drobniejszych sit na wcześniejszym etapie procesu wiercenia, przy jednoczesnym zachowaniu akceptowalnych szybkości przepływu i penetracji. Skuteczne usuwanie szkodliwych wywierconych cząstek stałych, zanim zaczną zużywać się sprzęt kontrolujący cząstki stałe.

Istnieje wiele teorii na temat wyników badań przesiewowych, które dają niespójne wyniki. Jedynym sposobem, aby naprawdę ocenić wydajność dowolnego ekranu, jest wypróbowanie go i zebranie własnych danych porównawczych.