Principes de contrôle des solides

Par rapport à l'utilisation de fluides de forage dans l'industrie pétrolière et gazière, l'utilisation de fluides de forage dans l'industrie du forage directionnel horizontal (HDD) est nouvelle. Aujourd'hui encore, la quantité de recherche et de développement visant les fluides de forage HDD est considérée comme une erreur d'arrondi dans l'oligopole des fabricants de fluides de forage. Cependant, les tendances suggèrent fortement que l'avenir du forage HDD suivra une évolution similaire à celle vécue par l'industrie traditionnelle du pétrole et du gaz.

Principes de contrôle des solides

Associer l'évolution des fluides de forage à l'escalade des coûts de gestion et d'élimination des déchets, la faisabilité économique de l'utilisation des fluides de forage dépend entièrement de la capacité de récupération et de recyclage. Bien que le coût de la barytine et de la bentonite continue d'être marchandisé, les additifs continuent de devenir de plus en plus chers. Ajoutez l'escalade du coût du personnel qualifié, les opérateurs de rig HDD se retrouvent avec un défi critique: faire des profits, lorsque le coût de l'entreprise augmente.

En abordant les aspects économiques des fluides de forage, les opérateurs de plates-formes HDD doivent comprendre clairement les principes de fonctionnement de base derrière les processus de recyclage disponibles. Ce qui suit permet une compréhension pratique des principes clés derrière le contrôle des solides HDD et la gestion des fluides de forage. Cela dit, la discussion suivante ne doit pas être considérée comme exhaustive. En fin de compte, le fabricant du fluide de forage et de l'équipement de contrôle des solides et de gestion des déchets devrait être consulté.

Système de contrôle des solides 

Lors du déploiement d'un «système de contrôle des solides», plusieurs facteurs clés de conception hydraulique doivent être pris en compte. Ces facteurs fournissent simplement un système de contrôle des solides «hydrauliquement équilibré», cependant, les acheteurs de systèmes de contrôle des solides ne devraient pas négliger la durabilité, la fiabilité et le retour sur investissement qu'apportent les caractéristiques et les avantages.

Un système de contrôle des solides HDD typique emploiera une combinaison de technologies d'agitation, d'hydrocyclone, de mélange, de pompe et de réservoir compartimenté. L'agitateur est vital pour le système de contrôle des solides et est considéré comme la première ligne de défense. Situé directement en aval de l'agitateur, il y aura probablement un assemblage d'hydrocyclone qui emploiera des désileurs, des désandeurs ou les deux. Bien que toujours considérés comme rares, les systèmes de contrôle des solides à centrifuger deviennent de plus en plus populaires. En ajoutant une centrifugeuse, le système de contrôle des solides atteindra le plus haut niveau de coupe disponible sur le marché aujourd'hui.

Shakers

La première ligne de défense pour un système de contrôle des solides bien conçu est l'agitateur. Les secoueurs éliminent les solides du fluide de forage lorsque la boue passe sur la surface d'un tamis vibrant. Des particules plus petites que les ouvertures de l'écran traversent les trous de l'écran avec la phase liquide de la boue. Les particules trop grosses pour passer à travers l'écran sont ainsi séparées de la boue pour être éliminées. Sans tamisage approprié du fluide de forage pendant cette étape de retrait initiale, l'équipement en aval verra son efficacité et son efficience réduites. Les hydrocyclones et / ou les centrifugeuses en aval (s'ils sont utilisés) seront simplement surchargés au-delà de leur capacité nominale.

Il existe un certain nombre d'allégations commerciales qui indiquent que les secoueurs peuvent réaliser des coupes solides inférieures à 74 microns, cependant, en ce qui concerne l'installation pratique et l'utilisation de systèmes de contrôle des solides (c'est-à-dire par rapport aux débits, à la viscosité du fluide de forage, à l'état du tamis, au volume des solides en cours de gestion, etc.), les opérateurs devraient considérer prudemment 100 microns comme limite de performance.

Écrans Shaker

Fondamentalement, un écran agit comme une jauge «go / no-go»: soit une particule est suffisamment petite pour passer à travers l'écran, soit elle ne l'est pas. Les surfaces de tamisage utilisées dans les équipements de contrôle des solides sont généralement constituées d'un tissu de tamis métallique tissé multicouche et sont le «cœur et l'âme» du secoueur. Fondamentalement, la qualité d'un shaker est définie par la qualité des écrans qu'il utilise. Lors de la sélection d'un système de contrôle des solides, il est important de tenir compte de la qualité de la fabrication des écrans et du niveau d'expérience des écrans de fabrication.

Si le système est correctement configuré avec un système de scalpage et un système de tamisage fin, les tamis de scalping doivent être dimensionnés juste assez grossiers pour garantir que le fluide de forage ne recouvre pas le secoueur (c'est-à-dire les pertes de boue entières). Cela se produit lorsque l'écran de scalpage est trop fin pour permettre au fluide de forage de passer dans le réservoir sale du système de contrôle des solides. Les configurations d'écran de scalping typiques pour les applications HDD vont de 50 mesh (API 50) à 120 mesh (API 100). Les configurations typiques de tamis fin vont de 160 (API 120) à 200 mesh (API 170). La classification API 13C gagne du terrain dans l'industrie des disques durs car de plus en plus d'entrepreneurs se concentrent sur le point de coupure en microns qu'ils tentent d'atteindre dans leur fluide.

Par rapport à l'utilisation des tamis à secousses, c'est la taille des ouvertures du tamis, et non le nombre de mailles qui détermine la taille des particules séparées par le tamis. C'est pour cette raison que les utilisateurs du système HDD doivent comparer et spécifier des écrans en fonction de leur désignation API 13C.

Hydrocyclones

Les hydrocyclones sont de simples dispositifs mécaniques, sans pièces mobiles, conçus pour accélérer le processus de décantation. La pression d'alimentation est transformée en force centrifuge à l'intérieur du cône pour accélérer la sédimentation des particules conformément à la loi de Stoke. Essentiellement, un cyclone est une fosse de décantation miniature qui allie une décantation rapide des solides dans des conditions contrôlées. Les hydrocyclones sont devenus importants dans les systèmes de contrôle solides en raison de leur capacité à éliminer efficacement les particules plus petites que les tamis à mailles les plus fines. Il existe un certain nombre d'allégations industrielles qui indiquent que les hydrocyclones peuvent réaliser des coupes solides inférieures à 25 microns, cependant en ce qui concerne l'installation pratique et l'utilisation de systèmes de contrôle des solides (c'est-à-dire par rapport à l'usure de la roue de pompe, la viscosité du fluide de forage, l'usure des hydrocyclones internes, etc.), les opérateurs devraient considérer prudemment 30 microns comme limite de performance.

La boue de forage pénètre dans le cyclone sous pression d'une pompe d'alimentation centrifuge. La vitesse de la boue fait tourner rapidement les particules dans la chambre principale du cône (c'est-à-dire comme une tornade dans une bouteille). Des solides légers et fins et la phase liquide de la boue en spirale vers l'intérieur et vers le haut pour une évacuation par la sortie de liquide. Les solides lourds et grossiers ont tendance à s'enrouler vers l'extérieur et vers le bas pour être évacués par la sortie des solides ou sous l'écoulement.

Centrifugeuses

Comme les hydrocyclones, les centrifugeuses sont conçues pour accélérer le processus de décantation. La vitesse de rotation est transformée en force centrifuge à l'intérieur de l'ensemble rotatif pour accélérer la sédimentation des particules conformément à la loi de Stoke. En substance, une centrifugeuse est une fosse de décantation miniature qui allie une décantation très rapide des solides dans des conditions contrôlées. Bien que beaucoup plus compliquées qu'un hydrocyclone, les centrifugeuses ont l'avantage d'atteindre des points de coupe extrêmement fins.

Les centrifugeuses peuvent améliorer le point de coupure d'un facteur 6X par rapport à un système secoueur / hydrocyclone prototype et peuvent augmenter considérablement la durée de vie du fluide de forage. KEMTRON a connu des applications dans lesquelles la durée de vie du fluide de forage a été multipliée par 10 lors de l'utilisation de centrifugeuses en coopération avec l'équipement de contrôle des solides standard (l'amélioration totale de la durée de vie du fluide de forage dépend de la distribution granulométrique des solides générés et du cycle de vie de la dégradation des solides dans le fluide de forage).

Résumé du système efficace de contrôle des solides

Pour obtenir un contrôle efficace des solides, plusieurs étapes doivent être suivies. Pour commencer, obtenez un système de contrôle des solides efficace, fiable et durable. S'assurer que le système de contrôle des solides acquis est; hydrauliquement équilibré; est capable de faire à la fois une coupe du cuir chevelu et une coupe fine; et a une capacité de mélange et de recirculation de fluide de forage suffisante. Ne contournez pas l'agitateur de schiste ou tout autre équipement de contrôle solide pendant le forage. Utilisez le plus petit tamis à mailles possible sur l'agitateur de schiste; cela changera d'une formation à l'autre et nécessitera que les opérateurs maintiennent une variété d'écrans à portée de main. Gardez toujours un inventaire adéquat des pièces de rechange et des écrans recommandés. Dernier point et non des moindres, un bon système de contrôle des solides n'est efficace que lorsque vous certifiez et attribuez au personnel de l'installation la responsabilité du fonctionnement et de la maintenance de l'équipement. En utilisant chacune de ces étapes, les opérateurs peuvent obtenir des performances de forage améliorées, des taux de pénétration améliorés, des coûts d'élimination des déchets et des coûts de boue.