Введение
Бурение глубоких скважин – трудоемкий и высокотехнологичный процесс. Буровые установки представляют собой комплекс бурового оборудования и сооружений, предназначенных для бурения нефтегазовых скважин.
Важным этапом в процессе бурения является очистка бурового раствора от частиц выбуренной породы. Система очистки бурового раствора включает в себя четыре ступени очистки, а также вспомогательное оборудование – насосы, емкости и трубопроводы.
Ключевым элементом в системе очистки бурового раствора является ситогидроциклонный сепаратор, состоящий из вибросита, пескоотделителя и илоотделителя, которые являются первой, второй и третьей ступенью очистки бурового раствора (рис. 1).
На первом этапе буровой раствор проходит через вибросито, где происходит отделение крупных частиц шлама. Затем буровой раствор, прошедший предварительную очистку на вибросите, поступает в циклоны пескоотделителя, где выполняется отделение твердой фазы среднего размера, далее илоотделитель очищает раствор от мелких частиц.
Завершающий этап очистки бурового раствора производится в центрифуге.
На рис. 1 изображен ситогидроциклонный сепаратор китайского производства, распространенный в ПАО «Сургутнефтегаз». ЦБПО БНО осуществляет прокат и ремонт данного оборудования.
Проблема износа и коррозии блока распределения и сбора потока ситогидроциклонного сепаратора
Ситогидроциклонные сепараторы китайского производства эксплуатируются в ПАО «Сургутнефтегаз» с 2011 г., нормативный срок службы составляет четыре года. Эффективная работа ситогидроциклонных сепараторов, отработавших три срока службы – результат качественного и своевременного ремонта, регулярно проводимого ЦБПО БНО.
В настоящее время при осуществлении ремонта ситогидроциклонных сепараторов специалисты ЦБПО БНО сталкиваются с проблемой гидроабразивного износа и коррозии блока распределения и сбора потока, входящего в состав илоотделителя ситогидроциклонного сепаратора (рис. 2). В результате износа и коррозии истончаются стенки патрубков и коллекторов блока (рис. 3). Локальный ремонт лишь на некоторое время позволяет продлить срок службы ситогидроциклонного сепаратора, а при уменьшении толщины стенки коллекторов менее предельно допустимых размеров блок становится неремонтопригодным, что приводит к выходу из производственного цикла всего ситогидроциклонного сепаратора, а следовательно – к простоям работы буровой.
Вследствие длительной эксплуатации ситогидроциклонных сепараторов происходит изнашивание блоков распределения и сбора потока илоотделителей, требуется их замена. Использование оригинального блока импортного производства затруднено в связи с длительными сроками поставки. В связи с этим в рамках программы импортозамещения было принято решение об изготовлении блока распределения и сбора потока в ЦБПО БНО.
Конструкция оригинального блока состоит из двух коллекторов (нагнетательного и сливного) и патрубков для присоединения циклонов, расположенных по окружности (рис. 4). В основе конструкции коллекторов лежат обечайки большого диаметра – 700 и 900 мм. Производство обечаек, соответствующих оригинальным размерам, трудоемко, требует приобретения специализированного оборудования и изготовления оснастки.
Сверление отверстий для патрубков на обечайке и сборка оригинальной конструкции блока являются очень трудоемкой технологической операцией. Крепление крышек и днищ к обечайкам осуществляется сваркой. Длина сварных швов только у коллекторов – более 10 м, трудоемкость сварочных работ составляет более 10 чел./час, без учета сварки фланцев, патрубков и других элементов.
С целью снижения времени простоя оборудования, а также для экономии времени и средств на покупку китайских запчастей, специалистами ЦБПО БНО и было принято решение – разработать и внедрить собственный блок распределения и сбора потока.
Модернизация блока распределения и сбора потока ситогидроциклонного сепаратора
Была разработана принципиально новая конструкция с иным расположением циклонов (рис. 5, рис. 6), где в качестве материала для коллектора была применена распространенная труба диаметром 219 мм. В оригинальной конструкции блока все детали сварены между собой, при износе одного из коллекторов вся конструкция подлежит браковке. В процессе разработки конструкторской документации был учтен опыт эксплуатации и в новой конструкции предусмотрено болтовое соединение нагнетательного и сливного коллекторов. В оригинальном блоке технологическая очистка коллекторов затруднена, т.к. ввиду замкнутой конструкции сливные штуцеры позволяют лишь слить лишнюю жидкость при необходимости, в то время как в новой конструкции обеспечен доступ к внутренней поверхности коллекторов в виде глухих фланцев, которые можно снять для очистки коллекторов от осадка.
Также значительно уменьшен вес конструкции – модернизированный блок весит 265 кг, оригинальный – 342кг. Помимо экономии материалов снижение веса уменьшает нагрузку на другие элементы ситогидроциклонного сепаратора.
На момент разработки конструкторской документации одновременно несколько блоков распределения и сбора потока имели предельный износ и не подлежали восстановлению. Благодаря профессионализму и слаженной работе специалистов ЦБПО БНО, в кратчайшие сроки была разработана конструкторская документация и изготовлен опытный образец блока. На данный момент в ЦБПО БНО ведутся работы по совершенствованию технологического процесса его изготовления. Благодаря специально разработанной оснастке для сборки патрубков, удалось снизить трудовые затраты на их сварку.
В июне 2023 г. первый блок распределения и сбора потока в составе илоотделителя китайского ситогидроциклонного сепаратора был установлен на буровой ПАО «Сургутнефтегаз». Результаты испытания – удовлетворительные. Параметры илоотделителя (давление, распыл из сопел и плотность шлама) соответствуют требуемым. 
По результатам испытаний было принято решение о постановке на производство блока новой конструкции. С июня 2023 г. по декабрь 2023 г. было изготовлено девять блоков распределения и сбора потока, все они, в составе ситогидроциклонных сепараторов, уже переданы в эксплуатацию. Нареканий по их работе нет. В связи с высокой потребностью и положительным опытом эксплуатации, в ЦБПО БНО планируется замена всех блоков распределения и сбора потока на модернизированные.
Выводы
Внедрение новой конструкции блока распределения и сбора потока привело к высокому экономическому эффекту благодаря разнице в стоимости импортных запчастей и стоимости изготовления изделия в ЦБПО БНО, а также экономии за счет применения доступных материалов.
Проведенная работа позволила отказаться от импортных комплектующих, а также снизить трудоемкость изготовления в два раза по сравнению с оригинальной конструкцией.
