Développement et application d'un crible vibrant linéaire autosynchrone
Auteurs : Mao Guozhong, Zhao Baozhong (Compagnie générale de forage du fleuve Jaune du Bureau d'administration du pétrole de Shengli)
Actuellement, la plupart des cribles vibrants utilisés en Chine sont des cribles vibrants inertiels à axe unique, dont les trajectoires sont circulaires ou quasi circulaires. Ce type de crible présente une structure simple, mais son efficacité de criblage est faible, la durée de vie de la maille du crible est courte et les pertes de fluide de forage sont importantes. Depuis le début des années 1970, des expériences et des recherches sur les cribles vibrants linéaires autosynchrones ont été menées. Cependant, en raison de la disposition générale peu rationnelle du crible vibrant, du mode de fixation de la maille, des performances de l'élastomère et du moteur, etc., le crible est encombrant, ses performances sont instables et la durée de vie de la maille est courte. Jusqu'à présent, aucun crible vibrant linéaire autosynchrone économique et pratique n'a été introduit. À l'étranger, de nombreux travaux ont été réalisés sur les cribles vibrants linéaires autosynchrones. Plusieurs entreprises ont successivement introduit des cribles vibrants linéaires autosynchrones, comme Derrick au Royaume-Uni et KEM-TRON aux États-Unis. Lors des appels d'offres pour des projets de forage à l'étranger, les cribles vibrants linéaires autosynchrones sont devenus des équipements essentiels. Actuellement, la plupart des cribles linéaires utilisés en Chine sont importés, principalement pour les plateformes de forage offshore et les équipes de forage profond à terre. D'après les applications, l'efficacité de purification et la capacité de traitement du fluide de forage répondent globalement aux exigences de conception, mais la maille du crible doit être remplacée fréquemment et les mailles importées sont coûteuses. Il est donc urgent de développer un crible vibrant linéaire autosynchrone performant et durable, adapté aux conditions de forage actuelles en Chine. Yellow River Drilling Company a adopté des éléments élastiques composites pour améliorer l'efficacité du crible et a apporté de nombreuses modifications structurelles au crible vibrant afin d'en améliorer les performances.
Principe de fonctionnement
Le dispositif d'excitation de vibrations autosynchrone à double moteur est représenté sur la figure 1.
Deux rotors excentriques de masses et sont entraînés respectivement par deux moteurs et tournent en sens inverse autour de points et sur le boîtier, avec un rayon et une vitesse . Leurs forces centrifuges sont , et les forces de réaction des ressorts de support sont , et . Pour que le boîtier du tamiseur produise des vibrations linéaires, il faut d'abord , , , c'est-à-dire les forces centrifuges .
Comme le montre la figure 1, quelle que soit la position, les composantes horizontales des forces centrifuges des rotors excentriques s'annulent. Par conséquent, chaque fois que le rotor effectue un tour complet, une force d'excitation alternative est générée verticalement, entraînant le tamis dans un mouvement rectiligne alternatif. Si les deux moteurs du système ont les mêmes caractéristiques, que la rigidité et l'amortissement de chaque point d'appui sont identiques et qu'il n'y a pas de déphasage au démarrage, les deux blocs excentriques fonctionneront de manière synchrone dans des conditions idéales. En pratique, ce synchronisme ne peut être assuré en permanence. Les deux excitateurs vibratoires étant installés sur un socle incliné, leurs angles de phase initiaux ne sont pas égaux sous l'effet de la gravité. Un déphasage se produira après le démarrage. À ce stade, bien que les forces centrifuges générées par et soient égales, en raison des angles différents avec la direction verticale, les composantes horizontales et verticales sont différentes, ce qui génère une force déséquilibrée, provoquant le déplacement et l'oscillation du caisson de criblage sur les ressorts de support. Ce sont précisément ces mouvements et ces oscillations qui se complètent. Grâce à la force d'inertie, le déphasage diminue progressivement pour finalement s'annuler, atteignant ainsi un état stable et un état synchrone idéal.
Caractéristiques structurelles et paramètres de performance
2.1 Structure
La structure de l'écran vibrant linéaire autosynchrone est illustrée à la figure 2.
Sur la figure 2, la structure d'équilibrage et de régulation du débit est composée d'aubes directrices et d'une plaque d'équilibrage. Le caisson du crible est constitué d'un cadre avec une traverse. L'excitateur de vibrations est logé au centre de la traverse, à un angle donné. Des mécanismes de réglage d'angle sont installés à gauche et à droite de l'avant du caisson pour s'adapter aux différentes particules et aux différents déplacements. Un tamis précontraint monocouche à bords crochus est utilisé, fixé bidirectionnellement par six plaques de pression transversales et un cadre de compression longitudinal. Les plaques de pression sont reliées au caisson par des boulons anti-détachement spéciaux. Les boulons et les plaques de pression sont conçus pour être insérés puis pivotés de 90°, ce qui facilite le remplacement du tamis. La trajectoire de mouvement de cet équipement est linéaire et sa structure à double tamis parallèle (en veille) offre les avantages d'une efficacité de criblage élevée, d'une grande capacité de traitement, de la possibilité d'utiliser des tamis ultra-fins et d'une longue durée de vie.
2.2 Caractéristiques
(1) La trajectoire du crible est linéaire, ce qui permet aux déblais de forage de se déplacer régulièrement sur la surface du crible et d'évacuer les copeaux en douceur. L'angle du crible est réglable, ce qui permet de s'adapter aux différentes particules criblées et d'obtenir un excellent effet de criblage.
(2) L'adoption d'une structure de régulation et d'égalisation du débit du fluide de forage réduit le récurage de la maille de l'écran.
(3) L'utilisation d'un tamis précontraint et d'un mécanisme de fixation bidirectionnel permet un remplacement facile et rapide du tamis. Parallèlement, cela prolonge sa durée de vie. Des tamis ultra-fins de plus de 200 mailles peuvent être utilisés sans obstruer les trous du tamis et sans fuite de fluide de forage.
(4) L'utilisation de ressorts spéciaux le rend sûr, durable et présente un faible niveau sonore.
2.3 Paramètres de performance
Taille des mailles de l'écran : (2 pièces) ;
Amplitude : ;
Fréquence d'excitation : ;
Capacité de traitement : ;
Poids: ;
Force d'excitation : .
Situation de test sur le terrain
3.1 Well Ying45 - X9
Après un essai réussi et la production du prototype, celui-ci a été testé pour la première fois dans le puits Ying45-X9. Ce puits est un puits directionnel d'une profondeur de 2 500 m. Le crible vibrant a été mis en service à une profondeur de 780 m. La formation est principalement constituée de mudstone et la viscosité maximale du fluide de forage est de 50 s. De sa mise en service à la complétion du puits, le crible vibrant a fonctionné pendant 210 h. Cinq mailles de crible ont été remplacées dans la couche inférieure : deux de 60 mailles et trois de 40 mailles. La durée moyenne d'utilisation a été de 42 h. Les mailles remplacées provenaient principalement du corps de crible n° 2, tandis que celles des corps de crible n° 1 et n° 3 étaient en bon état. Deux mailles de 175 mailles ont été utilisées dans la couche supérieure et n'ont pas été endommagées. Le crible vibrant a fonctionné de manière stable et les mécanismes de réglage d'angle et d'égalisation du débit ont fonctionné normalement. Cela prouve que la structure de base du crible vibrant est réalisable et permet l'utilisation de mailles fines. Le problème actuel réside dans la courte durée de vie des mailles. L'analyse révèle que cela est principalement dû au manque de rigidité globale du caisson du crible, empêchant ainsi la synchronisation parfaite des vibrations entre la maille et le caisson.
3.2 Puits Wang24 - X30
Le deuxième essai du crible vibrant a été réalisé dans le puits directionnel Wang24-X30. La profondeur du puits achevé est de 2 325 m. Le crible vibrant a été mis en service à 750 m de profondeur. Il a fonctionné pendant 192 h. Trois tamis vibrants de 40 mesh ont été remplacés. La densité du fluide de forage était de 0,5 et la viscosité maximale de 55 s. La durée de service moyenne du tamis vibrant était de 64 h, et les autres composants ont fonctionné normalement, ce qui prouve que l'amélioration du crible vibrant a porté ses fruits. La détérioration de deux tamis vibrants était due à des facteurs humains : les vis de fixation étaient desserrées et n'ont pas été détectées à temps, ce qui a entraîné une accumulation de sable et une détérioration prématurée du tamis. Les essais sur les deux puits ont révélé que le crible vibrant doit encore être amélioré sur des détails tels que l'installation du dispositif d'admission du fluide de forage, la fixation du tamis vibrant et la rigidité du caisson du crible. Par conséquent, une structure parallèle à double écran a été ajoutée, un treillis d'écran à une seule couche a été utilisé, un mécanisme de fixation d'écran à deux voies et une boîte tampon combinée ont été utilisés.
3.3 Puits Jiao5 - X281
Après amélioration, le crible vibrant a été testé dans le puits directionnel Jiao5-X281. La profondeur du puits achevé est de 2 560 m. Le petit cycle a débuté à 750 m, et la formation supérieure est principalement constituée de mudstone. La viscosité maximale du fluide de forage est de 60 s. Le crible vibrant a fonctionné pendant 130 h. Des mailles de crible à bords crochus de 60 mesh ont été utilisées sans remplacement, sans fuite de fluide de forage et sans colmatage des trous de criblage. En raison de la faible émission de pétrole et de gaz, le puits a été comblé et reforé. Le crible vibrant a été utilisé pendant 120 h supplémentaires, soit 250 h d'utilisation cumulée sans dommage. Ensuite, le crible vibrant a été utilisé dans le puits Guangbei9-16 pendant 168 h. La maille de criblage n° 1 a été utilisée pendant 418 h d'utilisation cumulée, et la maille de criblage n° 2 pendant 380 h. Dans le puits Guang3-X28, le crible a fonctionné normalement pendant 102 heures. En octobre 2002, plus de 80 cribles vibrants linéaires autosynchrones étaient utilisés sur les champs pétrolifères de Shengli, Huabei, Daqing, Liaohe et d'autres, dont 64 sur le champ pétrolifère de Shengli. Ils ont été utilisés sur plus de 1 000 puits, dont 38 puits horizontaux, 6 puits d'essai scientifiques et 62 puits directionnels. Ils ont également été utilisés sur les puits Xuegu-1 et Xuegu-2 en coopération avec Chevron sur le champ pétrolifère de Shengli et ont été très appréciés. Comparé à l'ancien crible vibrant, le coût moyen de forage par puits est d'environ 14 000 yuans.
Conclusions
(1) La trajectoire de mouvement du tamis vibrant linéaire autosynchrone est facile à réaliser et présente les avantages d'une structure simple, d'un fonctionnement fiable, d'une efficacité élevée et d'une longue durée de vie.
(2) La disposition générale du tamis vibrant linéaire autosynchrone est raisonnable, avec un petit volume, une structure compacte et est facile à transporter et à installer.
(3) Le tamis vibrant linéaire autosynchrone peut utiliser des mailles de tamis ultra-fines supérieures à 200 mailles, a un effet de purification élevé sur le fluide de forage, crée des conditions pour fournir un fluide de forage à faible teneur en phase solide de haute qualité pour le forage et peut réduire les accidents de fond de trou en même temps.
(4) Ce tamis vibrant utilise des ressorts spéciaux à faible niveau sonore, ce qui est bénéfique pour la santé du personnel d'ingénierie.
Références
[1] Gong Weian. Technologie et équipement de contrôle des solides des fluides de forage. Pékin : Presses de l'industrie pétrolière, 1995-2004.
[2] Shen Hong. Manuel de génie mécanique. Pékin : Machinery Industry Press, 1983-1981.
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