Puurimisvedelike süsteemide ajalooline perspektiiv

Puurimisvedelikku kasutati 1800-ndate aastate keskel kaablitööriistade puurimisel, et riputada pistikud kuni puuritud august välja. Pöörlevate puurimiste tulekuga veekaevude puurimistööstuses oli puurimisvedelikest arusaadav, et see jahutab puurvarda ja peatab puuritud pistikud puuraugust eemaldamiseks.

Puurimisvedelikule lisati savid 1890. aastatel ja selleks ajaks, kui Spindletop 1901. aastal avastati, peeti puuraugu seinte toetamiseks puurimisvedelikus vajalikuks suspendeeritud tahkeid aineid (savi).

Need tahked ained (savid) tulenesid puurvardasse tunginud formatsioonide lagunemisest. Kui läbitungitud moodustised ei andnud puurimisprotsessis piisavalt savi, kaevandati savi pinnale lähedalasuvast allikast ja lisati puurimisvedelikku. Need olid looduslikud mudad, mis tekkisid kas "muda moodustamisel" või, nagu mainitud, konkreetsete materjalide lisamisega pinnaallikast.

Puurimisvedelik tsirkuleeriti uuesti ja lisati vett, et säilitada parim kaal ja viskoossus konkreetsetes puurimistingimustes. Pistikud või moodustustükid (väikesed kivimid), mis ei olnud veega lahustunud, nõudsid puurimistoimingu jätkamiseks puurimisvedelikust. Puur- või tööriista-tõukuri ainsa äranägemise järgi kaevati kohapeal välja šahtide ja kraavide süsteem, et eraldada pistikud puurimisvedelikust raskusjõu järgi settimisega (gravitatsioon sundis pistikud šahtidesse ja kraavidesse ladestuma). See süsteem hõlmas kaevu kaevatud kraavi või võib-olla kellanippi, settekaeve ja imbkaevu, kust "puhta" muda mudapumba abil korjati ja ringlusse viidi.

Nendest šahtidest ringles muda ja mõnikord paigutati settekaevudesse vahesein, et kiirendada soovimatu liiva ja pistikute eemaldamist. See vahesein ulatus kaevu põhjast kahe või enama jala ulatuses, sundides kogu muda liikuma vaheseina all allapoole ja uuesti ülesvoolu suubuma kraavi vaakumõõsasse. Suur osa raskemast materjalist asus gravitatsiooni mõjul auku põhja. Aja jooksul muutusid pistikutega täidetud vedelikud ja vedelik pumpamiseks liiga paksuks, kuna peeneks jahvatatud pistikud kandsid puurimisvedelikku. Selle probleemi lahendamiseks pandi düüsid settekaevudesse, et viia kasutuskõlbmatu muda reservkaevu. Seejärel lisati muda vedeldamiseks vett ja puurimist jätkati.

1920. aastate lõpus hakkasid puurijad uurima, kuidas teised tööstused sarnaseid probleeme lahendasid. Avastati, et maakide töötlemise taimed ja söeotsad kasutasid:
1 Fikseeritud riba ekraanid, mis on asetatud kaldele
2 Pöörlevad trummel ekraanid
3 värisevad ekraanid

Kaks viimast meetodit kasutati pistikute eemaldamiseks puurimisvedelikest.

Pöörlevat trumlit ehk tünnitüüpi ekraane (nn trommel ekraanid) kasutati laialdaselt varase madala kõrgusega alamstruktuuridega. Need üksused võis paigutada kraavi või ühendada puuraugust voolujoonega. Masinasse voolanud muda keeras trumli sõela pöörlevat aeruratast, mille kaudu puurimisvedelik liikus. Sel ajal kasutatud ekraan oli väga jäme või 4–12 silma. Need üksused olid üsna populaarsed, kuna elektrit ei vajatud ja asustuskaevud ei täitunud nii kiiresti. Tänapäeval on pöörlevate trummide moodulid peaaegu kadunud.

Vibratsiooniekraanist ehk loksutist sai tahkete ainete eemaldamise ahelas esimene kaitseliin ja aastaid oli see ainus masin. Varaseid raputajaid kasutati üldiselt kuivade suurustega töötlemiseks ja enne puurimiseks põhitüübi ja suuruse saavutamist tehti mitu modifikatsiooni. Esimene modifikatsioon vähendas asukoha vahel transportimiseks mõeldud seadme suurust ja kaalu. Nimi "põlevkivi loksuti" võeti kasutusele kaevandamisel kasutatavate raputajate (klassifikaatorite) ja põlevkaevude puurimisel kasutatavate põlevkivi raputajate erinevuse eristamiseks, kuna mõlemad saadi samadelt tarnijatelt.

Muud modifikatsioonid hõlmasid 4 '× 5' konksuriba ekraani, mis pingutati külgedelt pingutuspoltidega. Liikumine oli elliptiline, mille tõttu pistikute ekraanilt eemaldamiseks oli vajalik langus. Ekraani võrgusilma piirdus 20 kuni 30 ruudukujulise silmaga. See üksus oli kuni 1960. aastate lõpuni tööstuse hobusesaak. Ehkki ümmarguse liikumise ja sirgjoonelise liikuriga raputatud tooted on asendatud, on standardsed põlevkivilabidad endiselt nõudlusele ja neid toodetakse tänapäeval.

1920. aastate lõpus ja 1930. aastate alguses korraldasid suuremad naftakompaniid uurimislaboreid ja asusid uurima naftakaevude puurimisega seotud probleeme. Nad hakkasid aru saama, et puurimisvedelikku jäänud väiksemad pistikud ehk osakesed olid puurimisprotsessile ka kahjulikud ja kaevandustööstuses - koonuseklassifikaatoris - toodi veel üks maagi töötlemise masin. Sellest masinast koos piimatööstusest võetud tsentrifugaalseparaatori kontseptsiooniga sai hüdrotsükloni desander. Raskemate ja jämedamate materjalide puurimisvedelikust eraldamise aluspõhimõte on tsentrifugaaltoiming, milleks on liivaga koormatud muda mahu pööramine koonuse välispiirini või perifeeriasse. Raskemad osakesed väljuvad koonuse põhjast ja puhtam puurimisvedelik tõuseb ülaossa ja väljub heitveena. Desander, läbimõõduga 6–12 tolli, eemaldab enamiku tahkeid aineid, mis on suuremad kui 30–60 mikronit. Desanders on märkimisväärselt täiustatud, kasutades rohkem kulumiskindlaid materjale ja täpsemini määratletud keha geomeetriat ning on tänapäeval enamiku tahkete ainete eraldussüsteemide lahutamatu osa.

Pärast naftaväljatõrje väljatöötamist ilmnes, et puurinööri külgseina kleepumine puuraugu seinale oli üldiselt seotud pehmete paksude filtrikookidega. Kasutades juba olemasolevat desanderi kujundust, toodi 1960ndate alguses välja 4-tolline desander. Tulemused olid arvatust paremad ja hõlmasid pikemat bitti, väiksemat pumba remondikulusid, suurenenud läbitungimise määra ja madalamaid mudakulusid. Neid väiksemaid hüdrotsükloneid hakati nimetama "destilteriteks", kuna need eemaldavad palju väiksema osakese, nn muda, mis on väiksem kui "API liiv".

Kuna puurimise parandamiseks töötati välja bariit ja muud ühendid, muutus puurimisvedelik väga keerukaks. Samuti vähendati tahkete ainete vedelfaasi bariidi ja muude ühendite lisamisega. Loksuti eemaldas suuremad pistikud (suurem kui 541 mikronit või 30 silma) ja desanderid ja destilterid eemaldasid väiksemad osakesed (60-15 mikronit). Kuid keskmise suurusega osakesed (541 kuni 60 mikronit) jäid puurimisvedelikku siiski alles.

Osakeste keskmise suurusega eemaldamine viis ringikujuliste liikumiste ehk tandem-raputajate arenemiseni. Nende peene ekraaniga kiirete raputajate areng oli kahel põhjusel aeglane. Esiteks polnud ekraanitehnoloogia ekraani tugevuse jaoks piisavalt välja töötatud, seega oli ekraani eluiga lühike. Ekraani juhtmetes ei olnud piisavalt massi, et ekraanid korralikult rebeneda ilma rebenemiseta. Teiseks nõudis sõelumiskorv suuremat arendusalast asjatundlikkust, kui oli vaja tahkete ainete eemaldamise seadme varasemate modifikatsioonide jaoks.

Selle aja jooksul tunnistasid suured naftaettevõtte uuringud 10 mikroni või väiksemate mõõtmetega ultratrahvidega (kolloidaalidega) seotud probleeme. Need ülitäpsed "sidusid" suures koguses vedelikku ja tekitasid viskoossusprobleeme, mida sai lahendada ainult vee lisamine (lahjendamine). Tsentrifuuge oli paljudes tööstusharudes kasutatud aastaid ja need olid kohandatud puurimistöödeks 1950ndate alguses. Neid kasutati kõigepealt kaalutud mudadel, et eemaldada ja ära visata kolloidaalid - peened osakesed, mis on väiksemad kui 2 kuni 4 mikronit - ning säästa suurema osakese suurusega bariiti (kaalumaterjal) ja mõnda puuritud tahket ainet.

Viimastel aastatel rakendati kaaluta puurimisvedelikele tsentrifuugi, et vähendada ja tühjendada aktiivses mudasüsteemis peeneid tahkeid aineid. See rakendus säästab muda kallimat vedelat faasi taaskasutamiseks. Lahjendamine on viidud miinimumini, vähendades sellega muda maksumust; need masinad on siiski üsna kallid ja vajavad palju hoolt.

1970. aastate alguses töötati mudapuhastusvahend desanderi ja destillaatori lisana välja, et vähendada kadu kalli vedeliku faasis. Hüdrotsüklonid viskavad läga, sealhulgas vedela faasi, mis võib aja jooksul olla kallis. Mudapuhasti võtab hüdrotsüklonite kaldast alavoolu ja juhib läga väga peene, eelpingestatud vibreeriva ekraaniga. Kallis vedel faas ja suurem osa bariidist läbivad ekraani ja tagasi süsteemi, samal ajal kui suuremad tahked ained eemaldatakse.

See oli jäiga raami külge kinnitatud ekraani esimene õnnestunud rakendamine, kasutades väga peeneid ekraane. Paljudel mudapuhastusvahenditel on ekraanipuhastusvahendid ehk liugurid, mis on ümmargused plastist tükid, mis vibreerivad ekraani põhja vastu, et vältida ekraani pimestamist. Kaalutud mudades võib kasutada sõela, mille võrgusilma suurus on 200 mikroni (74 mikronit), mis on kaubandusliku bariidi ülemine suurus. Kaaluta mudade jaoks on väikseim praktiline suurus säästlikuks tööks 250 silma (58 mikronit).

Hilisem areng, kasutusele võetud 1980ndatel, on lineaarne raputaja. Ekraanitehnoloogia areng on võimaldanud eelpingestatud ekraanide kihtide katmist väga täpsete jaotustükkide saamiseks, säilitades samal ajal ekraanide ökonoomse eluea. Lineaarne liikumine on parim tahkete osakeste ekraanilt eemaldamiseks liikumine ja pistikud on võimalik edastada "ülesmäge". Ekraane saab tõsta, et pistikuid kauem säilitada, et saavutada kuivatiga vähendatud vedeliku sisalduse tühjenemine. Lineaarsel liikurloksutil saab kasutada ka väiksemate avadega peenemat ekraani. Lineaarsete raputajate üks rakendus on desinfitseerijate ja destillaatorite alamvoolu sõelumine, mitte mudapuhasti kasutamine. Seda seadet nimetatakse "muda konditsioneeriks".