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    钻机泥浆固控系统的设计

    时间:2015-07-08 09:13 编辑:宏宇升降机 点击:次

     钻机泥浆固控系统,是维持泥浆优良性的保证,而优良的泥浆性能是预防钻井井下事故、防止伤害、保护产层、提高钻速、降低成本的前提。因而无论是对于大型撬装钻机、还是轻型的车装钻机、均需应用于其施工的 过程。为此,固控系统使用性能等方面的优劣,将直接影响钻机的施工质量,而其使用性能,与固控系统的设计直接相关。本文主要对与固控系统的整体设计思想、固控流程的布置、固控设备的选用方面进行了描述。 1、固控系统的工作原理 在钻井过程中,钻头在高压泥浆的辅助冲刷中不断钻进,岩屑被返出的泥浆带到地面以上,此时泥浆中含有大量的较大颗粒岩石,无法重复利用。为了节约钻井成本,就要将此时泥浆中含有的固体按照其颗粒大小, 逐一去除,并对净化后的泥浆成分再次进行配比,使其最终达到可以重复利用的性能,固控系统就是将此过程实现的设备。 固控系统由密闭泥浆罐、净化设备、辅助设备、各种功能型管线等构成,通过各部的联合使用,使从井口返出deem带有岩屑的泥浆经过逐级净化、配药、加重等程序,使达到重复利用的性能。 1.1泥浆净化流程 从井口返出的带有大量钻屑的泥浆经过井口返流管线依次经过钻井液振动筛、除气器、除砂器、除泥器、中速钻井液离心机、高速钻井液离心机的处理,对泥浆进行逐级净化,可以较好的去除其中的有害固相,达到 泥浆再循环利用的程度。此时泥浆泵可以直接吸入泥浆,打入高压管汇,进入井口,为钻机进行正常的钻井施工提供保证。 1.2剪切配药过程 若泥浆成分需要再次配比,则剪切泵从配药仓吸入泥浆,对从配药漏斗加入的药品进行反复剪切混合,再将混合后的药品注入配药仓,需要使用时,可以将剪切混合后的药品打入总泥浆管线,或任意泥浆仓,再经泥 浆泵直接打入高压管汇进入井口。 1.3加重流程 若需要增加泥浆的比重,则加重砂泵从加重仓吸入泥浆,将从加重漏斗加入的重晶石等配入泥浆中,并将加重后的泥浆送至泥浆仓或是其他的泥浆储备罐中,再由泥浆泵打入高压管汇进井口。 1.4泥浆泵上水流程 各种型号钻机泥浆固控系统中泥浆泵的上水管线贯穿除沉砂仓,除气仓之外的各个泥浆罐,在每个泥浆罐内,布置一套罐底阀,此阀可在罐面操作其开关,使泥浆泵根据施工的实际情况,可以任意从一个泥浆罐吸入泥 浆。 2固控系统的设计内容 2.1泥浆罐容积的确定 泥浆固控系统的容积应是容纳钻井过程中泥浆的最大量,并应有足够的储备能力。因此根据不同的钻机,设计不同的固控系统容积,再根据吊装,运输,井场布置等方面的限制,确定泥浆密闭罐的尺寸及数量。 2.2固控流程的设计 泥浆固控系统的净化设备依次为:钻井液振动筛,真空除气器,除砂器,除泥器,中速钻井液离心机,高速钻井液离心机。辅助设备包括:砂泵,泥浆搅拌器,灌注砂泵,加药加重漏斗,泥浆枪等。净化设备与辅助设 备通过管线的链接,实现泥浆的净化、配药等功能。 通常,对于5000m以上的钻机,钻井液振动筛、真空除气器、除砂器、除泥器、中速钻井液离心机,高速钻井液离心机这几种净化设备需要配备齐全,对于3000m、4000m钻机,可以不配备高速钻井液离心机,对于 3000米以内钻机或是修井机,可以只需配备钻井液振动筛、除砂器、中速钻井液离心机。 在固控系统的左端(以井口中心为定位标准),布置泥浆配药,加重功能流程,4000米以下钻机可以将配药、加重布置在一起,对4000m及以上的钻机,由于泥浆罐较多,可以将配药、加重分开布置。 对于泥浆泵的上水流程,考虑到钻机在不同井深对泥浆量的需求不同,或是钻地层的性质、钻头类型、工艺措施、泥浆体系等的不同对固控设备的选择使用不同,泥浆泵的上水管线伸至除砂仓。从除砂仓以后的各个泥 浆仓,均布置有泥浆泵的上水管线上水口,此种设计,可以保障泥浆泵能够从除砂仓以后的各个仓吸入泥浆。 2.3固控设备的选择 目前,已投入使用的固控设备主要有:钻井液振动筛,真空除气器,除泥器,除砂器,钻井液离心机等。由于这些设备的作用原理和结构的不同,因此所分离的固相颗粒的粒度都有一定的范围。 泥浆中固相颗粒的大小与所钻地层的性质、钻头类型,工艺措施,泥浆体系等的不同而有较大差别,因此,在选用设备之前必须对固相进行粒度分析。 为了满足不同地区的钻井施工,在设计固控系统时,通常会考虑到可以应用到各种不同的钻井工况,因而选用所有的可用的固控设备,在使用过程中,使用者只需要根据对井口返出的泥浆的分析的结果,来调整确定使 用哪种或是哪几种固控设备。 2.4泥浆罐及固控设备的布置 泥浆罐的布置需要根据钻机的井场大小,其他装备的布置,以及泥浆配浆材料的运输,排污坑的合理位置等因素确定。 固控设备的布置在泥浆罐上,根据净化颗粒大小的能力不同,依次布置的固控设备有:钻井液振动筛,真空除气器,除砂器,除泥器,中速钻井液离心机,高速钻井液离心机,并相应的布置这些固控设备的辅助供浆砂泵,泥浆搅拌器等。在布置这些固控设备及辅助设备时,需要考虑固控设备的处理能力,设备本身的外形尺寸,泥浆罐罐面及底座上各种辅助设备的布置因素。 2.5固控设备,辅助设备的固定及管线连接设计 各种固控设备及泥浆搅拌器,配浆漏斗,供浆砂泵等辅助设备的安装固定原则是:设备必须安装可靠,拆卸方便,且与罐面连接部位必须坐落在拉筋上,具有着力点。与设备连接的管线或是罐间的连接的安装原则是: 避免完全的硬连接,以防拆装困难。 2.6其他安全操作及使用的设计 为了固控系统的安全方便使用,每套系统均布置上罐梯子,进罐梯子,周边护栏,罐间平台,罐前后漂台等装置。并根据用户要求,可配备罐区遮阳防雨棚。 在罐面设置安全通道,1米宽的范围内不存在任何设备和突起部件,且罐面平整,便于逃生。 2.7防腐设计 由于泥浆为具有一定腐蚀性的液体,因此固控系统中的泥浆罐及各部件均有防腐功能。较为有效且成本相对较低的方法是:在泥浆罐内与泥浆接触的表面涂富锌底漆及重防腐沥青漆,罐面外喷防锈底漆及面漆。 3特色技术 3.1多处泥浆泵上水口,即自除砂泵开始,其后的每个泥浆罐均设有一条泥浆泵上水管线,每个泥浆罐的管线上设置一个泥浆泵的上水开口,此开口由一个可以单独开关,阀体在泥浆罐内,操作手柄置于罐面的罐底阀 控制,泥浆泵可以通过阀门的开关从一个泥浆罐吸入泥浆。此种设计的采用,可以根据钻机的实际施工情况,避免泥浆必须通过各个泥浆罐,到达最后一个泥浆泵的泥浆罐后才可以使用,减少了泥浆用量,多种设备的 使用等。 3.2隐蔽电缆槽 利用罐底面与底座之间的空间,设计布置上用电设备的电缆通道,此电缆槽内的电缆两端均设计有快速插头,运输时,不必拆下,只需挂在罐皮上即可。此种设计可以避免罐皮上挂电缆槽,不仅降低制造成本,又可以 防止电缆槽在运输或安装时易被磕碰变形,从而损坏电缆。 4使用现状 目前,泥浆固控系统已经广泛的应用到各种类型钻机、修井机的施工中,而且对固控系统的使用要求,hse方面的要求不断提高。具备功能齐全,使用安全,操作方便等优点的固控系统随着老式钻机的不断更新,新钻 机的生产、老式固控系统的淘汰必将更广泛的应用到各种类型的钻机配套中。 5结论及建议 根据当前固控设备的要求,减少固控级数,降低成本,提高可靠性已经成为一种趋势。为此,要想使固控效率更高,费用更低,今后固控科研的主攻方向是研究处理量大,可靠性高,分离效率高的多筛系统,减少除砂 器的开机时间甚至不使用旋流除泥器。发展多筛-离心机固控系统,如果超细目钻井液振动筛与大处理量钻井液离心机的研制工作取得突破,无疑对固控系统将是一场革命,不但可以去除除砂器和除泥器,从而降低能 耗,简化了系统,提高了可靠性,而且对泥浆的粘度,固相含量和密度的控制提供了强有力的手段。

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