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    钻井液固控系统研究的目的和意义

    时间:2016-06-19 09:00 编辑:宏宇升降机 点击:次

      随着石油勘探开发工作的发展,钻井深度不断增加,钻遇地层日益复杂,特别是近几年国内外新型钻井技术的发展(如深井、超深井、水平井、欠平衡钻井技术等),对钻井液净化与固控提出了更严格的要求。目前,我国现有的钻井液固控系统主要由钻井液振动筛、除砂器、除泥器、钻井液离心机等组成的三级或四级净化系统,其总重量达50t,总电力消耗接近300kW。随着钻井工艺技术的不断进步,现有钻井液固控系统已经不能很好地满足现代钻井技术发展的需要,也无法满足竞争日益激烈的国际钻井市场的需求,研制新的固控设备、组建新的固控系统十分必要。笔者探讨固控设备技术现状及新型固控系统研发,希翼对国内相关设备的研发和创新具有借鉴作用[1]。

    1系统技术现状

    1.1国外

    目前,国外固控系统的理论和设备研究水平较高,有的厂家可以根据室内分析数据与计算机计算结果,改变固控流程,引导钻井液处理,并可以通过计算机自动定量控制各种固控设备。

    在固控设备技术领域,英国ThomasBroadbent&Son’sLtd.企业及美国Derrick企业、Brandt企业和SWACO企业是比较有代表性的司。英国Broadbent企业的钻井液固控系统是5台双层双联直线钻井液振动筛(上层为8~80目筛网,下层150目以上筛网目)与1台变频调速大处理量钻井液离心机(滚筒直径508mm)组合而成。美国SWACO企业新型钻井液固控系统包括4台钻井液振动筛、1台真空除气器、1台钻井液清洁器、2台钻井液离心机(1台中速钻井液离心机、1台高速钻井液离心机等。美国Brandt企业的成套固控系统包括2台ATL-CS细目直线钻井液振动筛、1台ATL-DRYER-16/2干燥机、1DG10除气器、2台HS-3400型钻井液离心机,可处理加重或非加重钻井液。Derrick企业推出的固控系统包括钻井液分配器、4~5台超细目直线钻井液振动筛、1台除气器、2台钻井液离心机。

    可以看出,国外固控系统已经发展为以钻井液振动筛为核心的两级系统,即多台细目或超细目直线钻井液振动筛与中高速大排量钻井液离心机组合而成,且已非常成熟,取代了传统的耗能高、系统可靠性低、维护保养工作量大的多级固控系统。

    1.2国内

    国内固控系统大多是在引进国外技术的基础上进行国产化,使之适合我国钻井工艺的需要。各油田又根据地区性特点推出各具特色的固控系统,我国当前主要以NG4型固控系统为主,该系统主要由钻井液振动筛、除砂器、除泥器和钻井液离心机等组成,可以将钻井液中的固相含量控制5%~8%。目前,这种三级或四级固控系统普遍存在以下问题。

    (1)公称直径200~300mm旋流除砂器只能达到80~120目筛网的筛分效果,公称直径120~125mm旋流除泥器也只能达到100~200目筛网的筛分效果。同时,由于细目筛网易破损,大多数采用低目数筛网,钻井液中占固相颗粒80%的细颗粒不能被高效清除,钻井液净化效果大大降低,固相含量高,影响后续设备或高端仪器的使用。

    (2)砂泵给钻井液施加的压力以及旋流器内部的摩擦导致岩屑更加细化,将其清除更加困难。

    (3)砂泵能耗高,排量200m3/h的砂泵电机功率在55~75kW,如果同时使用除砂器和除泥器,耗能大于100kW。此外,砂泵轴的密封件易损坏,导致漏失钻井液,且设备管理维修不便。

    (4)随着钻井工艺技术的发展,现有多级固控系统不能很好地满足诸如水平井、欠平衡井、大位移井、深井和超深井等复杂结构井、特殊工艺井等新型钻井工艺的需要。

    (5)固控系统中的易损件寿命较短,频繁更换,不仅使得钻井成本增加,而且大大影响钻井施工的连续顺利进行,特别是钻井液振动筛筛网、旋流器筛网、砂泵轴封等易损件,与国外相比仍有较大差距。

    (6)固控设备加工质量差,可靠性不高,固控系统产品没有形成系列化、标准化,科研设计能力尤其是理论研究仍落后于国外。

    2新型固控设备

    2.1 新型直线钻井液振动筛

    钻井液振动筛是由井口返出钻井液的第一级常规固控设备,也是目前唯一能全流量处理、耗能最低的固液分离设备。目前,大多数国产钻井液振动筛的缺点是:振型不合理,影响钻井液振动筛整机性能,特别是处理量、筛网寿命和过滤精度,不能满足新型钻井工艺技术的发展要求;筛网寿命较短,更换不方便,不能满足连续钻进的工艺要求;透筛能力不强,易发生“糊筛”和“跑钻井液”的现象,且筛网目数不高,导致许多细小固相颗粒仍然存在于钻井液循环系统中;钻井液振动筛隔振装置采用金属螺旋弹簧隔振,隔振效果不好,整机噪音大,工作不平稳;调节和适应性能差,钻井液振动筛筛箱坡角和激振力不能根据钻井工艺的实际要求进行调节;开机、停机共振时间较长,对整机损害较大,尤其是对隔振系统易损件的影响较大;在我国出国施工的钻机招投标时,国产钻井液振动筛性能无法得到国外承包商的认可,不得已采用进口钻井液振动筛,但其价格高,配件供应不及时,服务不到位,甚至影响到国外市场的进一步发展。据此,利用我国钻井液钻井液振动筛理论研究优势,研制开发先进的国产钻井液钻井液振动筛,特别是研制符合现代钻井工艺、有着较高可靠性和较强处理能力的线性钻井液振动筛就显得尤为迫切和重要。

      钻井液固相控制技术是保证正常钻井工艺技术实施的关键,已成为直接影响安全、优质、快速钻井和保护油气层的重要因素,是实现现代化钻井的重要手段之一。

    随着钻井深度和难度的不断增加,钻遇地层日益复杂,一些新型钻井工艺技术的不断涌现,特别是一些特殊地层、特殊工艺井的开采,井下先进仪器的使用、油气层保护与井壁稳定性等对钻井液的固控技术要求越来越高,而我国现有固控设备及在固控系统存在的问题,已经不能很好的满足这些要求。所以在对钻井质量要求日趋提高的现代钻井工程中起着必不可少的作用,对钻井液固控系统的研究目的和意义主要有哪些呢?
    解决目前钻井液固控系统存在的问题,提高钻井液固控水平:
    现代钻井液固相控制技术的内容主要包括固控设备和固控工艺两大部分,其中固控设备的性能和质量是固相控制技术的关键。固控设备主要有钻井液振动筛、真空除气器、钻井液除砂器、钻井液除泥器和钻井液离心机等。这些设备根据钻井工程的需要可选配组成钻井液固相控制系统,尽管固相含量可控制5%以下,钻井液的低密度性能也可按需要进行调节,在一定程度上可满足钻井固控要求,但同时又增加了井队现场维修、保养、使用和工作量消耗,系统的复杂化导致了可靠性能低,因此,研制既能满足越来越高的固控要求,又能简化结构、便与维修的新的固控系统是当前国内外固控设备发展的基本要求。
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