郭定雄

摘 要：作為優(yōu)化鉆井過(guò)程的關(guān)鍵工序，鉆井液固相控制一直是為業(yè)界廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。因而對(duì)實(shí)現(xiàn)鉆井液固相控制功能的系統(tǒng)進(jìn)行深入的討論和研究顯得的尤為重要，本文從鉆井液固相控制入手，對(duì)遼河油田的鉆井固控系統(tǒng)展開(kāi)分析。

關(guān)鍵詞：鉆井液;固相控制;系統(tǒng)

鉆井液固相控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)固控系統(tǒng)）是鉆機(jī)的重要配套系統(tǒng)，在鉆井作業(yè)中，起著儲(chǔ)存、調(diào)配鉆井液，控制鉆井液中的固相含量，保持、維護(hù)鉆井液優(yōu)良性能，提高鉆井效率，保證井下安全的作用，是將鉆井液凈化設(shè)備、及與其相配合使用的輔助設(shè)備及流程管路等安裝在一套罐面上而組成的一套鉆井施工裝備。隨著石油勘探工業(yè)的發(fā)展，鉆井深度不斷增加，深井、超深井、水平井和欠平衡井等特殊井日益增多，這些都對(duì)固控系統(tǒng)提出了更高要求。

1、鉆井液的固相控制

鉆井液的固相控制是指采用科學(xué)有效的方法和措施，在適量保留鉆液中有用固相的同時(shí)，除去無(wú)用固相。固相控制不僅可使鉆井速度得到大幅提升，而且在減輕鉆井設(shè)備磨摜，延長(zhǎng)鉆機(jī)使用壽命、保護(hù)油氣礦層等方面起到了非常重要的作用，為實(shí)現(xiàn)科學(xué)鉆探提供了必備的支持。

1.1 鉆井液固相

鉆井液的固相指的是井液中含有的固體顆粒狀物質(zhì)。其中一部固相是鉆探過(guò)程中巖石破碎時(shí)所產(chǎn)生的劣質(zhì)土、砂巖顆粒等鉆屑，這一部分通常被稱(chēng)作為有害固相，是需要進(jìn)行清除的。而兩一部分固相則是為了實(shí)現(xiàn)鉆井工藝要求而被人為添加的，這類(lèi)固相被稱(chēng)為有用固相，需要適量的保留。在鉆探作業(yè)中，鉆液中的有害固相主要來(lái)源于鉆屑，鉆屑的產(chǎn)生伴隨在鉆井的整個(gè)過(guò)程。有害固相不僅能夠造成油氣通道堵塞，污染油氣儲(chǔ)層，而且還會(huì)大大縮短鉆機(jī)設(shè)備的使用壽命，增加鉆井成本，因而必須采用科學(xué)有效的固相控制方法進(jìn)行及時(shí)的清除。

1.2 常見(jiàn)的固相控制方法

近年來(lái)，隨著噴射鉆井、優(yōu)化鉆井等新型鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展和實(shí)施，國(guó)內(nèi)的固相控制工藝水平也有了很大的進(jìn)步和提高，在各大油田得到了推廣和普及。目前，沖稀法，替換法，自然沉降法，化學(xué)沉降法及機(jī)械清除法是較為常用的固控方法，這些固控方法都能有效的去除鉆液中的有害固相，降低細(xì)微顆粒的比例，確保鉆液固相含量、固相粒度及級(jí)配符合鉆井工藝的要求。

2、遼河油田固控系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

近年來(lái)，振動(dòng)篩和旋流器的工作原理等固相控制設(shè)備理論研究已達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平，但國(guó)產(chǎn)固控設(shè)備在性能、壽命方面與國(guó)外設(shè)備尚有一定差距。國(guó)外固控設(shè)備水平以美國(guó)BRANDT、SWACO、DERRICK等公司為代表，質(zhì)量和性能處于世界領(lǐng)先水平。固控系統(tǒng)歷經(jīng)技術(shù)引進(jìn)、消化吸收和自主生產(chǎn)等過(guò)程，目前發(fā)展到已基本能夠滿(mǎn)足鉆井生產(chǎn)和鉆井工藝的要求，國(guó)內(nèi)外的設(shè)計(jì)原理和功能基本處于同一水平線。但是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家缺少對(duì)固控系統(tǒng)系統(tǒng)深入的理論研究，缺少科學(xué)的理論依據(jù)，只是被動(dòng)的根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，缺少規(guī)范性和科學(xué)依據(jù)。經(jīng)過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品性能和參照相關(guān)法律法規(guī)要求，分析總結(jié)目前遼河油田鉆機(jī)固控系統(tǒng)存在以下不足。

缺少相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的支持，用戶(hù)對(duì)固控系統(tǒng)的配套存在較大隨意性，對(duì)容積、配套功率、安裝擺放、流程和配套設(shè)備等性能參數(shù)缺少要求和限制，容易造成各種浪費(fèi)，增加制造和使用成本。

固控系統(tǒng)在使用過(guò)程中未能充分發(fā)揮其功能。操作人員對(duì)設(shè)備和操作流程還存在一定誤區(qū)和認(rèn)識(shí)不足，需要生產(chǎn)廠家和用戶(hù)共同加強(qiáng)相關(guān)資料的完善和培訓(xùn)，使其功能最大化。罐體尺寸不規(guī)范，生產(chǎn)廠家根據(jù)用戶(hù)要求生產(chǎn)，沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，流程復(fù)雜、隨意性大，罐體擺放有的不合理，模塊化設(shè)計(jì)程度不夠，搬遷運(yùn)輸車(chē)次較多，造成現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化水平較低，系統(tǒng)及部件互換性較差。固控系統(tǒng)配備五級(jí)凈化設(shè)備，除砂泵、攪拌器等設(shè)備配套功率大，設(shè)備配合使用合理性較差。加重泥漿無(wú)法使用離心機(jī)清除有害固相，重晶石不能進(jìn)行回收。加重泥漿需要人工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低。

3、固控系統(tǒng)配套技術(shù)研究

3.1 加重吹灰裝置設(shè)計(jì)及研制

目前井隊(duì)鉆井液的加重作業(yè)通常采用噴射式加重漏斗，常用方法是人工袋包加重和噸包架加重，均是依靠噴射漏斗射流產(chǎn)生的真空吸力和重晶石的重力將重晶石粉混合到射流里，這些加重方法存在加重效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度高，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)和加重混合不均勻等問(wèn)題。如何利用井隊(duì)現(xiàn)有條件，提高加重效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度是1個(gè)重要問(wèn)題。

立式加灰儲(chǔ)罐主要用于石油礦場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)灰料的儲(chǔ)備和裝卸重晶石粉，以供油（氣）田井場(chǎng)和施工工地使用，也可用于裝卸其他散裝粉粒物料。該罐具有操作簡(jiǎn)便、下灰速度快、加重均勻、?；衣实汀⒋鎯?chǔ)量大、便于安裝等特點(diǎn)，全部加重作業(yè)僅需井隊(duì)提供壓縮空氣氣源，1～2人進(jìn)行準(zhǔn)備和操控工作即可。在研究立式加灰儲(chǔ)罐的基礎(chǔ)上擴(kuò)展加重漏斗裝置的應(yīng)用，該加重漏斗組件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、安裝及操作方便快捷，用量精準(zhǔn)且工作效率高，改善了鉆井液質(zhì)量，降低了添加材料的用量，大大地降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)利于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保作業(yè)。

3.2 攪拌器節(jié)能控制的研究和利用

固控系統(tǒng)設(shè)備配置功率隨著鉆井深度的增加不斷增大，固控系統(tǒng)設(shè)備配置功率的增加不僅對(duì)鉆機(jī)動(dòng)力提出了更高要求，也不斷提高了井隊(duì)的能源成本。結(jié)合固控系統(tǒng)處理鉆井液的特點(diǎn)，降低能源消耗成為研究對(duì)象。

鉆井液五級(jí)凈化設(shè)備經(jīng)過(guò)20年的不斷改進(jìn)，配置功率基本穩(wěn)定，在使用方法上也比較成熟，改進(jìn)的有效性不大，把研究目標(biāo)鎖定在了配置數(shù)量多，占用固控系統(tǒng)功率接近一半的攪拌器上。最后確定ZJ70以上鉆機(jī)固控系統(tǒng)單個(gè)10～12 m長(zhǎng)度罐體上配置3臺(tái)15kW攪拌器，ZJ50及以下鉆機(jī)固控系統(tǒng)單個(gè)10～12 m長(zhǎng)度罐體上配置3臺(tái)11kW攪拌器。3臺(tái)攪拌器的攪拌效果很好，若將3臺(tái)攪拌器的工作方式改成間歇運(yùn)轉(zhuǎn)而又不影響攪拌效果，就能起到很好的節(jié)能效果。經(jīng)過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)鉆井液在固控罐中攪拌良好的情況下，4～6 h發(fā)生明顯沉淀，0.5～1h鉆井液的性能不發(fā)生明顯變化。

3.3 重晶石回收技術(shù)

固控循環(huán)系統(tǒng)常用的加重材料是重晶石粉，以BaSO。為主要成分，密度達(dá)到4.2 g/cm3，粉末細(xì)度要求通過(guò)200目篩網(wǎng)時(shí)的余量小于3%（AVI對(duì)于重晶石的規(guī)定：小于74斗m粒度的應(yīng)占97%，其中小于44μm粒度的應(yīng)占94%），重晶石粉一般用于加重密度不超過(guò)2.4 g/cm3的水基和油基鉆井液。采用機(jī)械處理方法，優(yōu)化設(shè)備參數(shù)即可方便的處理各種類(lèi)型的加重材料，并可對(duì)加重材料進(jìn)行回收再利用。根據(jù)固相顆粒及固相處理設(shè)備的處理特點(diǎn)，設(shè)計(jì)加重鉆井液的處理方法，使用兩臺(tái)變頻離心機(jī)替代兩臺(tái)中速離心機(jī)，并對(duì)離心機(jī)的工作流程進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用狀況反饋，數(shù)據(jù)采集整理發(fā)現(xiàn)兩套固控系統(tǒng)均在工作中很好保證了鉆井液使用質(zhì)量，保障了鉆井順利進(jìn)行。

近年來(lái)，隨著鉆井工藝的不斷發(fā)展和提高，以及各礦區(qū)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆井液的維護(hù)和管理工作的高度重視，如何有效的進(jìn)行鉆井液固相控制已經(jīng)成為鉆井過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題，因而加強(qiáng)對(duì)鉆井液固相控制系統(tǒng)的分析和研究工作具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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