泥浆清洁器发展趣史

第一台泥浆清洁器是两个12 in和20个40 in的水利旋流器的组合装置,其安装在一个专门制造的直径5 ft的双板圆形不锈钢的钻井液振动筛上。尽管泥浆清洁器是为处理加重钻井液而发明的,它于1971年首次应用却是处理氯化钾非加重钻井液的井上,该井深2200ft,位于得克萨斯州休斯敦附近的一个浅滩上。在非平衡椭圆运动的linkbelt钻井液振动筛上安装API80筛网,用以处理来自井眼的流体,此流体随后又被泵入泥浆清洁器的旋流器中。这口井最初是用于评价将空气注入立管以降低海底附近环空压力的效果,随后又被用于探井。

泥浆清洁器

泥浆清洁器

第二台泥浆清洁器是一组20个4in的“pioneer”牌水利旋流器,其安装在另一个专门制造的直径4ft的双板圆形不锈钢的钻井液振动筛上。这些筛网可平行安装或串联安装,以处理旋流器处理后的底流。这台泥浆清洁器曾被安装在南路易斯安那的一口开发井上。含气地层深度11000ft的孔隙压力11.0lb/gal。含气深度11300~16000ft枯竭孔隙压力低至2.2ppg。计划用11.0lb/gal的水基钻井液钻穿上部井段,然后下套管再钻穿开发井段。穿过上部井段时,井眼流体和地层压力之间的压差增大至6000psi。一台钻井液离心机和泥浆清洁器一起使用,稀释钻井液以保持非常低的钻屑浓度形成可压缩泥饼。钻井过程中没有漏失或卡钻。钻柱扭矩和阻力最小。钻达距下套管深度为80ft后,关闭泥浆清洁器(事实上,公司人员建议研究人员回家过圣诞,因为他们以没有问题并不真正需要新的实验设备)。钻最后80ft时,钻柱摩阻和扭矩相当大,套管实际不深,比预期深度低120ft,钻井液中钻屑浓度急剧增加,起钻下套管之前每次测井都需要通井。因为产生了太大的钻杆扭矩和摩阻,所以研究团队被请回现场,重新开启泥浆清洁器。大量的颗粒被除泥器放弃后出现在泥浆清洁器的筛网上,API200筛网不能处理所有的流体。API150筛网安装到泥浆清洁器上以减少两个循环周所产生的钻屑。然后,使用API200目筛网循环两周作最后清洁。钻屑浓度高于以前钻屑浓度,但足以清除足够多的钻屑以使套管顺利下到预定位置并固井。
请注意,这件关闭泥浆清洁器的幸运事件是钻井液泥浆清洁器商业化的原因。钻井没有计划卡钻。没人在这研究。研究计划应该包括证实泥浆清洁器工作性能的过程。因为没有预计到会出现问题(虽然卡钻和循环损失在压差6000psi的井眼是常见的),所以在机器被幸运的关闭之前,还没有可比较的数据证实泥浆清洁器工作性能良好。这对自己过程也是一个巨大的教训。研究队伍集中精力保持钻井液良好的状态和钻屑影响最小,遗憾的是当时并不是所有的钻井专家都相信钻屑是有害的。
由EXXon生产研究中心J.k,heilhecker和L.H.robinson研制的钻井液离心机,于1973年10月23日获得了美国专利NO.3766997,但是这项专利是无效的,因为在英国的发明专利中以有一项类似的发明,并且比它的发明时间要早。一位德国的发明家在18世纪晚期就已经研制出类似的装置。尽管他的发明从未变成应用,也没有用于石油方面,并且也没有广泛用于实际生产。钻井液振动筛那时也是粗筛目,但是无版权信息的存在表明上述发明不需要使用费(有趣的是,所有提供泥浆清洁器的公司都被要求每天付5美元的使用费作为技术转让费,据说是为了帮助开发新的产品,这种要求被拒绝后服务公司被告知,在专利出台后,他们被要求付出更多的使用费。由于专利的无效性,所有服务公司从未支付所谓的使用费和技术转让费)。
最初的专利出台还不到一年,泥浆清洁器就第一次商业应用于Louisiana州Pecan island油田的两口井上,其中一口为生产井,另外一口为探井。由于在这个地区第一次使用泥浆清洁器,再加之钻井液中岩屑的浓度比较低,在固井作业的时候,就可以上下活动中等长度的套管。这些井的扭矩和摩阻明显比以前不使用泥浆清洁器的井要小。
泥浆清洁器出现时,许多人考虑是使用泥浆清洁器还是使用钻井液离心机。原因很简单,泥浆清洁器清除固相能力和钻井液离心机是没法相比的。在加重钻井液中,泥浆清洁器用来清除那些尺寸大于重晶石的岩屑(大于74μm),而钻井液离心机用来清除那些尺寸小于大多数重晶石的岩屑(比重晶石小5~7μm)。