复杂钻井作业中固控系统的要求
为了满足钻井工艺技术措施和钻井施工质量的需要，对复杂钻井施工作业过程中的固控系统进行优化。解决钻井固控系统存在的问题，高质量的钻井液固控系统，提高固控设备的性能，降低钻井液中的固相含量，提高固井施工的质量，保证钻探施工达到设计的质量标准。
固控系统
复杂钻井作业中的固控系统
石油钻井作业施工，直井是最简单的钻井施工任务。而定向井、水平井的钻井施工难度大，属于复杂钻井施工作业。针对水平井的钻井作业，需要钻探直井段、造斜井段、稳斜井段、水平井井段，各个井段之间需要吻合，才能形成合理的井眼轨迹，达到水平井钻探施工的质量。
钻井施工的固控系统是为了满足钻井液固控的技术要求，通过固控设备，合理控制钻井液中的固相含量，加强对钻井液的净化，使其性能满足复杂钻井施工的技术要求。尽可能降低钻井施工的成本，提高石油钻井施工的质量，满足油气田勘探开发的需要。
石油钻井过程中的固控系统主要实现钻井液固相和液相的控制和分离，将钻井液循环利用，也属于泥浆净化系统。固控系统由若干个模块化的组合罐体组成，避免泥浆罐产生罐底沉砂的情况发生，在泥浆罐上设计搅拌装置，整个循环系统各个罐体是独立的，又相互连通起来，形成一定的工艺流程，达到泥浆净化的要求，满足石油钻探施工的技术要求。
系统中设计多个净化设备，配套设备中含有振动筛、搅拌器和除泥器等，减少废弃水泥浆的排放，避免发生环境污染事故，提高石油钻井施工的安全环保性，达到绿色钻井施工的需要。
复杂钻井作业程序分析
井场”绿色钻井“之固控系统
“绿色钻井”是指整个钻井过程中，着眼于污染预防，最大限度地减少原料和能源的消耗，降低生产成本，减少 和防止钻井过程对生态环境破坏的钻井。
为了将井底钻头破碎的岩屑及时携带到地面上来以便继续钻进，同时为了冷却钻头保护井壁，防止井塌井漏等 钻井事故的发生，旋转钻机配备有循环系统。循环系统包括钻井泵，地面管汇、泥浆罐、泥浆净化设备等，其 中地面管汇包括高压管汇、立管、水龙带，泥浆净化设备包括钻井液振动筛、除砂器、除泥器、离心机等。
钻井泵将泥浆从泥浆罐中吸入，经钻井泵加压后的泥浆，经过高压管汇、立管、水龙带，进入水龙头，通
过空心的钻具下到井底，从钻头的水眼喷出，经井眼和钻具之间的环行空间携带岩屑返回地面，从井底返回的 泥浆经各级泥浆净化设备，除去固相含量，然后重复使用。
钻井工程是油气勘探开发活动中的一项野外作业工程，钻井生产过程中的“废浆、废水、废油”以及岩屑
、生产生活垃圾等废弃物不可避免地对周围环境产生污染和伤害，特别是在生态脆弱的敏感地区一旦出现这种 伤害，后果将是严重的，一时难以修复的。因此，大力推进清洁生产，积极实现可持续发展”树立绿色环保意 识，从源头控制污染，实现油气勘探开发的绿色环保，已经成为当今油气勘探开发企业义不容辞的责任和义务 。
四级固控设备钻井液循环系统，可强化钻井液固相控制；通过合理使用振动筛、除砂器、除泥器、旋流分离器及钻 井液清洁器等固控设备，能减少钻井液稀释及处理剂用量；封闭钻井液循环系统，可实现钻井液不落地，规避 了渗溢污染。
7000m钻机固控系统研究
关键词：深井钻机；固控系统；工艺流程；固控设备
近年来，我国中浅层井的开发已到中后期，目前集中需要开发深井、超深井钻机，对钻井液固控系统提出了更高的要求。固控系统从固控设备到钻井液循环罐，虽然技术上有较大的改进，工艺流程也趋向合理，但固控系统的配套中仍存在不少问题，尤其深井、超深井钻机的固控系统尚不够成熟。笔者分析了现代钻井所用固控系统的先进技术以及发展方向，并结合钻井液固控系统配套现状及固控设备的技术发展状况，根据钻机现场实际工艺需要，研究出一套既能满足生产需要，又能产生较好经济效益7000m深井钻机的固控系统。
1 国内外固控设备的现状及发展
1.1 国内固控设备的现状
国内的固控技术是八十年代发展起来的。近二十年来，随着喷射钻井、优化钻井、优质钻井液和油气层保护技术的全面实施，国内钻井液固相控制设备的理论研究和制造工艺水平得到了迅速的发展、推广和普及，但国产的固控设备在性能，寿命方面，尤其在材料、加工工艺、加工精度和配套使用的通用设备的质量上与国外相比，还有一定的差距。目前国内固控的主流配置以5级固相控制（筛分—除气—除砂—除泥—离心）为主。
1.2 国外固控设备的现状
国外的固控设备以美国的BRANDT、SWACO、DERRICK等公司为代表，它们生产的固控设备不仅性能良好、工作稳定、寿命长，而且均实现了设备标准化、系列化和专用化。质量和性能处于世界首位。国外配置固控系统设备，注重优化配置和效率评价，由此研发了钻井液固相控制专家系统。如美国的一种由4台钻井液振动筛和2台干燥器组成的固控系统，处理能力增加70%，不易堵塞，且分离出的固相颗粒由干燥器进行脱水，干燥的颗粒被排掉，脱出的液体回收，效果很好。
1.3 固控设备的发展方向
目前，国外的固控设备已发展成熟，且形成了设备类型的标准化、系列化和专用化。与国外相比，国内的固控设备总体技术水平还有一定差距，需要在固控设备类型、固控设备性能、寿命、以及整个固控系统的效率评价等方面着重发展。今后，国际固控设备的发展要求：节能降耗、安全环保。其主要从以下六个方面向前发展：固控系统的简化和优化；先除气、再筛分；改部
分处理为全处理；选择性固相控制技术；钻屑在线处理技术；钻井液重复利用技术。
2 深井钻机固控系统的设计
随着油气资源勘探开发的不断深入，深井定义也在不断变化，当前井深6000～9000米为深井范畴。此处，针对陆地钻井深度7000米以内的油气井勘探与开发的深井钻机，从固控系统的主要技术参数，固控设备的配置，固控系统的工艺流程几个方面，研究出一套7000米钻机的固控系统。
2.1 主要技术参数
（1）钻井液循环罐的有效容积的确定。
钻井液循环罐的有效容积是钻机固控系统的主要技术参数，下面以完钻井眼容积法加以说明。完钻井眼容积法是以完钻起钻后灌满井眼所需要的钻井液的容积作为钻井液系统所需要的最小容积。该方法假设未使用泥浆收集装置，且钻具内所有钻井液均流失。
名义钻深能力7000m，用Ф127mm（5in）钻杆和36T钻挺组合钻达井底的钻机所配套钻井液系统的容积。
7000m×O.O127m3/m=88.9m³
36000kg÷7754kg/m3=4.6m3
88.9m³+4.6m3=93.5m3
式中：
7754kg/m³—钻具的密度
O.O127m3/m—Ф127mm（5in）钻杆每米的外容积则灌满井眼所需要的钻井液的最小容积为93.5m3，另增加50％作为安全容积，即46.75m3，得最小在用容积约140m3，再加上储备容积，通常储备容积与在用容积相近，因此整套钻井液系统有效容积约为280m3，加上加重仓20m3，则总有效容积为300m³。由《SYT6223-2005钻井液净化设备配套安装使用和维护》中要求
7000m钻机的钻井液循环罐容积不小于270m³，完全满足要求。
（2）主要技术参数：
总容积：353m3
有效容积：300m3（不含沉砂仓等）
泥浆罐罐体尺寸（ 长× 宽× 高） ：11000×2800×2300mm（含撬座高300mm）
泥浆罐运输尺寸（ 长× 宽× 高） ：13500×3000×2800mm
泥浆罐数量：6个（底部倾斜式结构）
药品罐：1个
装机总功率：～650kw
2.2 固控系统工艺流程
2.2.1 钻井液净化工艺流程图。
钻井过程中，钻井液净化处理是由净化设备对钻井液一级级进行固、液分离，目前共分五级、通常称为五级净化：振动筛→除砂器→除泥器→泥浆离心机→除气器。对于深井钻机，钻井液均采用五级净化。井口返出的泥浆通过五级净化设备净化后，由钻井泵重复泵入井内循环使用。下面为7000m钻机固控系统典型工艺流程图（其中从左到右，从上到下依次为5、6、1、2、3、4号罐）。
2.2.2 主要配套的固控设备。
主要配套的固控设备，如表1所示。
| 设备名称 | 数量 | 备注 |
| 真空除气器 | 1台 | null |
| 钻井液振动筛 | 3台 | null |
| 除砂器 | 1台 | null |
| 除泥器 | 1台 | null |
| 钻井液离心机 | 1 | LW450×1000N2 |
| 砂泵 | 6台 | 55Kw |
| 剪切泵 | 1台 | 55Kw |
| 不给泵 | 1台 | 11Kw |
| 射流混合漏斗 | 3台 | 重晶石加料：300kg/min |
| 旋流混合漏斗 | 1台 | 膨润土加料：150KG/min |
| 泥浆搅拌器 | 11台 | 15Kw |
| 泥浆搅拌器 | 3台 | 7.5Kw |
| 泥浆搅拌器 | 1台 | 5.5Kw |
| 泥浆枪 | 14只 | 压力：6.4Mpa |
2.2.3 钻井液净化循环流程组成。
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Read More »固控设备对泥浆颗粒的清除
钻井液固控系统主要用于清除钻屑等有害固相及回收重晶石等有用固相。固控系统主要由泥浆罐、钻井液振动筛、除砂器、除泥器、钻井液离心机等主要设备以及砂泵、混浆装置、真空除气器等辅助设备组成。
泥浆罐主要用来储存泥浆以及固控设备的载体，经过固控设备净化的泥浆进入泥浆罐的各个仓室，根据不同的设备进行处理，从而达到清除固相颗粒回收重晶石以及净化泥浆的目的。
固控系统大致处理流程：
钻井液振动筛是固控系统中的第一级处理设备，能清除钻井液中较大的固相，可以清除74μm以上的固相颗粒。是固控系统中必不可少的设备，是后续设备的领头羊。
真空除气器用于清除泥浆中的气体，是固控系统中的第2及固控设备，它能够迅速、有效地清除泥浆中所含的气体，除气器对于恢复泥浆密度，防止潜在井喷、井塌危险的发生其有重要作用。
排在第3级的固控设备是钻井液除砂器，经过真空除气器处理后的泥浆通过砂泵输送进入到除砂器中，除砂器将泥浆较大的砂粒(粒度44μm—74μm)分离出来。
用在除砂器之后的是钻井液除泥器，用于清除15~44μm的固相可以，进一步保证钻井液的性能。
在一些需要节省空间的固控系统中，可以将除除砂器和除泥器以及一台底流筛组成钻井液清洁器，钻井液清洁器能够有效的清除大于15μm的固相颗粒。在一些不复杂的钻井平台中完全可以替代除砂器和除泥器。
固控系统的最后处理设备是钻井液离心机，主要用于清除小于7μm的固相颗粒以及回收重晶石，其回收率达到95~97%。
固控设备全部采用主要用干复杂井况和要求较高的井况，在实际应用过程中，可以跟据钻井作业的需要，采用其中的一级成几级泥浆固控流程。
Read More »泥浆“血液”的净化器固控系统
泥浆固控系统是整套钻机系统中最为重要的部分之一,被称为钻井“血液”的过滤器。合理的固控系统能够有效地控制钻井液固相含量,降低钻井过程中的复杂情况和事故发生的概率,是实现安全、高效、经济钻井的重要技术手段。
固控系统是由振动筛、除砂器、除泥器、钻井液清洁器、离心机、钻井液罐等设备组成的,一旦某一设备发生故障或整体配套不合适将直接影响整套钻机性能,增大钻井施工过程中发生事故的风险。因此,固控系统的性能对钻井工程具有重要现实意义。
了解固控设备本身的性能及主要特征,并根据地层岩屑颗粒特征、钻井液性质等因素选择合理选出满足要求的固控设备。
通过对固控系统整体性能进行分析测试评价,识别出了固控系统的可能存在的安全隐患及导致因素,包括各级设备部件的隐患以及固控系统故障会引发的钻井施工过程中的事故风险,并作出相应的调控措施。从而降低钻井施工过程中发生事故的风险，提高安全钻井的钻进速度。
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