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怎样合理配置钻井液泥浆净化系统

发布时间:2016/04/19 艾潽新闻 浏览次数:463

摘要:随着钻井工艺技术的不断发展,对钻井液的性能控制要求也越来越高,从而要求钻井液循环系统流程和设备配置必须满足钻井工艺的要求。本文对钻井液循环系统的流程体系进行了科学的划分,分析和阐述了每个流程体系的主要作用、基本要求和合理配置,其最终目的是利用循环系统和固控设备实现钻井液技术参数进行合理的控制,为钻井作业提供优质的钻井液,达到不同钻井工艺技术对钻井液性能的要求。
关键词:钻井液;循环系统;泥浆净化系统;固控设备;钻井液振动筛;钻井液离心机;除砂器;除泥器;设备配置
  

1 概述

对钻井液循环固控系统研究探索主要针对流程的科学设计,同时以流程为主线来合理配置固控设备,其最终目的是为了更好地满足钻井作业的需要,因此,首先要从钻井工艺要求的角度考虑,其次要符合高效、节能、环保的要求,另外,要安装方便、操作简单、降低劳动强度。

2 流程体系的划分

根据钻井作业的要求,我们可以将钻井液循环系统的流程划分如下:
①钻井液罐容积体系;
②出浆分配管5+X 体系;
③钻井液固控设备流程体系;
④钻井液混浆流程体系;
⑤钻井液泵的吸入体系;
⑥钻井液的常规除气体系;
⑦钻井起下钻计量罐及灌浆体系;
⑧清水灌及清水体系;
⑨气侵放喷液气分离器系统;
⑩钻井液罐电路系统。

3 流程体系的研究及见解

流程体系在整个钻井液循环系统中有着相对的独立性,其作用是由钻井工艺来决定的,反过来为钻井服务,如何为钻井服务好,这就需要流程体系科学合理。

3.1 钻井液罐的容积体系

通常钻井液循环系统根据作用由五种罐组成,第一种是固控设备罐,有时也叫钻井液振动筛罐,第二种是中间罐也叫过渡罐,可以把离心机安装在此罐上,第三种是混浆储备罐,第四种是泵吸入罐,其余的是储备罐,计量罐是在固控设备罐的端头,容积为 10~16m3,每个罐隔仓都安装有7.5kW、11kW 或15kW的泥浆搅拌器,每个隔仓都设定有固定标尺,能及时观察罐内钻井液体积,每一个隔仓同时留出钻井液体积传感器的位置以便安装。整个罐组都通过走道钢网板联接,罐边都有可收放的栏杆,栏杆之间有联接,在钻井液振动筛处、泵房处、混浆处放有三套或三套以上的罐梯。

3.2 出浆分配管5+X 体系

钻井液从井口返出后经高架槽连接到钻井液分配管5+X 体系分配管接口及功用如下:
① 流入钻井液振动筛接口,有几台钻井液振动筛就有几个接口,可以假定为X;
②高架槽接入口;
③脱气器钻井液脱气后流出接口;
④计量罐返浆接口;
⑤钻井液直排入罐接口;
⑥钻井液直排入外池接口。

3.3 钻井液固控设备流程体系

钻井液固控是钻井液循环系统的核心部分,根据固控分级原理划分,固控设备的处理及摆放程序是钻井液振动筛→除砂器→除泥器→钻井液离心机(大、中排量)→泥浆离心机(高速离心机)。钻井液振动筛是固控的第一级龙头设备,而且只有它是全过流处理,因此钻井液振动筛可靠性很重要,其工作性能的优劣直接影响后几级固控设备的工作效果和钻井液体系的好坏。什么是钻井液振动筛好的工作性能,也就是钻井液振动筛的处理大,排浆流畅,适应高目数筛网,正常工作能达到120目以上。目前使用的 HZS280-3P钻井液振动筛处理量为50L/s,最大激振力是25KN×2,经过现场使用,反映效果很好。
 

表1钻井液振动筛的主要技术参数
名 称 功 率 频 率 防爆等级 筛网面积 振 幅 振动强度 倾角调整范围
参数 2.2×2Kw 23.4Hz dIIBT4 3×0.833×1.15立方米 5.8mm 7.2G -1~3度

除砂器是固控设备中的第二级固控设备,它的工作原理是旋流器的离心分离与重力排砂相复合的工作原理,其处理过程不是全过流,工作动力是 由75kW 砂泵提供,它的分离点为 74 个微米左右(分离点是通过分离设备的工作,有一种颗粒在底流和溢流中各 占 50%,该 粒 度 点 叫 该 设 备 的 分 离 点)除砂器的底流还可以经过清洁器进行钻井液回收,除砂器的溢流进入下一级,作为除泥器的进浆,除泥器的工作原理和除砂器一样,只是工作范围不同,其分离点为43μm左右。为了满足钻井工艺对钻井液的要求,目前循环系统的固控系统都采用除砂除泥一体机,就更能保证固相的控制及钻井液性能的稳定。

表2钻井液清洁器主要技术参数
名 称 处理量 工作压力 除砂器锥筒 除泥器锥筒 除砂器分离点 除泥器分离点 功率 振动强度
参数 200立方米/小时 0.25~0.45 250mm×10″×2 100mm×4″×16 40~70微米 20~40微米 2.2Kw×2 7.2G

除泥器的溢流浆可作为离心机的进浆。离心机的工作效率比较高,离心机最初引进到石油钻井是因为离心机能在降低钻井液密度的同时可以降低粘度,还可以节约大量的钻井液助剂。高速离心机工作后可将其胶体固相
,超细微固相的溢流排出到罐外,而将含有相对较大颗粒的固相或含重晶石的底流回收到特定罐中并加入一定的水和药品合成优质的钻井液。经处理后,整个钻井液体系就能保持钻井液密度和粘度的合理控制,可大幅度节约钻井液成本。

表3 沉降式钻井液离心机主要技术参数
名 称 处理量 分离因数 主电机功率 副电机功率 转鼓直径 转鼓长度 分离点
参数 50立方米/小时 717 30Kw 7.5Kw 500mm 1000mm 10微米

3.4 钻井液混浆流程体系

钻井液混浆流程是由2 套混浆器、2台混浆砂泵和1台剪切泵组成。该流程具备以下特点:
①2台砂泵可以抽吸固控设备罐以外的任何罐和隔仓内钻井液,通过任意2套混浆器混浆之一混浆;
②混浆后的钻井液可以放入储备罐,也可以放入除固控设备罐以处任何罐和隔仓;
③对于高粘物质可以通过任一混浆器混合后,由剪切泵循环剪切工作,充分渗透和水化后由任一混浆泵,送到任何罐体及隔仓;
④2台混合泵可为低压循环钻井液枪提供动力;
⑤可以把任何罐体及隔仓的钻井液由任一混浆砂泵,送到任何罐体及隔仓,并可将吸入罐及隔仓内钻井液倒空。

3.5 钻井液泵的吸入体系

钻井钻井液泵常为2台,吸入体系的流程使得每台泵可以吸到除固控设备罐以外的任何罐和隔仓内的钻井液,罐和隔仓之间都能相通也能封堵,全由罐底阀来控制,这样可以以最快的速度来处理井下的突发事件,如井漏、井涌等,可以配堵漏和加重钻井液,泵直接从配液仓中吸入后打入井内。另外可以根 据 井 深 来 配 钻 井 液,如 果 通 常 施 工 5000m~6000m 井,就可以使用5+X 循环系统进行配备钻井液,以满足钻井的要求。但是,对特殊要求需要施工3000m 的井,可以通过关闭过渡罐、吸入罐的某些隔仓来按3000m 井深来配钻井液量,而不必按循环罐额定容量来配钻井液,这样就可以降低成本,提高经济效益。

3.6 钻井液的除气体系

在钻井生产过程中,每当钻遇油气层时,钻井液很容易受到气侵,另外,由于使用的某些钻井液助剂的原因,钻井液也会产生气泡。通常钻井液中会出现直径小于 0.8mm 时的气泡,气泡由于 受表面张力的作用而被束缚在钻井液里,钻井液气侵后,其性能会被破坏,给钻井生产带来很大的危害。
图1钻井液薄层和紊流使小气泡浮至液面
由此看来,要使气泡暴露出来,一是向钻井液薄层产生紊流那样使气泡逸至表面。二是使钻井液冲击罐壁形成薄流层而将气泡带至表面(见图1),这两点是除气器的功用和原理。即气泡进行真空除气后,气泡直径增大0290/0.254=1.1417倍。如果液体表面张力较大,粘度较高,此时气泡不一定能迅速从液体中逸出而破裂。因此,一般情况下,进入真空除气器的液体要设计出与罐壁冲击,形成薄层紊流液体的结构。通过除气器的工作,将除气后的钻井 液直接排放到下一个隔仓,达到除气的目的。

表4 真空除气器主要技术参数
名 称 处理量 真空度 主电机功率 真空泵电机功率 除气效率
参数 200~240立方米/小时 280~350mmHg 15Kw 2.2Kw/3Kw ≥95%

3.7 钻井起下钻独立的计量罐及灌浆体系

钻具起下钻时需要对井内钻井液状况进行独立计量、观测、报警,以防止起下钻时井下出现井涌井喷或井漏。计量罐一般 10~16m3左右,并有 2 台或1台11kW 的灌浆泵,灌浆泵出口管线与防溢管连接起来,即可向井内注钻井液,井内返回的钻井液是通过高架槽返回计量罐中,接口安装蝶阀。计量罐的计量系统,可由浮漂尺来显示,同时也可由浮球传感器的电子液晶显示来指示入井或出井钻井液的体积,如有异常情况计量罐内钻井液量就会发生变化,从而按设定的报警仪就会报警。

3.8 清水罐及清水流程体系

清水罐在钻井液循环系统中很重要,清水不但是钻井液母液,而且还要不断对其补充,固井中也需要,冷却钻机绞车清洗设备都需要清水。

3.9 液气分离器管口系统

当井下出现天然气到一定程度,封井器关井后节流放喷,此时气侵钻井液含有天然气,这就需要通过节流管汇进入到液气分离器脱气,脱离出的气体通过8″管线引出后到燃烧坑燃烧,脱气后的钻井液通过10″线接出浆分配管体系的接口进入钻井液罐中,进出口由法兰联接,并装有蝶阀控制。

3.10 钻井液罐电路体系

循环罐的电路较为繁杂,但整体必须防爆,外露电缆必须由钢丝护套,砂泵起动时,设有降压防爆起动柜,每一个动力电器都要有防爆开关和关闭锁定机构,照明电路中灯管必须是防爆的,并且灯杆是活动的,设备搬迁时可以放倒。

4 典型固控的流程图

典型固控流程图(见图2)
图2固控系统流程图

5 现场使用情况

在新疆塔河油田有两个井队所施工的 TK1083井和 TP17井配置了上述循环系统,经过现场使用,效果良好。

6 结论和认识

上述钻井液循环系统的流程体系还有待进一步完善提高,实际应用时情况更为复杂,每个钻井作业地区又不一样。因此,钻井液循环系统流程设计和设备配置必须立足于钻井工艺需要,与钻井技术人员多方交流和调研
,才能达到更加完美的效果。
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