劉興財(cái)(天津中海油工程設(shè)計(jì)有限公司)

海洋石油模塊鉆機(jī)鉆井液固控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉興財(cái)(天津中海油工程設(shè)計(jì)有限公司)

隨著國(guó)內(nèi)海洋模塊鉆機(jī)工藝技術(shù)的成熟發(fā)展，鉆井液固控系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)的更加完善、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的也更加合理，并且占地面積小、安全可靠，環(huán)保要求達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。文章以南海某油田4000m模塊鉆機(jī)為例，設(shè)計(jì)了一套包含振動(dòng)篩、真空除氣器、除沙器、除泥器等設(shè)備的海洋模塊鉆機(jī)固控系統(tǒng)，本系統(tǒng)可以有效的除去鉆井液中大于3um的有害固相，使鉆井液達(dá)到可再循環(huán)利用的性能。

海洋模塊鉆機(jī);鉆井液;固控系統(tǒng);固控設(shè)備

1 設(shè)計(jì)目的

(1)鉆井液的作用 鉆井液是鉆井過程當(dāng)中，所利用的沖洗循環(huán)介質(zhì)，被稱為鉆井的血液。其作用主要有以下幾個(gè)方面。①清掃井底巖屑。②攜帶巖屑。③懸浮巖屑。④穩(wěn)定井壁。⑤破巖、冷卻鉆頭、沖洗鉆頭。

(2)鉆井液組成及分類 ①組成。鉆井液由液相、活性固相、惰性固相及各種鉆井液添加劑組成。②分類。根據(jù)鉆井液的組成部分，鉆井液可分為水、乳化等。泥漿是目前海洋模塊鉆機(jī)中使用最廣泛的鉆井液，分為水基、油基泥漿。水基泥漿以水為主要介質(zhì)，主要用于井深4000m以下的井。油基泥漿以油為主要介質(zhì)，主要用于井深大于4000m的井。

(3)鉆井液中固相的危害及清除方法 ①固相的危害。鉆井液中的固相組成包括兩部分；有用固相和有害固相。有害固相主要為巖屑。如果處理不及時(shí)，會(huì)影響鉆進(jìn)的速度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成井壁坍塌。②固相的清除方法。鉆井液中清除有害固相的方法有很多種，鉆井初期，常用的方法有稀釋法和替換法。隨著鉆井技術(shù)的快速發(fā)展，目前，國(guó)內(nèi)比較成熟的清除鉆井液中的有害固相的方法是機(jī)械方法。既通過機(jī)械設(shè)備將鉆井液中有害固相除去，達(dá)到回收利用的目的。

2 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

鉆井固控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)源于油田的井型結(jié)構(gòu)，配置的高壓泥漿泵排量必須滿足該油田最大井深的所需泥漿量的要求。以南海某平臺(tái)4000m模塊鉆機(jī)為例，配備了3臺(tái)F-1600的高壓泥漿泵，通常情況下兩用一備。高壓泥漿泵的額定壓力為5，000 psi，三缸單作用泵，缸套直徑可選。

3 固控系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)

3.1 工藝流程

本文以南海某平臺(tái)模塊鉆機(jī)為例，對(duì)固控系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)述：BOP喇叭口→井口泥漿返回槽→分流盒→振動(dòng)篩→沉砂罐→除氣罐→除氣器→除沙罐→除沙器→除泥罐→除泥器→泥漿返回罐→離心機(jī)→泥漿返回罐。此流程并不是固定不變的，在海洋模塊鉆機(jī)中，可根據(jù)地層實(shí)際情況選擇設(shè)備組成。

3.2 主要固控設(shè)備選型

(1)振動(dòng)篩 ①工作原理。振動(dòng)篩是利用振子的震動(dòng)，帶動(dòng)篩網(wǎng)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到清除鉆井液中有害固相的目的。振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由固定支架、篩網(wǎng)、和振子等組成。②選型依據(jù)。振動(dòng)篩是鉆井液固控系統(tǒng)的一級(jí)處理設(shè)備，也是最重要的設(shè)備。主要用于去除鉆井液中直徑大于200μm的固體顆粒。按照規(guī)范要求振動(dòng)篩的處理能力通常應(yīng)為鉆井時(shí)最大排量的100%-125%[1]。本項(xiàng)目采用的是3臺(tái)直線型振動(dòng)篩，進(jìn)行并聯(lián)作業(yè)，通常情況下兩用一備，單臺(tái)排量為240m3/h。

(2)除氣器 ①工作原理。真空除氣器是去除鉆井液中可燃?xì)怏w的必要設(shè)備。真空泵抽吸真空罐形成負(fù)壓，將鉆井液在大氣壓力作用下，通過吸入管進(jìn)入負(fù)壓區(qū)，由于碰撞和分離作用，氣體鉆井液通過排放管線排放到一個(gè)安全區(qū)域，鉆井液回收再利用。②選型依據(jù)。除氣器按工作原理分為兩種，既真空式除氣器和常壓式除氣器。本項(xiàng)目選擇的是射流式真空除氣器ZSCQ240。按照要求處理能力通應(yīng)為鉆井時(shí)最大排量的100%-125%[1]，所以，處理能力定為240m3/h，除氣效率要求大于80%，真空度不低于30kPa。

(3)除沙器 除泥器 ①工作原理。除沙器、除泥器是鉆井液固控系統(tǒng)的二級(jí)、三級(jí)處理設(shè)備，在工藝流程中處于振動(dòng)篩之后。除沙器、除泥器利用水力旋流器原理。區(qū)別在于水力旋流器的分離粒度，尺寸和個(gè)數(shù)不同.②選型依據(jù)。除沙器、除泥器的處理能力通常應(yīng)為鉆井時(shí)最大排量的100%-125%[1]。所以，本項(xiàng)目采用的除砂器由3個(gè)10寸的旋流器組成，每個(gè)旋流器的分離粒度要求為40-70um，處理量為240m3/h。除泥器由20個(gè)4寸的旋流器組成，每個(gè)旋流器的分離粒度要求為15-40um，處理量240m3/h。

(4)離心機(jī) ①工作原理。離心機(jī)是鉆井液凈化處理設(shè)備的最后階段。本項(xiàng)目采用的是高速沉降式離心機(jī)。由于在鉆井液中，各組分的密度不同，實(shí)現(xiàn)了離心力場(chǎng)中的快速沉降和分層的原理，達(dá)到了凈化鉆井液的目的。②選型依據(jù)。 高速沉降式離心機(jī)處理能力通常應(yīng)為鉆井時(shí)最大排量的5%-10%[1]。所以，本項(xiàng)目選用的離心機(jī)處理量為40m3/h，共2臺(tái)，最高轉(zhuǎn)速為3200r/min，最大分離因數(shù)為2578，可以有效去除鉆井液的有害固相，充分保證了鉆井液的性能。

4 結(jié)論

本文以南海某油田4000m模塊鉆機(jī)為例，對(duì)海洋石油平臺(tái)鉆井液固控系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，本系統(tǒng)可以有效清除鉆井液中大于2um的有害固相，使鉆井液的性能基本滿足各鉆井時(shí)段的要求.鉆井液的重復(fù)利用，大大降低鉆井成本。本系統(tǒng)充分考慮了設(shè)備之間的備用問題，保證系統(tǒng)還能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，大大提高鉆井時(shí)效。

總體講，本文所設(shè)計(jì)的固控系統(tǒng)跟國(guó)外基本一致，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，可以有效保證鉆井液的使用性能。

[1]GB/T29549.1-2013海上石油固定平臺(tái)模塊鉆機(jī)第1部分：設(shè)計(jì)[S].

[2]SY/T 6223-2013鉆井液凈化設(shè)備配套、安裝、使用和維護(hù)[S].

[3]SY/T 5612-2007 石油鉆井液固相控制設(shè)備規(guī)范[S].

[4]SY/T 6871-2012石油鉆井液固相控制設(shè)備安裝、使用、維護(hù)和保養(yǎng)[S].