李慶平(中石化中原石油工程有限公司固井公司，河南濮陽457001)

固井水泥車自動(dòng)混漿系統(tǒng)應(yīng)用

李慶平(中石化中原石油工程有限公司固井公司，河南濮陽457001)

固井施工中，水泥漿密度的控制是固井作業(yè)成敗的關(guān)鍵因素之一，水泥漿的密度直接影響固井施工安全和油氣井固井質(zhì)量。目前國內(nèi)生產(chǎn)的水泥泵車配置的ACM-IV.I自動(dòng)混漿系統(tǒng)可準(zhǔn)確控制水泥漿密度且操作方便，是水泥高能混漿系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。本文主要介紹了其工作原理，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工中的發(fā)現(xiàn)其系統(tǒng)存在的問題提出了建議。

固井；ACM-IV.I自動(dòng)混漿系統(tǒng)；水泥漿

水泥漿的密度是固井施工作業(yè)中極其重要的參數(shù)，因其密度沒有得到很好的控制而導(dǎo)致了許多固井作業(yè)的失敗。[1]為此對(duì)其進(jìn)行連續(xù)準(zhǔn)確的監(jiān)控，是確保固井施工質(zhì)量、提高技術(shù)水平、實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理的必要手段。為此，美國哈里伯頓公司石油技術(shù)服務(wù)公司研制開發(fā)了水泥漿密度自動(dòng)控制系統(tǒng)，即ADC系統(tǒng)。

在干灰輸送系統(tǒng)正常工作的條件下，該ADC系統(tǒng)可將水泥漿密度自動(dòng)控制在設(shè)定密度的±0.1ppg范圍之內(nèi)。但實(shí)際固井作業(yè)時(shí)，水泥漿密度并不能完全控制在設(shè)定密度的±0.1ppg范圍之內(nèi)。因?yàn)槊芏扔?jì)的校準(zhǔn)誤差以及因?yàn)榭諝夂繉?dǎo)致的計(jì)量誤差都會(huì)影響水泥漿的密度精度。

隨著固井水泥漿密度自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前國內(nèi)生產(chǎn)的水泥泵車普遍配置的自動(dòng)混漿系統(tǒng)為ACM-IV.I，可準(zhǔn)確控制水泥漿密度且操作方便。

1 ACM-IV.I自動(dòng)混漿系統(tǒng)

ACM-IV.I自動(dòng)混漿系統(tǒng)主要由密度自動(dòng)控制系統(tǒng)和液位自動(dòng)控制系統(tǒng)兩大系統(tǒng)組成，其工作原理如下：高能混合器高速噴射的水流形成真空吸入管線輸送過來的干水泥并與液體混合。下灰量的多少通過計(jì)算機(jī)來控制下灰蝶閥打開的大小來實(shí)現(xiàn)。為防止密度不均，通過循環(huán)灌注離心泵對(duì)水泥漿進(jìn)行二次混合。并在循環(huán)管路上安裝密度計(jì)，它將水泥漿的在循環(huán)管路上的密度以電磁波的形式反饋給計(jì)算機(jī)。同時(shí)在噴射管路上裝有流量計(jì)，它將水的流量以電磁波信號(hào)形式反饋給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過反饋回來的兩種信號(hào)并根據(jù)已設(shè)定的密度指令來以液壓的形式調(diào)整下灰閥開口大小，來實(shí)現(xiàn)水泥漿密度的控制。

（1）密度自動(dòng)控制系統(tǒng)主要是計(jì)算機(jī)通過控制下灰量來實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥漿密度的控制，控制系統(tǒng)收集當(dāng)前的清水流量、水泥漿密度和干灰計(jì)量閥閥位，再通過控制軟件根據(jù)作業(yè)設(shè)置參數(shù)采用PID控制算法對(duì)下灰蝶閥開啟程度進(jìn)行精確調(diào)整最終達(dá)到設(shè)定密度需要的干灰量。通過說明的是控制算法對(duì)作業(yè)過程中可能存在的3種變化(即清水流量的變化、設(shè)定密度的變化及干灰傳輸能力的變化)做出響應(yīng)。

（2）混漿槽液位的控制通過液位控制系統(tǒng)來控制，其原理是安裝在混漿槽上的液位計(jì)檢測(cè)水泥漿的液位信號(hào)并將信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際液位和設(shè)定液位的偏差來調(diào)節(jié)輸出控制電壓，調(diào)節(jié)清水比例閥從而調(diào)節(jié)清水量以維持液位的平穩(wěn)。[2]該系統(tǒng)降低了固井作業(yè)操作工的工作強(qiáng)度。該系統(tǒng)能夠根據(jù)井底泵送流量的大小做出反映。當(dāng)井底泵送流量加大時(shí)，液位相應(yīng)地下降。液位傳感器測(cè)量液位下降的高度，據(jù)此增加混漿速率，從而彌補(bǔ)因排出增加產(chǎn)生的液位下降。

2 實(shí)際應(yīng)用中問題與建議

配置ACM-IV.I自動(dòng)混漿系統(tǒng)的固井水泥泵車從四機(jī)廠引進(jìn)一直在西南工區(qū)承擔(dān)進(jìn)行固井施工任務(wù)，已完成各項(xiàng)施工任務(wù)136井次，在施工過程中密度自動(dòng)控制系統(tǒng)和液位自動(dòng)控制系統(tǒng)控制準(zhǔn)確，水泥漿密度誤差小于0.015g/cm3,靈敏度高；但我們?cè)谑褂弥邪l(fā)現(xiàn)密度儀出口上的兩寸球閥容易卡死，于是改裝成兩寸蝶閥效果較好，并有如下優(yōu)點(diǎn)：

⑴球閥由于其自身特性，球閥間隙處容易被水泥漿，且不易清洗，幾乎每使用4口井就被卡死，而蝶閥則不會(huì)。

⑵密度儀在測(cè)定水泥漿密度的過程中，我們將蝶閥處于不完全打開狀態(tài)，這樣就相當(dāng)于通過降低水泥漿在密度儀中的流速，而提高了背壓，這樣使密度儀測(cè)量的密度更準(zhǔn)確，同時(shí)建議控制流速在10-15m3/h。

⑶固井完成后清洗設(shè)備時(shí)，密度計(jì)入口處蝶閥可以與二次混漿吸入口氣動(dòng)蝶閥配合清洗設(shè)備。通過兩個(gè)的蝶閥交替開關(guān)增加壓力和流速，使密度儀和高能混合器清的更更干凈。

3 結(jié)語

ACM-IV.I水泥漿自動(dòng)混漿系統(tǒng)是一種較為先進(jìn)的固井控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)操作工的操作水平要求較高，[3]同時(shí)通過近幾年的使用我們形成如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

（1）ACM-IV.I自動(dòng)混漿系統(tǒng)控制準(zhǔn)確，水泥漿密度誤差小于0.015g/cm3,靈敏度高；

（2）將水泥漿在密度儀中的流速控制在10-15m3/h范圍內(nèi)，可使密度測(cè)量更加準(zhǔn)確。

（3）固井施工結(jié)束后，必須采用清水將自動(dòng)混漿系統(tǒng)清洗干凈，否則極易堵塞其密度自動(dòng)控制系統(tǒng)，造成密度無讀數(shù)。

（4）干灰輸送系統(tǒng)在沒有得到妥善保養(yǎng)和維護(hù)的情況下必將影響密度自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作性能，導(dǎo)致密度達(dá)不到設(shè)定的精度。

[1]鮮明，李然，等.固井水泥車載密度計(jì)原理分析[J].傳感器世界.2012,09(002):48-51

[2]唐少波，王柏和，馬金程.SGJ400-30固井車的研制[J].石油機(jī)械.2013,41(10):40-42

[3]丁保剛，王顯誠.水泥漿密度自動(dòng)控制系統(tǒng)及應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù).1997,25(01):24-25

李慶平（1976-），2007年畢業(yè)于中國石油大學(xué)，現(xiàn)任中石化中原石油工程有限公司固井公司西南項(xiàng)目部副經(jīng)理，高級(jí)工程師。