鄒慶波，羅曉麗，安青龍

（大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江 大慶 163413）

1 背景

鉆井液通過(guò)地面與井下循環(huán)，及時(shí)地把破碎的鉆屑帶到地面上來(lái)，保證鉆井過(guò)程的連續(xù)進(jìn)行，并保障井下安全，保護(hù)油氣層及取全取準(zhǔn)各項(xiàng)工程地質(zhì)資料。

鉆井液的循環(huán)是通過(guò)泥漿泵來(lái)維持的，鉆井液的循環(huán)過(guò)程是：從泥漿泵排出的高壓鉆井液經(jīng)過(guò)地面高壓管匯、立管、水龍帶、水龍頭、方鉆桿、鉆桿、鉆鋌到達(dá)鉆頭，并從鉆頭噴嘴噴出，然后再沿鉆柱與井壁（或套管）形成的環(huán)形空間向上流動(dòng)，返回地面后經(jīng)排出管線流入泥漿池，再經(jīng)各種固控設(shè)備進(jìn)行處理后返回上水池，并進(jìn)入再次循環(huán)。

某油田鉆探公司現(xiàn)有各型號(hào)鉆機(jī)122部，鉆井液循環(huán)系統(tǒng)多采用一池（鉆井液坑）兩罐兩級(jí)凈化處理。鉆井液循環(huán)設(shè)備與罐池采用平位布置，井口排出的鉆井液，通過(guò)地面循環(huán)溝進(jìn)入到鉆井液坑，再通過(guò)立式砂泵提升到循環(huán)罐上。

該鉆井液循環(huán)方式存在以下問(wèn)題：多年來(lái)采用鉆井液地面循環(huán)，造成地表污染，不利于環(huán)境保護(hù)；通過(guò)砂泵從鉆井液泥漿坑中提升鉆井液，巖屑不易清除，排量忽大忽小，影響到有害固相的清除。為滿足環(huán)境保護(hù)及鉆井工藝對(duì)鉆井液循環(huán)控制的要求，開展鉆井液循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)化攻關(guān)研究，關(guān)系到石油鉆井行業(yè)前景的發(fā)展，具有重要意義。

2 鉆井液高低位密閉循環(huán)系統(tǒng)的實(shí)施與改進(jìn)方案

針對(duì)鉆井過(guò)程中鉆井液循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作流程不合理，達(dá)不到鉆井環(huán)保要求的難題，研究鉆井工藝及鉆井液的循環(huán)規(guī)律，以及全井鉆井液的運(yùn)行軌跡，合理地設(shè)計(jì)鉆井液具體的走向，提出問(wèn)題的解決措施，優(yōu)化鉆井液循環(huán)工藝流程，優(yōu)化鉆井液循環(huán)系統(tǒng)，解決鉆井液落地問(wèn)題，以滿足鉆井工藝對(duì)泥漿循環(huán)控制的要求。

2.1 鉆井液密閉高低位循環(huán)罐主體研究

兩個(gè)鉆井液密閉循環(huán)罐與鉆井泵呈現(xiàn)一條線擺放，利于井場(chǎng)規(guī)格化，鉆井液密閉高低位循環(huán)罐立面圖見圖1。

基本結(jié)構(gòu)：按優(yōu)化的鉆井液循環(huán)工藝流程進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鉆機(jī)鉆井液密閉循環(huán)系統(tǒng)由兩個(gè)鉆井液密閉循環(huán)罐組成，鉆井液密閉循環(huán)系統(tǒng)配三級(jí)凈化裝置，配2臺(tái)振動(dòng)篩、1臺(tái)除砂-除泥一體機(jī)、5臺(tái)立式砂泵、兩用混合漏斗等。整個(gè)系統(tǒng)采用兩罐兩位，鉆井液凈化處理與加重罐分為1號(hào)罐和2號(hào)罐。

1號(hào)低位罐上減少了旋臂吊，在井口增加了井口罐，開鉆前提前埋放在井口，用導(dǎo)鏈將立式砂泵與井架平臺(tái)底座相固定。1號(hào)罐改為低位罐，上面布置兩臺(tái)振動(dòng)篩，通過(guò)立式砂泵進(jìn)行鉆井液調(diào)度，實(shí)現(xiàn)鉆井液順利吸入振動(dòng)篩，完成1號(hào)罐鉆井液篩分處理任務(wù)，還布置2臺(tái)立式泵，將篩分后的鉆井液提升抽入2號(hào)罐；2號(hào)罐為高位罐，隔離為4個(gè)倉(cāng)：沉砂倉(cāng)、儲(chǔ)備倉(cāng)、除砂倉(cāng)和離心倉(cāng)。上面布置除砂-除泥一體機(jī)，2臺(tái)立式砂泵，3臺(tái)攪拌器，主要承擔(dān)鉆井液除砂-除泥處理及存儲(chǔ)處理后的鉆井液任務(wù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)鉆井液加重的功能。也可以根據(jù)要求布置離心機(jī)（真空除氣器），滿足對(duì)鉆井液進(jìn)行第四級(jí)處理等特殊要求，以保證定向井、水平井等特殊井型的施工需要。

本次研究，對(duì)鉆井液循環(huán)流程重新規(guī)范，罐體設(shè)備布置合理，形成振動(dòng)篩—立式泵—除砂-除泥一體機(jī)—立式泵—攪拌器—半檔板池罐沉淀—攪拌器—鉆井泵吸入口一條線的工作流程。

圖1 鉆井液密閉高低位循環(huán)罐立面圖

2.2 鉆井液密閉高低位循環(huán)罐改進(jìn)方案

原來(lái)的鉆井液循環(huán)工藝見圖2，改進(jìn)前鉆井液循環(huán)示意圖。

圖2 改進(jìn)前鉆井液循環(huán)示意圖

井口返出的鉆井液經(jīng)地面循環(huán)溝進(jìn)入露天掘挖的鉆井液坑，由液壓吊將振動(dòng)篩立式供液砂泵放入鉆井液坑中，提升鉆井液到1號(hào)罐面的振動(dòng)篩進(jìn)行處理，除去顆粒較大的巖屑后，進(jìn)行后續(xù)的凈化處理與循環(huán)。

現(xiàn)在改進(jìn)后的鉆井液凈化循環(huán)工藝流程如下，參見圖3。

圖3 改進(jìn)后鉆井液循環(huán)系統(tǒng)示意圖

工作原理如下：1號(hào)罐比2號(hào)罐降低300mm。先設(shè)計(jì)安裝一個(gè)井口罐，提前在開鉆前埋在井口處。將1號(hào)罐上的用于吊運(yùn)立式砂泵的旋轉(zhuǎn)液壓吊取消，將立式砂泵移到鉆井井口處，用固定在鉆機(jī)平臺(tái)下底座上的導(dǎo)鏈懸吊，落于井口罐中。增加了上導(dǎo)流管和下導(dǎo)流管，見圖4所示。

圖4 鉆井液高低位密閉循環(huán)改進(jìn)方案原理示意圖

鉆井一開時(shí)，由立式供液砂泵放入井口罐中，通過(guò)下導(dǎo)流管，為兩臺(tái)振動(dòng)篩供液。經(jīng)過(guò)振動(dòng)篩處理后，經(jīng)過(guò)2臺(tái)立式泵提升，進(jìn)入2號(hào)罐沉砂倉(cāng)，除砂-除泥器長(zhǎng)軸立式供液砂泵吸入2號(hào)罐沉砂倉(cāng)的鉆井液，供給除砂-除泥器，經(jīng)處理后的鉆井液2號(hào)罐的鉆井泵吸入倉(cāng)，由鉆井泵重入2號(hào)罐的鉆井泵吸入倉(cāng)，由鉆井泵重復(fù)泵入井內(nèi)循環(huán)使用。

鉆井進(jìn)入二開以后，井口返出的鉆井液通過(guò)封井器的喇叭口，進(jìn)入上導(dǎo)流管，可分別或同時(shí)輸送到兩臺(tái)振動(dòng)篩，經(jīng)過(guò)振動(dòng)篩處理后進(jìn)入固控系統(tǒng)凈化處理，循環(huán)使用。

優(yōu)化后，鉆井液不走地面，減少了立式砂泵從砂泵坑中將鉆井液提升到振動(dòng)篩上的步驟，減少了對(duì)鉆井液中巖屑的二次切削，減少了鉆屑的分散程度，使得巖屑更容易清除。

2.3 鉆井液密閉高低位循環(huán)罐的制造與應(yīng)用

1號(hào)罐整體高度1700mm。降低高度的目的就是為了井口喇叭口與振動(dòng)篩之間形成有效落差。1號(hào)罐分兩個(gè)倉(cāng)，1號(hào)倉(cāng)上部配2臺(tái)振動(dòng)篩，保證鉆井液的處理量。2號(hào)倉(cāng)安裝一臺(tái)攪拌器，作用是防止沉沙埋住兩臺(tái)立式泵入口。兩臺(tái)立式泵可以交替工作，把鉆井液輸出到2號(hào)罐上的沉沙倉(cāng)內(nèi)。罐體設(shè)置了兩個(gè)排污口，方便清除沉沙。振動(dòng)篩底部設(shè)計(jì)斜坡，有利于沉沙往排污口流動(dòng)，便于清理。

2號(hào)罐分4個(gè)倉(cāng)，1號(hào)倉(cāng)為沉沙倉(cāng)，2號(hào)倉(cāng)上部安裝了一體機(jī)，處理鉆井液中的巖屑。處理后的鉆井液進(jìn)入到3號(hào)倉(cāng)，3號(hào)倉(cāng)上部可安裝離心機(jī)（根據(jù)鉆井工程要求配置），4號(hào)倉(cāng)與鉆井泵相連。

因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中，較多設(shè)計(jì)同井場(chǎng)的成組井，為此，設(shè)計(jì)導(dǎo)流管為10寸鋼管，互相之間連接方式是充氣式氣胎由壬聯(lián)接，達(dá)到井口與振動(dòng)篩相連接。

鉆井隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)物圖見圖5所示。

圖5 高低位循環(huán)罐現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)物圖

3 效益分析

目前已在油田某區(qū)塊等地共鉆井應(yīng)用347口井，應(yīng)用后，取消了鉆井液地面循環(huán)泥漿坑和循環(huán)溝，取消了排污坑，做到鉆井液密閉循環(huán)，減少了對(duì)地表的污染，滿足了環(huán)保要求。降低加重過(guò)程中重晶石粉及藥品對(duì)人員的傷害。清除鉆井液中的有害固相的能力大大提升，鉆井液性能指標(biāo)監(jiān)測(cè)及時(shí)準(zhǔn)確，使鉆井液處理滿足工藝要求，從而為提高鉆井質(zhì)量墊定基礎(chǔ)。

每口井可節(jié)省鉆井液處理劑、重晶石粉和泥漿排放費(fèi)用14404．81元；可節(jié)省鉆井液坑處理費(fèi)用和中途清砂污水處理費(fèi)用4800元；取消懸臂吊，每個(gè)5．3萬(wàn)元，分?jǐn)偯靠诰?jié)約1325元。每口井可節(jié)約費(fèi)用2．053萬(wàn)元。項(xiàng)目研制了鉆井液主循環(huán)罐及相關(guān)輔助設(shè)備10套，每口井成本分?jǐn)傎M(fèi)用0．4169萬(wàn)元。每口井共獲得直接經(jīng)濟(jì)效益1．6361萬(wàn)元。2016年至2017年應(yīng)用鉆井生產(chǎn)347口井，每口井可節(jié)約成本1．6361萬(wàn)元，已獲得經(jīng)濟(jì)效益 567．7 萬(wàn)元。

如果每個(gè)隊(duì)年鉆井40口,共計(jì)實(shí)施應(yīng)用10個(gè)隊(duì)計(jì)算，年可取得經(jīng)濟(jì)效益為654．44萬(wàn)元,可取得良好的應(yīng)用效果，滿足了鉆井工程需求。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）分析鉆井工藝及鉆井液的循環(huán)運(yùn)行軌跡，優(yōu)化鉆井液循環(huán)工藝流程和鉆井液循環(huán)系統(tǒng)，解決了鉆井液循環(huán)落地污染問(wèn)題。

（2）優(yōu)化了鉆井液性能，從而滿足了鉆井工藝對(duì)鉆井液循環(huán)控制的要求，為鉆井生產(chǎn)提供有效的技術(shù)保障。

（3）降低了加重及藥品加注對(duì)人體的傷害，減少重晶石粉及藥品流失與環(huán)境污染。

隨著油田勘探開發(fā)的發(fā)展，由于地面條件的限制與環(huán)境保護(hù)越來(lái)越嚴(yán)格的要求，鉆井液不落地已提到油田鉆井的日程上來(lái)。此研究成果，可實(shí)現(xiàn)鉆井液不落地，達(dá)到環(huán)保要求，進(jìn)一步提高加重效率，優(yōu)化鉆井液性能，提高處理井下突發(fā)工程事故的能力，保障鉆井工作的安全穩(wěn)定性，并可以減少固控設(shè)備投入，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高鉆井液的重復(fù)利用率，具有較好的發(fā)展前景。

[1] 唐麗,毛程,陳紅軍．鉆井液使用與維護(hù)[M]．中國(guó)石化出版社，2017,8．

[2] 姚春東,董世民．石油礦場(chǎng)機(jī)械[M]．石油工業(yè)出版社，2012,12．