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        大慶油田模塊鉆機(jī)鉆井液循環(huán)系統(tǒng)改進(jìn)與應(yīng)用

        2019-06-03 05:56:12宋曉東趙陽周萬成大慶鉆探工程公司鉆井三公司
        石油石化節(jié)能 2019年5期
        關(guān)鍵詞:螺桿泵

        宋曉東 趙陽 周萬成(大慶鉆探工程公司鉆井三公司)

        大慶油田目前模塊鉆機(jī)常用的循環(huán)系統(tǒng)包括鉆井泵、鉆井液池、鉆井液槽(罐)、地面管匯、鉆井液凈化設(shè)備和鉆井液調(diào)配設(shè)備等裝置。井筒內(nèi)返出的鉆井液依次經(jīng)過1#和2#循環(huán)罐,再由鉆井泵泵入井內(nèi)。從以往現(xiàn)場施工經(jīng)驗看,每鉆1口井循環(huán)罐內(nèi)的沉砂都需要工人下入泥漿罐內(nèi)用鐵鍬把泥砂從排砂口鏟出。這種方式工人勞動強(qiáng)度大,工作條件差,效率低,已限制了鉆井技術(shù)的發(fā)展。為滿足環(huán)保要求,對循環(huán)罐進(jìn)行改裝,將立式砂泵換成臥式螺桿泵,再配合使用可拆卸的移動儲集泥漿池,從而形成一套新的鉆井液循環(huán)系統(tǒng),在不影響鉆井液性能條件下,節(jié)約了挖鉆井液池成本,還減少了人工進(jìn)行清砂排砂的勞動量,平均每口井能節(jié)約7~8 t重晶石粉,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。

        1 傳統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)存在問題及解決方案

        1.1 存在問題分析

        大慶油田模塊鉆機(jī)鉆井工藝按不同開次分為兩個階段,一開鉆導(dǎo)眼,采用老漿開鉆與清水自然造漿工藝,井內(nèi)返出的鉆井液經(jīng)過地面循環(huán)溝流入砂泵池,然后經(jīng)過罐上振動篩進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng);二開井段從表層底部至完鉆井深,按需要用各種處理劑配置泥漿以滿足施工要求,井內(nèi)返出的鉆井液經(jīng)過地面振動篩(或直接經(jīng)地面循環(huán)溝)流入砂泵池,然后經(jīng)過罐上振動篩進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)系統(tǒng)含有兩個循環(huán)罐,其中1#循環(huán)罐安裝一套振動篩,一個攪拌器,罐內(nèi)有一個沉砂錐型罐,兩個隔倉,留做沉砂用;2#循環(huán)罐布有一個除砂器,罐內(nèi)有兩個攪拌器,兩個隔板,每一個隔板倉內(nèi)都會有約20 cm高的沉砂[3-4]。

        這套傳統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)存在以下幾方面的問題:

        1)鉆井液池是傳統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)中必不可少的部分,且占地面積較大,會因為挖鉆井液池增加一定成本,還會造成大量土地或者耕地污染,環(huán)保性差。

        2)整個循環(huán)過程中,1#罐內(nèi)的錐形罐及2#罐內(nèi)的隔板底部會產(chǎn)生大量沉砂,均需要人工入罐進(jìn)行清理,排入鉆井液池。增加人工勞動強(qiáng)度的同時,還存在一定的安全隱患。

        3)傳統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)中,泥漿罐上安裝的電氣電路也存在一定安全隱患,而且每次搬家的安裝、架線和拆線工作量也比較大,還會造成部分電纜線損失。

        4)循環(huán)系統(tǒng)泥漿罐之間大部分采用泥漿槽聯(lián)通,會因為密封不嚴(yán)或者鉆井液流量大等原因,造成泥漿的跑冒滴漏,影響井場環(huán)境衛(wèi)生。

        1.2 解決方案

        根據(jù)模塊鉆機(jī)循環(huán)系統(tǒng)存在的問題,結(jié)合現(xiàn)場施工技術(shù)特點,在滿足鉆井需求和環(huán)保要求的同時,對新循環(huán)系統(tǒng)的研究提出了以下設(shè)計方案:

        1)由于鉆機(jī)下船底座高度受限,不能直接在井口安裝鉆井液不落地系統(tǒng),所以對兩個循環(huán)罐進(jìn)行改裝,達(dá)到取消地面鉆井液坑、不用人工清砂排砂的目的。

        2)采用自主研發(fā)的臥式螺桿泵取代立式砂泵,配合可拆卸移動儲集泥漿池的應(yīng)用,實現(xiàn)整個施工過程中鉆井液及廢棄物不落地的目標(biāo)。

        2 新型循環(huán)系統(tǒng)研究

        2.1 循環(huán)罐改裝

        如圖1所示,傳統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)含有兩個循環(huán)罐,其中1#循環(huán)罐上安裝有一套振動篩,一個攪拌器,罐內(nèi)有一個沉砂錐型罐,兩個隔倉,留做沉砂用。錐形罐底部的排淤口經(jīng)常被振動篩篩出的泥砂覆蓋,而使錐形罐無法排除沉砂。例如以前施工過的P1井,因井壁發(fā)生坍塌,振動篩清除的泥砂和和巖屑填滿整個錐形罐,必須每天人工清除振動篩下面的沉砂,否則會擋住錐形罐的排淤口,使錐形罐無法排淤[5]。

        2#循環(huán)罐裝有一個除砂器,罐內(nèi)有兩個攪拌器,兩個隔板,每一個隔板倉內(nèi)都會有約20 cm高的沉砂,要清除這些沉砂,必須使用攪拌器攪起部分泥砂,但泥漿罐內(nèi)會有死角,死角處的沉砂無法攪起,沉砂清除率也不是很高。

        所以,為了減少人工勞動強(qiáng)度,提高除砂效率,采用以下改進(jìn)措施:

        1)將1#循環(huán)罐內(nèi)沉砂用的錐形罐取消,在1#罐的振動篩上安裝2臺80目進(jìn)口篩布,組成雙篩,可以將鉆屑最大限度在進(jìn)罐前清除掉。

        2)將2#罐內(nèi)的兩個隔艙去掉,并配備2臺除砂器,增加除砂器處理量,可將2#罐80%以上泥漿進(jìn)行處理,大幅降低含砂量。

        3)為保證除砂效率,提高1#和2#罐上的攪拌器下放至距離罐底更近的距離,使攪拌器充分?jǐn)噭幽酀{,減少沉砂死角的形成,以便立式泵將泥漿泵入下一個循環(huán)步驟。

        4)在泥漿罐底部增加高壓泥漿噴射槍,替換掉原有的泥漿槍,將攪拌器無法攪拌到的死角沉砂清除干凈,進(jìn)一步提高除砂效率。

        5)在2#罐上增加一臺除砂器,進(jìn)一步降低鉆井液的含砂量,改善泥漿性能。具體改裝如圖2所示。

        2.2 鉆井液不落地系統(tǒng)研究

        2.2.1 臥式螺桿泵改進(jìn)

        在現(xiàn)場施工過程中,傳統(tǒng)立式砂泵存在著振動和噪聲大、電能消耗高、穩(wěn)定性差、維修不便等問題。針對這種情況,自主設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、備件和電能消耗少的臥式螺桿泵。安裝后的如圖3所示。在現(xiàn)場應(yīng)用時,這套臥式螺桿泵具有適應(yīng)性強(qiáng)、流量平穩(wěn)、壓力脈動動小、自吸能力高、耐腐蝕、效率高、節(jié)省電能等特點,這是立式砂泵所不能替代的[6]。

        圖1 傳統(tǒng)鉆井液循環(huán)罐示意圖

        圖2 新型鉆井液循環(huán)罐改造示意圖

        圖3 臥式螺桿泵井場安裝情況

        2.2.2 可拆卸儲集池

        傳統(tǒng)鉆井液循環(huán)系統(tǒng),從振動篩、除砂器和除泥器等固控設(shè)備上分離出的鉆屑等廢棄物會直接排放到地面鉆井液池中。這種做法不僅會增加挖鉆井液池的成本,更會嚴(yán)重污染環(huán)境。根據(jù)固控設(shè)備使用情況和井場條件,設(shè)計和焊接了4個可拆卸和移動的鉆井液廢棄物儲集池,每個至少能盛放100 m3鉆井液廢棄物。如圖4所示,在振動篩下面放置2個儲集池,除砂器和除泥器下面各放置1個。這樣可以做到點對點式的收集、暫時儲存,實現(xiàn)液相和固相的不落地,且地面不用挖鉆井液池,產(chǎn)生的鉆井液廢棄物可以隨時拉走進(jìn)行處理,環(huán)保效果明顯[7-8]。

        圖4 循環(huán)系統(tǒng)示意圖

        3 現(xiàn)場應(yīng)用及效果分析

        改進(jìn)完善后的新型循環(huán)系統(tǒng)2018年在大慶油田X4-40-X610、B2-20-XB285等4口井進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用?,F(xiàn)場施工前,在井架與坡道之間挖一個砂泵池,池內(nèi)臥入鐵質(zhì)收集箱,由砂泵將鉆井液抽入循環(huán)導(dǎo)管進(jìn)入緩沖池,通過螺桿泵舉升到循環(huán)罐振動篩,即可實現(xiàn)鉆井液不落地循環(huán);如圖5所示,在振動篩、除砂器出口的下方安裝可拆卸移動的儲集池,用體積小、易于遷裝的可移動儲集泥漿池替代地面鉆井液池,由固控設(shè)備清除的廢棄物直接進(jìn)入可移動的泥漿池,與生產(chǎn)進(jìn)度同步收集,然后由車輛運(yùn)往集中儲存處理點。這樣既減小了對環(huán)境的污染,而且占地全部可以復(fù)原,最大程度減少了土地使用量、降低了鉆井總成本。

        圖5 不落地鉆井液廢棄物收集池

        在現(xiàn)場應(yīng)用過程中,通過去掉1#鉆井液罐中錐形罐和2#鉆井液罐隔艙的基礎(chǔ)上,采用在罐四周均勻布置高壓泥漿槍、加長立式泵探入深度、配備高效振動篩等技術(shù)措施,一方面解決了罐內(nèi)固相的沉積,減少了人工清罐的勞動量;另一方面固相得到有效控制,鉆井液中的無用固相及時清除,使鉆井液性能達(dá)標(biāo)。

        同時,臥式螺桿泵的使用,既解決了鉆井液從井內(nèi)返出后落地;也改善了鉆井液性能,鉆井液不經(jīng)過立式砂泵的抽吸而通過螺桿泵進(jìn)入罐內(nèi),極大的減小了鉆屑的進(jìn)一步分散,泥漿性能得到改善。如表1所示,新循環(huán)系統(tǒng)井X4-40-X610鉆井液性能,比使用傳統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)的X4-30-X611井的鉆井液性能更優(yōu)異,含砂量更少,鉆井液濾失量也更低。

        表1 2口井泥漿性能對比

        應(yīng)用新型循環(huán)系統(tǒng),在施工結(jié)束后循環(huán)罐內(nèi)的鉆井液用泵抽走,剩下20 cm高度,罐底沉砂很少,不用人工下罐掏砂,解決了沉砂清理問題和工人勞動強(qiáng)度的問題,不影響搬家和下口井使用。同時,由于去掉了錐形沉砂罐,一定程度降低了石粉沉淀造成的浪費(fèi)。如表2所示,使用新型循環(huán)系統(tǒng)的試驗井,平均每口井比使用傳統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)的井節(jié)約重晶石粉6.75 t,節(jié)約成本6萬余元。

        表2 石粉用量統(tǒng)計

        4 結(jié)論與建議

        1)新型循環(huán)系統(tǒng)的使用,解決了清理沉砂問題,降低了工人勞動強(qiáng)度,減少了土地的使用量,達(dá)到了環(huán)境保護(hù)的目的,同時,使鉆井液性能得以改善,并節(jié)約了石粉的用量,創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,具有廣闊的應(yīng)用前景。

        2)現(xiàn)場試驗也表明實施方案和設(shè)備還需進(jìn)一步調(diào)整和完善,首先需要完善性價比更高的舉升設(shè)備,同時鉆井液加藥和加重設(shè)備也需要進(jìn)行改進(jìn)與完善。

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