石 健，李文艷，宋慶義

（渤海卡麥龍流體控制設備（天津）有限公司，天津 300450）

0 引言

灘海區(qū)域石油儲量高，人工井場面積小多為叢式井作業(yè)，近年來隨著科技發(fā)展與應用，勘探領域的飛速拓展，灘海人工井場技術發(fā)展迅速。叢式井作業(yè)時巖屑處理系統(tǒng)與傳統(tǒng)裝置相比有較大的區(qū)別，該項目適合灘海人工井場鉆井使用，市場應用前景廣闊，效益突出。

下面將對現(xiàn)有技術和現(xiàn)場實際應用進行對比、分析，尋找技術漏洞和設計缺陷，并分析產(chǎn)生原因、制定相應的整改措施，使巖屑集收技術逐步系統(tǒng)、完善。

1 人工井場巖屑集收系統(tǒng)

人工井場鉆井作業(yè)一般為叢式井作業(yè)，需要對巖屑等廢棄物進行處理，以免造成對周邊區(qū)域環(huán)境的污染，所以就需要設計合理、使用方便、清污快捷的巖屑集收系統(tǒng)。

巖屑集收系統(tǒng)一般分為三部分：一是巖屑的收集部分，即從產(chǎn)生巖屑的各個環(huán)節(jié)收集并輸送到處理部分；二是巖屑的處理部分，即將收集來的巖屑進行篩分、回收和脫干等作業(yè)，以達到排放和運輸?shù)臉藴剩蝗菐r屑的運輸部分，即用密封良好的機動車將巖屑運輸?shù)街付ǖ攸c進行掩埋或進行下一步處理。

2 巖屑的收集

巖屑的收集主要是通過各種方法將從泥漿中排出的巖屑統(tǒng)一收集起來，并匯集到相應的地方，方便下一步的處理。例如，從井口排出的泥漿通過泥漿渡槽排放到泥漿分配器中，再通過泥漿分配器將泥漿分配給每臺振動篩，振動篩處理后排出的巖屑通過擋砂槽和排砂槽匯集到排砂池中或匯集到螺旋推進器中，輸送到指定地點并進行下一步處理?，F(xiàn)在主要推薦使用螺旋推進器或皮帶機將巖屑輸送到指定地點，這樣可以減少對環(huán)境的污染。另外，也可以將除砂器、除泥器、離心機排出的巖屑輸送到螺旋推進器中，在各個倉的清砂門處也安裝螺旋推進器或皮帶機，可以將清罐時廢棄泥漿和沉積物從罐與罐中間輸送出來，減少了人工清砂的不便，而且清砂迅速快捷，為井隊清罐、搬家等節(jié)省了大量的人力和時間。

但是這樣還不能將巖屑完全處理干凈，往往會從各個連接處或螺旋推進器連接處漏出巖屑，為保障巖屑的完全運輸，可以將巖屑的收集設置成完全封閉式結構，將擋砂板、排砂槽設置成封閉式結構。例如，可以做成漏斗式排砂槽，直接接到螺旋推進器中，也可以在漏斗中接根水管線并設有噴頭，這樣不僅可以保證巖屑的順利排出、不會造成巖屑堵塞，還可以避免清污這道程序，迅速地將巖屑匯集到指定地點。

現(xiàn)在叢式井作業(yè)非常普遍，當鉆井移動時為了避免固控系統(tǒng)等輔助設施不動的情況下，井場會使用高架導流槽，將井口中出來的泥漿通過高架導流槽將泥漿輸送到振動篩中，在導流槽中由于泥漿含巖屑比較多，井場會使用皮帶機來輔助泥漿的流動，使泥漿不會堆積在導流槽中。

3 巖屑的處理

巖屑的處理主要是指將收集來的巖屑進行篩分、回收和脫干等作業(yè)，以達到排放和運輸?shù)臉藴省?/p>

下面就現(xiàn)場的實際應用做簡單介紹?，F(xiàn)場實際上是將收集來的巖屑通過螺旋推進器將巖屑輸送到振動篩（干式振動篩）中進行二次處理，因為巖屑中還含有部分泥漿，如果直接排放會相應地造成部分泥漿的損失，因此將巖屑進行二次處理是非常必要的，可以減少泥漿的浪費。經(jīng)過干式振動篩處理后排出的泥漿可以通過螺旋推進器或砂泵等裝置重新注入到泥漿循環(huán)系統(tǒng)，排出的巖屑就是比較純的巖屑，但是還會含有部分水分，給運輸或者排放造成不便，因此這部分巖屑還需經(jīng)過垂直離心機進行一次脫干處理。處理后的巖屑就可以用巖屑車運輸或直接掩埋，不會污染環(huán)境。另外，還可以在垂直離心機前再增加一臺高速離心機，再次從巖屑中分離出一部分有效的泥漿，這樣就大大減少了泥漿的浪費，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

巖屑的處理方式有很多種，下面以遼河70D 的高架巖屑罐為例，介紹一種高架巖屑罐的處理方法。

3.1 設計方案

（1）振動篩、除砂器、除泥器、離心機分別高位安裝無軸螺旋推進器，地面安裝清罐用螺旋推進器。

（2）干式振動篩、垂直離心機（甩干機）等二次處理設備直接安裝在巖屑收集罐上。

（3）巖屑收集罐為方形罐，容積約16.5 m3，底部安裝清砂門。

3.2 設計計算

（1）巖屑最大日產(chǎn)量。以12.1"（307.34 mm）鉆頭，日進尺1000 m 計算，井眼體積為86 m3，產(chǎn)生巖屑體積按1.5 倍計算，巖屑量為129 m3/t，平均5.375 129 m3/h。

（2）設備輸送能力（表1）。

表1 設備輸送能力

（3）巖屑儲存能力。巖屑收集罐最大容積16.5 m3，混凝土輸送泵料斗容積0.5 m3，巖屑系統(tǒng)總?cè)莘e17 m3，有效容積按0.8計算為13.6 m3。

3.3 流程說明

（1）處理后的巖屑分別落入螺旋輸送機中，由螺旋輸送機輸送到混凝土泵，再由混凝土泵將巖屑輸送到干式振動篩或垂直離心機中。

（2）除砂器、除泥器、離心機產(chǎn)生的巖屑原則上不稀釋，若需稀釋則要采用泥漿稀釋，避免泥漿污染。

（3）經(jīng)二次處理后，巖屑直接落入巖屑收集罐等待外運。

（4）二次處理產(chǎn)生的泥漿落入泥漿收集罐，經(jīng)脫干離心機處理后可由泥漿導管輸送至主振動篩參加泥漿循環(huán)或排入污水罐。

（5）巖屑收集罐為錐形罐，底部安裝閘板閥（可用電動），用于控制排污口等待巖屑裝車。

（6）混凝土泵共兩臺，其中一臺備用。

（7）振動篩、除砂器、除泥器、離心機巖屑輸送器為無軸螺旋推進器，清罐螺旋推進器為普通螺旋推進器。

3.4 巖屑罐強度計算

3.4.1 組成

巖屑罐總共由四部分組成，分別為巖屑罐底架、巖屑罐、罐上設備及遮陽棚。

巖屑罐底架由160 mm×160 mm×8 mm 的無縫方管組焊而成，巖屑罐由δ6 mm 鋼板組焊而成，外層為160 mm×160 mm×8 mm 的無縫方管組焊的框架。巖屑罐底架與巖屑罐之間采用定位銷和螺栓的固定方式。罐面上布有兩臺干式振動篩、一臺垂直離心機和一臺高速離心機。罐面上方還布有遮陽棚，遮陽棚的支撐固定在罐面周圍的走道上。

巖屑罐總體與地面連接采用的是與預埋件連接，可以是螺栓連接，也可以是與預埋件直接焊接，為了增強其穩(wěn)定性，在巖屑罐底架四周加上地面斜支撐（現(xiàn)場加）。

3.4.2 抗壓強度計算

巖屑罐所選用的材料均為Q235 鋼材，其抗壓強度σb為235 MPa。

以連接處最小截面積為計算點，則160 mm×160 mm×8 mm 的無縫方管的垂直截面積ΔS=S1-S2=0.16×0.16-0.1522=0.002 496 m2，屈服壓力Fb=σb×ΔS=235×106×0.002 496 m2=586 560 N。

空罐時，巖屑系統(tǒng)的總重為18.6×103kg，巖屑罐內(nèi)最多裝16.5 m3的巖屑，巖屑的比重約等于砂石的比重，取值為3，則巖屑的重量G巖屑=av=3×16.5=49 500 kg。

當滿載時，巖屑罐的重量為18 600+49 500=68 100 kg，G=mg=68 100×10=681 000 N。

巖屑罐有4 個支撐，每個支撐受的力為F=G/4=170 250 N<586 560 N（屈服強度），安全系數(shù)A=Fb/F=586 560/170 250≈3.45。

所以，巖屑罐在滿載巖屑時可以滿足屈服強度。

3.4.3 抗風強度計算

巖屑罐所選用的材料均為Q235 鋼材，其抗彎強度σa為215 MPa。以巖屑罐側(cè)面最大截面積為計算點，系統(tǒng)總高9.8 m，最寬處為5.2 m，則S=1/3×9.8×5.2=17 m2。

設當風速為51 m/s（16 級風）時，所受的壓強P=0.062 5×v2=0.062 5×512=163 Pa，壓力F=PS=163×17=2771 N。

當風吹最大截面時，其側(cè)面構成一個四邊形，四邊形下邊兩點為固定點、上邊為活動點，上方的方管只承受抗壓強度，其抗壓力為586 560 N，遠遠大于2771 N。所以只需考慮方管之間的焊接強度，均為角焊縫且焊縫大于7 mm，符合其強度要求。

在巖屑罐支撐之間均焊有斜支撐，增強了起其整體強度。另外在地面增加斜支撐，焊接在巖屑罐底架上，可以提高巖屑罐的穩(wěn)定性。所以，巖屑罐設計完全可以承受16 級風。

因此，這種高架巖屑罐的設計是合理的，可以滿足巖屑回收處理的需求。

4 巖屑的運輸

巖屑的運輸是指用密封良好的機動車將巖屑運輸?shù)街付ǖ攸c進行掩埋或進行下一步處理。經(jīng)過處理的巖屑，在檢測達到排放標準后方可通過巖屑車將被運輸?shù)街付ǖ攸c進行掩埋，或者進行下一步處理、改作他用。

5 結論

現(xiàn)在石油勘探行業(yè)已經(jīng)到達了一個轉(zhuǎn)折期，面臨從粗放型向精耕細作型轉(zhuǎn)變，在交通狀況良好的地方發(fā)現(xiàn)大型的陸上油氣田已經(jīng)越來越困難，所以，從陸地到海上、從平地到山區(qū)、從平原到叢林再到戈壁沙漠，成了勘探行業(yè)的主要發(fā)展方向，叢式井作業(yè)將得到廣泛應用。

人工井場巖屑集收系統(tǒng)在叢式井作業(yè)中發(fā)揮著重要作用，隨著灘海油田區(qū)塊的發(fā)展，它將得到了更為廣泛的普及。隨著鉆井技術的發(fā)展，人工井場巖屑集收系統(tǒng)也會推動鉆井系統(tǒng)新的一次革命，成為鉆機叢式井作業(yè)重要的保障。