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9000m鑽機固控係統研究
作者:admin 發布日期:2018-07-17
  9000m鑽機固控係統研究
1、隨著鑽機向著深井、超深井發展,與之配套的鑽井液固控係統對鑽井作業所起的積極作用越來越大。鑽井液的維護成本及整個鑽井成本可通過采用合理的固控技術大大降低。固控係統已成為直接影響安全、優質、快速鑽、保護油氣層和快速搬運的重要因素。現世界各國廣泛采用自 20 世紀 70 年代開始發展並逐步完善的振動篩+除砂器(或除砂清潔器)+除泥器(或除泥清潔器)+離心機這一鑽井液固相控製係統模式,近年來固控設備如振動篩、除砂器、除泥器、清潔器、離心機等設備快速更新發展;同時鑽井液罐也從泥漿地坑、鋼製方罐發展為更為合理的圓弧底的鑽井液罐等,固控係統的工藝流程也更加合理。而超深井及複雜井、大位移水平井、大斜度井等油氣勘探和開發對鑽機固控係統的配套和流程等也提出了更高的要求。根據國內外油田今後超深井及複雜井、大位移水平井、大斜度井等鑽井要求,根據出口印尼的 ZJ90DBS 鑽機的配套要求,設計研製開發了 9000 米超深井鑽機的固控係統。鑽機配置 4 台 35 MPa 高壓泥漿泵、3 台HFF1600 泥漿泵工作和 1 台 HFF1600 泥漿泵備用的要求,ZJ90DBS 鑽機固控係統由 8 個鑽井液罐組成,總有效容積為 611 m3。係統符合SY/T 6276﹑ISO/CD14690《石油天然氣工業健康﹑安全環保與環境管理體係》要求;工藝流程和設備符合 API 13C 及相關的標準和規範;係統耐高溫、防爆、防滲漏、防腐;該固控係統采用振動篩、真空除氣器、除砂器、除泥器、離心機五級淨化設備,能夠滿足鑽井液的循環、灌注、加重、藥品剪切及特殊情況下的事故處理等工藝要求。其布局示意圖如圖 1 所示。1 ZJ90DBS 鑽機固控係統的研製根據超深井工程設計要求,以及 ZJ90DBS。

補給罐 2.振動篩罐 3.吸入罐 4.泥漿實驗室 5.攪拌器6.三方藥品罐 7.混漿罐 8.鑽井液攪拌器 9.儲備罐 I 10.吊機11.儲備罐 II 12.儲備罐 III 13.儲備罐 IV 14.中速離心機15.中速雙變頻離心機 16.除氣器17.除砂除泥一體化清潔器 18.振動篩
  係統整體性能滿足深度不大於 9000 m 鑽井作業工藝技術要求。在鑽井作業中,起著儲存、調配鑽井液,控製鑽井液中的固相含量,保持、維護鑽井液優良性能,提高鑽井效率,保證井下安全ZJ90DBS 鑽機固控係統的設計符合鑽機平麵布置、總體設計要求和標準的鑽井液處理。工藝流程,能滿足國內、外市場投標的要求和滿足鑽井工藝的要求。ZJ90DBS 鑽機固控係統基本配置如表 1 所示。
表 1 ZJ90DBS 鑽機固控係統基本配置表
2 當前超深井鑽機固控係統的問題
針對近年來公司國內外 5000 m 和 7000 m 鑽機固控係統配套的情況和用戶反饋的信息;固控係統存在以下問題:①布局不合理,如 L 型布局,管匯內置,使泵的吸入管線太長,泵的上水效率低;②鑽井液罐泥漿槽設計不合理、坡度小,高密度鑽井液流動性差,易存在死角;③壓板式底部閥設計存在不足,管匯吸入口高,密封易失效,不易更換;④當使用高度鑽井液時常規的加重混合係統就無法滿足加重的需求。
3 ZJ90D 鑽機固控係統研製方案和措施
通過對公司近年來生產的 5000 m 鑽機和 7000 m 鑽機固控係統在國內外油田現場的應用分析,和國內 9000 m 鑽機固控係統的參觀考察,以及相關技術在油田現場的推廣和成功應用,並通過對用戶技術協議的充分研究分析,研究論證形成以下研製方案和措施,以滿足9000 m 超深井鑽井對固控係統的特殊要求。
(1)鑽井液罐的容積、布局及其它要求鑽井液罐的容量應足夠容納鑽井過程中鑽井液的最大循環量,並應有足夠的儲備能力。一般來說,6000~8000 m 深的井,鑽井液罐的容量不小於 270 m3,儲備罐的容量不小於160 m3。國外 9000 m 鑽機鑽井液罐的有效容積一般在 3000~3500bbl(489~570.5 m3)。通過研究、計算和與用戶的溝通, 9000 m鑽機鑽井液罐的有效容積確定為 611 m3,該鑽井液罐在保證常規循環係統配置情況下,有足夠的儲備能力,罐內鑽井液具備隨時參與循環的能力或壓井時的要求。該固控係統設計符合鑽機平麵布置、總體設計要求和標準的鑽井液處理工藝流程。同時采用泵吸入管線內置,利於搬遷,節約安裝時間。
(2)固控係統淨化工藝流程從井筒中返回的鑽井液經溢流管進入振動篩,篩除較大的固相顆粒。篩分後的鑽井液匯集於振動篩罐的錐形沉砂倉,依次流入除氣倉、除砂倉、除泥倉和離心機倉。在除氣倉,當鑽井液遭氣侵性能改變時,需啟動除氣器將除氣倉內的含氣鑽井液進行脫氣處理,處理後再排入除砂倉。若鑽井液性能良好,沒有氣侵,不必進行除氣處理,錐形倉的鑽井液直接流入除砂倉。在除砂倉,除砂器供液泵吸取鑽井液供給除砂器,經過除砂器將鑽井液中大於 44~74 μm 的固相顆粒清除,除砂後的鑽井液排入除泥倉。在除泥倉,除泥器供液泵吸取鑽井液供給除泥器,經過除泥器將鑽井液中大於 15~44 μm 的固相顆粒清除,除泥後的鑽井液排入離心機倉。在中速和高速離心機分離倉,兩台離心機供液泵分別依次吸取鑽井液供給離心機,經過離心機將鑽井液中大於 2~15 μm 的固相顆粒清除後排入吸入罐,這樣就完成了鑽井液五級淨化工藝。完成淨化的鑽井液流入吸入罐、混漿罐、儲備罐 I、儲備罐 II、儲備罐 III、儲備罐 IV。三台鑽井泵通過鑽井液吸入管匯可分別從吸入罐、混漿罐、儲備罐 I、儲備罐 II、儲備罐III、儲備罐 IV 中吸取鑽井液打入井筒。
(3)固控係統配料、加重和剪切工藝流程固控係統在混漿罐後端設計了配料混漿係統,砂泵和剪切泵的吸入管匯可以分別從吸入罐、混漿罐、儲備罐 I、儲備罐 II、儲備罐III、儲備罐 IV 中吸取泥漿,經過混合漏鬥可分別向吸入罐、混漿罐、儲備罐 I、儲備罐 II、儲備罐 III、儲備罐 IV 內配製泥漿。混漿係統在以上各鑽井液罐設計了各自獨立的吸入和排出管匯,兩台砂泵可以各自獨立配置性能不同的鑽井液,也可聯合使用配置性能相同的鑽井液。並在混漿罐後端設計了 2 t 吊機,方便起吊加重材料,提高加重效率,減輕工人的勞動強度。儲備罐 I 後端設計了單獨的剪切混合係統,用於配製難粘度較大或難以水解混合的高分子聚合物鑽井液,使其在鑽井液中充分溶解混合,有效提高鑽井液性能。剪切泵與混漿罐的砂泵吸入管連通,混合漏鬥的排出管匯通入儲備罐 I、儲備罐 II 的每一倉,經過混合漏鬥可分別向儲備罐 I、儲備罐 II 任意倉內配製鑽井液。
(4)泥漿槍工作流程固控係統設計了低壓旋轉泥漿槍。
 低壓旋轉泥漿槍主管線由振動篩罐、吸入罐、混漿罐、儲備罐 I、儲備罐 II、儲備罐 III、儲備罐 IV 頂架一側方管通過由壬連通組成。係統所有砂泵排出管都與該管線連通,作為低壓泥漿槍的液力源,所以隻要開啟任意一台砂泵都可以使泥漿槍工作。該管線罐間采用 3" 軟管和 3"FIG100 連接。
 低壓旋轉泥漿槍由蝶閥、旋轉體、和槍體等組成,由砂泵、剪切泵或補給泵供液,蝶閥控製泥漿槍工作狀態、通過旋轉體的操作手柄控製泥漿槍噴嘴噴射鑽井液的方向。泥漿槍噴嘴噴射鑽井液,衝刺攪拌沉積在罐底的鑽井液固相顆粒。
(5)增加高壓剪切管匯,進行高密度鑽井液加重高壓剪切管匯通過鑽井泵和高壓剪切裝置進行高密度鑽井液高壓剪切。使用高密度鑽井液,在使用常規加重混合裝置效果不明顯時,係統可通過高壓剪切管匯高壓剪切,通過鑽井泵高壓管匯上三通分支管線和高壓剪切管匯之間的 2"高壓管線對各罐的各隔倉中高密度鑽井液進行剪切,高壓管線上設壓力表和安全閥。工作壓力可達 21~35 MPa。
(6)係統供水流程
 係統提供兩條供水管線,即淡水管線和鹽水管線,用戶根據現場水源情況使用一或兩條。
 係統配置泥漿的淡水管線由振動篩罐、吸入罐、混漿罐、儲備罐 I、儲備罐 II、儲備罐III、儲備罐 IV 頂架另一側方管,通過 3"軟管
 和 FIG100 由壬連通組成,每一罐倉都設計了2"的進水口。混漿罐中部設計了清水管線進水接口,水源來自鑽機供水係統,通過軟管與水罐連接。
 係統設計了單獨的鹽水管線,通過 3"軟管和FIG100 由壬連通組成,每一罐倉都設計了2"的進水口。混漿罐中部設計了鹽水管線進水接口,水源來自鑽機供水係統,通過軟管與水罐連接。
 (7)鑽井液罐的結構
 采用目前公司已普遍使用最優的圓弧底鑽井液罐方案,這種罐罐底不利於沉砂,使攪拌器攪拌更加充分,減少了罐的死角,便於清砂;同時提高了鑽井液罐的有效容積,還有利於外置管線的布置和拖運。
 底座采用的 H 型鋼作主梁,製成統一尺寸的油田礦區自背車拖裝底撬。側板為瓦棱形鋼板,圓弧底結構。頂架用方管作邊框,且分別為鑽井液管線和係統水管線。
 鑽井液循環槽分布於罐的一側或端部,並有 2%以上的坡度。泥漿渡槽設計和走向滿足高密度鑽井液的流動性,鑽井液通過循環槽可到達任一隔倉。
 目前公司固控係統普遍使用壓板式底部閥,但這種底部閥設計存在缺陷,密封易失效,密封膠皮容易被吸入管線,管線的吸入高度太高,現場不實用,密封膠皮損壞後不好更換。這種方案已不適應油田鑽井現場需要。針對這一問題,參照國外底部閥產品(如 NABOR 底部閥)采用不鏽鋼錐體式底部閥,具體方案為:在需加底部閥位置的管線底部和上部均開一個口,下開口焊接帶有錐型喇叭口的錐型閥座,錐型口內有錐型凡爾體(帶密封圈),通過罐麵的手輪絲杆提升凡爾體控製底部閥的開啟。泥漿管線的上開口焊接可供提升絲杆通過的鋼管,鋼管延伸至罐麵。這種錐體式底部閥由於設計合理、更換方便、壽命長,更換密封圈容易,在國外得到廣泛應用。
 4 超深井鑽機固控係統研製拓展
 (1)增加固控係統的保溫棚,以便固控係統在低溫環境工作。
 由於超深井、大斜度、大位移水平井的鑽井周期長,鑽機在環境溫度-35~+50℃應正常工作,因此鑽機固控係統可按用戶要求,參照極地鑽機保溫要求做整體保溫。固控係統的保溫對正常的鑽井生產極為重要。
 固控係統鑽井液罐內應設保溫管線。每個罐內側沿罐體長度方向下部各安裝2 條3″保溫管路(采用厚壁油管),管線表麵采用防腐塗層,壓力級別符合相關安全標準要求。保溫管路應避開清砂門和其他管線。保溫棚采用快裝快卸結構,統一尺寸標準,保證任意兩塊互換使用。保溫棚設計符合相關安全標準。
 (2)從式井鑽井需求,增加緩衝罐、轉漿泵和管匯組,將固控係統淨化係統部分隨鑽機底座在井場內平移,可平移 0~50 m,滿足不移動大部分設備鑽多口井的需求。
 5 結論
 ZJ90DBS 鑽機的固控係統具有合理的工藝流程,具有比較大的鑽井液固控容量和處理能力,能滿足超深井及複雜井、大位移水平井、大斜度井及其它地區高壓氣井對固控係統的要求。公司 ZJ90DB 鑽機的固控係統的順利研製成功,對研製 12000 m 和 15000 m 超深井鑽機固控係統的設計和配套有一定的借鑒意義。


參考文獻:
 
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[4]SY/T 6159-1995.鑽井液攪拌器[S].



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