加重钻井液快速混配设备的研制

石油机械CHINAPETROLEUMMACHINERY2013年第41卷第1期钻井技术与装备加重钻井液快速混配设备的研制刘燕余旭阳秦赘黄宇飞黄军普江汉石油管理局第四机械厂摘要气井在钻开储层时，极易发生井喷事故，采用传统的加重钻井液混配方式，作业效率满足不了现场使用要求，采用大量储备加重钻井液方式，又可能造成巨大的浪费。为此，开展了加重钻井液混配设备的技术研究。混配设备主要由橇架、拖拉多混合器、上灰装置、混合罐、二次循环及密度检测装置等组成。现场试验及应用中，该设备工作性能稳定，运转良好；能快速调节钻井液密度，混浆均匀，作业质量好，作业效率高，能够满足各种不同作业工况的要求，较之其他加重设备具有明显的性能优势。关键词压井；加重钻井液；快速混配；橇装；在线检测中图分类号TE926文献标识码ADOI103969JISSN10014578201301007DEVELOPMENTOFTHEBLENDINGEQUIPMENTFORWEIGHTEDDRILLINGFLUIDLIUYANYUXUYANGQINYUNHUANGYUFEIHUANGJUNPUSJPETROLEUMMACHINERYCO，JIANGHANPETROLEUMADMINISTRATIONABSTRACTWHENTHERESERVOIRISDRILLEDOPENINGASWELLS，ITISVERYLIKELYFORBLOWOUTACCIDENTSTOTAKEPLACEADOPTIONOFTHETRADITIONALBLENDINGMETHODOFWEIGHTEDDRILLINGFLUIDCANNOTSATISFYTHEFIELDAPPLICATIONREQUIREMENTINTERMSOFOPERATINGEFFICIENCYIFAVASTBULKOFWEIGHTEDDRILLINGFLUIDISSTOREDFORUSE，TOOMUCHWASTEWILLBECAUSEDTOSOLVETHEPROBLEMTHETECHNOLOGICALSTUDYOFTHEBLENDINGEQUIPMENTFORWEIGHTEDDRILLINGFLUIDWASCONDUCTEDTHEEQUIPMENTMAINLYCONSISTSOFSKIDRACK，DRAGGINGMIXER，SLURRYFEEDINGDEVICE，MIXINGDRUM，SECONDARYCIRCULATIONANDDENSITYCHECKINGDEVICESINTHEFIELDTESTANDAPPLICATIONTHEEQUIPMENTISSTABLEINPERFORMANCEANDDESIRABLEINOPERATIONITCANACHIEVEAFASTREGULATIONOFFLUIDDENSITY，EVENMIXING，GOODOPERATINGQUALITYANDHIGHOPERATINGEFFICIENCYITCANSATISFYTHEREQUIREMENTOFDIFFERENTOPERATINGCONDITIONSKEYWORDSWELLKILLING；WEIGHTEDDRILLINGFLUID；FASTBLENDING；SKIDMOUNTED；ONLINEDETECTION0引言在气井钻开储层时，极易发生井喷事故，采用加重钻井液快速压井是确保钻井作业安全的必备手段。由于应急钻井液需求量大，国内目前还没有成熟的设备能够满足现场快速混配的需求，为了确保作业安全，大批量加重钻井液提前储备成为必备手段。元坝地区是中石化川I东北天然气资源继普光气田开发后又一重要勘探区域，该区域地质情况复杂，平均井深691420M，钻井施工面临的难题众多，喷漏同存就是其中之一。因此，按中石化川东北作业要求，每口井均要储备1000M左右的加重钻井液。储备钻井液的配制均采用钻机固控系统钻井液配液装置进行混配，效率低，劳动强度大J。如果储备的钻井液在钻井过程中没有使用，完钻后钻井液的弃用处理既造成巨大浪费，也带来一定的污染问题。因此，急需研制一种可靠性高、混配速度快、混合均匀、密度可控的加重钻井液连续快速混配设备。江汉石油管理局第四机械厂于2011年成功研制出加重钻井液快速混配设备，并进行了现场试验与应用。基金项目中国石油化工集团公司石油工程技术先导试验项目“加重泥浆快速混配设备研制”SGO050。2013年第41卷第1期刘燕等加重钻井液快速混配设备的研制1技术分析11总体结构研制的快速加重钻井液混配设备为橇装结构，所有设备均安装在石油橇上见图1，包括橇架、混合罐、搅拌器、拖拉多混合器、上灰连接装置、钻井液二次循环及密度检测装置、排出系统和电控系统等。该设备具有下灰能力大、加重速度快和混浆效果好等特点。图1加重混配橇结构示意图FIG1STRUCTURALDIAGRAMOFWEIGHTEDMUDBLENDINGSKID1一橇架；2混合罐；3搅拌器；4一拖拉多混合器；5上灰连接装置；6一喷射系统；7一二次循环及密度检测装置；8一排出系统。12工作原理储存在灰罐里的粉状加重剂通过压缩空气沿管线输送到拖拉多混合器，基础钻井液或水在喷射泵加压后形成高速流体进入拖拉多混合器，高速流体在拖拉多混合器内产生涡流形成真空，吸人粉状加重剂与高速流体进行混合。基浆或水的大小通过砂泵排出口的蝶阀控制，加重剂添加的速度通过拖拉多混合器上端的灰口蝶阀来控制。混合后的钻井液在钻井液槽中经搅拌器叶片进一步搅拌混合，二次循环砂泵实现钻井液的二次混合甚至多次混合。钻井液密度计安装在循环管路上，能实时显示混配中的钻井液密度。作业时根据密度计显示的钻井液密度调整进液或供灰量的大小，以达到混配密度符合要求的加重钻井液。排出系统主要将混配好的钻井液排出至罐或钻井泵的吸人口，以使混配好的钻井液能通过钻井泵泵入井内。13主要技术参数处理量240INH；工作压力025040MPA；配料速度5001500KGJMIN；配液密度28GCM。2关键设备及功能21橇架橇架为整套设备提供安装基础，采用矩形框架结构，满足整套设备的吊装要求。22混浆罐混浆罐采用带有双搅拌器的锥形弧底结构的混合罐，容积大达到6IN，使密度。贝4量更及时、准确，钻井液更加均匀、密度更稳定；罐体设有钻井液排污管汇，作业完成后清理方便；钻井液管汇采用并联离心泵设计，排出泵和循环泵可互为备用，提高了整机的可靠性。23拖拉多混合器拖拉多混合器见图2主要是采用旋流泵和射流泵原理，将2种泵结合在一起，能有效增加接触面积，混浆稳定均匀，同时将排出口设计为立式，并增加漩流式结构，使其排出性能大大加强。其主要由加重料输送接口、涡轮旋流式基浆喷射器、快换式接头及内旋式排出管组成。加重料入口基浆入口固液螺旋混合管道图2拖拉多混合器结构示意图FIG2STRUCTURDIAGRAMOFDRAGGINGMIXER拖拉多混合器较传统通过射流漏斗混合的效率高了许多。为了延长基浆与重晶石粉的接触混合时间，增强混合效果，在混合器内部能够快速完成加重剂与基浆的混合，在固液混合的直管内壁设计了螺旋槽，混合器内腔采用三通道的同时通过喷射的方式使加重剂和基浆混合，大大提高混浆效率。24上灰装置上灰装置由三叉管、控灰蝶阀及连接管线组成。连接口设计为快速安装的由壬式；在上灰装置中配置有控灰蝶阀，通过调节该蝶阀的开度，以控制进入拖拉多混合器内加重剂的流量，从而调整混一26一石油机械2013年第41卷第1期配的加重钻井液密度。为了确保加重剂流动稳定及均匀，连接管线采用大半径弯头连接。25喷射装置喷射装置用于吸入基浆，使基浆具有一定的流速进入拖拉多混合器，形成旋流，使基浆和加重剂能较好的混合。该装置主要由电机、砂泵、流量控制阀及连接管线组成。砂泵从钻井液罐内吸人基浆，加压后从砂泵排出口排出至连接管线内，在管线上安装有流量控制阀，通过流量控制阀，可调节进入拖拉多混合器基浆的流量和压力，从而可以调节混浆的密度及混浆的能力。26二次循环及密度检测装置二次循环及密度检测装置用于将混合罐内混好的加重浆再次加压至拖拉多混合器进行再次混合，能在线检测密度。该装置主要由循环泵、蝶阀、密度计及连接管线组成。循环泵自混合罐内吸入初混的加重浆，加压后排出，排出分为2路，一路进入拖拉多混合器进行再次混合，以使加重浆混合更加均匀；一路通过密度计进行在线密度检测后返回至混合罐内。该系统中的砂泵还可以和排出泵互为备用。密度计为非放射源密度计，由密度传感器和密度变送器组成。密度传感器安装在混浆二次循环管线上，它将实时检测到的密度信号传送给密度变送器，密度变送器可实时显示当前密度值。密度计具有连续测量密度、粘度以及自我诊断等功能。仪表及附件的精度不受环境和安装位置的影响，生产过程中的正常振动不会影响测量精度。27排出装置排出装置用于将混合罐内混好的加重浆排出至钻井液罐或钻井泵的吸入口，既可以起到排出作用，还可以作为钻井泵的灌注泵使用。主要由砂泵、蝶阀和连接管线组成。该装置的砂泵和二次循环及密度检测装置的砂泵互为备用，在对加重钻井液的均匀度要求不高的情况下，可以不使用二次循环泵，将排出的加重浆中的一部分分流至密度检测，不再进入拖拉多混合器进行二次混合。这样既增加了系统的稳定性，还可以减少电能的消耗。3现场试验及应用情况2011年12月，加重钻井液快速混配设备在江汉油田进行了T业性试验，试验设计混配加重钻井液60M，基浆密度110GCM，加重后钻井液密度要求190GCM，加入重晶石粉48T，设备连续工作时间15RAIN。完成加重钻井液的混配工作后，密度计显示189191GCM，从作业数据及情况来看，作业效果比较理想，混浆质量和效率较之普通同控设备大为提高，混浆均匀，钻井液密度误差仅为0024GCM。2012年2月，该设备在江汉油田建南区块进行了现场应用，此次应用为调配基浆，混配量320M，基浆密度110GORE，调配好的密度要求为125GERA，加入调配剂48T，经过15H的连续工作，完成了该次调配钻井液的工作，作业过程中，密度计显示为124126GCM，显示值与密度秤测量结果有003GCM的误差，但差值很稳定。现场试验及应用中，该设备工作性能稳定，运转良好；能快速调节钻井液密度，混浆均匀，作业质量好，作业效率高，能够满足各种不同作业工况的要求，较之其他加重设备具有明显的性能优势。4结束语现场试验和应用结果表明，加重钻井液快速混配设备布局合理，操作方便，作业压力高，排量大，混浆能力强，混合密度均匀，极大地提高了钻井液加重的速度，整机性能先进，工作可靠；配套的密度在线检测替代以往的人工计量，不但减轻劳动强度，准确度也得到提高，使得现场反馈时间大幅度缩短；既减少了钻井现场加重钻井液的储存量，也减轻了配置钻井液的劳动强度和环境污染，具有明显的经济效益和社会效益。参考文献1柴占文，牟长清，侯召坡，等4000M低温车载