泥漿系統在鉆井平臺中的應用

許勇生 金鋼杰

（上海外高橋造船有限公司，上海200137）

0 引言

本文針對“海洋石油981”和JU2000E自升式平臺等項目的泥漿系統，介紹泥漿系統功用，并簡要分析設備調試過程中所遇到的一些問題。

1 泥漿系統

1.1 低壓泥漿系統

低壓泥漿系統主要功能是進行泥漿的儲存輸送、混合攪拌、凈化處理、提鉆下鉆計量、向高壓泥漿泵輸送泥漿。泥漿輸送系統主要是通過泥漿混合輸送泵、泥漿剪切泵來滿足日常泥漿池和備用泥漿艙泥漿的駁運需求。

1.2 高壓泥漿系統

高壓泥漿系統主要由高壓泥漿泵、泥漿泵出口緩沖器、高壓立管管匯、壓井阻流管匯、鉆井液氣分離器以及壓井阻流控制面板控制的高壓閥組組成。高壓泥漿系統是泥漿系統的心臟，在鉆井作業中高壓泥漿泵最高工作壓力可達51.7MPa（517bar），高壓泥漿的作用是維持系統中高壓，保證泥漿在鉆井系統中正常流動。

1.3 壓井阻流管匯系統

壓井管匯是油氣井壓力控制設備中的一個組成部分，它的功能如下：當不能通過鉆柱進行正常循環時，可通過壓井管匯向井中泵入鉆井液，達到控制油氣井壓力的目的。壓井管匯的一端與防噴器組合側孔相連，一端和鉆井泥漿泵相連。與防噴器組合連接的部位必須在可能關閉的閘板防噴器以下。由鉆井泵或固井泵到井口鉆井四通相連接的高壓管線及閥閘組成的裝置，主要功能是通過管匯循環排出被污染的井內鉆井液，在井控作業期間通過壓井管匯向井內泵入壓井液和反循環壓井作業。

阻流管匯裝置是控制井涌的可靠而必要的設備。在油氣井鉆進中，井筒中的泥漿一旦被地層流體所污染，就會使泥漿靜液柱壓力和地層壓力之間的平衡關系遭到破壞，導致溢流或井涌。

2 配漿過程

選取一個清潔的泥漿池作為目標循環池，從鉆井水系統中向泥漿池加適量清潔淡水，然后用泥漿混合泵將淡水在泥漿池內循環約0.5h，從而達到清洗管路的目的。然后將淡水駁運到其他艙室以備清洗管路用。重新從鉆井水系統向泥漿池中加入預設量的鉆井水，打開泥漿混合系統循環管線上的所有閥門，啟動泥漿混合泵，建立目標泥漿池內鉆井水的循環。

然后通過藥劑混合罐向循環總管內添加燒堿，通過液體添加裝置添加液體化學藥劑，通過小袋切割機、螺旋輸送裝置、泥漿混合漏斗向混合總管添加純堿、PF－SMT、PAC－LV增粘劑等配漿材料。

通過散料系統分別從重晶石灰罐和斑土灰罐輸送重晶石和斑土到緩沖罐，由緩沖罐添料器加入到泥漿混合漏斗中，散料加灰除了手動模式，還可從操作站控制屏上選擇自動加灰、批量加灰、密度控制。

自動加灰：首先將吹灰空氣加壓閥手動打開，確認目標灰罐加壓到0.35MPa（3.5bar）以上，再確認目標罐和緩沖罐所添加材料名稱一致，若目標罐和緩沖罐材料名稱不一致，系統將不會激活自動加灰選項按鈕，因為為防止重晶石、斑土的添加出現混淆，系統設有自動保護。滿足以上條件并選取自動加料模式后，散料系統自動打開輸送系統的輸送管線和透氣管線閥門，開始從目標灰罐向緩沖罐輸送，輸送量達到緩沖罐設定上限值（3.6t）后自動停止輸送，當緩沖罐內散料加入漏斗后剩到緩沖罐設定下限值（0.5t）時，散料輸送系統自動向緩沖罐內繼續補料，如此循環直到灰罐壓力降低至0.35MPa（3.5bar）或灰罐內存量少于5t，因為罐內存量5t以下后灰罐內保壓能力下降，控制系統會反復開啟或關閉閥門而引發故障，同時也會造成吹灰管系內堵塞。

批量加灰：建立在自動加灰的基礎之上，在自動控制界面選擇batch模式，然后在彈出對話框內輸入設定的加灰量，完成設定量的輸送后，系統停止加灰。批量加灰與自動加灰的不同在于，批量加灰在完成設置量的加料后會自動停止，而自動加灰會一直循環加料，直到停止自動模式為止。

密度控制：建立在自動加灰和密度傳感器校驗完畢的基礎之上，在自動模式界面選擇density控制選項之后，設定好泥漿所需達到的密度值，散料系統自動輸送散料至緩沖罐，通過泥漿漏斗加入循環的泥漿中，直至達到設定的泥漿密度值后停止自動加料。

3 泥漿系統調試過程中遇到的問題

3.1 高壓泥漿泵出口安全閥起跳測試

在JU2000E項目中配有3臺高壓泥漿泵，均分布在中間甲板機艙中前部。在整個高壓泥漿泵調試過程中，高壓泥漿經過泥漿池—灌注泵—高壓泥漿泵—軟管—臨時CHOKE VALVE返流至泥漿池。高壓泥漿泵采用活塞往復增壓的原理，一般情況下在高壓泥漿泵沖程數既定后，操作人員只要通過緩慢調節臨時CHOKE VALVE的開度即可控制調節整個系統的壓力和流量，但在安全閥7 500psi起跳試驗過程中，需要看到一個較為準確的安全閥起跳值。此調節方法存在以下3個弊端：

（1）盡管臨時管系的安裝連接已經過再三確認，但在如此高壓的情況下人員操作CHOKE VALVE還是存在相當大風險。

（2）由于管系中壓力巨大，CHOKE VALVE在此工況下實際上一個人難以操作，并且壓力在泥漿泵高沖程的情況下即便緩慢調節CHOKE VALVE的開度，系統壓力波動也比較大，不易控制。

（3）由于泥漿泵在高沖程工況下，每次緩慢調節CHOKE VALVE一定開度后，需等壓力波動平穩后才可繼續下一次的調節，在整個過程中耗時較長。

高壓泥漿泵作為整個鉆井作業的根本，整個泥漿系統的心臟，在碼頭聯調24h里要模擬多種工況，為保障設備性能，操作人員經驗無疑備受考驗。經過多次研究與實踐，我們確定了高壓泥漿泵在50SPM的工況下，操作人員將CHOKE VALVE開度緩慢關小至3 500psi，撤離至安全區域，然后只需調節泥漿泵沖程，即可使泥漿泵沖程與壓力達到一個穩步上升的平衡，在模擬多種工況過程中順利實現了單泵啟停、多泵啟停，大大節約了建壓時間，也最大程度降低了調試人員操作中的風險。

3.2 小袋切割機問題

通過小袋切割機向泥漿混合漏斗添加純堿的過程中，需要確保系統建立起泥漿循環，首先必須通過漏斗下部噴射管裝置建立漏斗前后壓差。因為混合控制系統為避免散料堵塞泥漿漏斗設有保護，漏斗前后若沒有建立壓差，漏斗閥門無論從操作站還是從泥漿混合系統就地控制屏均無法遙控打開。然后從混合系統就地控制屏順序打開切割機風機、螺旋輸送器、泥漿混合漏斗閥門，此時便可從小袋切割機加入袋裝散料進行自動加料。

小袋切割機在海洋石油981項目加料過程中碰到以下問題：袋子可裝入切割腔內，電磁閥控制閥組卻不能順序自動開關，切割機就不能按照正常邏輯順序自動完成出矛、出刀、回刀、推袋、計數等動作。

處理措施：手動逐個測試電磁閥組，觀察各個部件是否均能夠完成其自身功能，從而判定小袋切割機的邏輯控制程序是否出現問題。若是機械部件不能完成其動作，則檢查零部件自身機械部件，確認窗簾反饋、割刀位置反饋與PLC軟件中高低電位值是否一致，更改軟件設定值使高低電平信號與現場實際信號反饋保持一致。

4 結語

深水鉆井平臺泥漿系統設備較多，管線工況復雜，系統協作聯系性較大，設備選型和設計過程，要結合建造平臺的實際作業狀況，充分考慮設備的現場實用性和易操作性，全面把握泥漿作業的各個工況，預先做好規劃統籌，而不能單純追求設備先進而忽略設備本身應用局限性，以免鉆井設備在最后的使用過程中出現無法實現其功能的問題。