鉆井注氣設備自動排污系統研究及應用

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鉆井注氣設備自動排污系統研究及應用

鄂志偉（大慶鉆探工程公司鉆井三公司）

針對現有氣體鉆井注氣設備排污不環保、工人勞動強度大等問題，開展了氣體鉆井設備自動排污系統研究。通過管徑壓耗計算以及經濟性分析，確定了2〞鋼管為排污主管線，同時優化了排污工藝，把所有設備的排污管線連接在一根主排污管線上，利用設備排污壓力，通過主排污管線把污液排放到井隊廢物集中收集裝置統一處理。現場應用7口井，收集廢液700 m3，實現了環保、自動排污，減輕了操作人員工作量，減少了環境污染，對氣體鉆井安全環保施工具有借鑒作用。

氣體鉆井；注氣設備；自動排污系統；安全環保

深層提速氣體鉆井技術主要的注氣設備包括空壓機、膜制氮、增壓機、霧化泵，正常使用設備數量不少于8臺，每臺設備在運轉過程中排放高溫高壓油水廢液，原來的設備排污方式是每臺設備配有獨立的排污管線，統一排放到人工挖掘1個約為1.5 m3的排污坑內，每小時需要1～2名工作人員進行排污坑清理，排放出來的高溫高壓油污氣體對工作人員存在潛在的人身傷害風險，同時增加了勞動強度，污染了周圍環境，如排污不及時，有可能對設備造成傷害，不能滿足HSE要求［1-3］。對此，開展氣體鉆井注氣設備自動排污系統研究，提高了鉆井安全、環保鉆井能力。

1　自動排污系統方案設計

1.1整體設計

把設備排污管線集中至1條主管線上，主管線連接至井隊排污池，利用設備自身排污壓力帶動污水排放到排污池，排污池容量能夠滿足1口氣體鉆井排污要求，氣體鉆井結束后，污水統一凈化處理。考慮到設備區距離井隊排污坑至少50 m，管內存在壓力損失，優選管材成為自動排污的關鍵。管線選取需要克服整個排污系統壓力損失的影響，即整套排污管線系統的壓力損失要小于設備排污的額定壓力，這樣才能使污液被排放到泥漿坑。

1.2排污管線設計

排污管線壓力損失=設備區排污管線壓力損失+主排污管線壓力損失

1.2.1設備區排污管線壓力損失

設備區排污管線壓力損失=排污管線沿程壓力損失+排污管線局部壓力損失

1） 排污管線沿程壓力損失［4］：

式中：HL——排污管線沿程壓力損失，MPa；

u——圓管中平均流速，m/s；

l——圓管長度，m；

d——直徑，d=2r，mm；

Re——雷諾數；

Δ——管壁絕對粗糙度；

g——重力加速度，m/s2；——通常由實驗確定。

2）排污管線局部壓力損失：

該處的局部壓力損失為折角彎管局部壓力損失（圖1）。式中：HZ——排污管線局部壓力損失，MPa；

圖1　折角彎管分析圖

ξ——局部阻力系數；

α——折角彎管角度，°。

經計算設備區1''排污管線長度30 m總壓力損失為0.19 MPa。由于氣體鉆井設備的額定排污壓力一般為0.5 MPa，要求主排污管線壓力損失必須小于0.3 MPa才可滿足設備污液排放到泥漿坑的要求。

1.2.2主排污管線壓力損失

主排污管線除了有沿程壓力損失和折角彎管壓力損失外，還存在設備排污管線到主排污管線的變徑壓力損失：

式中：Hb——排污管線變徑壓力損失，MPa。

2　現場應用

原有設備排污方式是每臺設備配有獨立的排污管線，統一排放到人工挖掘一個容積約為1.5 m3的排污坑內，每小時需要1～2名工作人員進行排污坑清理，增加了勞動強度，同時容易污染了周圍環境。針對以上問題，現場通過7口井利用以上理論對1"、2"、3"三種不同規格的管線進行計算，計算結果見圖2。從圖2可以得出，1"管線43 m時所造成的壓力損失超過0.3 MPa，難以實現自動排污要求；2"、3"管線70 m以內壓力損失均小于0.3 MPa，能夠滿足主排污管線長度為50 m以上的現場需求。綜合考慮成本和經濟性分析，優選2"管線作為排污主管線，并結合氣體鉆井設備布置實際情況進行優化，形成了自動排污系統現場示意圖（圖3），把所有設備的排污管線連接在1根主排污管線上，利用設備排污壓力，把污液排放到井隊廢物集中收集裝置統一處理，每口井自動收集廢液100 m3，共收集廢液700 m3，成功率100%，實現了全過程環保、自動排污，減輕了操作人員工作強度，有效地提高了工作效率，有利于及時發現設備運轉異常，降低設備發生故障概率。

圖2　不同排污管線壓力損失

圖3　自動排污系統構造

3　認識與建議

1）現場7口井應用表明，自動排污系統可以有效解決設備排污不環保、工作人員勞動強度大等問題，對實現氣體鉆井安全、環保施工具有重要的意義。

2）開展氣體鉆井設備排污所帶出來的高壓氣體再利用技術研究，減輕設備壓力，進一步提高氣體鉆井效率。

3）若條件允許，對氣體鉆井設備進行油改電改造，杜絕環境污染，節省能源。

［1］馬曉偉，張顯軍，趙德云，等.空氣/氮氣鉆井技術在徐深28井的成功實踐［J］.石油鉆采工藝，2008，30（3）：19-23.

［2］李金和，徐忠祥，羅整，等.電驅動氣體鉆井設備設計方案［J］.鉆采工藝，2015，38（5）：19-21.

［3］田玉棟.氣體鉆井節能減排裝置的研制及應用［J］.石油石化節能，2016，6（2）：21-23.

［4］楊毅，齊彬，馬曉偉.氣體鉆井注氣模型優選及設備優化配置分析［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2011，38（7）：53-56.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.09.005

2016-03-24

（編輯杜麗華）

鄂志偉，工程師，2005年畢業于中國地質大學（武漢）（勘查技術與工程專業），從事鉆井井控技術管理工作，E-mail：ezhiwei2004@163.com，地址：大慶市紅崗區大慶鉆探工程公司鉆井三公司，163413。