ZJ30固控循環系統的研制與應用

鮑建軍，張鵬

（大慶石油管理局有限公司松原裝備制造分公司，吉林 松原 138000）

ZJ30鉆機固控系統是大慶石油管理局有限公司松原裝備制造分公司為大慶鉆探工程公司鉆井四公司設計、制造的泥漿配置、凈化、供給循環系統。ZJ30鉆機固控循環系統可以滿足鉆3000m左右深井時用來貯存、配置、循環和凈化鉆井液及特殊情況下的事故處理等工藝要求。它可以有效地除去鉆井液中大于5～10μm的有害固相，保留有用固相，為鉆井作業提供優質鉆井液。該系統配備有振動篩、真空除氣器、除砂器、除泥器、高速離心機等五級凈化設備，配備有泥漿攪拌器、剪切泵、混漿泵等泥漿配漿設備，能夠滿足鉆井液循環、加重、加藥、補給及特殊情況下的事故處理多種工藝要求。

1 泥漿罐罐體設計

整套系統由3個泥漿罐組成。每個泥漿罐的罐體尺寸都一樣。罐體有效容積為120m3，罐體外形尺寸為長×寬×高=12m×3m×2.07m。罐體由底船、罐體、罐底板、泥漿渡槽、隔板和清砂門等部件組成。罐體的墻板由6mm的瓦楞板組成，加大了罐體的強度。罐底板與底座上平面呈1.92°，以便清理泥漿時，泥漿流向清砂門；罐體分成多個倉，倉和倉之間由隔板分開。罐面為5mm厚花紋板全封閉結構，與所有支撐梁滿焊焊接，安裝攪拌器一排采用鋼格板。每個倉留有鋼格板制作的人孔，罐體如圖1所示。

底船主梁大多采用工字鋼，邊梁采用角鋼的設計，這種底船在制造過程中費力費時，而且在運輸和吊裝過程中，底船邊梁極易變形。底船主梁和邊梁都采用32a工字鋼，分別用槽鋼10將3個工字鋼連接在一起。底船端部用100×10的角鋼將3個工字鋼聯結在一起。相比以往底船設計，結構更加結實。底船結構如圖2。

圖1 罐體結構

圖2 底船結構

2 系統結構設計

2．1 整體結構

系統整體布局如圖3所示。從井口返回的鉆井液進入井口接管和泥漿分配器進入1#罐的振動篩，經過1#罐的除氣器，泥漿經過1#罐的振動篩和除氣器的凈化后，進入2#罐，2#罐除砂器、除泥器，離心機對泥漿凈化后，進入3#罐，3#罐對泥漿進行加重、剪切以及攪拌的合理配置后，達到鉆井所要求的泥漿參數，最后配置好的泥漿排入到泥漿泵的吸入倉。

圖3 系統整體布局

2．2 泥漿分配器結構

從井底返回的泥漿經井口接管進入泥漿分配器，泥漿進入振動篩。泥漿分配器主要是由6mm鋼板焊接而成的1個上面開口的鐵箱，它通過底座將鐵箱支起和振動篩收集槽一樣的高度，以便分配器中的泥漿能流入到振動篩中。泥漿分布器上的鐵箱開2個口，這個口通過12寸法蘭與振動篩聯結。如圖4所示。

2．3 1#罐的結構及主要作用

圖4 泥漿分布器

1#罐由4個倉組成，分別為補給倉（7m3）、沉砂倉（18.5m3）、1#除氣倉（8.5m3）和2#除氣倉（8m3）。每個倉由隔板分開，防止每個倉的泥漿相互流入。

打開泥漿方管蝶閥將泥漿放入補給倉，補給泵將補給倉中的泥漿，送入井口，為起下鉆用，補給倉安裝有攪拌器（15kW）1臺，旋轉泥漿槍1套。

沉砂倉上面裝有1臺雙聯振動篩。振動篩是鉆井液處理的第一級固控設備，作用是清除鉆井液中的巖屑等其他有害固相顆粒，主要是大于74um的固相顆粒。

1#除氣倉和2#除氣倉上面安裝ZLSQ240型真空除氣器1臺，它們各安裝攪拌器(15kW)1臺和旋轉泥漿槍1套。真空除氣器使用原因，在鉆井過程中，鉆井液被天然氣或空氣侵入后，密度降低，粘度升高，環空鉆井液密度降低，導致靜液柱壓力減小，有可能引起井噴等惡性事故。使用于固控系統的砂泵、灌注泵、鉆井泵的吸入不良，甚至不能工作，引起設備的振動。部分有毒氣體逸出鉆井液，可能引起現場操作人員中毒及引起火災。氣侵后，鉆井液粘度增大，使機械鉆速降低。

2．4 2#罐的結構及主要作用

2#罐由泵倉、除砂倉（13.5m3）、除泥倉（13.5m3）和離心機倉（13m3）組成。每個倉也是由隔板分開，防止每個倉的泥漿相互流入。

罐面上安裝除砂清潔器、除泥清潔器和高速離心機、高速離心機供液泵各1臺，藥品罐1套；每個倉各安裝15kW攪拌器1臺和旋轉式泥漿槍1套，罐右端（從井口方向看）底座上安裝55kW除砂泵和55kW除泥泵各1臺（底座下部排砂門側留排液口）。2臺砂泵并聯，可以互為備用。泵倉封閉，側面留門，門上安裝插栓可掛鎖，泵倉上留吊裝臥式砂泵開門。

根據水力旋流器的公稱直徑分為除砂器、除泥器。旋流器直徑大于或等于150mm的旋流器為除砂器，小于的為除泥器。除砂器清除固相顆粒直徑范圍為44～74μm，除泥器為15～ 44μm。

離心機是固控設備中固液分離的重要裝置之一，一般情況下安裝在固控凈化系統的最后一級，用來處理非加重鉆井液，可以除去2μm以上的有害固相；處理加重鉆井液可除去鉆井液中多余的膠體，控制鉆井液粘度，回收重晶石；減少浪費。此外離心機也是處理廢棄鉆井液，防止污染環境的一種理想設備。

2．5 3#罐的結構及主要作用

3#罐由泥漿泵吸入倉（21m3）、加重倉（11.5m3）和剪切倉（6m3）組成。每個倉也是由隔板分開，防止每個倉的泥漿相互流入。

罐面安裝15kW攪拌器3臺、旋轉式泥漿槍3套、安全閥1個、泥漿測試房1個、直噴漏斗3臺、聲光液位報警器1套；罐左端（從井口方向看）底座上安裝55kW混漿砂泵2臺和55kW剪切泵1臺，泵倉封閉，罐后端留門（底座下部排砂門側留排液口），門上安裝插栓可掛鎖。

2．6 沉砂罐的作用及主要結構

1#罐、2#罐和3#罐排除的有害固相顆粒直接排到沉砂罐中。在每個泥漿罐后面挖1個深坑，將沉砂罐放入深坑中。分離出來的有害顆粒自上而下進入到沉砂罐中，防止有害顆粒落地，達到環保的要求。

沉砂罐的罐體尺寸為9m×2.8m。它的上表面留有8.7m×0.8m的開口，以便泥漿能落入沉砂罐中。沉砂罐上表面安裝3臺攪拌器和1臺立式沙泵。立式沙泵把罐中的泥漿抽出去，以做下一步處理。

3 工作原理及流程

配制好的泥漿在鉆井泵的作用下進入井底并攜帶鉆屑返回地面，經過井口接管和分配器進入振動篩，經過振動篩、真空除氣器、鉆井液除砂器、除泥器、離心機完成鉆井液的五級凈化。凈化好的泥漿通過加重、剪切以及攪拌的合理配置進入吸入罐，最終達到鉆井所需要的泥漿參數。

系統工藝流程包括鉆井液凈化大循環流程、加重流程、鉆井泵吸入流程、剪切混合流程、泥漿補給流程、中壓泥漿槍流程、供水流程。

4 結語

ZJ30固控循環罐在大慶鉆探工程公司鉆井四公司的應用，得到了用戶的一致好評。泥漿罐罐體結構的加強，使得運輸和吊裝中，罐體沒有變形和產生漏點。鉆井液性能得到很大改善，提高了鉆井設備的壽命。排出的有害固相顆粒被收集到沉砂罐中，由沉砂罐集中處理有害固相顆粒，使泥漿不落地，保護了井場環境。