固井車水泥漿取樣口設(shè)計(jì)與應(yīng)用

姜文龍，王 麗，高亞寧

（中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶固井公司，陜西延安 717600）

0 引言

近年來，在國家“建設(shè)5000萬t西部大慶”開發(fā)戰(zhàn)略的背景下，中國石油集團(tuán)公司整體發(fā)展戰(zhàn)略的帶動等一系列政策支持下，企業(yè)不斷深化改革，努力發(fā)展，開拓創(chuàng)新，加強(qiáng)對外合作，取得了前所未有的快速發(fā)展。隨著氣井市場地層復(fù)雜化和鉆井類型的增多，對固井施工時(shí)間，水泥漿密度也有更嚴(yán)格的要求。因此，在殼牌、道達(dá)爾等高端井施工過程中必須保障混配的水泥漿密度均勻，固井車加裝水泥漿取樣口就是為了在取水泥漿樣測密度時(shí)，即可保障操作人員的安全，同時(shí)又能提供一種方便快捷的操作方式。

1 水泥漿取樣口

設(shè)計(jì)背景，公司現(xiàn)階段擁有的固井水泥車均未加裝水泥漿取樣口，所以在井場施工時(shí)需由井隊(duì)工作人員配合進(jìn)行取樣來測量水泥漿密度，由于作業(yè)人員的作業(yè)區(qū)域位于固井水泥車的高壓區(qū)域，進(jìn)而存在一定的安全隱患。2014年公司陸續(xù)在部分水泥車上進(jìn)行取樣口改造試驗(yàn)，取得了一定成效，但仍存在一定的缺陷，下面就改進(jìn)情況進(jìn)行詳細(xì)介紹，以便為下一步改進(jìn)提供參考。

2 第一次改進(jìn)過程

2.1 改進(jìn)設(shè)計(jì)

（1）確定加裝位置。本設(shè)計(jì)根據(jù)安裝要求及取水泥漿樣品的方便程度，選取具體位置安裝在車輛混漿池的右側(cè)（左側(cè)有混漿池內(nèi)有高能混合器及攪拌器），根據(jù)一般人員的身高定位閥門的安裝高度為1750 mm，根據(jù)清洗車輛的方便程度確定加裝閥門的長度為210 mm，其長度主要是混漿池外管線的長度，混漿池內(nèi)的管線為多孔管，保證不會存留水泥漿。

圖1 1英寸球閥

（2）確定制作材料。由于水泥漿測量一次取樣不需要太多，故設(shè)計(jì)使用1英寸的球閥作為控制閥門，兩端各加裝1英寸一端帶螺紋的短接，混漿池與短接之間采用1.2英寸的無縫鋼管連接，長度為35 mm，伸入泥漿池部分為多孔管，長度為200 mm。出水泥漿短接長度為60 mm。如圖1和圖2所示。

圖2 1英寸短接

（3）加工工藝及安裝連接。根據(jù)安裝位置，為確保達(dá)到預(yù)期效果，加工時(shí)伸入混漿池內(nèi)部的1.2英寸無縫鋼管本體加工有數(shù)個通孔，采用焊接方式與混漿池進(jìn)行連接，以確保管中不殘留泥漿，既可保證每次取樣不同，同時(shí)也方便了清洗。2個短接與閥門之間采用螺紋連接，極大方便了閥門損壞時(shí)的快速更換。如圖3和圖4所示。

2.2 設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

圖3 多孔管

（1） 混獎池內(nèi)部分采用多孔管，可以保障管內(nèi)在每次取樣后剩余水泥漿都能在攪拌器的混拌過程中被帶走，防止水泥漿的殘留導(dǎo)致取樣前后存在的相似性，以保障每次取樣都不同，密度測量誤差最小化。

（2）采用 1英寸球閥，大小合適，取樣時(shí)間短，徑流量小，同時(shí)球閥可做調(diào)節(jié)流量的作用，從而保障取樣時(shí)不產(chǎn)生多余的廢液。

圖4 安裝完成控制閥

2.3 使用效果對比

（1）人員數(shù)量對比。未進(jìn)行取樣口加裝時(shí)，取水泥漿樣人員需要由井隊(duì)工作人員配合完成，在取樣的過程中存在取樣容器掉進(jìn)混漿池的風(fēng)險(xiǎn)、粉塵污染，以及車上人員跌落風(fēng)險(xiǎn)等。加裝取樣口后，只需1人在混漿池外面操作即可完成取樣，避免了上述風(fēng)險(xiǎn)，也節(jié)約了人力資源和時(shí)間成本。

（2）人員位置及安全對比。改裝前，需1人站在水泥車上進(jìn)行取樣操作，存在人員跌落的風(fēng)險(xiǎn)，并且取水泥漿時(shí)人員面部必須與混漿池正面接觸，存在一定的粉塵危害。改裝后，人員不需要上水泥車進(jìn)行操作，只需站在地面上，避免了未改裝前的安全風(fēng)險(xiǎn)。加裝前后取水泥漿樣對比，如圖5和圖6所示。

（3）存在問題。通過裝置的設(shè)計(jì)和加裝，消除了固井施工過程中取水泥漿樣存在的部分隱患，確保了取水泥漿樣的可靠性與安全性，使取水泥漿樣更加方便、快速和安全。但是由于此裝置安裝于混漿池位置，導(dǎo)致所取的水泥漿樣為正在混配過程中的半成品，而不是最終將要注入井內(nèi)的成品，故還存在相當(dāng)大的密度誤差，同時(shí)操作人員依然處于固井車的高壓區(qū)域，仍存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 未加裝控制閥取水泥漿樣

圖6 加裝控制閥后取水泥漿樣

3 第二次改進(jìn)過程

3.1 改進(jìn)設(shè)計(jì)

（1）確定加裝位置。由第一次加裝后存在問題，經(jīng)過分析討論，將水泥漿取樣口安裝于灌注泵入口管匯處時(shí)，這樣所取的水泥漿樣即為要注入井內(nèi)的混配完成的水泥漿，確保了水泥漿密度的誤差最小，同時(shí)此處無高壓也保障了操作人員的安全。

（2）確定使用材料。由于取樣量不要求太多，防止產(chǎn)生過多的廢棄液體，故此處依然采用1英寸的球閥作為控制閥門，外端加裝了減壓裝置，以保障取樣時(shí)水泥漿無壓力外流（圖7）。

圖7 減壓裝置

（3）加工工藝及安裝連接。此處根據(jù)設(shè)計(jì)安裝位置，在不影響設(shè)備完好的同時(shí)達(dá)到預(yù)期效果，故直接將此取樣裝置安裝于灌注泵放水口處，既保障了設(shè)計(jì)的目的，也方便了人員操作，但此處由于灌注泵內(nèi)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)液體具有一定的壓力，此減壓裝置就是用來降低外流水泥漿的壓力，以保障操作人員的安全，后續(xù)改進(jìn)時(shí)可選擇避開灌注泵而加裝于灌注泵管匯附近（圖8）。

3.2 使用情況

圖8 安裝使用效果

相對于第一次改進(jìn)，第二次明顯的優(yōu)勢就是所取水泥漿密度誤差更小，同時(shí)保障操作人員遠(yuǎn)離水泥車高壓區(qū)域，保證了操作人員的人身安全。

3.3 存在問題

（1）由于公司水泥車數(shù)量較多，生產(chǎn)批次不一，設(shè)備型號、管線布置方式等不統(tǒng)一，故現(xiàn)階段難以形成統(tǒng)一的改造方案，必須針對特定設(shè)備制定相應(yīng)的改造方案，故后續(xù)改造時(shí)還需進(jìn)一步完善改造方案，形成統(tǒng)一的改造安裝方式，在保證設(shè)備完好的情況下實(shí)現(xiàn)水泥漿取樣口的改造。

（2）結(jié)論。改進(jìn)后所取的水泥漿樣為直接供三缸柱塞泵注入井內(nèi)的成品水泥漿，故測得的密度為實(shí)際注入井內(nèi)的水泥漿的實(shí)際的密度，此裝置使用方便、安全可靠，操作簡單，同時(shí)最大限度地縮小了取樣誤差，為固井施工過程中水泥漿密度的控制，固井質(zhì)量提供了最有力的保障，取樣器內(nèi)焊接有減壓板，進(jìn)一步防止高壓液體溢流，保障了取樣人員的安全和所取樣品的質(zhì)量，達(dá)到了預(yù)期結(jié)果。

4 小結(jié)

通過對固井車水泥漿取樣口的研究，不僅夯實(shí)了對水泥車的了解，也為進(jìn)一步研究及學(xué)習(xí)水泥車提供了很多借鑒。只有不斷積累經(jīng)驗(yàn)和在實(shí)踐中完善自我，才能為固井公司的大發(fā)展貢獻(xiàn)更多的力量。