大慶油田模塊鉆機鉆井液循環(huán)系統(tǒng)改進與應用

宋曉東 趙陽 周萬成（大慶鉆探工程公司鉆井三公司）

大慶油田目前模塊鉆機常用的循環(huán)系統(tǒng)包括鉆井泵、鉆井液池、鉆井液槽（罐）、地面管匯、鉆井液凈化設(shè)備和鉆井液調(diào)配設(shè)備等裝置。井筒內(nèi)返出的鉆井液依次經(jīng)過1#和2#循環(huán)罐，再由鉆井泵泵入井內(nèi)。從以往現(xiàn)場施工經(jīng)驗看，每鉆1口井循環(huán)罐內(nèi)的沉砂都需要工人下入泥漿罐內(nèi)用鐵鍬把泥砂從排砂口鏟出。這種方式工人勞動強度大，工作條件差，效率低，已限制了鉆井技術(shù)的發(fā)展。為滿足環(huán)保要求，對循環(huán)罐進行改裝，將立式砂泵換成臥式螺桿泵，再配合使用可拆卸的移動儲集泥漿池，從而形成一套新的鉆井液循環(huán)系統(tǒng)，在不影響鉆井液性能條件下，節(jié)約了挖鉆井液池成本，還減少了人工進行清砂排砂的勞動量，平均每口井能節(jié)約7～8 t重晶石粉，具有較好的經(jīng)濟效益[1-2]。

1 傳統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)存在問題及解決方案

1.1 存在問題分析

大慶油田模塊鉆機鉆井工藝按不同開次分為兩個階段，一開鉆導眼，采用老漿開鉆與清水自然造漿工藝，井內(nèi)返出的鉆井液經(jīng)過地面循環(huán)溝流入砂泵池，然后經(jīng)過罐上振動篩進入循環(huán)系統(tǒng)；二開井段從表層底部至完鉆井深，按需要用各種處理劑配置泥漿以滿足施工要求，井內(nèi)返出的鉆井液經(jīng)過地面振動篩（或直接經(jīng)地面循環(huán)溝）流入砂泵池，然后經(jīng)過罐上振動篩進入循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)系統(tǒng)含有兩個循環(huán)罐，其中1#循環(huán)罐安裝一套振動篩，一個攪拌器，罐內(nèi)有一個沉砂錐型罐，兩個隔倉，留做沉砂用；2#循環(huán)罐布有一個除砂器，罐內(nèi)有兩個攪拌器，兩個隔板，每一個隔板倉內(nèi)都會有約20 cm高的沉砂[3-4]。

這套傳統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)存在以下幾方面的問題：

1）鉆井液池是傳統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)中必不可少的部分，且占地面積較大，會因為挖鉆井液池增加一定成本，還會造成大量土地或者耕地污染，環(huán)保性差。

2）整個循環(huán)過程中，1#罐內(nèi)的錐形罐及2#罐內(nèi)的隔板底部會產(chǎn)生大量沉砂，均需要人工入罐進行清理，排入鉆井液池。增加人工勞動強度的同時，還存在一定的安全隱患。

3）傳統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)中，泥漿罐上安裝的電氣電路也存在一定安全隱患，而且每次搬家的安裝、架線和拆線工作量也比較大，還會造成部分電纜線損失。

4）循環(huán)系統(tǒng)泥漿罐之間大部分采用泥漿槽聯(lián)通，會因為密封不嚴或者鉆井液流量大等原因，造成泥漿的跑冒滴漏，影響井場環(huán)境衛(wèi)生。

1.2 解決方案

根據(jù)模塊鉆機循環(huán)系統(tǒng)存在的問題，結(jié)合現(xiàn)場施工技術(shù)特點，在滿足鉆井需求和環(huán)保要求的同時，對新循環(huán)系統(tǒng)的研究提出了以下設(shè)計方案：

1）由于鉆機下船底座高度受限，不能直接在井口安裝鉆井液不落地系統(tǒng)，所以對兩個循環(huán)罐進行改裝，達到取消地面鉆井液坑、不用人工清砂排砂的目的。

2）采用自主研發(fā)的臥式螺桿泵取代立式砂泵，配合可拆卸移動儲集泥漿池的應用，實現(xiàn)整個施工過程中鉆井液及廢棄物不落地的目標。

2 新型循環(huán)系統(tǒng)研究

2.1 循環(huán)罐改裝

如圖1所示，傳統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)含有兩個循環(huán)罐，其中1#循環(huán)罐上安裝有一套振動篩，一個攪拌器，罐內(nèi)有一個沉砂錐型罐，兩個隔倉，留做沉砂用。錐形罐底部的排淤口經(jīng)常被振動篩篩出的泥砂覆蓋，而使錐形罐無法排除沉砂。例如以前施工過的P1井，因井壁發(fā)生坍塌，振動篩清除的泥砂和和巖屑填滿整個錐形罐，必須每天人工清除振動篩下面的沉砂，否則會擋住錐形罐的排淤口，使錐形罐無法排淤[5]。

2#循環(huán)罐裝有一個除砂器，罐內(nèi)有兩個攪拌器，兩個隔板，每一個隔板倉內(nèi)都會有約20 cm高的沉砂，要清除這些沉砂，必須使用攪拌器攪起部分泥砂，但泥漿罐內(nèi)會有死角，死角處的沉砂無法攪起，沉砂清除率也不是很高。

所以，為了減少人工勞動強度，提高除砂效率，采用以下改進措施：

1）將1#循環(huán)罐內(nèi)沉砂用的錐形罐取消，在1#罐的振動篩上安裝2臺80目進口篩布，組成雙篩，可以將鉆屑最大限度在進罐前清除掉。

2）將2#罐內(nèi)的兩個隔艙去掉，并配備2臺除砂器，增加除砂器處理量，可將2#罐80%以上泥漿進行處理，大幅降低含砂量。

3）為保證除砂效率，提高1#和2#罐上的攪拌器下放至距離罐底更近的距離，使攪拌器充分攪動泥漿，減少沉砂死角的形成，以便立式泵將泥漿泵入下一個循環(huán)步驟。

4）在泥漿罐底部增加高壓泥漿噴射槍，替換掉原有的泥漿槍，將攪拌器無法攪拌到的死角沉砂清除干凈，進一步提高除砂效率。

5）在2#罐上增加一臺除砂器，進一步降低鉆井液的含砂量，改善泥漿性能。具體改裝如圖2所示。

2.2 鉆井液不落地系統(tǒng)研究

2.2.1 臥式螺桿泵改進

在現(xiàn)場施工過程中，傳統(tǒng)立式砂泵存在著振動和噪聲大、電能消耗高、穩(wěn)定性差、維修不便等問題。針對這種情況，自主設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、備件和電能消耗少的臥式螺桿泵。安裝后的如圖3所示。在現(xiàn)場應用時，這套臥式螺桿泵具有適應性強、流量平穩(wěn)、壓力脈動動小、自吸能力高、耐腐蝕、效率高、節(jié)省電能等特點，這是立式砂泵所不能替代的[6]。

圖1 傳統(tǒng)鉆井液循環(huán)罐示意圖

圖2 新型鉆井液循環(huán)罐改造示意圖

圖3 臥式螺桿泵井場安裝情況

2.2.2 可拆卸儲集池

傳統(tǒng)鉆井液循環(huán)系統(tǒng)，從振動篩、除砂器和除泥器等固控設(shè)備上分離出的鉆屑等廢棄物會直接排放到地面鉆井液池中。這種做法不僅會增加挖鉆井液池的成本，更會嚴重污染環(huán)境。根據(jù)固控設(shè)備使用情況和井場條件，設(shè)計和焊接了4個可拆卸和移動的鉆井液廢棄物儲集池，每個至少能盛放100 m3鉆井液廢棄物。如圖4所示，在振動篩下面放置2個儲集池，除砂器和除泥器下面各放置1個。這樣可以做到點對點式的收集、暫時儲存，實現(xiàn)液相和固相的不落地，且地面不用挖鉆井液池，產(chǎn)生的鉆井液廢棄物可以隨時拉走進行處理，環(huán)保效果明顯[7-8]。

圖4 循環(huán)系統(tǒng)示意圖

3 現(xiàn)場應用及效果分析

改進完善后的新型循環(huán)系統(tǒng)2018年在大慶油田X4-40-X610、B2-20-XB285等4口井進行了現(xiàn)場應用。現(xiàn)場施工前，在井架與坡道之間挖一個砂泵池，池內(nèi)臥入鐵質(zhì)收集箱，由砂泵將鉆井液抽入循環(huán)導管進入緩沖池，通過螺桿泵舉升到循環(huán)罐振動篩，即可實現(xiàn)鉆井液不落地循環(huán)；如圖5所示，在振動篩、除砂器出口的下方安裝可拆卸移動的儲集池，用體積小、易于遷裝的可移動儲集泥漿池替代地面鉆井液池，由固控設(shè)備清除的廢棄物直接進入可移動的泥漿池，與生產(chǎn)進度同步收集，然后由車輛運往集中儲存處理點。這樣既減小了對環(huán)境的污染，而且占地全部可以復原，最大程度減少了土地使用量、降低了鉆井總成本。

圖5 不落地鉆井液廢棄物收集池

在現(xiàn)場應用過程中，通過去掉1#鉆井液罐中錐形罐和2#鉆井液罐隔艙的基礎(chǔ)上，采用在罐四周均勻布置高壓泥漿槍、加長立式泵探入深度、配備高效振動篩等技術(shù)措施，一方面解決了罐內(nèi)固相的沉積，減少了人工清罐的勞動量；另一方面固相得到有效控制，鉆井液中的無用固相及時清除，使鉆井液性能達標。

同時，臥式螺桿泵的使用，既解決了鉆井液從井內(nèi)返出后落地；也改善了鉆井液性能，鉆井液不經(jīng)過立式砂泵的抽吸而通過螺桿泵進入罐內(nèi)，極大的減小了鉆屑的進一步分散，泥漿性能得到改善。如表1所示，新循環(huán)系統(tǒng)井X4-40-X610鉆井液性能，比使用傳統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)的X4-30-X611井的鉆井液性能更優(yōu)異，含砂量更少，鉆井液濾失量也更低。

表1 2口井泥漿性能對比

應用新型循環(huán)系統(tǒng)，在施工結(jié)束后循環(huán)罐內(nèi)的鉆井液用泵抽走，剩下20 cm高度，罐底沉砂很少，不用人工下罐掏砂，解決了沉砂清理問題和工人勞動強度的問題，不影響搬家和下口井使用。同時，由于去掉了錐形沉砂罐，一定程度降低了石粉沉淀造成的浪費。如表2所示，使用新型循環(huán)系統(tǒng)的試驗井，平均每口井比使用傳統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)的井節(jié)約重晶石粉6.75 t，節(jié)約成本6萬余元。

表2 石粉用量統(tǒng)計

4 結(jié)論與建議

1）新型循環(huán)系統(tǒng)的使用，解決了清理沉砂問題，降低了工人勞動強度，減少了土地的使用量，達到了環(huán)境保護的目的，同時，使鉆井液性能得以改善，并節(jié)約了石粉的用量，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益和社會效益，具有廣闊的應用前景。

2）現(xiàn)場試驗也表明實施方案和設(shè)備還需進一步調(diào)整和完善，首先需要完善性價比更高的舉升設(shè)備，同時鉆井液加藥和加重設(shè)備也需要進行改進與完善。