遼河油田鉆井固相控制系統應用現狀

郭定雄

摘 要：作為優化鉆井過程的關鍵工序，鉆井液固相控制一直是為業界廣泛關注的熱點問題。因而對實現鉆井液固相控制功能的系統進行深入的討論和研究顯得的尤為重要，本文從鉆井液固相控制入手，對遼河油田的鉆井固控系統展開分析。

關鍵詞：鉆井液;固相控制;系統

鉆井液固相控制系統（以下簡稱固控系統）是鉆機的重要配套系統，在鉆井作業中，起著儲存、調配鉆井液，控制鉆井液中的固相含量，保持、維護鉆井液優良性能，提高鉆井效率，保證井下安全的作用，是將鉆井液凈化設備、及與其相配合使用的輔助設備及流程管路等安裝在一套罐面上而組成的一套鉆井施工裝備。隨著石油勘探工業的發展，鉆井深度不斷增加，深井、超深井、水平井和欠平衡井等特殊井日益增多，這些都對固控系統提出了更高要求。

1、鉆井液的固相控制

鉆井液的固相控制是指采用科學有效的方法和措施，在適量保留鉆液中有用固相的同時，除去無用固相。固相控制不僅可使鉆井速度得到大幅提升，而且在減輕鉆井設備磨摜，延長鉆機使用壽命、保護油氣礦層等方面起到了非常重要的作用，為實現科學鉆探提供了必備的支持。

1.1 鉆井液固相

鉆井液的固相指的是井液中含有的固體顆粒狀物質。其中一部固相是鉆探過程中巖石破碎時所產生的劣質土、砂巖顆粒等鉆屑，這一部分通常被稱作為有害固相，是需要進行清除的。而兩一部分固相則是為了實現鉆井工藝要求而被人為添加的，這類固相被稱為有用固相，需要適量的保留。在鉆探作業中，鉆液中的有害固相主要來源于鉆屑，鉆屑的產生伴隨在鉆井的整個過程。有害固相不僅能夠造成油氣通道堵塞，污染油氣儲層，而且還會大大縮短鉆機設備的使用壽命，增加鉆井成本，因而必須采用科學有效的固相控制方法進行及時的清除。

1.2 常見的固相控制方法

近年來，隨著噴射鉆井、優化鉆井等新型鉆井技術的不斷發展和實施，國內的固相控制工藝水平也有了很大的進步和提高，在各大油田得到了推廣和普及。目前，沖稀法，替換法，自然沉降法，化學沉降法及機械清除法是較為常用的固控方法，這些固控方法都能有效的去除鉆液中的有害固相，降低細微顆粒的比例，確保鉆液固相含量、固相粒度及級配符合鉆井工藝的要求。

2、遼河油田固控系統現狀及存在問題

近年來，振動篩和旋流器的工作原理等固相控制設備理論研究已達到或接近世界先進水平，但國產固控設備在性能、壽命方面與國外設備尚有一定差距。國外固控設備水平以美國BRANDT、SWACO、DERRICK等公司為代表，質量和性能處于世界領先水平。固控系統歷經技術引進、消化吸收和自主生產等過程，目前發展到已基本能夠滿足鉆井生產和鉆井工藝的要求，國內外的設計原理和功能基本處于同一水平線。但是國內生產廠家缺少對固控系統系統深入的理論研究，缺少科學的理論依據，只是被動的根據要求進行設計和生產，缺少規范性和科學依據。經過對比國內外同類產品性能和參照相關法律法規要求，分析總結目前遼河油田鉆機固控系統存在以下不足。

缺少相關規范和標準的支持，用戶對固控系統的配套存在較大隨意性，對容積、配套功率、安裝擺放、流程和配套設備等性能參數缺少要求和限制，容易造成各種浪費，增加制造和使用成本。

固控系統在使用過程中未能充分發揮其功能。操作人員對設備和操作流程還存在一定誤區和認識不足，需要生產廠家和用戶共同加強相關資料的完善和培訓，使其功能最大化。罐體尺寸不規范，生產廠家根據用戶要求生產，沒有統一標準，流程復雜、隨意性大，罐體擺放有的不合理，模塊化設計程度不夠，搬遷運輸車次較多，造成現場標準化水平較低，系統及部件互換性較差。固控系統配備五級凈化設備，除砂泵、攪拌器等設備配套功率大，設備配合使用合理性較差。加重泥漿無法使用離心機清除有害固相，重晶石不能進行回收。加重泥漿需要人工操作，勞動強度大、工作效率低。

3、固控系統配套技術研究

3.1 加重吹灰裝置設計及研制

目前井隊鉆井液的加重作業通常采用噴射式加重漏斗，常用方法是人工袋包加重和噸包架加重，均是依靠噴射漏斗射流產生的真空吸力和重晶石的重力將重晶石粉混合到射流里，這些加重方法存在加重效率低，勞動強度高，作業時間長和加重混合不均勻等問題。如何利用井隊現有條件，提高加重效率，降低勞動強度是1個重要問題。

立式加灰儲罐主要用于石油礦場現場灰料的儲備和裝卸重晶石粉，以供油（氣）田井場和施工工地使用，也可用于裝卸其他散裝粉粒物料。該罐具有操作簡便、下灰速度快、加重均勻、剩灰率低、存儲量大、便于安裝等特點，全部加重作業僅需井隊提供壓縮空氣氣源，1～2人進行準備和操控工作即可。在研究立式加灰儲罐的基礎上擴展加重漏斗裝置的應用，該加重漏斗組件具有結構簡單、設計合理、安裝及操作方便快捷，用量精準且工作效率高，改善了鉆井液質量，降低了添加材料的用量，大大地降低了工人的勞動強度，同時利于現場環保作業。

3.2 攪拌器節能控制的研究和利用

固控系統設備配置功率隨著鉆井深度的增加不斷增大，固控系統設備配置功率的增加不僅對鉆機動力提出了更高要求，也不斷提高了井隊的能源成本。結合固控系統處理鉆井液的特點，降低能源消耗成為研究對象。

鉆井液五級凈化設備經過20年的不斷改進，配置功率基本穩定，在使用方法上也比較成熟，改進的有效性不大，把研究目標鎖定在了配置數量多，占用固控系統功率接近一半的攪拌器上。最后確定ZJ70以上鉆機固控系統單個10～12 m長度罐體上配置3臺15kW攪拌器，ZJ50及以下鉆機固控系統單個10～12 m長度罐體上配置3臺11kW攪拌器。3臺攪拌器的攪拌效果很好，若將3臺攪拌器的工作方式改成間歇運轉而又不影響攪拌效果，就能起到很好的節能效果。經過查閱國內外相關資料，發現鉆井液在固控罐中攪拌良好的情況下，4～6 h發生明顯沉淀，0.5～1h鉆井液的性能不發生明顯變化。

3.3 重晶石回收技術

固控循環系統常用的加重材料是重晶石粉，以BaSO。為主要成分，密度達到4.2 g/cm3，粉末細度要求通過200目篩網時的余量小于3%（AVI對于重晶石的規定：小于74斗m粒度的應占97%，其中小于44μm粒度的應占94%），重晶石粉一般用于加重密度不超過2.4 g/cm3的水基和油基鉆井液。采用機械處理方法，優化設備參數即可方便的處理各種類型的加重材料，并可對加重材料進行回收再利用。根據固相顆粒及固相處理設備的處理特點，設計加重鉆井液的處理方法，使用兩臺變頻離心機替代兩臺中速離心機，并對離心機的工作流程進行了重新設計。通過現場使用狀況反饋，數據采集整理發現兩套固控系統均在工作中很好保證了鉆井液使用質量，保障了鉆井順利進行。

近年來，隨著鉆井工藝的不斷發展和提高，以及各礦區對現場鉆井液的維護和管理工作的高度重視，如何有效的進行鉆井液固相控制已經成為鉆井過程中的關鍵問題，因而加強對鉆井液固相控制系統的分析和研究工作具有非常重要的現實意義。

參考文獻：

[1]雷先革，牟長清，涂志威，蔣明，徐遵宏，張杰，胡小剛.鉆井固控環保一體化裝備的研制與應用[J].石油機械，2017，45（12）：28-31.

[2]董懷榮，李宗清，李琴，郭振，付光萌，陳志禮.鉆井液固控系統技術現狀與發展趨勢[J].西部探礦工程，2015，27（11）：49-52.