人工井場巖屑集收系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)

石 健，李文艷，宋慶義

（渤海卡麥龍流體控制設(shè)備（天津）有限公司，天津 300450）

0 引言

灘海區(qū)域石油儲(chǔ)量高，人工井場面積小多為叢式井作業(yè)，近年來隨著科技發(fā)展與應(yīng)用，勘探領(lǐng)域的飛速拓展，灘海人工井場技術(shù)發(fā)展迅速。叢式井作業(yè)時(shí)巖屑處理系統(tǒng)與傳統(tǒng)裝置相比有較大的區(qū)別，該項(xiàng)目適合灘海人工井場鉆井使用，市場應(yīng)用前景廣闊，效益突出。

下面將對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行對(duì)比、分析，尋找技術(shù)漏洞和設(shè)計(jì)缺陷，并分析產(chǎn)生原因、制定相應(yīng)的整改措施，使巖屑集收技術(shù)逐步系統(tǒng)、完善。

1 人工井場巖屑集收系統(tǒng)

人工井場鉆井作業(yè)一般為叢式井作業(yè)，需要對(duì)巖屑等廢棄物進(jìn)行處理，以免造成對(duì)周邊區(qū)域環(huán)境的污染，所以就需要設(shè)計(jì)合理、使用方便、清污快捷的巖屑集收系統(tǒng)。

巖屑集收系統(tǒng)一般分為三部分：一是巖屑的收集部分，即從產(chǎn)生巖屑的各個(gè)環(huán)節(jié)收集并輸送到處理部分；二是巖屑的處理部分，即將收集來的巖屑進(jìn)行篩分、回收和脫干等作業(yè)，以達(dá)到排放和運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)；三是巖屑的運(yùn)輸部分，即用密封良好的機(jī)動(dòng)車將巖屑運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)進(jìn)行掩埋或進(jìn)行下一步處理。

2 巖屑的收集

巖屑的收集主要是通過各種方法將從泥漿中排出的巖屑統(tǒng)一收集起來，并匯集到相應(yīng)的地方，方便下一步的處理。例如，從井口排出的泥漿通過泥漿渡槽排放到泥漿分配器中，再通過泥漿分配器將泥漿分配給每臺(tái)振動(dòng)篩，振動(dòng)篩處理后排出的巖屑通過擋砂槽和排砂槽匯集到排砂池中或匯集到螺旋推進(jìn)器中，輸送到指定地點(diǎn)并進(jìn)行下一步處理。現(xiàn)在主要推薦使用螺旋推進(jìn)器或皮帶機(jī)將巖屑輸送到指定地點(diǎn)，這樣可以減少對(duì)環(huán)境的污染。另外，也可以將除砂器、除泥器、離心機(jī)排出的巖屑輸送到螺旋推進(jìn)器中，在各個(gè)倉的清砂門處也安裝螺旋推進(jìn)器或皮帶機(jī)，可以將清罐時(shí)廢棄泥漿和沉積物從罐與罐中間輸送出來，減少了人工清砂的不便，而且清砂迅速快捷，為井隊(duì)清罐、搬家等節(jié)省了大量的人力和時(shí)間。

但是這樣還不能將巖屑完全處理干凈，往往會(huì)從各個(gè)連接處或螺旋推進(jìn)器連接處漏出巖屑，為保障巖屑的完全運(yùn)輸，可以將巖屑的收集設(shè)置成完全封閉式結(jié)構(gòu)，將擋砂板、排砂槽設(shè)置成封閉式結(jié)構(gòu)。例如，可以做成漏斗式排砂槽，直接接到螺旋推進(jìn)器中，也可以在漏斗中接根水管線并設(shè)有噴頭，這樣不僅可以保證巖屑的順利排出、不會(huì)造成巖屑堵塞，還可以避免清污這道程序，迅速地將巖屑匯集到指定地點(diǎn)。

現(xiàn)在叢式井作業(yè)非常普遍，當(dāng)鉆井移動(dòng)時(shí)為了避免固控系統(tǒng)等輔助設(shè)施不動(dòng)的情況下，井場會(huì)使用高架導(dǎo)流槽，將井口中出來的泥漿通過高架導(dǎo)流槽將泥漿輸送到振動(dòng)篩中，在導(dǎo)流槽中由于泥漿含巖屑比較多，井場會(huì)使用皮帶機(jī)來輔助泥漿的流動(dòng)，使泥漿不會(huì)堆積在導(dǎo)流槽中。

3 巖屑的處理

巖屑的處理主要是指將收集來的巖屑進(jìn)行篩分、回收和脫干等作業(yè)，以達(dá)到排放和運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。

下面就現(xiàn)場的實(shí)際應(yīng)用做簡單介紹。現(xiàn)場實(shí)際上是將收集來的巖屑通過螺旋推進(jìn)器將巖屑輸送到振動(dòng)篩（干式振動(dòng)篩）中進(jìn)行二次處理，因?yàn)閹r屑中還含有部分泥漿，如果直接排放會(huì)相應(yīng)地造成部分泥漿的損失，因此將巖屑進(jìn)行二次處理是非常必要的，可以減少泥漿的浪費(fèi)。經(jīng)過干式振動(dòng)篩處理后排出的泥漿可以通過螺旋推進(jìn)器或砂泵等裝置重新注入到泥漿循環(huán)系統(tǒng)，排出的巖屑就是比較純的巖屑，但是還會(huì)含有部分水分，給運(yùn)輸或者排放造成不便，因此這部分巖屑還需經(jīng)過垂直離心機(jī)進(jìn)行一次脫干處理。處理后的巖屑就可以用巖屑車運(yùn)輸或直接掩埋，不會(huì)污染環(huán)境。另外，還可以在垂直離心機(jī)前再增加一臺(tái)高速離心機(jī)，再次從巖屑中分離出一部分有效的泥漿，這樣就大大減少了泥漿的浪費(fèi)，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

巖屑的處理方式有很多種，下面以遼河70D 的高架巖屑罐為例，介紹一種高架巖屑罐的處理方法。

3.1 設(shè)計(jì)方案

（1）振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心機(jī)分別高位安裝無軸螺旋推進(jìn)器，地面安裝清罐用螺旋推進(jìn)器。

（2）干式振動(dòng)篩、垂直離心機(jī)（甩干機(jī)）等二次處理設(shè)備直接安裝在巖屑收集罐上。

（3）巖屑收集罐為方形罐，容積約16.5 m3，底部安裝清砂門。

3.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

（1）巖屑最大日產(chǎn)量。以12.1"（307.34 mm）鉆頭，日進(jìn)尺1000 m 計(jì)算，井眼體積為86 m3，產(chǎn)生巖屑體積按1.5 倍計(jì)算，巖屑量為129 m3/t，平均5.375 129 m3/h。

（2）設(shè)備輸送能力（表1）。

表1 設(shè)備輸送能力

（3）巖屑儲(chǔ)存能力。巖屑收集罐最大容積16.5 m3，混凝土輸送泵料斗容積0.5 m3，巖屑系統(tǒng)總?cè)莘e17 m3，有效容積按0.8計(jì)算為13.6 m3。

3.3 流程說明

（1）處理后的巖屑分別落入螺旋輸送機(jī)中，由螺旋輸送機(jī)輸送到混凝土泵，再由混凝土泵將巖屑輸送到干式振動(dòng)篩或垂直離心機(jī)中。

（2）除砂器、除泥器、離心機(jī)產(chǎn)生的巖屑原則上不稀釋，若需稀釋則要采用泥漿稀釋，避免泥漿污染。

（3）經(jīng)二次處理后，巖屑直接落入巖屑收集罐等待外運(yùn)。

（4）二次處理產(chǎn)生的泥漿落入泥漿收集罐，經(jīng)脫干離心機(jī)處理后可由泥漿導(dǎo)管輸送至主振動(dòng)篩參加泥漿循環(huán)或排入污水罐。

（5）巖屑收集罐為錐形罐，底部安裝閘板閥（可用電動(dòng)），用于控制排污口等待巖屑裝車。

（6）混凝土泵共兩臺(tái)，其中一臺(tái)備用。

（7）振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心機(jī)巖屑輸送器為無軸螺旋推進(jìn)器，清罐螺旋推進(jìn)器為普通螺旋推進(jìn)器。

3.4 巖屑罐強(qiáng)度計(jì)算

3.4.1 組成

巖屑罐總共由四部分組成，分別為巖屑罐底架、巖屑罐、罐上設(shè)備及遮陽棚。

巖屑罐底架由160 mm×160 mm×8 mm 的無縫方管組焊而成，巖屑罐由δ6 mm 鋼板組焊而成，外層為160 mm×160 mm×8 mm 的無縫方管組焊的框架。巖屑罐底架與巖屑罐之間采用定位銷和螺栓的固定方式。罐面上布有兩臺(tái)干式振動(dòng)篩、一臺(tái)垂直離心機(jī)和一臺(tái)高速離心機(jī)。罐面上方還布有遮陽棚，遮陽棚的支撐固定在罐面周圍的走道上。

巖屑罐總體與地面連接采用的是與預(yù)埋件連接，可以是螺栓連接，也可以是與預(yù)埋件直接焊接，為了增強(qiáng)其穩(wěn)定性，在巖屑罐底架四周加上地面斜支撐（現(xiàn)場加）。

3.4.2 抗壓強(qiáng)度計(jì)算

巖屑罐所選用的材料均為Q235 鋼材，其抗壓強(qiáng)度σb為235 MPa。

以連接處最小截面積為計(jì)算點(diǎn)，則160 mm×160 mm×8 mm 的無縫方管的垂直截面積ΔS=S1-S2=0.16×0.16-0.1522=0.002 496 m2，屈服壓力Fb=σb×ΔS=235×106×0.002 496 m2=586 560 N。

空罐時(shí)，巖屑系統(tǒng)的總重為18.6×103kg，巖屑罐內(nèi)最多裝16.5 m3的巖屑，巖屑的比重約等于砂石的比重，取值為3，則巖屑的重量G巖屑=av=3×16.5=49 500 kg。

當(dāng)滿載時(shí)，巖屑罐的重量為18 600+49 500=68 100 kg，G=mg=68 100×10=681 000 N。

巖屑罐有4 個(gè)支撐，每個(gè)支撐受的力為F=G/4=170 250 N<586 560 N（屈服強(qiáng)度），安全系數(shù)A=Fb/F=586 560/170 250≈3.45。

所以，巖屑罐在滿載巖屑時(shí)可以滿足屈服強(qiáng)度。

3.4.3 抗風(fēng)強(qiáng)度計(jì)算

巖屑罐所選用的材料均為Q235 鋼材，其抗彎強(qiáng)度σa為215 MPa。以巖屑罐側(cè)面最大截面積為計(jì)算點(diǎn)，系統(tǒng)總高9.8 m，最寬處為5.2 m，則S=1/3×9.8×5.2=17 m2。

設(shè)當(dāng)風(fēng)速為51 m/s（16 級(jí)風(fēng)）時(shí)，所受的壓強(qiáng)P=0.062 5×v2=0.062 5×512=163 Pa，壓力F=PS=163×17=2771 N。

當(dāng)風(fēng)吹最大截面時(shí)，其側(cè)面構(gòu)成一個(gè)四邊形，四邊形下邊兩點(diǎn)為固定點(diǎn)、上邊為活動(dòng)點(diǎn)，上方的方管只承受抗壓強(qiáng)度，其抗壓力為586 560 N，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2771 N。所以只需考慮方管之間的焊接強(qiáng)度，均為角焊縫且焊縫大于7 mm，符合其強(qiáng)度要求。

在巖屑罐支撐之間均焊有斜支撐，增強(qiáng)了起其整體強(qiáng)度。另外在地面增加斜支撐，焊接在巖屑罐底架上，可以提高巖屑罐的穩(wěn)定性。所以，巖屑罐設(shè)計(jì)完全可以承受16 級(jí)風(fēng)。

因此，這種高架巖屑罐的設(shè)計(jì)是合理的，可以滿足巖屑回收處理的需求。

4 巖屑的運(yùn)輸

巖屑的運(yùn)輸是指用密封良好的機(jī)動(dòng)車將巖屑運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)進(jìn)行掩埋或進(jìn)行下一步處理。經(jīng)過處理的巖屑，在檢測達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后方可通過巖屑車將被運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)進(jìn)行掩埋，或者進(jìn)行下一步處理、改作他用。

5 結(jié)論

現(xiàn)在石油勘探行業(yè)已經(jīng)到達(dá)了一個(gè)轉(zhuǎn)折期，面臨從粗放型向精耕細(xì)作型轉(zhuǎn)變，在交通狀況良好的地方發(fā)現(xiàn)大型的陸上油氣田已經(jīng)越來越困難，所以，從陸地到海上、從平地到山區(qū)、從平原到叢林再到戈壁沙漠，成了勘探行業(yè)的主要發(fā)展方向，叢式井作業(yè)將得到廣泛應(yīng)用。

人工井場巖屑集收系統(tǒng)在叢式井作業(yè)中發(fā)揮著重要作用，隨著灘海油田區(qū)塊的發(fā)展，它將得到了更為廣泛的普及。隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展，人工井場巖屑集收系統(tǒng)也會(huì)推動(dòng)鉆井系統(tǒng)新的一次革命，成為鉆機(jī)叢式井作業(yè)重要的保障。