石油鉆井用重晶石回收混合裝置

于書清，張軍鋒，張懷志

（1.滄州市華油飛達(dá)石油裝備有限公司，河北滄州 061001；2.川慶鉆探工程有限公司國(guó)際工程公司，成都 610051）①

石油鉆井用重晶石回收混合裝置

于書清1，張軍鋒2，張懷志1

（1.滄州市華油飛達(dá)石油裝備有限公司，河北滄州 061001；2.川慶鉆探工程有限公司國(guó)際工程公司，成都 610051）①

為了能在實(shí)際鉆井工作中方便地使重晶石粉得到回收再利用，利用一種旋流回收混合裝置，與離心機(jī)、加重泵配合使用，使排出的泥漿固體即時(shí)回收，重新進(jìn)入泥漿循環(huán)系統(tǒng)。經(jīng)在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)用，證實(shí)該裝置可以達(dá)到預(yù)期回收重晶石的效果，大幅減少泥漿材料的添加，不但降低成本、簡(jiǎn)單實(shí)用，而且減少泥漿固體排放，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

鉆井液；循環(huán)；回收；混合裝置

在石油鉆井過(guò)程中，鉆井液（俗稱泥漿）是必不可少的，利用鉆井液的循環(huán)來(lái)攜帶巖屑、保持壓力。在泥漿的循環(huán)過(guò)程中為了保證鉆井的正常進(jìn)行，需要在泥漿中添加膨潤(rùn)土、有機(jī)鹽、重晶石、鐵礦粉等泥漿材料，這些材料的成本比較高。因此，要求泥漿要能循環(huán)使用，為了使從井口返出的泥漿經(jīng)過(guò)處理后重新進(jìn)入循環(huán)，鉆機(jī)都配有鉆井液固相控制系統(tǒng)，一是用來(lái)控制井下的壓力和攜帶鉆屑，其次就是用來(lái)處理泥漿，使其能夠重新利用。泥漿的固相控制系統(tǒng)大多配有振動(dòng)篩、除氣器、除砂器、除泥器、中速離心機(jī)和高速離心機(jī)等固相處理設(shè)備。其中：振動(dòng)篩、除氣器、除砂器、除泥器等設(shè)備處理泥漿的過(guò)程中，處理掉的多是顆粒較大的巖屑，對(duì)其中有用的泥漿材料固相損失較小，泥漿在經(jīng)過(guò)離心機(jī)時(shí)，有大量的小顆粒物質(zhì)要被處理掉，這就造成處理掉的不僅僅是無(wú)用的固相物質(zhì)，還把很大一部分重晶石、鐵礦粉等有用物質(zhì)也處理掉了，處理后的固相物質(zhì)被作為廢料，不會(huì)再使用。在后面的鉆井過(guò)程中，為了滿足正常鉆井的需要，還要重新加入這些有用的材料，還要進(jìn)行固相的處理過(guò)程，這樣就會(huì)有大量的泥漿材料被作為廢料扔掉，從而加大鉆井成本和環(huán)境破壞。因此，泥漿材料的重新利用成為降低鉆井成本的重要因素，對(duì)環(huán)境保護(hù)也具有長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。

1 常用鉆井液循環(huán)系統(tǒng)分析

1.1 循環(huán)系統(tǒng)流程

在常用的泥漿循環(huán)系統(tǒng)中，泥漿通過(guò)離心機(jī)供液泵，把離心機(jī)供液倉(cāng)內(nèi)的泥漿由進(jìn)液口送入離心機(jī)，通過(guò)離心機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，把其中較大一部分固體顆粒進(jìn)行分離；分離出的固相物質(zhì)通過(guò)排砂口進(jìn)入廢料池，剩余的液體經(jīng)由出液口進(jìn)入下一供液倉(cāng)；然后，再由下一離心機(jī)供液泵將泥漿送入下一離心機(jī)，再進(jìn)行進(jìn)一步處理；處理后的固相物質(zhì)也同樣隨排砂口排出，進(jìn)入廢料池，如圖1。而且，經(jīng)過(guò)2次離心機(jī)處理的固相物質(zhì)呈團(tuán)狀，黏性很大，不易回收、處理，通常情況下就被廢棄掉。

圖1 常用離心機(jī)工作示意

1.2 使用情況分析

鉆井過(guò)程中，由于地層壓力不同，所需泥漿的密度也不相同，當(dāng)需要降低泥漿密度時(shí)要開啟離心機(jī)來(lái)去除泥漿中的固體成份，這時(shí)泥漿中的大量泥漿添加材料被去除，離心機(jī)排出的固相成份被排入泥漿池，做廢料處理。這樣雖然滿足了當(dāng)時(shí)鉆井工作的要求，但也造成很大的材料損失，從而加大了鉆井成本。而且在隨后的鉆井工作中，還需要重新添加相同的泥漿材料來(lái)保證泥漿循環(huán)和鉆井作業(yè)，也會(huì)帶來(lái)勞動(dòng)的增加。

隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，鉆井過(guò)程中不再允許廢棄的泥漿采用原有方式來(lái)處理，要做到全部回收，做無(wú)害處理。這樣，廢棄物的處理會(huì)給鉆井行業(yè)帶來(lái)成本的增加，如無(wú)限制排放，將為回收廢棄物帶來(lái)無(wú)法承受的投入壓力，也為國(guó)際市場(chǎng)的準(zhǔn)入和競(jìng)爭(zhēng)力帶來(lái)不利影響。

2 功能要求分析

目前，國(guó)內(nèi)鉆機(jī)相對(duì)較多，與之相配套的鉆井液循環(huán)系統(tǒng)也很多，回收混合裝置首先應(yīng)該考慮在這些設(shè)備上改造安裝，才能達(dá)到預(yù)期效果，而且不能影響原設(shè)備的性能和流程。如果要求重新配套循環(huán)系統(tǒng)，會(huì)增加較大成本。因此，回收混合裝置如果能夠在現(xiàn)有的循環(huán)系統(tǒng)中安裝，不僅能夠大幅降低成本，而且能提高鉆井公司安裝使用的積極性，為回收混合裝置帶來(lái)更好的市場(chǎng)前景。

因混合裝置利用的是旋流混合原理，所以需要有一個(gè)合適旋流的動(dòng)力來(lái)源。動(dòng)力來(lái)源如果增加原循環(huán)系統(tǒng)的電力負(fù)荷，會(huì)造成原有電力分配的困難，也會(huì)帶來(lái)設(shè)備安裝的空間問(wèn)題，以及電力線及電控設(shè)備的安裝問(wèn)題。所以，如果能利用原來(lái)的設(shè)備輸出動(dòng)力，將會(huì)省掉這些安裝的麻煩。

由此，要求回收混合裝置在泥漿循環(huán)系統(tǒng)中能專門用于收集離心機(jī)排出的固相物質(zhì)，而且能立即重新混合成有用的泥漿液體，使重晶石等有用泥漿材料重新進(jìn)入循環(huán)。而且，這種裝置既要能在新的設(shè)備中安裝使用，尤其要能對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造安裝，并且盡量降低安裝、改造成本，又在不影響現(xiàn)有鉆井流程的情況下，安裝方便，易于維護(hù)。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 技術(shù)方案

在離心機(jī)處理罐倉(cāng)內(nèi)安裝旋流漏斗，將離心機(jī)的排砂口與其連接，使離心機(jī)排出的固相物質(zhì)收集在錐形漏斗中；利用泥漿砂泵（可以利用除砂泵或是除泥泵的砂泵）從旋流漏斗的底部打入流速較高的泥漿，高速泥漿在旋流漏斗中會(huì)產(chǎn)生旋流。這樣，就能使高流速的泥漿與漏斗中原有的固相混合在一起，通過(guò)液體旋流來(lái)將固相和液相進(jìn)行混合后，由于液體的旋流會(huì)隨漏斗壁上升，上升到漏斗的出液口高度時(shí)，便從出液口進(jìn)入排出管道，進(jìn)入到泥漿儲(chǔ)備倉(cāng)，重新進(jìn)入循環(huán)使用。

3.2 工作流程

如圖2所示，中速離心機(jī)通過(guò)泥漿供液泵將中速離心機(jī)供液倉(cāng)的泥漿送入中速離心機(jī)中，中速離心機(jī)處理后的液體通過(guò)中速離心機(jī)的排液口進(jìn)入到下一離心機(jī)的供液倉(cāng)中。中速離心機(jī)分離出的固相物質(zhì)通過(guò)排砂口將固相物質(zhì)排入到本裝置的旋流漏斗內(nèi)；同時(shí)，由泥漿砂泵通過(guò)旋流漏斗側(cè)面底部切向的進(jìn)液管向漏斗內(nèi)送入高流速的泥漿，高流速的泥漿通過(guò)切向進(jìn)入的泥漿在旋流漏斗中時(shí)會(huì)產(chǎn)生旋流，高速旋流的液體會(huì)將漏斗中的固相物質(zhì)打散，并逐漸帶走并混合在液體中；旋流的液體在漏斗中會(huì)由于高速旋流而沿漏斗壁上升。當(dāng)液體旋流上升至漏斗出液口位置時(shí)，便進(jìn)入出液管，并經(jīng)出液管溢出旋流漏斗。排出的混合液體中含有大量的重晶石、鐵礦粉等貴重材料，通過(guò)管道送入儲(chǔ)備倉(cāng)進(jìn)行儲(chǔ)存，當(dāng)用到密度較大的泥漿時(shí)，這些泥漿便可重新進(jìn)入循環(huán)。

圖2 回收混合裝置示意

同時(shí)，中速離心機(jī)排出的液體進(jìn)入下一離心機(jī)供液倉(cāng)后，下一離心機(jī)也按同樣的流程對(duì)泥漿進(jìn)行處理，同樣可以把排出的固相物質(zhì)收集并進(jìn)行回收處理。

4 現(xiàn)場(chǎng)使用效果

重晶石回收混合裝置已經(jīng)在實(shí)際中得到應(yīng)用，效果良好，泥漿中原有的大量貴重的、有益的固相材料重新被利用起來(lái)，泥漿材料的成本有了明顯的降低，工作量也明顯減少；同時(shí)，也減少了廢料、廢液的排放。

5 結(jié)論

1） 回收混合裝置的成本低，而且安裝簡(jiǎn)單，可以通過(guò)改造安裝在現(xiàn)有的泥漿循環(huán)系統(tǒng)中，提供動(dòng)力的砂泵可以利用原有設(shè)備上的除砂泵、除泥泵，或是利用添加泥漿材料用的加重泵；改造內(nèi)容不多，成本低，改造后既能很方便地對(duì)離心機(jī)排出的固相與液體泥漿進(jìn)行混合，也不會(huì)影響原有的工藝流程，而且安裝簡(jiǎn)單、方便，易于維護(hù)。

2） 該裝置能很好地使泥漿材料重新收集進(jìn)入到循環(huán)中，大量節(jié)省了泥漿材料成本，減輕了加重作業(yè)的勞動(dòng)量。

3） 回收混合裝置大量減少了泥漿廢棄物的排出，為處理廢棄物帶來(lái)方便，而且對(duì)于環(huán)境的保護(hù)有著重要的作用。

［1］ 張愛(ài)武，王永新，岳松濤，等.鉆井液用重晶石粉密度測(cè)定不確定度的評(píng)定［J］.石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2010（10）：24-27.

［2］ 黎明，唐繼平，張斌中，等.超高密度重晶石鉆井液體系的研究與應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2008（4）：146-149.

［3］ 孫春玲.鉆井液的分散劑以及含分散劑的鉆井液［J］.精細(xì)與專用化學(xué)品，1988（10）：6-10.

［4］ 牟順泉，董懷榮，丁希軍，等.鉆屑隨鉆處理技術(shù)研究［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2012，41（7）：18-22.

Barite Recycling and Mixing Device for Petroleum Drilling

In order to recycle and reuse barite conveniently during the actual drilling work，a kind of vortex recycling and mixing device are used，working with centrifuge and weight pump for recycling the discharged mud solid immediately and turning back to circulation system.The practical use proves that the device can achieve expected effect.The device can greatly reduce the mud material needs，simply and practically，not only cut cost，but also decrease the mud solid discharge and lower work intensity.

drilling fluid；circulation；recycle；mixing device

TE926

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.09.026

1001-3482（2014）09-0097-03

2014-04-12

于書清（1971-），男，河北吳橋人，工程師，主要從事石油鉆井裝備制造工作，E-mail：13633178264＠139.com。