新型脫氣器研發(fā)理論探討

趙東濤

（黑龍江大慶鉆探錄井一公司工藝研究中心，黑龍江大慶163411）

新型脫氣器研發(fā)理論探討

趙東濤*

（黑龍江大慶鉆探錄井一公司工藝研究中心，黑龍江大慶163411）

脫氣器是綜合錄井儀和氣測錄井儀的重要設(shè)備，脫氣器的脫氣效率和穩(wěn)定性直接影響錄井氣測分析結(jié)果，進(jìn)而影響對油氣層的識(shí)別和解釋。通過對現(xiàn)用電動(dòng)脫氣器優(yōu)缺點(diǎn)的分析，提出一種全新理念的脫氣器，并詳細(xì)分析了這種脫氣器的結(jié)構(gòu)，原理及優(yōu)勢：（1）脫氣效率高，利于發(fā)現(xiàn)薄層氣；（2）脫氣量充足，穩(wěn)定、無管線堵塞；（3）安裝位置合理，無逸散氣流失；（4）無電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約成本，易于維修；（5）安全性能更高?；谝陨咸攸c(diǎn)使其有著很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

脫氣器；脫氣效率；無電機(jī)；安全性能

自從氣相色譜技術(shù)應(yīng)用于石油勘探領(lǐng)域以來，脫氣器作為應(yīng)用于將鉆井液中地層逸散氣脫出的特殊裝備就一直處于不斷改進(jìn)和完善中。脫氣器的脫氣效率和穩(wěn)定性直接影響錄井氣測分析結(jié)果，進(jìn)而影響對油氣層的識(shí)別和解釋，在綜合錄井中起著非常關(guān)鍵的作用。提高脫氣器的脫氣效率和穩(wěn)定性成為人們不斷完善和改進(jìn)的核心。本文介紹一種全新理念的脫氣器，其脫氣效率、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等都全面超越了現(xiàn)用電動(dòng)脫氣器。

1 脫氣器的發(fā)展現(xiàn)狀

在脫氣器的不斷發(fā)展和改進(jìn)過程中大概有以下幾種類型：

1.1 浮子式脫氣器

該脫氣器如圖1所示，由不銹鋼薄板制成，脫氣器外殼上安裝了2個(gè)圓柱形的浮子，該浮子的作用是調(diào)節(jié)脫氣器沒入鉆井液的深度。脫氣器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定了它在不同密度的鉆井液中都可以浮起來。為了從鉆井液中脫出更多的氣體，在脫氣器殼體內(nèi)部，垂直于鉆井液流動(dòng)的方向，安裝了許多片狀的、像梳子一樣的金屬條。

圖1 浮子式脫氣器

浮子式脫氣器由鉆井液破碎葉片、集氣室、輸氣孔等組成，是一種結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉的脫氣器，因其只能破碎鉆井液表層，故脫氣效率低，僅5%左右。

1.2 電動(dòng)脫氣器

電動(dòng)脫氣器是目前應(yīng)用最廣泛的脫氣器，其有多種型號(hào)。雖然形狀各異，但其結(jié)構(gòu)基本相同，由固定件、支架、電機(jī)、脫氣筒、攪拌桿、高度調(diào)節(jié)裝置等組成如圖2所示。工作原理是利用電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)攪拌棒高速攪拌破碎鉆井液，使其中的氣體逸出的原理制成。接通電源時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶著攪拌棒高速旋轉(zhuǎn)，攪拌棒帶動(dòng)鉆井液旋轉(zhuǎn)，由于離心作用及筒壁的限制，使鉆丼液呈旋渦狀沿筒壁快速上升，遇到擋圏時(shí)鉆丼液被碰撞破碎成細(xì)滴狀淋出，使鉆井液表面積急劇增大，鉆井液中的氣體大量逸出，通過樣氣出口進(jìn)入氣水分離器及干燥筒凈化，再通過樣氣管線進(jìn)入分析儀器分析。應(yīng)用該脫氣器可采集鉆井液中的游離氣脫氣效率約20%。

1.3 定量脫氣器

圖2 電動(dòng)脫氣器

目前市場上存在的定量脫氣器其定量方式主要有2種，一種是離心泵式，另一種是蠕動(dòng)泵式，二者都通過管線將鉆井液泵入到脫氣室內(nèi)進(jìn)行攪拌脫氣，離心泵式成本相對較低，但會(huì)受到泵頭浸入泥漿液面的深度影響，定量效果稍差些，但可以防止管線抽泥漿，對于定量要求不太高的場所完全可以使用。蠕動(dòng)泵式定量效果好，成本很高，其內(nèi)部采用軟管受擠壓蠕動(dòng)的方式泵入鉆井液，泵入量小，軟管屬于易耗品，需經(jīng)常更換，進(jìn)口管成本較高，維護(hù)比較困難。對于北方寒冷天氣，這兩種定量方式都不太適合，主要是泥漿輸送管線易凍，維護(hù)起來相當(dāng)麻煩如圖3所示：

圖3 定量脫氣器

2 目前在用脫氣器脫氣器脫存在弊端

雖然目前在用電動(dòng)脫氣器已經(jīng)使用很多年，但存在很多弊端，大概如下：

（1）脫氣效率低下：由于結(jié)構(gòu)原理限制，使現(xiàn)用電動(dòng)脫氣器攪拌桿破碎鉆井液面積很小，只局限脫氣筒下部鉆井液，產(chǎn)生逸散氣量小，脫氣效率低下，影響色譜分析結(jié)果。

（2）脫氣量不穩(wěn)定并有管線堵塞現(xiàn)象：由于脫氣器必須安裝在鉆井液導(dǎo)流管出口敞開槽池面上，出口鉆井液液面很不穩(wěn)定，時(shí)高時(shí)低，脫氣器破碎液面也隨之變化，使脫氣量很不穩(wěn)定，并經(jīng)常有鉆井液淹沒脫氣器的現(xiàn)象發(fā)生，致使鉆井液被吸入氣管線，發(fā)生氣管線堵塞。脫氣器的脫氣筒要經(jīng)常清洗，脫氣筒內(nèi)部由脫氣室和平衡室組成，2個(gè)室的容積大小及其比例都要適中，如隨意改變將影響脫氣器的脫氣效率和脫氣量。脫氣器經(jīng)過一段時(shí)間的使用后，脫氣筒內(nèi)壁上會(huì)產(chǎn)生大量的固結(jié)物，不但易堵塞出氣孔，還使脫氣筒的有效容積減小，進(jìn)而降低脫氣效率。導(dǎo)致供給綜合錄井儀氣量不穩(wěn)定，從而影響色譜儀器分析結(jié)果。

（3）逸散氣散失，稀釋：由于現(xiàn)用電動(dòng)脫氣器安裝距離較井口遠(yuǎn)，井底泥漿經(jīng)過一段距離運(yùn)動(dòng)才能到達(dá)脫氣器，而脫氣器又安裝在一敞開槽面上，必然會(huì)造成由井底出來進(jìn)入鉆井液中的天然氣（溶解氣和游離氣）部分逸散，近而降低氣體收集效率?，F(xiàn)用電動(dòng)脫氣器進(jìn)氣口和空氣入口距離很近，工作時(shí)一邊吸氣一邊進(jìn)氣，很容易造成收集到的有限量的逸散氣被空氣稀釋，因而影響吸入儀器逸散氣濃度，降低色譜分析效果。

（4）影響鉆井進(jìn)度，人員工作量大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，成本高：由于現(xiàn)用電動(dòng)脫氣器長時(shí)間在惡劣環(huán)境下工作，電機(jī)需要經(jīng)常更換，增加了生產(chǎn)成本。而脫氣器安裝位置空間狹小、濕滑、泥濘、體積碩大、笨重，安裝及更換很不容易，又要布設(shè)電纜線，需要幾個(gè)人操作，影響鉆井時(shí)間長，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

（5）存在安全隱患：由于現(xiàn)有電動(dòng)脫氣器必須使用電機(jī)作為動(dòng)力，而電機(jī)在工作過程中容易產(chǎn)生電火花，對含氣量高的場所容易發(fā)生爆炸火災(zāi)等事故。且電機(jī)工作在震動(dòng)、濕滑、腐蝕性強(qiáng)的環(huán)境中容易有漏電的安全隱患。

3 新型脫氣器結(jié)構(gòu)原理及優(yōu)點(diǎn)

3.1 新型脫氣器結(jié)構(gòu)及工作原理

新型脫氣器工作原理科學(xué)，結(jié)構(gòu)簡單，如圖4所示，由以下幾部分組成：（1）鉆井液破碎室；（2）逸散氣采集室；（3）鉆井液破碎板；（4）擋泥圈；（5）空氣出、入口；（6）氣體干燥凈化裝置。

圖4 新型脫氣器

首先新型脫氣器安裝在套管和出口鉆井液導(dǎo)流管連接處，最大限度接近井口。鉆井液在泵壓的作用下高速噴射出來，擊打鉆井液破碎室里面的鋸齒狀鉆井液破碎擋板。鉆井液表面積會(huì)立即擴(kuò)大、分散，容在鉆井液中的天然氣（溶解氣和游離氣）就會(huì)立即分散脫出。這些逸散氣向上運(yùn)行，聚集于上部集器室，通過空氣出口氣體干燥凈化裝置，再通過樣氣管線供給儀器采集。多余氣體由集氣室上部開口溢出。鉆井液由下部出口快速排除。由于鋸齒狀鉆井液破碎擋板在鉆井液的沖刷過程中可能會(huì)有雜質(zhì)懸掛于其上，為方便清理，集氣室和鉆井液破碎室分成2部分制作，這2部分由帶密封圈快鎖裝置連接。清理鉆井液破碎擋板上雜質(zhì)時(shí)可打開快鎖裝置，完全將集氣室和鉆井液破碎室分離，十分方便清理工作。

3.2 新型脫氣器優(yōu)點(diǎn)

（1）脫氣效率高，利于發(fā)現(xiàn)薄層氣：由于巧妙的結(jié)構(gòu)和合理的安裝位置，鉆井液在泵壓的作用下高速噴射出來，擊打在鋸齒狀鉆井液破碎擋板上，對全部鉆井液進(jìn)行高效破碎，使鉆井液中氣體充分逸散。產(chǎn)生逸散氣量大，極大地提高了脫氣效率。特別對于油田開發(fā)后期薄層氣的發(fā)現(xiàn)具有重要意義。

（2）脫氣量充足，穩(wěn)定、無管線堵塞：由于巧妙的設(shè)計(jì)使供給儀器采氣量充足、穩(wěn)定，絕不會(huì)發(fā)生鉆井液被吸入氣管線而造成堵塞現(xiàn)象。排除了由于鉆井液面不穩(wěn)定對綜合錄井儀色譜曲線造成的影響。

（3）安裝位置合理，無逸散氣流失：新型脫氣器安裝在井口附近，相當(dāng)于在鉆井液剛出井口就對其逸散氣進(jìn)行收集，減少了鉆井液在地面流動(dòng)而產(chǎn)生的氣體散失。

（4）無電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約成本，易于維修：由于取消了電動(dòng)機(jī)及其輔助部件，結(jié)構(gòu)簡單，不需要維修，只需要定期簡單維護(hù)，沒有了以前不斷調(diào)試脫氣器液面或更換電動(dòng)脫氣器，不設(shè)電纜的煩惱，極大的節(jié)省了生產(chǎn)時(shí)間，減少了工作量，節(jié)約了電機(jī)，電纜等生產(chǎn)成本。而且安裝簡單，一次就成功。

（5）安全性能更高：在一些氣體含量較高的探井作業(yè)，由于沒有電機(jī)及其輔助部件，完全消除了由于用電設(shè)備工作產(chǎn)生的電火花造成的危險(xiǎn)情況，保證了安全生產(chǎn)。

4 結(jié)束語

在長期的錄井過程中人們已經(jīng)習(xí)慣了現(xiàn)用電動(dòng)脫氣器的應(yīng)用，但其很多致命的弱點(diǎn)一直克服不了。人們也一直在不斷的探索和再開發(fā)中摸索。從結(jié)構(gòu)及工作原理分析，本新型脫氣器有很多優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)用脫氣器所不具有的，如能在現(xiàn)場推廣應(yīng)用，將是錄井脫氣器革命性改變，能極大的提高氣測錄井精度和質(zhì)量。

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[3]辛自立，王志麗.氣動(dòng)脫氣器優(yōu)勢分析及應(yīng)用效果對比[J].錄井工程，2012,23（2）:74-77.

TE26

A

1004-5716(2015)12-0090-03

2014-12-04

2014-12-19

趙東濤（1972-），男（漢族），黑龍江大慶人，工程師，現(xiàn)從事綜合錄井儀的開發(fā)與研制工作。