鉆井注氣設(shè)備自動(dòng)排污系統(tǒng)研究及應(yīng)用

鄂志偉?。ù髴c鉆探工程公司鉆井三公司）

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鉆井注氣設(shè)備自動(dòng)排污系統(tǒng)研究及應(yīng)用

鄂志偉（大慶鉆探工程公司鉆井三公司）

針對現(xiàn)有氣體鉆井注氣設(shè)備排污不環(huán)保、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題，開展了氣體鉆井設(shè)備自動(dòng)排污系統(tǒng)研究。通過管徑壓耗計(jì)算以及經(jīng)濟(jì)性分析，確定了2〞鋼管為排污主管線，同時(shí)優(yōu)化了排污工藝，把所有設(shè)備的排污管線連接在一根主排污管線上，利用設(shè)備排污壓力，通過主排污管線把污液排放到井隊(duì)廢物集中收集裝置統(tǒng)一處理?，F(xiàn)場應(yīng)用7口井，收集廢液700 m3，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保、自動(dòng)排污，減輕了操作人員工作量，減少了環(huán)境污染，對氣體鉆井安全環(huán)保施工具有借鑒作用。

氣體鉆井；注氣設(shè)備；自動(dòng)排污系統(tǒng)；安全環(huán)保

深層提速氣體鉆井技術(shù)主要的注氣設(shè)備包括空壓機(jī)、膜制氮、增壓機(jī)、霧化泵，正常使用設(shè)備數(shù)量不少于8臺(tái)，每臺(tái)設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中排放高溫高壓油水廢液，原來的設(shè)備排污方式是每臺(tái)設(shè)備配有獨(dú)立的排污管線，統(tǒng)一排放到人工挖掘1個(gè)約為1.5 m3的排污坑內(nèi)，每小時(shí)需要1～2名工作人員進(jìn)行排污坑清理，排放出來的高溫高壓油污氣體對工作人員存在潛在的人身傷害風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，污染了周圍環(huán)境，如排污不及時(shí)，有可能對設(shè)備造成傷害，不能滿足HSE要求［1-3］。對此，開展氣體鉆井注氣設(shè)備自動(dòng)排污系統(tǒng)研究，提高了鉆井安全、環(huán)保鉆井能力。

1　自動(dòng)排污系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1整體設(shè)計(jì)

把設(shè)備排污管線集中至1條主管線上，主管線連接至井隊(duì)排污池，利用設(shè)備自身排污壓力帶動(dòng)污水排放到排污池，排污池容量能夠滿足1口氣體鉆井排污要求，氣體鉆井結(jié)束后，污水統(tǒng)一凈化處理?？紤]到設(shè)備區(qū)距離井隊(duì)排污坑至少50 m，管內(nèi)存在壓力損失，優(yōu)選管材成為自動(dòng)排污的關(guān)鍵。管線選取需要克服整個(gè)排污系統(tǒng)壓力損失的影響，即整套排污管線系統(tǒng)的壓力損失要小于設(shè)備排污的額定壓力，這樣才能使污液被排放到泥漿坑。

1.2排污管線設(shè)計(jì)

排污管線壓力損失=設(shè)備區(qū)排污管線壓力損失+主排污管線壓力損失

1.2.1設(shè)備區(qū)排污管線壓力損失

設(shè)備區(qū)排污管線壓力損失=排污管線沿程壓力損失+排污管線局部壓力損失

1） 排污管線沿程壓力損失［4］：

式中：HL——排污管線沿程壓力損失，MPa；

u——圓管中平均流速，m/s；

l——圓管長度，m；

d——直徑，d=2r，mm；

Re——雷諾數(shù)；

Δ——管壁絕對粗糙度；

g——重力加速度，m/s2；——通常由實(shí)驗(yàn)確定。

2）排污管線局部壓力損失：

該處的局部壓力損失為折角彎管局部壓力損失（圖1）。式中：HZ——排污管線局部壓力損失，MPa；

圖1　折角彎管分析圖

ξ——局部阻力系數(shù)；

α——折角彎管角度，°。

經(jīng)計(jì)算設(shè)備區(qū)1''排污管線長度30 m總壓力損失為0.19 MPa。由于氣體鉆井設(shè)備的額定排污壓力一般為0.5 MPa，要求主排污管線壓力損失必須小于0.3 MPa才可滿足設(shè)備污液排放到泥漿坑的要求。

1.2.2主排污管線壓力損失

主排污管線除了有沿程壓力損失和折角彎管壓力損失外，還存在設(shè)備排污管線到主排污管線的變徑壓力損失：

式中：Hb——排污管線變徑壓力損失，MPa。

2　現(xiàn)場應(yīng)用

原有設(shè)備排污方式是每臺(tái)設(shè)備配有獨(dú)立的排污管線，統(tǒng)一排放到人工挖掘一個(gè)容積約為1.5 m3的排污坑內(nèi)，每小時(shí)需要1～2名工作人員進(jìn)行排污坑清理，增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)容易污染了周圍環(huán)境。針對以上問題，現(xiàn)場通過7口井利用以上理論對1"、2"、3"三種不同規(guī)格的管線進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見圖2。從圖2可以得出，1"管線43 m時(shí)所造成的壓力損失超過0.3 MPa，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排污要求；2"、3"管線70 m以內(nèi)壓力損失均小于0.3 MPa，能夠滿足主排污管線長度為50 m以上的現(xiàn)場需求。綜合考慮成本和經(jīng)濟(jì)性分析，優(yōu)選2"管線作為排污主管線，并結(jié)合氣體鉆井設(shè)備布置實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化，形成了自動(dòng)排污系統(tǒng)現(xiàn)場示意圖（圖3），把所有設(shè)備的排污管線連接在1根主排污管線上，利用設(shè)備排污壓力，把污液排放到井隊(duì)廢物集中收集裝置統(tǒng)一處理，每口井自動(dòng)收集廢液100 m3，共收集廢液700 m3，成功率100%，實(shí)現(xiàn)了全過程環(huán)保、自動(dòng)排污，減輕了操作人員工作強(qiáng)度，有效地提高了工作效率，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)異常，降低設(shè)備發(fā)生故障概率。

圖2　不同排污管線壓力損失

圖3　自動(dòng)排污系統(tǒng)構(gòu)造

3　認(rèn)識(shí)與建議

1）現(xiàn)場7口井應(yīng)用表明，自動(dòng)排污系統(tǒng)可以有效解決設(shè)備排污不環(huán)保、工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題，對實(shí)現(xiàn)氣體鉆井安全、環(huán)保施工具有重要的意義。

2）開展氣體鉆井設(shè)備排污所帶出來的高壓氣體再利用技術(shù)研究，減輕設(shè)備壓力，進(jìn)一步提高氣體鉆井效率。

3）若條件允許，對氣體鉆井設(shè)備進(jìn)行油改電改造，杜絕環(huán)境污染，節(jié)省能源。

［1］馬曉偉，張顯軍，趙德云，等.空氣/氮?dú)忏@井技術(shù)在徐深28井的成功實(shí)踐［J］.石油鉆采工藝，2008，30（3）：19-23.

［2］李金和，徐忠祥，羅整，等.電驅(qū)動(dòng)氣體鉆井設(shè)備設(shè)計(jì)方案［J］.鉆采工藝，2015，38（5）：19-21.

［3］田玉棟.氣體鉆井節(jié)能減排裝置的研制及應(yīng)用［J］.石油石化節(jié)能，2016，6（2）：21-23.

［4］楊毅，齊彬，馬曉偉.氣體鉆井注氣模型優(yōu)選及設(shè)備優(yōu)化配置分析［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2011，38（7）：53-56.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.09.005

2016-03-24

（編輯杜麗華）

鄂志偉，工程師，2005年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）（勘查技術(shù)與工程專業(yè)），從事鉆井井控技術(shù)管理工作，E-mail：ezhiwei2004@163.com，地址：大慶市紅崗區(qū)大慶鉆探工程公司鉆井三公司，163413。