鉆井巖屑收集轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的研制與應(yīng)用

何建春+冉建+劉洋

摘要：在鉆井作業(yè)中，較遠(yuǎn)距離地對(duì)巖屑收集和轉(zhuǎn)運(yùn)仍然采用傳統(tǒng)人工推車轉(zhuǎn)運(yùn)的方式，已逐漸不能適應(yīng)鉆井生產(chǎn)對(duì)安全、環(huán)保和成本的新要求。文章提出這一種專用裝置，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證來(lái)滿足這一新要求。

關(guān)鍵詞：緩存混合器；泵送裝置；裝置研制；鉆井巖屑收集轉(zhuǎn)運(yùn)裝置；鉆井作業(yè) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TE24 文章編號(hào)：1009-2374（2017）07-0216-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.07.103

鉆井過(guò)程中，泥漿從井內(nèi)帶出的大量巖屑通過(guò)振動(dòng)篩、離心機(jī)分離出泥漿循環(huán)罐外，現(xiàn)在通常采用的是人工推車收集轉(zhuǎn)運(yùn)的方式排入沉砂池，這樣轉(zhuǎn)運(yùn)的勞動(dòng)強(qiáng)度及人力成本都較高，并且容易出現(xiàn)巖屑堆積或散落在排污溝周圍，影響循環(huán)罐及井場(chǎng)周邊環(huán)境，存在較大的安全、環(huán)保隱患。本文提出一種鉆井巖屑的收集轉(zhuǎn)運(yùn)裝置來(lái)解決這一問(wèn)題。

1 裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

裝置主要由收集裝置1和轉(zhuǎn)運(yùn)裝置2兩部分構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。收集裝置主要負(fù)責(zé)將1#循環(huán)罐3個(gè)振動(dòng)篩排砂槽、2#循環(huán)罐1個(gè)一體機(jī)排砂槽以及3#罐兩個(gè)離心機(jī)排砂槽排出的巖屑收集并傳輸?shù)睫D(zhuǎn)運(yùn)裝置內(nèi)，然后由轉(zhuǎn)運(yùn)裝置將其轉(zhuǎn)運(yùn)至沉砂池內(nèi)。

1.1 收集裝置

收集裝置采用無(wú)軸螺旋輸送機(jī)來(lái)完成巖屑收集，主要由電機(jī)11、聯(lián)軸器12、軸系支座13、驅(qū)動(dòng)軸系14、無(wú)軸螺旋15、機(jī)架16和排料口17等幾部分組成。使用時(shí)，先盤(pán)轉(zhuǎn)軸系，確認(rèn)無(wú)卡阻后啟動(dòng)電機(jī)11，通過(guò)聯(lián)軸器12和驅(qū)動(dòng)軸系14帶動(dòng)無(wú)軸螺旋15旋轉(zhuǎn)，當(dāng)巖屑落入機(jī)架16中時(shí)，被無(wú)軸螺旋15向前推送，通過(guò)排料口17進(jìn)入轉(zhuǎn)運(yùn)裝置2。

經(jīng)對(duì)鉆井過(guò)程中巖屑排放量的分析，在表層鉆進(jìn)時(shí)巖屑的排量是最大的，根據(jù)對(duì)川渝地區(qū)多個(gè)鉆井隊(duì)的調(diào)研分析，一般日進(jìn)尺400m左右，最大排量約在3m3/h，考慮到巖土成松散狀的巖屑并有一定含水量的情況下，實(shí)際排量約為原始體積的1.5～2.2倍。結(jié)合無(wú)軸螺旋機(jī)超強(qiáng)耐磨性和耐用性、抗纏繞性強(qiáng)、物料不易堵塞、傳動(dòng)平穩(wěn)等輸送特性，收集裝置的主要技術(shù)參數(shù)確定如表1所示：

1.2 轉(zhuǎn)運(yùn)裝置

轉(zhuǎn)運(yùn)裝置采用攪拌、緩存和泵送相結(jié)合的方式來(lái)完成巖屑的轉(zhuǎn)運(yùn)，由緩存混合器21和泵送裝置22組成。緩存混合器21主要包含驅(qū)動(dòng)裝置211、攪拌葉輪212、緩存機(jī)架213和緩存出料口214等幾部分，泵送裝置22主要包含進(jìn)料口221、轉(zhuǎn)運(yùn)泵222、清管器223和排料管224等幾部分。當(dāng)巖屑從收集裝置1中進(jìn)入緩存混合器21時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置211啟動(dòng)，帶動(dòng)攪拌葉輪212旋轉(zhuǎn)，將進(jìn)入的巖屑和泥漿混合成糊狀物，待堆積到一定量后，開(kāi)啟緩存出料口214，糊狀物進(jìn)入泵送裝置進(jìn)料口221，通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)泵222的抽

汲和泵送作用將其送入排料管224，從而轉(zhuǎn)運(yùn)至沉砂池。

1.2.1 緩存混合器。緩存混合器主要起攪拌、暫存巖屑和泥漿的作用。將進(jìn)入的巖屑和泥漿通過(guò)不斷攪拌混合成糊狀物，以增強(qiáng)巖屑黏度，提高其可泵送性，以免造成無(wú)法轉(zhuǎn)運(yùn)或堵管等情況，這個(gè)過(guò)程類似于增強(qiáng)混凝土的坍落度，是轉(zhuǎn)運(yùn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系轉(zhuǎn)運(yùn)成敗。另外可以暫時(shí)儲(chǔ)存糊狀物，等糊狀物儲(chǔ)存到一定量后再進(jìn)行泵送轉(zhuǎn)運(yùn)，可減少泵送裝置工作時(shí)間，節(jié)約能源并能延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，同時(shí)也可減少清管次數(shù)，簡(jiǎn)化操作。主要技術(shù)參數(shù)如表2所示：

1.2.2 泵送裝置。泵送裝置主要起泵送巖屑的作用。通過(guò)對(duì)鉆井巖屑的物理特性分析發(fā)現(xiàn)，鉆井巖屑與建筑行業(yè)中使用的混凝土具有部分相似的特性，都屬于具有固液兩相的物質(zhì)，固相含量遠(yuǎn)大于液相，都具有一定的流動(dòng)性、固相顆粒大等特點(diǎn)。在建筑行業(yè)中有專用的混凝土輸送泵將混凝土進(jìn)行一定距離內(nèi)的輸送，故借用其工作原理設(shè)計(jì)出巖屑的專用轉(zhuǎn)運(yùn)泵。

整個(gè)泵送裝置關(guān)鍵部件是轉(zhuǎn)運(yùn)泵，工作原理如圖2所示，巖屑活塞（7、8）分別與主油缸（1、2）活塞桿連接，在主油缸液壓油作用下，作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一缸前進(jìn)，則另一缸后退；巖屑缸出口與料斗連通，分配閥一端接出料口，另一端能過(guò)花鍵軸與擺臂連接，在擺動(dòng)油缸作用下，可以左右擺動(dòng)。

泵送巖屑料時(shí)，在主油缸作用下，巖屑活塞7前進(jìn)，巖屑活塞8后退，同時(shí)在擺動(dòng)油缸作用下，分配閥10與巖屑缸5連通，巖屑缸6與料斗連通。這樣巖屑活塞8后退，便將料斗內(nèi)的巖屑吸入巖屑缸，巖屑活塞7前進(jìn)，將巖屑缸內(nèi)巖屑料送入分配閥泵出。

當(dāng)巖屑活塞8后退至行程終端時(shí)，觸發(fā)水箱3中的換向裝置4，主油缸1、2換向，同時(shí)擺動(dòng)油缸12、13換向，使分配閥10與巖屑缸6連通，巖屑缸5與料斗連通，這時(shí)活塞7后退，8前進(jìn)。通過(guò)不停的循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)泵送。

當(dāng)需要清理輸送管路中的積料時(shí)，可以通過(guò)反泵操作，使處在吸入行程的巖屑缸與分配閥連通，處在推送行程的巖屑缸與料斗連通，從而將管路中的巖屑抽回料斗。

因?yàn)閹r屑混合物黏度高，易堵管，所以每完成一次巖屑轉(zhuǎn)運(yùn)后，需啟用泵送裝置中的清管器，用壓縮空氣推動(dòng)海綿球清理管道內(nèi)的殘余巖屑，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道的清理，以免干涸后堵管，清管器結(jié)構(gòu)原理示意如圖3所示。具體操作流程是：當(dāng)需要清管時(shí)，在進(jìn)氣管7處接入壓縮空氣（p≥0.5MPa，氣量Q≤0.4m3，井場(chǎng)氣源提供），在閘閥D4處投入海綿球，然后關(guān)掉閘閥A1、閘閥D4和閘閥E5，開(kāi)啟閘閥B2和閘閥C3，最后打開(kāi)氣源將海綿球推到排料管8出口端完成管道內(nèi)殘余巖屑的清理。

通過(guò)對(duì)井隊(duì)巖屑的調(diào)研了解，僅在表層鉆進(jìn)過(guò)程中，有極少部分巖屑直徑>Ф25mm，可通過(guò)泵送裝置進(jìn)料口221的濾網(wǎng)過(guò)濾后人工撿出，再結(jié)合巖屑的特性和井場(chǎng)巖屑排放的實(shí)際情況，轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的主要技術(shù)參數(shù)確定如表3所示。

2 技術(shù)關(guān)鍵及主要特點(diǎn)

第一，本裝置研制的關(guān)鍵點(diǎn)在于轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的設(shè)計(jì)，它是在巖屑物理特性與混凝土物理特性具有一定相似性的基礎(chǔ)上，對(duì)混凝土輸送泵工作原理充分吸收借鑒后進(jìn)行的改進(jìn)設(shè)計(jì)。

第二，收集裝置采用U型槽外殼，方便巖屑收集，不易拋灑；采用無(wú)軸螺旋機(jī)進(jìn)行傳輸，不易卡阻、剪斷，傳輸效率高；采用U型尼龍襯墊，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，維修方便；整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，加工制造難度較小，現(xiàn)場(chǎng)安裝和維護(hù)保養(yǎng)較簡(jiǎn)單。

第三，轉(zhuǎn)運(yùn)裝置能使巖屑在無(wú)灑落的情況下水平運(yùn)送最大達(dá)200m的距離，降低了人工轉(zhuǎn)運(yùn)的勞動(dòng)強(qiáng)度和成本。

第四，每個(gè)裝置成獨(dú)立單元，在現(xiàn)場(chǎng)惡劣的工作條件下，隨時(shí)可以更換，不影響鉆井作業(yè)。

第五，整套裝置設(shè)計(jì)環(huán)保，不論是收集裝置的結(jié)構(gòu)、緩存混合器的增設(shè)還是清管器壓縮空氣的使用，在有效杜絕巖屑溢出的同時(shí)可減少污水的產(chǎn)生，從而大大降低了污水處理費(fèi)用和可能帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。

第六，適用于沉砂池距1#循環(huán)罐有一定距離的鉆井現(xiàn)場(chǎng)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

該裝置從2013年10月初投入井隊(duì)試用至今，通過(guò)在川渝兩地各區(qū)塊超過(guò)20井次各井段的運(yùn)用證明，該裝置能完整收集和可靠轉(zhuǎn)運(yùn)鉆井巖屑至沉砂池。該裝置的使用妥善解決了巖屑散落帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，節(jié)約了處理巖屑污染以及鉆井污水產(chǎn)生的環(huán)保費(fèi)用，帶來(lái)的環(huán)保效益無(wú)法估量。同時(shí)降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了人工轉(zhuǎn)運(yùn)巖屑存在的不安全隱患，減少了人工轉(zhuǎn)運(yùn)成本。4000m鉆機(jī)節(jié)約人工費(fèi)用約4.3萬(wàn)元/年；5000m鉆機(jī)每年節(jié)約人工費(fèi)用約5.5萬(wàn)元/年；7000m鉆機(jī)每年節(jié)約人工費(fèi)用約7.3萬(wàn)元/年；節(jié)約人工推車費(fèi)用約1萬(wàn)元/年。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）該裝置實(shí)現(xiàn)了各區(qū)塊各井段巖屑的收集與遠(yuǎn)距離輸送，在中深井段效果尤佳；（2）該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、安裝操作方便、經(jīng)濟(jì)耐用、維護(hù)量極少、維護(hù)費(fèi)用低，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)還能杜絕環(huán)境污染，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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[2] 王海英.水泥混泥土輸送泵車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，24（1）.

作者簡(jiǎn)介：何建春（1980-），男，四川營(yíng)山人，川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司工程師，研究方向：鉆井設(shè)備管理；冉建（1984-），男，四川蓬溪人，川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司工程師，研究方向：鉆井設(shè)備管理。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）