一種重晶石密閉輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

張 振，鄧承東，詹杰元

（中國(guó)石油渤海石油裝備制造有限公司石油機(jī)械廠(chǎng)，河北任丘 062550）

0 引言

目前井隊(duì)鉆井液的加重作業(yè)方式通常采用噴射式加重漏斗，無(wú)論是人工袋包加重還是噸包架加重，均是依靠人力作業(yè)，將重晶石粉混合到射流內(nèi)。這些加重方法有加重效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度高、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、加重混合不均勻、環(huán)境污染等問(wèn)題。如何利用井隊(duì)現(xiàn)有條件，克服上述弊端，成為鉆井作業(yè)面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。為解決這一問(wèn)題，研發(fā)了新型重晶石密閉輸送系統(tǒng)。

1 新型重晶石密閉輸送系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由倒運(yùn)系統(tǒng)、重晶石儲(chǔ)罐、輸送管匯組成，并輔助配有稱(chēng)重系統(tǒng)等設(shè)備。工作流程：倒運(yùn)系統(tǒng)將重晶石粉料從重晶石儲(chǔ)罐儲(chǔ)灰系統(tǒng)運(yùn)至井場(chǎng)，通過(guò)出口管匯連接至重晶石儲(chǔ)罐（可由背罐車(chē)或卡車(chē)運(yùn)輸），然后進(jìn)行卸灰作業(yè)。卸灰作業(yè)結(jié)束后，如鉆井時(shí)需要加重作業(yè)，則通過(guò)空壓機(jī)對(duì)儲(chǔ)罐打氣，儲(chǔ)罐通過(guò)管匯與固控系統(tǒng)連接，進(jìn)行下灰加重作業(yè)。全套系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)標(biāo)、行標(biāo)及客戶(hù)要求。

（1）倒運(yùn)系統(tǒng)（圖1）。該系統(tǒng)由倒運(yùn)雙聯(lián)立罐或倒運(yùn)下灰車(chē)組成，罐體為16 m3臥式作業(yè)罐（2具8 m3罐），儲(chǔ)灰約60 t，隨時(shí)用貨車(chē)向井場(chǎng)儲(chǔ)灰罐送灰。單罐罐體外形尺寸為Φ2000 mm×2892 mm（封頭板厚8 mm/Q345-R，筒體板厚6 mm/Q345-R），最大工作壓力0.45 MPa，最大卸料速度≥1.5 t/min，剩灰率≤0.3%。該罐采用氣力輸送方式將物料經(jīng)石粉廠(chǎng)儲(chǔ)灰罐的進(jìn)灰管輸送到倒運(yùn)罐內(nèi)儲(chǔ)存，或者通過(guò)人孔處加料?，F(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)灰罐需要獲得物料時(shí)，需將該罐運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，便可打開(kāi)閥門(mén)使壓縮空氣進(jìn)入倒運(yùn)罐氣化室內(nèi)，將灰料氣動(dòng)成流態(tài)，當(dāng)罐內(nèi)壓力達(dá)到0.45 MPa時(shí)便可打開(kāi)出料蝶閥，使罐內(nèi)流態(tài)物料排出并進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)灰罐內(nèi)。設(shè)有放空除塵設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)塵土粉塵排放濃度≤80 mg/m3，實(shí)現(xiàn)作業(yè)對(duì)環(huán)境、對(duì)人員的無(wú)傷害處理。

圖1 倒運(yùn)系統(tǒng)

（2）儲(chǔ)灰系統(tǒng)（圖2）。外表為一個(gè)大罐，有效容積22 m3，外形尺寸Φ2420 mm×6362 mm（封頭板厚8 mm/Q345-R，筒體板厚8 mm/Q345-R）。利用計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)的全方位環(huán)形大氣室，進(jìn)氣空間分布在罐體底部，氣化床采用大角度導(dǎo)流氣化裝置。導(dǎo)流氣化裝置裝置內(nèi)部全面鋪設(shè)氣化噴嘴，確保不存灰、不結(jié)塊。氣床布為多層交擂編織尼龍布，有透氣性好、耐沖擊、承壓強(qiáng)、不變形等優(yōu)點(diǎn)，并且進(jìn)氣時(shí)布面會(huì)形成有節(jié)奏的振動(dòng)，不易結(jié)層，下灰快，從而大大降低罐內(nèi)壓力，延長(zhǎng)使用壽命，降低使用成本。在制作過(guò)程中，需采用埋弧自動(dòng)焊焊接。

圖2 儲(chǔ)灰系統(tǒng)

2 改進(jìn)措施

（1）針對(duì)儲(chǔ)灰罐研發(fā)了新型氣化床結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)快速下灰且?；衣实?。設(shè)置總氣室及氣室設(shè)計(jì)環(huán)形氣化噴嘴雙結(jié)構(gòu)，避免氣化機(jī)構(gòu)出現(xiàn)灰料板結(jié)。與比傳統(tǒng)灰罐的氣化結(jié)構(gòu)相比，新型氣化結(jié)構(gòu)為雙進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，除在底部設(shè)置環(huán)形氣室外，在氣化室底部設(shè)有高壓環(huán)形氣化嘴，壓縮空氣經(jīng)其分配后進(jìn)入各個(gè)噴嘴（圖3）。噴嘴出氣孔較小、出氣氣壓大，在密度較大的重晶石粉剩余灰料出現(xiàn)板結(jié)時(shí)，可以噴射高壓氣流，清理剩余灰料及板結(jié)。

（2）設(shè)計(jì)新型稱(chēng)重機(jī)構(gòu)。傳統(tǒng)灰罐通常采用模塊式傳感器，但是模塊式傳感器對(duì)地面平整度要求較高，鉆井井場(chǎng)地面不平時(shí)模塊式傳感器無(wú)法使用。新研發(fā)的稱(chēng)重系統(tǒng)解決了由于井場(chǎng)地面不平而造成的計(jì)量不準(zhǔn)問(wèn)題（圖4）。該系統(tǒng)采用銷(xiāo)軸式稱(chēng)重傳感，當(dāng)井場(chǎng)搬家時(shí)可通過(guò)拆卸銷(xiāo)軸實(shí)現(xiàn)底座與罐體的分拆運(yùn)輸，適合于井場(chǎng)不平整的地面和井位轉(zhuǎn)場(chǎng)頻繁的作業(yè)。

圖3 環(huán)形氣化結(jié)構(gòu)

圖4 稱(chēng)重機(jī)構(gòu)

3 應(yīng)用效果

目前，重晶石密閉輸灰系統(tǒng)已經(jīng)在渤海鉆探四川頁(yè)巖氣作業(yè)區(qū)域、華北區(qū)域西投入使用（圖5、圖6）。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)記錄顯示下灰速度＞1.6 t/min，完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。由于重晶石自動(dòng)下灰出灰量可控，因此現(xiàn)場(chǎng)可適時(shí)調(diào)整泥漿密度，以滿(mǎn)足井下工況需要。

圖5 頁(yè)巖氣作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)

圖6 華北區(qū)域作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)

4 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的進(jìn)步，以新型環(huán)保作業(yè)工藝替代傳統(tǒng)污染工藝將是主要的發(fā)展方向。使用高效環(huán)保的重晶石密閉輸灰系統(tǒng)，既能提高重晶石加重速率，又能實(shí)現(xiàn)環(huán)保作業(yè)。而且隨著中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司“去包裝化”要求的開(kāi)展，該項(xiàng)目的實(shí)施具有廣闊的市場(chǎng)前景和推廣應(yīng)用價(jià)值。