固井小劑量藥品添加器的設(shè)計與應用

高亞寧，姜文龍，王 麗，彭誠峰

（中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶固井公司，陜西西安 710081）

1 研究背景

隨著氣井市場地層復雜化和鉆井類型的增多，對固井施工時間，水泥漿稠化時間有更嚴格的要求，同時固井業(yè)務也向多配方方向發(fā)展。為此水泥漿配方的選擇上更趨向于多化工、多輔料、多藥品，而在混配作業(yè)過程中，關(guān)鍵性的藥品添加種類多，添加噸位少，小劑量的藥品對水泥漿的稠化時間、密度、流變性等影響較大。提高小劑量藥品添加的準確性成為影響干混站混配合格成品的首要問題。影響藥品添加準確性的因素有3 點。

（1）原有的藥品添加裝置體積大，小劑量藥品通過氣化方式輸送后剩余量大；

（2）輸送距離遠，藥品在輸送過程中存在不同程度損耗，無法實現(xiàn)精準計量；

（3）藥品堆積密度的不同造成損耗量不固定，通過附加的方式補充藥品量無法做到精準計量。

為此，通過組織研發(fā)制造了小劑量藥品添加器，并在現(xiàn)場應用過程中不斷改造，用以解決藥品輸送距離長、藥品剩余量大、操作方式不統(tǒng)一、不同密度藥品無法應用同一裝置的弊端。

2 設(shè)計過程

2.1 設(shè)計目標

設(shè)計制造出小劑量藥品添加器，減短藥品輸送的距離、降低藥品在輸送過程中的損耗、減少藥品殘余量，達成統(tǒng)一的操作方式，確保藥品添加劑數(shù)量的精確性，提高混配作業(yè)的合格率。

2.2 設(shè)計原理

利用氣流產(chǎn)生的剪切力帶動懸浮物料從管線中輸送出去，運輸?shù)侥繕斯拗小?/p>

2.3 工作原理及說明

（1）結(jié)構(gòu)。采用一段供灰管線，在其左側(cè)焊接一個變徑短接，然后連接一根氣管線，右側(cè)安裝一快速接頭，連接下灰管線至目標罐，上方焊接小段供灰管線，將一組法蘭盤分別焊接在小段供灰管線的上端和加料漏斗下料口處，中間連接蝶閥。

（2）工作原理。關(guān)閉蝶閥，添加部分藥品到漏斗中，打開供氣開關(guān)，供氣開關(guān)調(diào)節(jié)小，打開蝶閥，逐漸調(diào)大供氣，同時往漏斗添加藥品，直至將藥品添加完畢。當漏斗里面藥品過少，適當減小供氣，漏斗內(nèi)無藥品時，關(guān)閉蝶閥，管線內(nèi)無藥品時，再關(guān)閉供氣開關(guān)，加藥結(jié)束。

2.4 試驗結(jié)果

能順利地將藥品輸送至目標罐內(nèi)，縮短了藥品輸送的路徑，但是存在以下問題。

（1）易造成化工膨脹，化工不能及時運輸至罐內(nèi)，導致氣體阻塞，從漏斗口噴出，同時導致化工飛濺出漏斗，當漏斗內(nèi)化工較少時，也發(fā)生化工飛濺出漏斗。既浪費化工，又污染環(huán)境，同時由于化工是有害物質(zhì)，飛濺到人身上，對人體也是一種傷害。

（2）小劑量藥品與氣路管線無隔斷裝置，藥品倒流。

（3）裝置移動不方便。

（4）加注時間過長，需要人員一直操作，經(jīng)濟效益不好。

3 改進設(shè)計

3.1 改進方案1

將漏斗下方的供灰管線換成儲物瓶，在儲物瓶內(nèi)放置一根氣化棒，利用氣化棒將藥品帶出，氣化棒安裝單向閥，并在儲物瓶上安裝滾輪裝置，方便移動。

3.1.1 改進后工作說明

（1）結(jié)構(gòu)。添加器左端，焊接有法蘭盤的管線，將變徑短接焊接在法蘭盤上，并將氣化棒焊接在變徑短接上，兩法蘭盤中間放置一個單向閥，另一個法蘭盤焊接管線，并安裝一個單向閥。添加器右端，焊接供灰管線，并在端口安裝一快速接頭。添加器底部焊接帶滾輪的支架。添加器上端保持原設(shè)計不變。

（2）工作原理。關(guān)閉蝶閥，打開堵頭，連接物料出口與目標立式罐進料口，連接進氣口的供氣管線，打開球閥，進行管線疏通。掃通管線后，再關(guān)閉球閥，打開蝶閥，從漏斗口處添加小劑量藥品，添加完成后，關(guān)閉蝶閥打開球閥，進行充氣，通過氣流產(chǎn)生的剪切力將物料輸送到目標立式罐中。

3.1.2 試驗結(jié)果

能順利將藥品輸送到目標罐內(nèi)，縮短了施工時間，沒有造成環(huán)境污染，但存在不足之處：儲物瓶內(nèi)存在殘余化工，儲物瓶內(nèi)不能完全氣化，氣化棒損壞無法更換。

3.2 改進方案2

將氣化棒周身鉆上小孔，將氣化棒焊接在單獨一個法蘭盤上，方便更換。

（1）改進后的氣化棒結(jié)構(gòu)見圖1，添加器工作圖見圖2。

（2）試驗結(jié)果。氣化棒損壞能更換，儲物瓶內(nèi)能完全氣化，藥品順利輸送至目標罐內(nèi)，但仍然存在以下不足：藥品在儲物瓶內(nèi)打轉(zhuǎn)，靠近進氣口處，仍殘余少量化工。

3.3 改進方案3

將氣孔分布在氣化棒的側(cè)面和底面，上面不鉆孔，孔徑大小沿著進氣方向，逐漸變小。

（1）改進后的氣化棒結(jié)構(gòu)見圖3。

（2）試驗結(jié)果。能完全將化工輸送到目標罐，殘余量為零。

4 應用添加器后的效果

4.1 使用前后效果對比（表1）

圖1 方案2 的氣化棒結(jié)構(gòu)

圖2 添加器工作圖

圖3 方案3 的氣化棒結(jié)構(gòu)

表1 使用前后效果對比

使用小劑量藥品添加器后，共完成配灰30 次，一次混拌合格率100%，且混拌作業(yè)過程中不需要對小劑量藥品進行附加。

4.2 使用前后工時對比

使用前是60 工時/min，添加器是50 工時/min，改進1 是35工時/min，改進2 是30 工時/min，改進3 是25 工時/min。可以得出，使用添加器后，由原來的60 min 減至25 min，大大節(jié)省加藥時間，提高了工作效率。

5 結(jié)論

通過裝置的設(shè)計應用，相比以往添加裝置，縮短了藥品輸送的距離，藥品殘余量為零，操作方式簡單，大大減少了藥品的損耗，本裝置安裝有移動滾輪，方便隨時移動，節(jié)省人力。