鉆井泥漿真空抽吸裝置的研究

李文亮（大慶油田鉆探工程公司）

1 鉆井泥漿清理工作現(xiàn)狀

因鉆井泥漿中含有大量的有毒物質(zhì)，若隨意排放會給環(huán)境帶來極大的污染，所以大慶油田對現(xiàn)場施工提出了“鉆井泥漿不落地”的要求，需要鉆井隊將鉆井產(chǎn)生的廢棄泥漿運送到規(guī)定的排放點統(tǒng)一處理[1]。而廢棄泥漿本身具有固含高、黏度大等特點，導(dǎo)致轉(zhuǎn)運和排放非常困難，給鉆井隊施工帶來極大困擾。

鉆井泥漿的清理主要包括兩部分，第一部分是振動篩過濾產(chǎn)生的廢棄泥沙，被收集在振動篩側(cè)面的泥漿槽內(nèi)，每口淺井可產(chǎn)生廢棄泥沙50 m3以上。由于泥漿槽是敞口設(shè)備，并且敞口面積較大，所以采用挖溝機將泥漿挖出，轉(zhuǎn)運到翻斗車，然后排放到處理點[2]。這不僅具有很大的危險性和破壞性，同時，翻斗車并不是密閉車輛，容易出現(xiàn)灑漏現(xiàn)象，所以挖溝機和翻斗車配合作業(yè)的污泥運輸效果不佳。另一部分是振動篩下部錐形罐內(nèi)沉淀產(chǎn)生的廢棄泥漿，錐形罐可容納污泥8 m3，清理時需要6 人以上，每2 個人一組輪流施工，作業(yè)人員需要穿戴防水工作服進(jìn)入罐內(nèi)，使用鐵鍬、水桶、鎬等工具將污泥挖出并裝載到翻斗車上，再運送到排污點統(tǒng)一處理。整個清理過程至少需要5 h，工人勞動強度很大，尤其是冬季作業(yè)難度更大，工作環(huán)境更加惡劣，工作時間也會更長，而且鉆井泥漿中的有毒物質(zhì)對操作人員的健康和安全及其不利[3]。

2 鉆井泥漿真空抽吸裝置

2.1 功能簡介

鉆井泥漿真空抽吸裝置由50 kW 空壓機、真空污泥泵、吸管等元件組成，真空污泥泵可以利用文丘里管原理，將螺桿空壓機產(chǎn)生的高壓空氣射流轉(zhuǎn)換為負(fù)壓，而產(chǎn)生一定的抽吸力，用于完成鉆井泥漿的抽吸清理工作。同時該設(shè)備可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離高壓排放，最大排放距離可以達(dá)到500 m。而集中排放點的位置選擇會以各個鉆井隊所在位置的中心地點，大部分井位和排放點的距離都不會超出500 m，因此，利用該設(shè)備可以直接吸取泥漿，然后直接利用遠(yuǎn)距離排放功能，將其直接轉(zhuǎn)排到集中排放點。該裝置操作簡單、工作效率高，2 個人即可完成操作，每小時抽吸污泥10 m3，是人工作業(yè)速度的數(shù)倍[4]。

2.2 基本結(jié)構(gòu)和工作原理

泥漿真空抽吸裝置主要由文丘里管、吸排轉(zhuǎn)換閥門、排放閥門、吸入閥門、污泥儲存罐以及控制系統(tǒng)組成如圖1 所示，可完成泥漿的抽吸和排放動作，將鉆井現(xiàn)場產(chǎn)生的廢棄泥漿吸入到儲存罐內(nèi)，然后直接排放到集中處理點，整個過程不會出現(xiàn)泥漿的噴灑和泄露現(xiàn)象，符合現(xiàn)場作業(yè)要求[5]。

1）抽吸流程。該裝置在工作初始狀態(tài)，吸入閥門開啟、排放閥門關(guān)閉、吸排轉(zhuǎn)換閥門開啟，高壓氣體從上端的球閥接入，流經(jīng)文丘里管，再由吸排轉(zhuǎn)換閥門排出。高壓氣體經(jīng)過文丘里管時，文丘里管內(nèi)有高壓噴嘴，將高壓氣體形成高壓射流，在高壓氣射流的作用下，周圍密閉空間內(nèi)的部分空氣也會被一同帶向出口，這樣在噴嘴周圍形成負(fù)壓區(qū)域。文丘里管的負(fù)壓端與污泥儲存罐相連，使污泥儲存罐內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，此時罐體下面的排放閥門關(guān)閉，上端的抽吸閥門開啟，所以上端的抽吸口產(chǎn)生強勁的負(fù)壓，最大真空度可以達(dá)到85%。將吸管接通到泵體抽吸口，另一端至泥漿罐內(nèi)，在強勁負(fù)壓的作用下泥漿罐內(nèi)泥漿被吸入到污泥泵的儲存罐內(nèi)。由于儲存罐的截面積大于抽吸管路的數(shù)倍，因此，泥漿進(jìn)入儲存口位置時，由于孔徑擴大，泥漿受到的抽吸力減弱，就會落入儲存罐底部，這樣就完成了抽吸動作[6]。

圖1 鉆井泥漿真空抽吸裝置

2）排放流程。當(dāng)抽吸泥漿液位至儲存罐2/3以上時，系統(tǒng)的控制下將自動進(jìn)入排放流程，此時，吸入閥門關(guān)閉、排放閥門開啟、吸排轉(zhuǎn)換閥門關(guān)閉。由于吸排轉(zhuǎn)換閥門關(guān)閉，高壓氣不能向下從排放口排出，只能從儲存罐連通處進(jìn)入儲存罐，儲存罐內(nèi)壓力升高，又由于下端排放閥門開啟，上端抽吸閥門關(guān)閉，致使抽吸管路關(guān)閉，排放管路打開。這時被吸入儲存罐內(nèi)的污泥在高壓氣壓力的作用下，從下端排放管路排出，沿著與排放口相連的密封管線直接排放到集中處理點。

3）控制系統(tǒng)。該抽吸裝置的控制采用氣路自動控制，只需要將高壓氣路分流減壓，即可用于吸入閥門、排放閥門、吸排轉(zhuǎn)換閥門的開關(guān)動力，無需使用額外的電能、液壓以及人工操控等。將2 個氣動延時開關(guān)串聯(lián)在閥門控制線路中，對吸排氣路進(jìn)行反復(fù)轉(zhuǎn)換，并可根據(jù)泥漿的黏稠程度適當(dāng)調(diào)整吸排周期。在控制系統(tǒng)的作用下，抽吸和排放動作不斷的交替工作，不斷的將污泥吸入儲存罐，然后排放，這樣就能夠完成鉆井廢棄泥漿的抽吸和轉(zhuǎn)運，達(dá)到“鉆井泥漿不落地”的環(huán)保要求[7]。

3 使用效果分析

1）勞動強度大幅度減小。該真空抽吸裝置在鉆井泥漿錐形罐清理作業(yè)中的使用實現(xiàn)了全自動化作業(yè)，原來錐形罐的清理需要6人輪流作業(yè)，5 h的高強度勞動，現(xiàn)在只需將抽吸和排放管線連好，1 人操作吸管，1 人在裝置附近操作設(shè)備的啟停以及簡單的輔助工作即可。勞動強度和作業(yè)時間大幅度降低，錐形罐清理作業(yè)時間也縮減到1 h左右[8]。

2）安全性提高。整個鉆井泥漿清理作業(yè)過程中，不再需要操作人員進(jìn)入錐形罐內(nèi)部，不需要接觸泥漿，對操作人員的健康和安全不會造成任何影響。泥漿槽內(nèi)的泥漿清理不在使用挖溝機，安全性也大大提高[9]。

3）杜絕運輸撒漏現(xiàn)象。由于之前采用挖溝機作業(yè)，只能將泥漿轉(zhuǎn)運到敞口的翻斗車上，由于挖溝機體積龐大、作業(yè)笨重，所以在挖溝機和翻斗車之間會出現(xiàn)撒漏現(xiàn)象，另一方面翻斗車密閉性較差，在運往運輸點的過程中也非常容易出現(xiàn)撒漏。而真空抽吸裝置可以直接將鉆井泥漿通過真空抽吸力從錐形罐和泥漿槽內(nèi)抽吸到泵體的儲存罐內(nèi)，然后使用高壓氣體直接推送到集中處理點，整個過程不會出現(xiàn)任何撒漏，真正實現(xiàn)環(huán)保作業(yè)[10]。

4）節(jié)省運輸費用。按照每口井平均產(chǎn)生廢棄污泥50 m3計算，翻斗車和挖溝機配合的工作方式，使用翻斗車將污泥從井場運送到集中處理點，因井場道路錯綜復(fù)雜，車輛并不能通過直線距離達(dá)到，這樣翻斗車和挖溝機工作過程點至少需要4 個臺班才能完成；使用真空污泥泵利用氣壓的吸排原理，將污泥直接從井場直線距離排放到處理點，只需要消耗少量的電能，大幅度節(jié)省了運輸費用。按污泥泵每小時輸送10 m3計算，總工作時間在5 h 左右，污泥泵使用前后運輸費用對比見表1。

由表1 可見，挖掘機和翻斗車按每口井4 個臺班計算共計花費2 800 元；若使用真空污泥泵其設(shè)備額定功率為50 kW，按工作5 h 計算，共計需要消耗電能250 kWh，折合人民幣500 元，則每口井運輸費用可節(jié)省2 300 元。據(jù)統(tǒng)計，大慶鉆探工程公司每年鉆井施工6 000 口，共計能夠節(jié)省1 380 萬元。

表1 污泥泵使用前后運輸費用對比

4 結(jié)語

油田鉆井生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的廢棄有毒泥漿，采用人工挖掘、挖掘機裝載、翻斗車運輸?shù)姆绞竭M(jìn)行清理，具有勞動強度大、危險系數(shù)高、運輸成本高、環(huán)保效果不佳等缺點。若使用真空泥漿泵來完成泥漿的吸取和輸送，可節(jié)省大量的人力，減少人員傷害，提高泥漿的轉(zhuǎn)運和排放效率，真正做到泥漿不落地，同時減小了挖溝機、翻斗車配合作業(yè)的造成的危險性和破壞性，在做到環(huán)保鉆井的同時，還減小了工人勞動強度，降低了鉆井隊運行成本。