人工井場(chǎng)巖屑集收系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)

石 健，李文艷，宋慶義

（渤?？滮埩黧w控制設(shè)備（天津）有限公司，天津 300450）

0 引言

灘海區(qū)域石油儲(chǔ)量高，人工井場(chǎng)面積小多為叢式井作業(yè)，近年來(lái)隨著科技發(fā)展與應(yīng)用，勘探領(lǐng)域的飛速拓展，灘海人工井場(chǎng)技術(shù)發(fā)展迅速。叢式井作業(yè)時(shí)巖屑處理系統(tǒng)與傳統(tǒng)裝置相比有較大的區(qū)別，該項(xiàng)目適合灘海人工井場(chǎng)鉆井使用，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊，效益突出。

下面將對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行對(duì)比、分析，尋找技術(shù)漏洞和設(shè)計(jì)缺陷，并分析產(chǎn)生原因、制定相應(yīng)的整改措施，使巖屑集收技術(shù)逐步系統(tǒng)、完善。

1 人工井場(chǎng)巖屑集收系統(tǒng)

人工井場(chǎng)鉆井作業(yè)一般為叢式井作業(yè)，需要對(duì)巖屑等廢棄物進(jìn)行處理，以免造成對(duì)周邊區(qū)域環(huán)境的污染，所以就需要設(shè)計(jì)合理、使用方便、清污快捷的巖屑集收系統(tǒng)。

巖屑集收系統(tǒng)一般分為三部分：一是巖屑的收集部分，即從產(chǎn)生巖屑的各個(gè)環(huán)節(jié)收集并輸送到處理部分；二是巖屑的處理部分，即將收集來(lái)的巖屑進(jìn)行篩分、回收和脫干等作業(yè)，以達(dá)到排放和運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)；三是巖屑的運(yùn)輸部分，即用密封良好的機(jī)動(dòng)車將巖屑運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)進(jìn)行掩埋或進(jìn)行下一步處理。

2 巖屑的收集

巖屑的收集主要是通過(guò)各種方法將從泥漿中排出的巖屑統(tǒng)一收集起來(lái)，并匯集到相應(yīng)的地方，方便下一步的處理。例如，從井口排出的泥漿通過(guò)泥漿渡槽排放到泥漿分配器中，再通過(guò)泥漿分配器將泥漿分配給每臺(tái)振動(dòng)篩，振動(dòng)篩處理后排出的巖屑通過(guò)擋砂槽和排砂槽匯集到排砂池中或匯集到螺旋推進(jìn)器中，輸送到指定地點(diǎn)并進(jìn)行下一步處理。現(xiàn)在主要推薦使用螺旋推進(jìn)器或皮帶機(jī)將巖屑輸送到指定地點(diǎn)，這樣可以減少對(duì)環(huán)境的污染。另外，也可以將除砂器、除泥器、離心機(jī)排出的巖屑輸送到螺旋推進(jìn)器中，在各個(gè)倉(cāng)的清砂門(mén)處也安裝螺旋推進(jìn)器或皮帶機(jī)，可以將清罐時(shí)廢棄泥漿和沉積物從罐與罐中間輸送出來(lái)，減少了人工清砂的不便，而且清砂迅速快捷，為井隊(duì)清罐、搬家等節(jié)省了大量的人力和時(shí)間。

但是這樣還不能將巖屑完全處理干凈，往往會(huì)從各個(gè)連接處或螺旋推進(jìn)器連接處漏出巖屑，為保障巖屑的完全運(yùn)輸，可以將巖屑的收集設(shè)置成完全封閉式結(jié)構(gòu)，將擋砂板、排砂槽設(shè)置成封閉式結(jié)構(gòu)。例如，可以做成漏斗式排砂槽，直接接到螺旋推進(jìn)器中，也可以在漏斗中接根水管線并設(shè)有噴頭，這樣不僅可以保證巖屑的順利排出、不會(huì)造成巖屑堵塞，還可以避免清污這道程序，迅速地將巖屑匯集到指定地點(diǎn)。

現(xiàn)在叢式井作業(yè)非常普遍，當(dāng)鉆井移動(dòng)時(shí)為了避免固控系統(tǒng)等輔助設(shè)施不動(dòng)的情況下，井場(chǎng)會(huì)使用高架導(dǎo)流槽，將井口中出來(lái)的泥漿通過(guò)高架導(dǎo)流槽將泥漿輸送到振動(dòng)篩中，在導(dǎo)流槽中由于泥漿含巖屑比較多，井場(chǎng)會(huì)使用皮帶機(jī)來(lái)輔助泥漿的流動(dòng)，使泥漿不會(huì)堆積在導(dǎo)流槽中。

3 巖屑的處理

巖屑的處理主要是指將收集來(lái)的巖屑進(jìn)行篩分、回收和脫干等作業(yè)，以達(dá)到排放和運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。

下面就現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用做簡(jiǎn)單介紹?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際上是將收集來(lái)的巖屑通過(guò)螺旋推進(jìn)器將巖屑輸送到振動(dòng)篩（干式振動(dòng)篩）中進(jìn)行二次處理，因?yàn)閹r屑中還含有部分泥漿，如果直接排放會(huì)相應(yīng)地造成部分泥漿的損失，因此將巖屑進(jìn)行二次處理是非常必要的，可以減少泥漿的浪費(fèi)。經(jīng)過(guò)干式振動(dòng)篩處理后排出的泥漿可以通過(guò)螺旋推進(jìn)器或砂泵等裝置重新注入到泥漿循環(huán)系統(tǒng)，排出的巖屑就是比較純的巖屑，但是還會(huì)含有部分水分，給運(yùn)輸或者排放造成不便，因此這部分巖屑還需經(jīng)過(guò)垂直離心機(jī)進(jìn)行一次脫干處理。處理后的巖屑就可以用巖屑車運(yùn)輸或直接掩埋，不會(huì)污染環(huán)境。另外，還可以在垂直離心機(jī)前再增加一臺(tái)高速離心機(jī)，再次從巖屑中分離出一部分有效的泥漿，這樣就大大減少了泥漿的浪費(fèi)，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

巖屑的處理方式有很多種，下面以遼河70D 的高架巖屑罐為例，介紹一種高架巖屑罐的處理方法。

3.1 設(shè)計(jì)方案

（1）振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心機(jī)分別高位安裝無(wú)軸螺旋推進(jìn)器，地面安裝清罐用螺旋推進(jìn)器。

（2）干式振動(dòng)篩、垂直離心機(jī)（甩干機(jī)）等二次處理設(shè)備直接安裝在巖屑收集罐上。

（3）巖屑收集罐為方形罐，容積約16.5 m3，底部安裝清砂門(mén)。

3.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

（1）巖屑最大日產(chǎn)量。以12.1"（307.34 mm）鉆頭，日進(jìn)尺1000 m 計(jì)算，井眼體積為86 m3，產(chǎn)生巖屑體積按1.5 倍計(jì)算，巖屑量為129 m3/t，平均5.375 129 m3/h。

（2）設(shè)備輸送能力（表1）。

表1 設(shè)備輸送能力

（3）巖屑儲(chǔ)存能力。巖屑收集罐最大容積16.5 m3，混凝土輸送泵料斗容積0.5 m3，巖屑系統(tǒng)總?cè)莘e17 m3，有效容積按0.8計(jì)算為13.6 m3。

3.3 流程說(shuō)明

（1）處理后的巖屑分別落入螺旋輸送機(jī)中，由螺旋輸送機(jī)輸送到混凝土泵，再由混凝土泵將巖屑輸送到干式振動(dòng)篩或垂直離心機(jī)中。

（2）除砂器、除泥器、離心機(jī)產(chǎn)生的巖屑原則上不稀釋，若需稀釋則要采用泥漿稀釋，避免泥漿污染。

（3）經(jīng)二次處理后，巖屑直接落入巖屑收集罐等待外運(yùn)。

（4）二次處理產(chǎn)生的泥漿落入泥漿收集罐，經(jīng)脫干離心機(jī)處理后可由泥漿導(dǎo)管輸送至主振動(dòng)篩參加泥漿循環(huán)或排入污水罐。

（5）巖屑收集罐為錐形罐，底部安裝閘板閥（可用電動(dòng)），用于控制排污口等待巖屑裝車。

（6）混凝土泵共兩臺(tái)，其中一臺(tái)備用。

（7）振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心機(jī)巖屑輸送器為無(wú)軸螺旋推進(jìn)器，清罐螺旋推進(jìn)器為普通螺旋推進(jìn)器。

3.4 巖屑罐強(qiáng)度計(jì)算

3.4.1 組成

巖屑罐總共由四部分組成，分別為巖屑罐底架、巖屑罐、罐上設(shè)備及遮陽(yáng)棚。

巖屑罐底架由160 mm×160 mm×8 mm 的無(wú)縫方管組焊而成，巖屑罐由δ6 mm 鋼板組焊而成，外層為160 mm×160 mm×8 mm 的無(wú)縫方管組焊的框架。巖屑罐底架與巖屑罐之間采用定位銷和螺栓的固定方式。罐面上布有兩臺(tái)干式振動(dòng)篩、一臺(tái)垂直離心機(jī)和一臺(tái)高速離心機(jī)。罐面上方還布有遮陽(yáng)棚，遮陽(yáng)棚的支撐固定在罐面周圍的走道上。

巖屑罐總體與地面連接采用的是與預(yù)埋件連接，可以是螺栓連接，也可以是與預(yù)埋件直接焊接，為了增強(qiáng)其穩(wěn)定性，在巖屑罐底架四周加上地面斜支撐（現(xiàn)場(chǎng)加）。

3.4.2 抗壓強(qiáng)度計(jì)算

巖屑罐所選用的材料均為Q235 鋼材，其抗壓強(qiáng)度σb為235 MPa。

以連接處最小截面積為計(jì)算點(diǎn)，則160 mm×160 mm×8 mm 的無(wú)縫方管的垂直截面積ΔS=S1-S2=0.16×0.16-0.1522=0.002 496 m2，屈服壓力Fb=σb×ΔS=235×106×0.002 496 m2=586 560 N。

空罐時(shí)，巖屑系統(tǒng)的總重為18.6×103kg，巖屑罐內(nèi)最多裝16.5 m3的巖屑，巖屑的比重約等于砂石的比重，取值為3，則巖屑的重量G巖屑=av=3×16.5=49 500 kg。

當(dāng)滿載時(shí)，巖屑罐的重量為18 600+49 500=68 100 kg，G=mg=68 100×10=681 000 N。

巖屑罐有4 個(gè)支撐，每個(gè)支撐受的力為F=G/4=170 250 N<586 560 N（屈服強(qiáng)度），安全系數(shù)A=Fb/F=586 560/170 250≈3.45。

所以，巖屑罐在滿載巖屑時(shí)可以滿足屈服強(qiáng)度。

3.4.3 抗風(fēng)強(qiáng)度計(jì)算

巖屑罐所選用的材料均為Q235 鋼材，其抗彎強(qiáng)度σa為215 MPa。以巖屑罐側(cè)面最大截面積為計(jì)算點(diǎn)，系統(tǒng)總高9.8 m，最寬處為5.2 m，則S=1/3×9.8×5.2=17 m2。

設(shè)當(dāng)風(fēng)速為51 m/s（16 級(jí)風(fēng)）時(shí)，所受的壓強(qiáng)P=0.062 5×v2=0.062 5×512=163 Pa，壓力F=PS=163×17=2771 N。

當(dāng)風(fēng)吹最大截面時(shí)，其側(cè)面構(gòu)成一個(gè)四邊形，四邊形下邊兩點(diǎn)為固定點(diǎn)、上邊為活動(dòng)點(diǎn)，上方的方管只承受抗壓強(qiáng)度，其抗壓力為586 560 N，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2771 N。所以只需考慮方管之間的焊接強(qiáng)度，均為角焊縫且焊縫大于7 mm，符合其強(qiáng)度要求。

在巖屑罐支撐之間均焊有斜支撐，增強(qiáng)了起其整體強(qiáng)度。另外在地面增加斜支撐，焊接在巖屑罐底架上，可以提高巖屑罐的穩(wěn)定性。所以，巖屑罐設(shè)計(jì)完全可以承受16 級(jí)風(fēng)。

因此，這種高架巖屑罐的設(shè)計(jì)是合理的，可以滿足巖屑回收處理的需求。

4 巖屑的運(yùn)輸

巖屑的運(yùn)輸是指用密封良好的機(jī)動(dòng)車將巖屑運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)進(jìn)行掩埋或進(jìn)行下一步處理。經(jīng)過(guò)處理的巖屑，在檢測(cè)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后方可通過(guò)巖屑車將被運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)進(jìn)行掩埋，或者進(jìn)行下一步處理、改作他用。

5 結(jié)論

現(xiàn)在石油勘探行業(yè)已經(jīng)到達(dá)了一個(gè)轉(zhuǎn)折期，面臨從粗放型向精耕細(xì)作型轉(zhuǎn)變，在交通狀況良好的地方發(fā)現(xiàn)大型的陸上油氣田已經(jīng)越來(lái)越困難，所以，從陸地到海上、從平地到山區(qū)、從平原到叢林再到戈壁沙漠，成了勘探行業(yè)的主要發(fā)展方向，叢式井作業(yè)將得到廣泛應(yīng)用。

人工井場(chǎng)巖屑集收系統(tǒng)在叢式井作業(yè)中發(fā)揮著重要作用，隨著灘海油田區(qū)塊的發(fā)展，它將得到了更為廣泛的普及。隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展，人工井場(chǎng)巖屑集收系統(tǒng)也會(huì)推動(dòng)鉆井系統(tǒng)新的一次革命，成為鉆機(jī)叢式井作業(yè)重要的保障。