ZJ15固控系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究

沈洪義

（大慶鉆探鉆井三公司生產(chǎn)服務(wù)分公司，黑龍江 大慶 163411）

0 引言

隨著鉆井技術(shù)發(fā)展至今，鉆井作業(yè)施工過(guò)程中鉆井液固控系統(tǒng)承擔(dān)著重要的作用，鉆井固控系統(tǒng)的設(shè)備選型、總體布局以及配置性能參數(shù)對(duì)鉆井周期較短的井型更為關(guān)鍵。現(xiàn)階段，國(guó)外鉆井固控系統(tǒng)相關(guān)理論及設(shè)備研究水平較為先進(jìn)，鉆井固控流程可隨室內(nèi)數(shù)據(jù)分析及計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果改變，指導(dǎo)鉆井液的處理，并通過(guò)電腦定量控制各種鉆井固控設(shè)備，并已經(jīng)發(fā)展為以振動(dòng)篩為中高速大排量離心機(jī)組合而成[1]，取代了傳統(tǒng)的耗能高、系統(tǒng)可靠性低、維護(hù)保養(yǎng)工作量大的多級(jí)固控系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段擁有的鉆井液固控系統(tǒng)是由振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心機(jī)等主要設(shè)備組成的三級(jí)或四級(jí)凈化系統(tǒng)[2-3]，總體電力消耗約為300 kW，總質(zhì)量可達(dá)50 t。國(guó)產(chǎn)鉆井固控系統(tǒng)多數(shù)基于國(guó)外技術(shù)改造而來(lái)，使其更加滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)鉆井工藝需求，各大油田又基于地區(qū)特點(diǎn)設(shè)計(jì)出各類(lèi)滿(mǎn)足其地層特點(diǎn)的固控系統(tǒng)。其中NG4型固控系統(tǒng)為國(guó)內(nèi)主要的固控系統(tǒng)類(lèi)型，可將鉆井液中的固相含量控制在5%～8%之間[4-5]?，F(xiàn)階段針對(duì)固控系統(tǒng)的研究探索主要停留在技術(shù)引進(jìn)、消化吸收和新技術(shù)新工藝的應(yīng)用等方面，而對(duì)于固控系統(tǒng)中的設(shè)備配置，只是以通用型配備為基礎(chǔ)，對(duì)不同機(jī)型井型隨意調(diào)整配備和設(shè)備，導(dǎo)致鉆井液固控系統(tǒng)的整體性能不能得到很好的優(yōu)化[6-8]。因此，本文針對(duì)適合大慶油田1500 m中深井的ZJ15鉆機(jī)固控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)備挑選及參數(shù)優(yōu)化，為安全、優(yōu)質(zhì)、高效鉆井提供技術(shù)支持與生產(chǎn)保障。

1 ZJ15鉆機(jī)的固控系統(tǒng)設(shè)備的優(yōu)化研究

ZJ15鉆機(jī)主要適用于井型為1500 m以下的中深井，合理的固控設(shè)備搭配有助于實(shí)現(xiàn)各設(shè)備參數(shù)相互匹配以達(dá)到性能最佳，反之則會(huì)造成泥漿罐的容量過(guò)大、供液泵的抽吸口到達(dá)深度不夠、攪拌器攪拌效果不好、離心機(jī)功率過(guò)高、泥漿罐內(nèi)沉砂過(guò)多等問(wèn)題的發(fā)生。通過(guò)對(duì)40部鉆機(jī)固控系統(tǒng)設(shè)備的使用狀況分析后，篩選了符合條件的配置方案，其設(shè)備可完全配置在12 m×3 m的面積上，易實(shí)現(xiàn)模塊化安裝，同時(shí)泥漿的固相含量控制在合理范圍內(nèi)，完井后罐內(nèi)沉砂效果良好。優(yōu)化后設(shè)計(jì)如下：1）泥漿罐尺寸為12 m×3 m×1.75 m，一體隔艙式設(shè)計(jì)；2）振動(dòng)篩為雙篩，高頻高速直線(xiàn)/橢圓振動(dòng)篩。

按表1設(shè)計(jì)后的振動(dòng)篩振動(dòng)性好，篩分效果好，處理量大，篩不易堵塞。具備簡(jiǎn)潔的防飛濺系統(tǒng)，在不影響設(shè)備維護(hù)的基礎(chǔ)上解決了鉆井液的飛濺問(wèn)題，保證了設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的清潔舒適。激振系統(tǒng)采用長(zhǎng)桿防爆激振電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)且使用壽命長(zhǎng)。篩分系統(tǒng)采用單層過(guò)濾結(jié)構(gòu)，鉆井液直接通過(guò)篩網(wǎng)過(guò)濾，可有效減少振動(dòng)篩發(fā)生糊篩的概率。篩分系統(tǒng)選用通用型篩網(wǎng)，互換性強(qiáng)、安裝拆卸方便、易用性強(qiáng)。支撐系統(tǒng)調(diào)整后采用液壓調(diào)整機(jī)構(gòu)，可根據(jù)需要在-3°～+5°之間動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)篩箱傾角，適應(yīng)不同鉆井工況的需要。控制系統(tǒng)全部采用隔爆型控制電路，滿(mǎn)足了井場(chǎng)工作要求，專(zhuān)門(mén)對(duì)激振電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電路開(kāi)發(fā)，對(duì)激振電動(dòng)機(jī)起到了良好的保護(hù)作用。

表1 振動(dòng)篩主要參數(shù)設(shè)計(jì)

3）除砂器或旋流一體機(jī)。除砂器與旋流一體機(jī)的區(qū)別是旋流一體機(jī)分離粒度更為細(xì)膩。“一體機(jī)”是近年來(lái)研發(fā)的一種新型鉆井液處理設(shè)備，它由振動(dòng)篩、除砂器、除泥器三大部分組成。除砂器位于振動(dòng)篩進(jìn)液端的正上方；除泥器位于振動(dòng)篩排砂端的正上方。除砂器和除泥器的底流都流入其下面的振動(dòng)篩，再進(jìn)行篩分處理，回收液相，排出固相。

表2 除砂器及旋流一體機(jī)基本參數(shù)設(shè)計(jì)

“一體機(jī)”集三種設(shè)備于一體，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)更加緊湊、節(jié)省占地、節(jié)省安裝時(shí)間、節(jié)省運(yùn)輸車(chē)輛、利于環(huán)保等特點(diǎn)。一體機(jī)的篩面大，使用一般篩網(wǎng)或細(xì)目篩網(wǎng)既能處理來(lái)自井內(nèi)的含屑泥漿，又能處理旋流器的底流，是固控系統(tǒng)中的第一級(jí)、第三級(jí)、第四級(jí)凈化設(shè)備（第二級(jí)為真空除氣器）。

4）供液泵。數(shù)量為3臺(tái)， 采用立式砂泵YLSBL150×125或立式砂泵SP100。

5）旋流攪拌器。數(shù)量為4臺(tái)，采用11～15 kW電動(dòng)機(jī)，旋流環(huán)直徑為300～500 mm。

2 ZJ15固控設(shè)備利用率研究

ZJ15與ZJ30固控系統(tǒng)的主要區(qū)別在于ZJ30需要儲(chǔ)存處理的泥漿量更大，且對(duì)泥漿性能的要求更為嚴(yán)格。另外，ZJ30固控系統(tǒng)除需要ZJ15固控系統(tǒng)的所有設(shè)備之外，還需要配備離心機(jī)、除泥器甚至除氣器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)泥漿的四級(jí)凈化，其中ZJ15固控設(shè)備可為ZJ30固控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)二級(jí)凈化。因此，ZJ30固控系統(tǒng)可采用ZJ15的隔艙一體式泥漿罐作為1號(hào)罐，實(shí)現(xiàn)泥漿的二級(jí)凈化，而其余的2號(hào)罐和3號(hào)罐實(shí)現(xiàn)泥漿的3～4級(jí)凈化。這樣，ZJ30鉆機(jī)在設(shè)計(jì)井深為1500 m以下的井時(shí)，可只采用1號(hào)罐。當(dāng)1號(hào)罐需要維修更換時(shí)，可直接調(diào)用ZJ15固控罐加以利用，不需要進(jìn)一步的改造，實(shí)現(xiàn)了ZJ15與ZJ30固控系統(tǒng)的設(shè)備互換性。截止目前，固控系統(tǒng)互換過(guò)程無(wú)中途故障停機(jī)事件發(fā)生。

表3 供液泵參數(shù)設(shè)計(jì)

ZJ15固控設(shè)備中除砂器與旋流一體機(jī)都是實(shí)現(xiàn)泥漿二次凈化的設(shè)備，區(qū)別在于除砂除泥旋流一體機(jī)處理泥漿的分離粒度更為細(xì)膩，適用于對(duì)泥漿性能要求更高的特殊井型當(dāng)中。在泥漿罐設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)在安裝除砂器位置上預(yù)留出除砂除泥旋流一體機(jī)的位置，來(lái)實(shí)現(xiàn)除砂器與旋流一體機(jī)的互換。其他同類(lèi)設(shè)備中，由于不同品牌的同類(lèi)設(shè)備安裝尺寸不同，在泥漿罐的設(shè)備配置設(shè)計(jì)前，充分考慮不同品牌的設(shè)備的外形尺寸，預(yù)留出重新安裝的空間。例如立式砂泵YLSBL150×125和立式砂泵SP100、振動(dòng)篩BSZS/PT和HH-ZS/PT24以及S340H-5。同類(lèi)設(shè)備互換性的實(shí)現(xiàn)，提高了ZJ15固控系統(tǒng)的利用率，為實(shí)現(xiàn)施工生產(chǎn)高質(zhì)高效及經(jīng)濟(jì)效益提供了保障。

3 泥漿罐防沉砂技術(shù)研究

固控系統(tǒng)泥漿罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，則會(huì)導(dǎo)致泥漿罐防沉砂系統(tǒng)存在死角和漏點(diǎn)，降低了防沉砂系統(tǒng)防沉砂效果。過(guò)去泥漿罐內(nèi)采用“凵”形結(jié)構(gòu)，“中”形防沉砂環(huán)管，是造成罐內(nèi)沉砂死角的根本原因，由于防沉砂環(huán)管采用一體式焊接，在環(huán)管損壞時(shí)，維修更換成本較高。研究后采取以下兩種方案，避免上述問(wèn)題發(fā)生。

方案一：絞籠旋流攪拌器、長(zhǎng)軸砂泵，底部“U”形設(shè)計(jì)；方案二：“豐”字形一體雙層噴濺管串，可拆式活接。通過(guò)對(duì)幾種泥漿罐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究及沉砂量分析，圖2中泥漿罐截面梯形，“豐”字形可拆式噴濺管串可有效改善沉砂系統(tǒng)中的死角和漏點(diǎn)，提高了防沉砂系統(tǒng)的防沉砂效果。

圖1 優(yōu)化前泥漿罐結(jié)構(gòu)

圖2 優(yōu)化后泥漿罐結(jié)構(gòu)

4 取得的經(jīng)濟(jì)效益及成果

ZJ15固控系統(tǒng)設(shè)備優(yōu)選及參數(shù)優(yōu)化后，應(yīng)用于ZJ15和ZJ30的固控系統(tǒng)中，建井周期對(duì)比如表4所示。

由表4中兩組數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，使用ZJ15固控系統(tǒng)設(shè)備和設(shè)備參數(shù)優(yōu)化配置后，平均建井周期減少了0.55～0.57 d，去掉季節(jié)環(huán)境因素，可以認(rèn)定為0.5 d，即平均建井周期減少12 h。

表4 建井周期表

過(guò)去固控系統(tǒng)的泥漿罐配置大多采用2個(gè)及2個(gè)以上，優(yōu)化后的ZJ15泥漿罐更換為12 m×3 m×1.75 m，一體隔艙式設(shè)計(jì)罐，使每口井搬遷減少了1個(gè)車(chē)輛臺(tái)次，并且優(yōu)化了泥漿罐的設(shè)備配置，使泥漿罐設(shè)備布局更為集中合理，維護(hù)保養(yǎng)更加方便，尤其是除砂器與旋流一體機(jī)以及同類(lèi)設(shè)備安裝尺寸的安裝位置更為合理，滿(mǎn)足了根據(jù)井型需要來(lái)配置設(shè)備的需求。防沉砂系統(tǒng)改進(jìn)后，避免了完井后泥漿罐掏砂工作，降低了泥漿罐掏砂的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大節(jié)省了用人成本。

ZJ15和ZJ30固控罐設(shè)計(jì)實(shí)施后。跟蹤觀(guān)察了50口井，平均鉆進(jìn)周期縮短12 h。其中每口井節(jié)約運(yùn)輸車(chē)輛費(fèi)用1000 元，50口井節(jié)約5 萬(wàn)元。鉆井周期每口井縮短12 h（按2000 元/h計(jì)算），50口井節(jié)省生產(chǎn)成本120 萬(wàn)元，每口井泥漿罐掏砂需要6個(gè)人2 h（42 元/工時(shí)），現(xiàn)在只需要1個(gè)人1 h即可完成，50口井節(jié)約2.31 萬(wàn)元?？傆?jì)50口井節(jié)約成本127.31 萬(wàn)元。

5 結(jié)論

1）完成了ZJ15鉆機(jī)的固控系統(tǒng)設(shè)備的優(yōu)化研究，能夠滿(mǎn)足1500 m以下的鉆井施工要求。

2）通過(guò)對(duì)ZJ15與ZJ30固控設(shè)備的互換性研究，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的互換，提高了泥漿罐的利用率。

3）改進(jìn)了ZJ15泥漿罐設(shè)計(jì)，泥漿罐的設(shè)備布局更為合理，減少了動(dòng)用車(chē)輛搬遷臺(tái)次；改進(jìn)后的防沉砂系統(tǒng)避免了完井后泥漿罐的掏砂工作，降低了泥漿罐掏砂的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)有效地降低了泥漿罐清砂時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn)，取得了較為不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。