呂小峰
(中國石油川慶鉆探工程有限公司厄瓜多爾分公司,四川 成都 610051)
鉆井作業(yè)是一項復雜、多工序的系統(tǒng)工程,任何一個環(huán)節(jié)的失效都將直接影響整個鉆井的進度。如果出現(xiàn)故障,將會造成很大的難度,甚至會導致井下的復雜事故。鉆井液泵采用往復式泵,活塞在油缸套中作往復運動,往復式泵在工業(yè)生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。往復式泵的失效導致了幾十億元的經(jīng)濟損失。為了提高泥漿泵的工作質量,減少鉆井作業(yè)的危險性,冷卻循環(huán)是關鍵環(huán)節(jié)。
泥漿循環(huán)系統(tǒng)由泥漿泵、高壓泥漿管、軟管、水龍頭、鉆柱、泥漿控制裝置組成。功能:保持泥漿循環(huán),清洗井筒底部,并將高壓泥漿的能量輸送至井筒底部。泥漿泵從泥漿池中抽取泥漿,經(jīng)地面泥漿管道、軟管和水龍頭將泥漿注射到鉆柱內,再由鉆頭沖到井下,將鉆渣從鉆柱和井壁間的環(huán)形空間中帶走。
泥漿泵冷卻系統(tǒng)是指在泥漿泵運轉時,對泵的缸套、活塞進行冷卻,以保證泵的正常工作。該冷卻系統(tǒng)能有效地減少工作時的溫度,提高缸套和活塞的使用壽命。尤其是在高溫環(huán)境下,冷卻系統(tǒng)不能達到預期的效果,導致缸套和活塞的壽命減少。另外,由于頻繁更換氣缸套、活塞,造成鉆機作業(yè)費用大、作業(yè)效率低、勞動強度大。
泥漿泵是油田生產(chǎn)不可缺少的機械設備,其工作時活塞的往復運動產(chǎn)生的摩擦力會使其燃燒。因此,泥漿泵的缸套內部要進行降溫。
泥漿泵工作條件復雜、條件苛刻,一般采用簡易的水槽來進行冷卻。但在鉆機運轉的過程中,泥沙、活塞的運動或者拆卸的時候,都會將泥沙和雜質帶到冷卻水槽中,造成冷卻水的污染,影響泥漿泵的冷卻,并且將污水中的雜質和微粒帶入水缸套中;造成活塞拉傷,極大地減少了泥漿泵的缸套、活塞的使用壽命。頻繁地更換缸套、活塞會使工作效率下降,甚至會引起生產(chǎn)事故。
針對我國西北地區(qū)降雨量小、溫度較高、缺水較為典型的地域特征,為確保鉆機鉆井液泵冷卻循環(huán)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定、提高經(jīng)濟效益,必須對其進行改造。以下是對其優(yōu)化改進途徑的分析與論述。
針對泥漿泵冷循環(huán)系統(tǒng),設計了一種鉆井液泵的循環(huán)、過濾裝置,該裝置能有效地保證鉆井液的清潔性,防止鉆井液中的異物侵入而造成鉆桿堵塞、刺穿,從而延長泥漿泵缸套和活塞的使用壽命。
對鉆井液循環(huán)過濾器的優(yōu)化改造后,該設備由一體化水池組成,該水池設有渾水池、凈水池、沉淀池;第一濾池和一個第二濾池,該渾池在該水箱的左邊,該渾濁池的上部開口,該渾濁池在該渾濁池的下面;在該渾槽的右邊設置了一個可移動的、可移動的、在該渾槽和該渾槽之間的、凈水池上部設置一封閉罩,其封閉面的水平比水箱的上端開口低,在渾水池和凈水池間設置一可移動的二級濾網(wǎng),該凈水塘中裝有一臺潛水機;潛水泵的輸油管道通過密封圈與鉆頭或鉆頭連接。
在沉降槽的底面設置斜坡。在沉降槽的底部,在斜坡的底部設置了一個排水閥門。這個斜率是5°。該密封罩在其上的出水口具有防灰塵、防雨的橡膠圈。
該方案經(jīng)過一次過濾和一次潛水泵自帶的一次濾網(wǎng)過濾,有效地保證了泥漿泵冷卻水的凈化;為了避免鉆井液中的異物對鉆桿產(chǎn)生卡阻、刺穿,保證鉆井液的連續(xù)、平穩(wěn)、可靠地運行,提高了鉆井液的產(chǎn)量和使用年限;第一次和二次濾芯可分離,便于清潔,可有效地處理邊遠區(qū)域的鉆井機工作中更換水源困難;沉降槽采用斜面結構,保證了污水的完全排放和清潔。
如在圖1 中所示,一種泥漿泵的冷卻水循環(huán)過濾裝置,它包含一個整體的水池,該水池具有一個渾水池1、一個凈水池2 和一個沉淀池3;第一濾網(wǎng)4 和位于水箱1 的左側的上部開口的渾池1,以及設置在渾水罐1 下面的沉淀池3;一可移除的第一濾網(wǎng)設置在沉淀池3 和渾池1 之間,該凈池2 位于渾池1 的右邊,并且該凈池2 的頂部設置有一個蓋子21,并且該蓋子21的高度比該水槽的頂點低;該渾槽1 和該凈槽2 之間設置有一可移除的第2 濾網(wǎng)4,該凈槽中設置有一潛水泵101,該潛水機101 的輸出管線通過該蓋子與該鉆井筒的柱塞桿或套筒端口相連接,并將清水注入氣缸套中以進行冷卻。
圖1 泥漿泵冷卻水循環(huán)過濾系統(tǒng)結構示意圖
圖1中的凈水槽占了整個洗槽的右邊,從圖2 可以看出,凈水槽在水槽的右邊,而整個水槽的底部是一個沉淀池。在沉淀室3 的底部設置一個斜坡,在斜率低的一側的最低點上設置一個排水閥門31,該排水閥門31的斜率是5 度。沉淀池采用斜坡設計,容易徹底清除淤泥,清洗時先將濾網(wǎng)取下,用清水沖刷沉淀池;十分方便。在密封罩21 的安裝和排出管上設置有防水、防塵的橡膠套。避免在工作時產(chǎn)生的污物和污物進入凈水槽。
圖2 泥漿泵冷卻水循環(huán)過濾系統(tǒng)布置示意圖
改造后的新型泥漿泵的冷循環(huán)系統(tǒng)在工作時,采用潛水泵將凈水池中的清水抽入泥漿泵的缸套中進行冷卻,工作中活塞向后退時,污水會被排出;經(jīng)過一次過濾,經(jīng)過二次沉淀、三次過濾;通過四次濾網(wǎng)102 一次,保證了泵內冷卻水的純度,避免了鉆井液中的雜質堵塞,保證了鉆井液的連續(xù)、穩(wěn)定、可靠工作。
為更好地改善鉆井泥漿泵前、后循環(huán)的變化,采用計算機進行冷卻效果的數(shù)值模擬,TRNSYS 是一種能較好地模擬改進前后的冷卻效果的動態(tài)仿真軟件。
目前,理論分析法、系統(tǒng)辨識法、模型分析法等三種分析方法,其中理論分析法是模型分析法。本文采用了一種基于系統(tǒng)識別的方法進行了驗證,該方法可以對復雜的物體進行建模,并對其進行了建模,并將其與實測數(shù)據(jù)進行了擬合。鉆井泥漿泵冷卻循環(huán)系統(tǒng)的工作效率必須通過高斯定理分析泵體的排放來判定。同時,對鉆井液泵冷卻循環(huán)系統(tǒng)進行了改進,并對其進行了理論分析,并對其參數(shù)進行了詳細地記錄,確保了鉆井液泵冷卻循環(huán)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定;既能確保較好的經(jīng)濟效益,又能較方便地進行后期的鉆井液循環(huán)冷卻。
為使鉆井液泵冷卻循環(huán)系統(tǒng)得到更好地改善,必須把常規(guī)的循環(huán)冷卻水和經(jīng)過改良的循環(huán)相比較。在進行對比時,可以采用電腦技術來有效地模擬出冷卻效果,并建立一個動態(tài)的操作模型,從而分析出經(jīng)過改造后的鉆井液泵的制冷循環(huán)效果。在圖3 中,方形表示了改進以前的鉆井液泵冷卻循環(huán)操作方式,而三角形表示隨后的改進;而且,分散的效果越差,密度也就越大。從這一點上可以看出,經(jīng)過改造的鉆井液泵的冷卻循環(huán)系統(tǒng)的工作性能是十分顯著的。此外,通過對鉆井液泵的冷卻循環(huán),可以在一定程度上減少系統(tǒng)的失效,提高系統(tǒng)的工作效率;達到較好的經(jīng)濟效果,減少員工的工作強度。
圖3 TRNSYS 軟件模擬結果
圖中方形部分表示改進之前的鉆井液泵冷卻循環(huán),藍色表示改進后的鉆井液泵冷卻循環(huán),按照模擬軟件的一致性,分散程度越低,代表性越差。結果表明,改進后的鉆井液循環(huán)系統(tǒng)具有較好的制冷效果。
在鉆井液改造前,鉆機采用噴射水泵對儲罐進行水循環(huán),頻繁的高溫會縮短鉆機的缸套、活塞的使用壽命,提高工人的勞動強度;增加了鉆機的費用,在泥漿泵的平均工作時間達到100h 后,缸套或活塞將會發(fā)生故障,換成大循環(huán)后的水;泥漿泵的工作時間平均為300h。
針對目前油田中、晚期階段的特點,提出了改進后的鉆井液泵冷卻循環(huán)系統(tǒng)的工作模式,并進行了前后工作效率分析、冷卻效果計算機模擬對比、現(xiàn)場應用,證明了改進后的鉆井液循環(huán)比改進前的鉆井液循環(huán)更好,提高了鉆井液泵的冷卻循環(huán),延長了缸套和活塞的使用壽命,減輕了工人的勞動強度;可減少油缸套筒、活塞的更換,為3 個鉆井機的噴射泵節(jié)省了現(xiàn)場建設成本。