泥漿固相控制系統(tǒng)在水平定向鉆穿越施工中的使用
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[時間:2010-10-23 全球石油網(wǎng) 關(guān)注度:0]
摘要: 摘要 國內(nèi)定向鉆發(fā)展非常迅速，大量穿越廢泥漿的處理日益引人關(guān)注，在市場發(fā)展和環(huán)保要求的作用下，穿越泥漿的固相分離與再利用是水平定向鉆泥漿發(fā)展的必然趨勢，文章敘述了國內(nèi)水平定向鉆穿越泥漿固相控制原理和方法、固相控制的現(xiàn)狀以及固相控制系統(tǒng)的...
摘要 國內(nèi)定向鉆發(fā)展非常迅速，大量穿越廢泥漿的處理日益引人關(guān)注，在市場發(fā)展和環(huán)保要求的作用下，穿越泥漿的固相分離與再利用是水平定向鉆泥漿發(fā)展的必然趨勢，文章敘述了國內(nèi)水平定向鉆穿越泥漿固相控制原理和方法、固相控制的現(xiàn)狀以及固相控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞 水平定向鉆 穿越 泥漿 固相控制系統(tǒng) 固相分離 再利用
自1986年我國從美國引進第一臺水平定向鉆機后，在隨后的幾年時間內(nèi)，經(jīng)過艱難的市場開發(fā)，人們逐漸認識了定向鉆穿越施工的優(yōu)點，并得到迅速發(fā)展，每年近300公里的石油天然氣管道或電力電信電纜采用定向鉆穿越鋪設(shè)施工的，隨之產(chǎn)生了大量廢泥漿，廢泥漿不加處理的排放，既造成環(huán)境污染又浪費了大量資源。因此，廢泥漿的回收成為定向鉆施工單位和一些泥漿固控研究生產(chǎn)單位關(guān)注的問題。在98年以前，我國的一些水平鉆機主要配套進口的固控設(shè)備，如美國坎特龍，進口設(shè)備結(jié)構(gòu)緊促，使用效果好，但價格昂貴，且配件購買難，制約了其發(fā)展；在市場作用下，國內(nèi)一些生產(chǎn)油田用固控設(shè)備的廠家也開始研制用于定向穿越的固控設(shè)備。
在2002年國家重點工程西氣東輸工程中，環(huán)保是個敏感的話題，定向鉆穿越泥漿回收是業(yè)主對施工的首要要求，因此定向鉆施工單位紛紛購置泥漿固相控制設(shè)備，將廢泥漿固相分離后再利用，取得了可觀的經(jīng)濟效益，同時也促進的國內(nèi)定向穿越泥漿固控系統(tǒng)的大發(fā)展。
1、定向穿越泥漿固控原理和常用方法所謂泥漿固相控制（通常簡稱固控）工藝就是對泥漿中的固體顆粒進行控制的原理和技術(shù)方法。通過固控技術(shù)以清除泥漿中的有害固體，保留有用固相，滿足穿越工藝對泥漿性能的要求。定向穿越泥漿中的有害固相主要是指對設(shè)備磨損、影響泥漿流變性能的鉆屑。
1．1固液分離的基本原理固相分離遵循斯托克司定理，該定律闡明了球形小顆粒在液體中自由沉降的數(shù)學(xué)關(guān)系。 V=g(ρS-ρ)d2/18η 式中V??顆粒沉降速度，cm/s； d??顆粒直徑，g/cm3 g??重力加速度，981cm/s2； η??液體粘度，cP ρS??顆粒密度，g/cm3； ρ??液體密度,g/cm3 上式即為Stokes定律，這一定律是分析沉淀池、水力旋流器和離心機等凡利用重力場進行分離的基本公式。
1．2國內(nèi)穿越泥漿固控的常用方法定向鉆在國內(nèi)乃至世界發(fā)展的時間不長，在鉆孔和泥漿方面沒有自己的完善體系，目前在很大程度上是將油田的工藝體系改進后吸收應(yīng)用。在國內(nèi)穿越泥漿的固相分離方法與油田有些類似，主要有稀釋、沉淀和機械清除三種方法。
A、稀釋：將穿越返出的泥漿回收到泥漿罐中，然后加入水、鈉土和添加劑調(diào)配到穿越所需的泥漿性能，達到降低泥漿固含的目的。優(yōu)點：方法簡單，成本低；缺點：固相清除不徹底。
B、沉淀：在穿越出、入土點各挖一個泥漿池或更多，將返漿導(dǎo)入池內(nèi)，經(jīng)過一定時間的自然沉降后，抽取上層液相進入泥漿循環(huán)，拋去底層的固相。優(yōu)點：操作簡單，成本低，能耗少；缺點：場地占用大，沉降分離速度慢，并且底層的固相難以清除。
C、機械清除：就是采用固相控制系統(tǒng)分離固相的方法。所謂固控系統(tǒng)，是指振動篩、除砂器、除泥器、微型除泥器以及除砂清潔器、除泥清潔器、離心機和循環(huán)大罐等，即根據(jù)固相控制的要求，組成的一套系統(tǒng)。在大多數(shù)情況下以機械清除最有效、最經(jīng)濟。采用固相控制體系進行穿越泥漿回收是主要的、常用的方法。但在大型穿越施工中，經(jīng)常在不知不覺也用到了前面的2種方法。
2、固相控制系統(tǒng)在水平定向鉆穿越中的使用目前國內(nèi)使用的泥漿固控回收系統(tǒng)由國產(chǎn)和進口各占半壁江山，進口的主要是小型的，隨鉆機進口時配套的；國產(chǎn)的主要是大型的，是根據(jù)用戶需要配制的。無論是國產(chǎn)的還是進口的，系統(tǒng)的選擇主要根據(jù)以下原則： ①、需要清除或抑制的顆粒類型和尺寸； ②、穿越需要維護的泥漿的質(zhì)量； ③、鉆機能力的大小、固相清除速率及循環(huán)速率。
定向穿越泥漿固控有3個基本系統(tǒng)： ①、固控系統(tǒng)一采用振動篩一級固控，主要用于小型或微型鉆機，是進口小型鉆機的配套配置，國內(nèi)沒有生產(chǎn)。該系統(tǒng)一般將混漿和回收合二為一，結(jié)構(gòu)緊促，體積小，泥漿的回收處理量小于10m3/h,見圖1。 ②、固控系統(tǒng)二采用二級固控，采用4in水力旋流器進行2級除泥除砂，振動篩多為雙層，頂層目數(shù)較高，在200?250目，把頂層作為泥漿清潔器來處理除泥器的底流分出物，振動篩的底層作為一級粗篩。這套系統(tǒng)也只在進口設(shè)備上常見，如美國kem-tron公司生產(chǎn)的SALSA250、TANGO350等設(shè)備都是這種類型的產(chǎn)品，見圖2。 ③、固控系統(tǒng)三是油田泥漿固控系統(tǒng)中常用工藝，國產(chǎn)穿越泥漿回收系統(tǒng)都是按這種方案配置的，如西安科迅鉆采設(shè)備廠的產(chǎn)品；
國外大型鉆機配套的固控系統(tǒng)也是采用三級固控，如坎特龍生產(chǎn)的大型設(shè)備，如TANGO500和TANGO1000都屬于三級固控回收。在西氣東輸工程中，原管道一、二、三公司以及江漢油建都是配的西安科迅的產(chǎn)品，處理能力約90m3/h（泥漿粘度為80-100s時），其中原管道一公司在系統(tǒng)三的基礎(chǔ)上增加第四級固控?離心機，現(xiàn)場實驗效果良好，缺點：能耗大，總電力消耗接近150kw,見圖3。
上面所介紹的是三個基本的固控系統(tǒng)，也是國內(nèi)外在穿越時使用較多的系統(tǒng)。各穿越工程有自身的特點，除了上述三個原則外，還應(yīng)考慮施工成本、環(huán)保的要求和規(guī)定等因素。因此，可根據(jù)實際情況進行調(diào)整和簡化。
3、固相控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢與展望 在管道大建設(shè)的年代，必然帶動定向穿越的大發(fā)展，泥漿的回收是環(huán)保的必然趨勢，這也將是定向穿越固控系統(tǒng)發(fā)展的良好時機。國產(chǎn)設(shè)備應(yīng)一改過去不成不變的模式，產(chǎn)品要有多種型號，提高整體性能，減少固控級數(shù)，結(jié)構(gòu)合理，安裝、運輸和操作方便。
A、振動篩是固控中的關(guān)鍵設(shè)備，①、超細目（150-200目）、長壽命；②單位面積處理量大，能防止跑漿現(xiàn)象；③可靠性高，仍將是振動篩的追求的目標； B、除砂器逐漸被超細目振動篩所代替，將節(jié)省整個系統(tǒng)的大量能耗； C、2in?4in除泥器將在一段時間內(nèi)存在，但其底流清潔器已經(jīng)被振動篩的上層細篩網(wǎng)（200-250目）替代； D、離心機將大放光芒，最終取代除砂和除泥器。當(dāng)前，非常值得注意的動向是發(fā)展超細篩??離心機固控系統(tǒng)。這套系統(tǒng)不但取掉了除砂和除泥器，因而降低了能耗，簡化了系統(tǒng)，提高了可靠性，而且對泥漿的粘度和固相含量的控制提供了強有力的手段。
參考文獻 [1] 龔偉安 鉆井液固相控制技術(shù)與設(shè)備 北京 石油工業(yè)出版社 1995 [2] Wheeler J.Device Keeps Mud Solids UnderTight Control.Drilling Contractor.1989
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