（西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆 克拉瑪依 834009）

伸縮式雙作用離心機(jī)裝置的研制與運(yùn)用

方永春 曾志偉 羅緒武 田成建 李樹新

（西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆 克拉瑪依 834009）

闡述了合作研制開發(fā)的伸縮式雙作用離心機(jī)裝置的技術(shù)原理、性能特點(diǎn)及現(xiàn)場使用情況，并對其應(yīng)用效果加以介紹。

伸縮式；雙作用；離心機(jī)裝置

鉆井液性能是影響鉆速及安全高效鉆井的最重要因素之一，實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場鉆井實(shí)踐證明，鉆井液比重對鉆速影響極大，比重越低鉆速越快，但降低鉆井液比重受到平衡地層壓力、控制井噴、井塌因素的制約，因此一般不能隨意降低或提高鉆井液比重。同時(shí)鉆井液的固相含量對鉆頭的磨損和鉆速的影響也較大，必須嚴(yán)格控制鉆井液中的固相含量。而鉆井液中的固相類型和體積含量，對鉆井液的比重、黏度和切力有明顯的影響。這些因素進(jìn)而影響鉆井液成本、鉆井成本。所以固相含量的控制是鉆井液管理中最重要的工作之一，也是鉆井生產(chǎn)中最主要的環(huán)節(jié)。清除鉆井液中有害固相，同時(shí)將鉆井液中有用固相回收以保證合理的鉆井液密度的最有效的

工程方法就是組合使用1臺變頻離心機(jī)和1臺中速離心機(jī)，采用合理的工藝流程滿足非加重泥漿的高效大排量處理泥漿，又可以在使用加重泥漿時(shí)通過即可分離有害固相有可回收鐵礦粉、重晶石等有用固相的目的?？死斠楞@井公司為滿足鉆井工藝需要，同時(shí)為適應(yīng)頻繁搬遷的要求，所屬物資裝備科與榮昌公司合作研制開發(fā)了伸縮式雙作用離心機(jī)裝置。

一、伸縮式雙作用雙離心機(jī)裝置結(jié)構(gòu)原理

伸縮式雙作用雙離心機(jī)裝置將1臺中速離心機(jī)、1臺變頻離心機(jī)和1個(gè)轉(zhuǎn)漿罐安裝在1個(gè)套裝伸縮支架上，該套裝伸縮支架在設(shè)備搬安和運(yùn)輸時(shí)可縮回固定在整裝底撬上滿足運(yùn)輸要求。

該裝置采用兩臺臥式供液泵供液，兩臺供液泵固定于支座底部，可通過管匯分別給兩臺離心機(jī)供液。該裝置在處理非加重泥漿時(shí)，將第一級離心機(jī)的分離口與溢流口互換，即將分離的固相直接排除，分離后的液體進(jìn)入泥漿罐內(nèi)，同時(shí)將第二級變頻離心機(jī)調(diào)低轉(zhuǎn)速與第一級離心機(jī)轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)換進(jìn)液口與第一級離心機(jī)相同，分離固相排除，分離后液體進(jìn)入泥漿罐，此時(shí)兩個(gè)離心機(jī)并聯(lián)工作，起到加大處理泥漿量的作用，高效快捷完成泥漿維護(hù)目的。

當(dāng)使用正常加重鉆井液時(shí)，為實(shí)現(xiàn)回收重晶石和清除細(xì)小固相及膠體，并控制鉆井液黏度，采用兩臺離心機(jī)串聯(lián)運(yùn)行工作，即將中速離心機(jī)放在第一級，回收底流（重晶石或鐵礦粉）進(jìn)入泥漿罐，為保證回收的有用固相能與罐內(nèi)泥漿混合充分，回收底流口靠近攪拌器，所排放溢流進(jìn)入裝置設(shè)置的轉(zhuǎn)漿罐，通過供液泵向所配備的第二臺變頻高速離心機(jī)供液，再通過該離心機(jī)分離溢流中無用的粘土和超細(xì)巖屑顆粒等有害固相，達(dá)到清除鉆井泥漿有害固相、凈化泥漿，同時(shí)回收加重泥漿中有用固相，如鐵礦粉、重晶石等泥漿化工材料的目的。使用該裝置處理常規(guī)泥漿及加重泥漿的工藝流程如圖1、2所示。

圖1 常規(guī)泥漿處理工藝流程圖

圖2 加重泥漿處理工藝流程

采用伸縮式雙作用離心機(jī)處理裝置即可以有效清除有害固相，又可以防止大量浪費(fèi)重粉等，降低了鉆井液的維護(hù)成本。在處理非加重鉆井液時(shí)，只需將變頻離心機(jī)轉(zhuǎn)速下調(diào)至中速和中速離心機(jī)根據(jù)情況共同使用或調(diào)換使用。與常規(guī)的設(shè)置加寬臺安裝的離心機(jī)裝置相比，無須兩次吊裝離心機(jī)，減少了吊裝和搬安時(shí)間。該裝置采用臥式供液泵供液，效率和壽命優(yōu)于長桿式供液泵。該裝置主要配置設(shè)備的技術(shù)性能指標(biāo)見表1。

表1 主要配置設(shè)備的技術(shù)性能指標(biāo)

升縮式雙作用離心機(jī)裝置布局及擺放位置圖如圖3所示。

二、該裝置技術(shù)關(guān)鍵及創(chuàng)新點(diǎn)

該裝置中速離心機(jī)帶有可轉(zhuǎn)向的底流槽（常規(guī)作法是將離心機(jī)反向安裝，回收底流），它分離出的底流排回泥漿罐中以回收重粉或重的固相，它排出的溢流先排入1個(gè)轉(zhuǎn)漿罐中，再用泵把轉(zhuǎn)漿罐中的液體泵入變頻高速離心機(jī)中，變頻高速離心機(jī)分離出的固體排出罐外，液體回到循環(huán)系統(tǒng)中。

該裝置將兩臺離心機(jī)和轉(zhuǎn)漿罐安裝在1個(gè)套裝伸縮支架上，支架固定在整裝底撬上。該裝置采用臥式供液泵供液，兩臺供液泵固定于支座底部，可通過管匯分別給兩臺離心機(jī)供液。采用套裝伸縮支架減少了設(shè)備搬安時(shí)間和人力，運(yùn)輸時(shí)可縮回滿足運(yùn)輸要求。

三、使用該裝置所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益

該裝置的撬裝伸縮支架（帶雙離心機(jī)）在2010年在西部鉆探克拉瑪依鉆井公司所屬的50217隊(duì)金河1井首次成功作業(yè)，并陸續(xù)推廣使用5臺近年配套的鉆機(jī)，證明達(dá)到了設(shè)計(jì)效果。

設(shè)備的液相排量為Q；由于離心機(jī)只除去超細(xì)顆粒和液相，而不是固相和本體鉆井液，所以計(jì)算當(dāng)量稀釋物量Edv的公式應(yīng)為：

式中：Vld—排泄物中低密度固相百分比；

Vlm—鉆井液中低密度固相百分比。

計(jì)算所節(jié)約的重晶石價(jià)值：

式中：

Vhm—鉆井液中高密度固相百分比；

PW—加重劑價(jià)格。

圖3 升縮式雙作用離心機(jī)裝置擺放位置

由于一些有用的重晶石將隨鉆屑一起排掉，所以節(jié)約的重晶石減去損失的重晶石就是設(shè)備的總節(jié)約費(fèi)用：

Vsn＝Q（Vld/Vlm）（Vhm/Vhd）×4.2PWT

式中：Vhm—鉆井液中高密度固相百分比；

Vhd—排泄物中高密度固相百分比。

例如：已知離心機(jī)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 離心機(jī)數(shù)據(jù)

若排量Q=3.42m3/h，工作時(shí)間T=18h/d，加重劑價(jià)格PW=640元/t，經(jīng)計(jì)算，其節(jié)約費(fèi)用Vsn=27 992元/d。因此對加重鉆井液來說，用該裝置回收重晶石在經(jīng)濟(jì)上是合算的。

以新疆油田準(zhǔn)噶爾南緣高泉1井為例，該井井深5 285m，鉆井液密度達(dá)1.85左右，全井共消耗重晶石2 263t。

如果采用該回收系統(tǒng)回收重晶石，一般該回收系統(tǒng)回收率為80%，加重劑價(jià)格PW=640元/t，則全井可回收重晶石1 810t，節(jié)約成本115.8萬元。

四、結(jié)論

隨著現(xiàn)代鉆井工藝技術(shù)的發(fā)展，為發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層采用了近平衡、欠平衡等鉆井工藝技術(shù)，而這些先進(jìn)的工藝技術(shù)對鉆井液性能的要求較高，不僅要求鉆井液的密度控制在設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)，而且隨著地層壓力的變化及時(shí)快速得到調(diào)整，以滿足鉆井工藝要求。這就需要我們在鉆井液固控上采用先進(jìn)有效的設(shè)備以保證除去鉆井液中有害固相，同時(shí)回收為滿足鉆井工藝要求在配制鉆井液時(shí)加入的鐵礦粉、重晶石等有用固相。

實(shí)踐表明，鉆進(jìn)時(shí)鉆井液維護(hù)費(fèi)用的90%左右是由于鉆屑影響所致。正確的使用固控設(shè)備，能大量清除鉆屑，減少鉆井液消耗，從而取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

采用雙作用離心機(jī)處理裝置即可以有效清除有害固相，又可以防止有用固相和有害固相一起被分離，從而極大地降低鉆井液的維護(hù)成本，使鉆井經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)一步得到提高。

此裝置不僅能滿足調(diào)節(jié)鉆井液密度，滿足近平衡、欠平衡鉆井工藝的要求而且由于采用了可伸縮式支架，在搬家安裝過程中不拆卸離心機(jī)既可整體搬安運(yùn)輸，同時(shí)由臥式離心供液泵代替立式長桿泵使供液泵使用壽命大大延長，從而使鉆井成本降低。

因此該裝置經(jīng)現(xiàn)場進(jìn)一步使用完善后可在超深井及山前構(gòu)造復(fù)雜井、大位移水平井、大斜度井等鉆井生產(chǎn)固控系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。同時(shí)也可配套于≥5 000m超大型電動鉆機(jī)和機(jī)械鉆機(jī)上，以滿足現(xiàn)代鉆井工藝及快速搬安的要求。

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