泥漿固相控制系統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 關注度:0]
摘要: 摘要 國內定向鉆發展非常迅速，大量穿越廢泥漿的處理日益引人關注，在市場發展和環保要求的作用下，穿越泥漿的固相分離與再利用是水平定向鉆泥漿發展的必然趨勢，文章敘述了國內水平定向鉆穿越泥漿固相控制原理和方法、固相控制的現狀以及固相控制系統的...
摘要 國內定向鉆發展非常迅速，大量穿越廢泥漿的處理日益引人關注，在市場發展和環保要求的作用下，穿越泥漿的固相分離與再利用是水平定向鉆泥漿發展的必然趨勢，文章敘述了國內水平定向鉆穿越泥漿固相控制原理和方法、固相控制的現狀以及固相控制系統的發展趨勢。
關鍵詞 水平定向鉆 穿越 泥漿 固相控制系統 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，經過艱難的市場開發，人們逐漸認識了定向鉆穿越施工的優點，并得到迅速發展，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施工的，隨之產生了大量廢泥漿，廢泥漿不加處理的排放，既造成環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單位關注的問題。在98年以前，我國的一些水平鉆機主要配套進口的固控設備，如美國坎特龍，進口設備結構緊促，使用效果好，但價格昂貴，且配件購買難，制約了其發展；在市場作用下，國內一些生產油田用固控設備的廠家也開始研制用于定向穿越的固控設備。
在2002年國家重點工程西氣東輸工程中，環保是個敏感的話題，定向鉆穿越泥漿回收是業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備，將廢泥漿固相分離后再利用，取得了可觀的經濟效益，同時也促進的國內定向穿越泥漿固控系統的大發展。
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方法。通過固控技術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學關系。 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國內穿越泥漿固控的常用方法定向鉆在國內乃至世界發展的時間不長，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用。在國內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、鈉土和添加劑調配到穿越所需的泥漿性能，達到降低泥漿固含的目的。優點：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，將返漿導入池內，經過一定時間的自然沉降后，抽取上層液相進入泥漿循環，拋去底層的固相。優點：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分離固相的方法。所謂固控系統，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、離心機和循環大罐等，即根據固相控制的要求，組成的一套系統。在大多數情況下以機械清除最有效、最經濟。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，經常在不知不覺也用到了前面的2種方法。
2、固相控制系統在水平定向鉆穿越中的使用目前國內使用的泥漿固控回收系統由國產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；國產的主要是大型的，是根據用戶需要配制的。無論是國產的還是進口的，系統的選擇主要根據以下原則： 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量； ③、鉆機能力的大小、固相清除速率及循環速率。
定向穿越泥漿固控有3個基本系統： ①、固控系統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，國內沒有生產。該系統一般將混漿和回收合二為一，結構緊促，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。這套系統也只在進口設備上常見，如美國kem-tron公司生產的SALSA250、TANGO350等設備都是這種類型的產品，見圖2。 ③、固控系統三是油田泥漿固控系統中常用工藝，國產穿越泥漿回收系統都是按這種方案配置的，如西安科迅鉆采設備廠的產品；
國外大型鉆機配套的固控系統也是采用三級固控，如坎特龍生產的大型設備，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三的基礎上增加第四級固控?離心機，現場實驗效果良好，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，也是國內外在穿越時使用較多的系統。各穿越工程有自身的特點，除了上述三個原則外，還應考慮施工成本、環保的要求和規定等因素。因此，可根據實際情況進行調整和簡化。
3、固相控制系統的發展趨勢與展望 在管道大建設的年代，必然帶動定向穿越的大發展，泥漿的回收是環保的必然趨勢，這也將是定向穿越固控系統發展的良好時機。國產設備應一改過去不成不變的模式，產品要有多種型號，提高整體性能，減少固控級數，結構合理，安裝、運輸和操作方便。
A、振動篩是固控中的關鍵設備，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，將節省整個系統的大量能耗； C、2in?4in除泥器將在一段時間內存在，但其底流清潔器已經被振動篩的上層細篩網（200-250目）替代； D、離心機將大放光芒，最終取代除砂和除泥器。當前，非常值得注意的動向是發展超細篩??離心機固控系統。這套系統不但取掉了除砂和除泥器，因而降低了能耗，簡化了系統，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與設備 北京 石油工業出版社 1995 [2] Wheeler J.Device Keeps Mud Solids UnderTight Control.Drilling Contractor.1989
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