海洋石油模块钻机钻井液固控系统设计

1 设计目的

(1) 钻井液的作用

钻井液是钻井过程当中, 所利用的冲洗循环介质, 被称为钻井的血液。其作用主要有以下几个方面。①清扫井底岩屑。②携带岩屑。③悬浮岩屑。④稳定井壁。⑤破岩、冷却钻头、冲洗钻头。

(2) 钻井液组成及分类

①组成。钻井液由液相、活性固相、惰性固相及各种钻井液添加剂组成。②分类。根据钻井液的组成部分, 钻井液可分为水、乳化等。泥浆是目前海洋模块钻机中使用最广泛的钻井液, 分为水基、油基泥浆。水基泥浆以水为主要介质, 主要用于井深4000m以下的井。油基泥浆以油为主要介质, 主要用于井深大于4000m的井。

(3) 钻井液中固相的危害及清除方法

①固相的危害。钻井液中的固相组成包括两部分;有用固相和有害固相。有害固相主要为岩屑。如果处理不及时, 会影响钻进的速度, 严重时会造成井壁坍塌。②固相的清除方法。钻井液中清除有害固相的方法有很多种, 钻井初期, 常用的方法有稀释法和替换法。随着钻井技术的快速发展, 目前, 国内比较成熟的清除钻井液中的有害固相的方法是机械方法。既通过机械设备将钻井液中有害固相除去, 达到回收利用的目的。

2 设计基础

钻井固控系统的设计基础源于油田的井型结构, 配置的高压泥浆泵排量必须满足该油田最大井深的所需泥浆量的要求。以南海某平台4000m模块钻机为例, 配备了3台F-1600的高压泥浆泵, 通常情况下两用一备。高压泥浆泵的额定压力为5, 000 psi, 三缸单作用泵, 缸套直径可选。

3 固控系统选型设计

3.1 工艺流程

本文以南海某平台模块钻机为例, 对固控系统工艺流程设计进行简述:BOP喇叭口→井口泥浆返回槽→分流盒→振动筛→沉砂罐→除气罐→除气器→除沙罐→除沙器→除泥罐→除泥器→泥浆返回罐→离心机→泥浆返回罐。此流程并不是固定不变的, 在海洋模块钻机中, 可根据地层实际情况选择设备组成。

3.2 主要固控设备选型

(1) 振动筛

①工作原理。振动筛是利用振子的震动, 带动筛网进行往复运动, 达到清除钻井液中有害固相的目的。振动筛结构简单, 由固定支架、筛网、和振子等组成。②选型依据。振动筛是钻井液固控系统的一级处理设备, 也是最重要的设备。主要用于去除钻井液中直径大于200μm的固体颗粒。按照规范要求振动筛的处理能力通常应为钻井时最大排量的100%-125%[1]。本项目采用的是3台直线型振动筛, 进行并联作业, 通常情况下两用一备, 单台排量为240m3/h。

(2) 除气器

①工作原理。真空除气器是去除钻井液中可燃气体的必要设备。真空泵抽吸真空罐形成负压, 将钻井液在大气压力作用下, 通过吸入管进入负压区, 由于碰撞和分离作用, 气体钻井液通过排放管线排放到一个安全区域, 钻井液回收再利用。②选型依据。除气器按工作原理分为两种, 既真空式除气器和常压式除气器。本项目选择的是射流式真空除气器ZSCQ240。按照要求处理能力通应为钻井时最大排量的100%-125%[1], 所以, 处理能力定为240m3/h, 除气效率要求大于80%, 真空度不低于30k Pa。

(3) 除沙器 除泥器

①工作原理。除沙器、除泥器是钻井液固控系统的二级、三级处理设备, 在工艺流程中处于振动筛之后。除沙器、除泥器利用水力旋流器原理。区别在于水力旋流器的分离粒度, 尺寸和个数不同.②选型依据。除沙器、除泥器的处理能力通常应为钻井时最大排量的100%-125%[1]。所以, 本项目采用的除砂器由3个10寸的旋流器组成, 每个旋流器的分离粒度要求为40-70um, 处理量为240m3/h。除泥器由20个4寸的旋流器组成, 每个旋流器的分离粒度要求为15-40um, 处理量240m3/h。

(4) 离心机

①工作原理。离心机是钻井液净化处理设备的最后阶段。本项目采用的是高速沉降式离心机。由于在钻井液中, 各组分的密度不同, 实现了离心力场中的快速沉降和分层的原理, 达到了净化钻井液的目的。②选型依据。高速沉降式离心机处理能力通常应为钻井时最大排量的5%-10%[1]。所以, 本项目选用的离心机处理量为40m3/h, 共2台, 最高转速为3200r/min, 最大分离因数为2578, 可以有效去除钻井液的有害固相, 充分保证了钻井液的性能。

4 结论

本文以南海某油田4000m模块钻机为例, 对海洋石油平台钻井液固控系统设计进行了介绍, 本系统可以有效清除钻井液中大于2um的有害固相, 使钻井液的性能基本满足各钻井时段的要求.钻井液的重复利用, 大大降低钻井成本。本系统充分考虑了设备之间的备用问题, 保证系统还能正常运转, 大大提高钻井时效。

总体讲, 本文所设计的固控系统跟国外基本一致, 达到了国际先进水平, 可以有效保证钻井液的使用性能。

摘要：随着国内海洋模块钻机工艺技术的成熟发展, 钻井液固控系统流程设计的更加完善、结构设计的也更加合理, 并且占地面积小、安全可靠, 环保要求达到了国际先进水平。文章以南海某油田4000m模块钻机为例, 设计了一套包含振动筛、真空除气器、除沙器、除泥器等设备的海洋模块钻机固控系统, 本系统可以有效的除去钻井液中大于3um的有害固相, 使钻井液达到可再循环利用的性能。

关键词：海洋模块钻机,钻井液,固控系统,固控设备

参考文献

[1] GB/T29549.1-2013海上石油固定平台模块钻机第1部分:设计[S].

[2] SY/T 6223-2013钻井液净化设备配套、安装、使用和维护[S].

[3] SY/T 5612-2007石油钻井液固相控制设备规范[S].

[4] SY/T 6871-2012石油钻井液固相控制设备安装、使用、维护和保养[S].