伸缩式双作用离心机装置的研制与运用

（西部钻探克拉玛依钻井公司，新疆 克拉玛依 834009）

伸缩式双作用离心机装置的研制与运用

方永春 曾志伟 罗绪武 田成建 李树新

（西部钻探克拉玛依钻井公司，新疆 克拉玛依 834009）

阐述了合作研制开发的伸缩式双作用离心机装置的技术原理、性能特点及现场使用情况，并对其应用效果加以介绍。

伸缩式；双作用；离心机装置

钻井液性能是影响钻速及安全高效钻井的最重要因素之一，实验及现场钻井实践证明，钻井液比重对钻速影响极大，比重越低钻速越快，但降低钻井液比重受到平衡地层压力、控制井喷、井塌因素的制约，因此一般不能随意降低或提高钻井液比重。同时钻井液的固相含量对钻头的磨损和钻速的影响也较大，必须严格控制钻井液中的固相含量。而钻井液中的固相类型和体积含量，对钻井液的比重、黏度和切力有明显的影响。这些因素进而影响钻井液成本、钻井成本。所以固相含量的控制是钻井液管理中最重要的工作之一，也是钻井生产中最主要的环节。清除钻井液中有害固相，同时将钻井液中有用固相回收以保证合理的钻井液密度的最有效的

工程方法就是组合使用1台变频离心机和1台中速离心机，采用合理的工艺流程满足非加重泥浆的高效大排量处理泥浆，又可以在使用加重泥浆时通过即可分离有害固相有可回收铁矿粉、重晶石等有用固相的目的。克拉玛依钻井公司为满足钻井工艺需要，同时为适应频繁搬迁的要求，所属物资装备科与荣昌公司合作研制开发了伸缩式双作用离心机装置。

一、伸缩式双作用双离心机装置结构原理

伸缩式双作用双离心机装置将1台中速离心机、1台变频离心机和1个转浆罐安装在1个套装伸缩支架上，该套装伸缩支架在设备搬安和运输时可缩回固定在整装底撬上满足运输要求。

该装置采用两台卧式供液泵供液，两台供液泵固定于支座底部，可通过管汇分别给两台离心机供液。该装置在处理非加重泥浆时，将第一级离心机的分离口与溢流口互换，即将分离的固相直接排除，分离后的液体进入泥浆罐内，同时将第二级变频离心机调低转速与第一级离心机转速相同，转换进液口与第一级离心机相同，分离固相排除，分离后液体进入泥浆罐，此时两个离心机并联工作，起到加大处理泥浆量的作用，高效快捷完成泥浆维护目的。

当使用正常加重钻井液时，为实现回收重晶石和清除细小固相及胶体，并控制钻井液黏度，采用两台离心机串联运行工作，即将中速离心机放在第一级，回收底流（重晶石或铁矿粉）进入泥浆罐，为保证回收的有用固相能与罐内泥浆混合充分，回收底流口靠近搅拌器，所排放溢流进入装置设置的转浆罐，通过供液泵向所配备的第二台变频高速离心机供液，再通过该离心机分离溢流中无用的粘土和超细岩屑颗粒等有害固相，达到清除钻井泥浆有害固相、净化泥浆，同时回收加重泥浆中有用固相，如铁矿粉、重晶石等泥浆化工材料的目的。使用该装置处理常规泥浆及加重泥浆的工艺流程如图1、2所示。

图1 常规泥浆处理工艺流程图

图2 加重泥浆处理工艺流程

采用伸缩式双作用离心机处理装置即可以有效清除有害固相，又可以防止大量浪费重粉等，降低了钻井液的维护成本。在处理非加重钻井液时，只需将变频离心机转速下调至中速和中速离心机根据情况共同使用或调换使用。与常规的设置加宽台安装的离心机装置相比，无须两次吊装离心机，减少了吊装和搬安时间。该装置采用卧式供液泵供液，效率和寿命优于长杆式供液泵。该装置主要配置设备的技术性能指标见表1。

表1 主要配置设备的技术性能指标

升缩式双作用离心机装置布局及摆放位置图如图3所示。

二、该装置技术关键及创新点

该装置中速离心机带有可转向的底流槽（常规作法是将离心机反向安装，回收底流），它分离出的底流排回泥浆罐中以回收重粉或重的固相，它排出的溢流先排入1个转浆罐中，再用泵把转浆罐中的液体泵入变频高速离心机中，变频高速离心机分离出的固体排出罐外，液体回到循环系统中。

该装置将两台离心机和转浆罐安装在1个套装伸缩支架上，支架固定在整装底撬上。该装置采用卧式供液泵供液，两台供液泵固定于支座底部，可通过管汇分别给两台离心机供液。采用套装伸缩支架减少了设备搬安时间和人力，运输时可缩回满足运输要求。

三、使用该装置所产生的经济效益和社会效益

该装置的撬装伸缩支架（带双离心机）在2010年在西部钻探克拉玛依钻井公司所属的50217队金河1井首次成功作业，并陆续推广使用5台近年配套的钻机，证明达到了设计效果。

设备的液相排量为Q；由于离心机只除去超细颗粒和液相，而不是固相和本体钻井液，所以计算当量稀释物量Edv的公式应为：

式中：Vld—排泄物中低密度固相百分比；

Vlm—钻井液中低密度固相百分比。

计算所节约的重晶石价值：

式中：

Vhm—钻井液中高密度固相百分比；

PW—加重剂价格。

图3 升缩式双作用离心机装置摆放位置

由于一些有用的重晶石将随钻屑一起排掉，所以节约的重晶石减去损失的重晶石就是设备的总节约费用：

Vsn＝Q（Vld/Vlm）（Vhm/Vhd）×4.2PWT

式中：Vhm—钻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：已知离心机数据如表2所示。

表2 离心机数据

若排量Q=3.42m3/h，工作时间T=18h/d，加重剂价格PW=640元/t，经计算，其节约费用Vsn=27 992元/d。因此对加重钻井液来说，用该装置回收重晶石在经济上是合算的。

以新疆油田准噶尔南缘高泉1井为例，该井井深5 285m，钻井液密度达1.85左右，全井共消耗重晶石2 263t。

如果采用该回收系统回收重晶石，一般该回收系统回收率为80%，加重剂价格PW=640元/t，则全井可回收重晶石1 810t，节约成本115.8万元。

四、结论

随着现代钻井工艺技术的发展，为发现和保护油气层采用了近平衡、欠平衡等钻井工艺技术，而这些先进的工艺技术对钻井液性能的要求较高，不仅要求钻井液的密度控制在设计的范围内，而且随着地层压力的变化及时快速得到调整，以满足钻井工艺要求。这就需要我们在钻井液固控上采用先进有效的设备以保证除去钻井液中有害固相，同时回收为满足钻井工艺要求在配制钻井液时加入的铁矿粉、重晶石等有用固相。

实践表明，钻进时钻井液维护费用的90%左右是由于钻屑影响所致。正确的使用固控设备，能大量清除钻屑，减少钻井液消耗，从而取得显著的经济效益。

采用双作用离心机处理装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离，从而极大地降低钻井液的维护成本，使钻井经济效益进一步得到提高。

此装置不仅能满足调节钻井液密度，满足近平衡、欠平衡钻井工艺的要求而且由于采用了可伸缩式支架，在搬家安装过程中不拆卸离心机既可整体搬安运输，同时由卧式离心供液泵代替立式长杆泵使供液泵使用寿命大大延长，从而使钻井成本降低。

因此该装置经现场进一步使用完善后可在超深井及山前构造复杂井、大位移水平井、大斜度井等钻井生产固控系统中推广应用。同时也可配套于≥5 000m超大型电动钻机和机械钻机上，以满足现代钻井工艺及快速搬安的要求。

TE926

：B

：1671-0711（2014）09-0056-03

2014-05-13）