石油钻井用重晶石回收混合装置

2014-06-05于书清张军锋张怀志

石油矿场机械 2014年9期

关键词：重晶石供液旋流

于书清，张军锋，张怀志

（1.沧州市华油飞达石油装备有限公司，河北沧州 061001；2.川庆钻探工程有限公司国际工程公司，成都 610051）①

石油钻井用重晶石回收混合装置

于书清1，张军锋2，张怀志1

（1.沧州市华油飞达石油装备有限公司，河北沧州 061001；2.川庆钻探工程有限公司国际工程公司，成都 610051）①

为了能在实际钻井工作中方便地使重晶石粉得到回收再利用，利用一种旋流回收混合装置，与离心机、加重泵配合使用，使排出的泥浆固体即时回收，重新进入泥浆循环系统。经在实际生产中运用，证实该装置可以达到预期回收重晶石的效果，大幅减少泥浆材料的添加，不但降低成本、简单实用，而且减少泥浆固体排放，降低劳动强度。

钻井液；循环；回收；混合装置

在石油钻井过程中，钻井液（俗称泥浆）是必不可少的，利用钻井液的循环来携带岩屑、保持压力。在泥浆的循环过程中为了保证钻井的正常进行，需要在泥浆中添加膨润土、有机盐、重晶石、铁矿粉等泥浆材料，这些材料的成本比较高。因此，要求泥浆要能循环使用，为了使从井口返出的泥浆经过处理后重新进入循环，钻机都配有钻井液固相控制系统，一是用来控制井下的压力和携带钻屑，其次就是用来处理泥浆，使其能够重新利用。泥浆的固相控制系统大多配有振动筛、除气器、除砂器、除泥器、中速离心机和高速离心机等固相处理设备。其中：振动筛、除气器、除砂器、除泥器等设备处理泥浆的过程中，处理掉的多是颗粒较大的岩屑，对其中有用的泥浆材料固相损失较小，泥浆在经过离心机时，有大量的小颗粒物质要被处理掉，这就造成处理掉的不仅仅是无用的固相物质，还把很大一部分重晶石、铁矿粉等有用物质也处理掉了，处理后的固相物质被作为废料，不会再使用。在后面的钻井过程中，为了满足正常钻井的需要，还要重新加入这些有用的材料，还要进行固相的处理过程，这样就会有大量的泥浆材料被作为废料扔掉，从而加大钻井成本和环境破坏。因此，泥浆材料的重新利用成为降低钻井成本的重要因素，对环境保护也具有长远意义。

1 常用钻井液循环系统分析

1.1 循环系统流程

在常用的泥浆循环系统中，泥浆通过离心机供液泵，把离心机供液仓内的泥浆由进液口送入离心机，通过离心机的高速运转，把其中较大一部分固体颗粒进行分离；分离出的固相物质通过排砂口进入废料池，剩余的液体经由出液口进入下一供液仓；然后，再由下一离心机供液泵将泥浆送入下一离心机，再进行进一步处理；处理后的固相物质也同样随排砂口排出，进入废料池，如图1。而且，经过2次离心机处理的固相物质呈团状，黏性很大，不易回收、处理，通常情况下就被废弃掉。

图1 常用离心机工作示意

1.2 使用情况分析

钻井过程中，由于地层压力不同，所需泥浆的密度也不相同，当需要降低泥浆密度时要开启离心机来去除泥浆中的固体成份，这时泥浆中的大量泥浆添加材料被去除，离心机排出的固相成份被排入泥浆池，做废料处理。这样虽然满足了当时钻井工作的要求，但也造成很大的材料损失，从而加大了钻井成本。而且在随后的钻井工作中，还需要重新添加相同的泥浆材料来保证泥浆循环和钻井作业，也会带来劳动的增加。

随着环境保护意识的提高，钻井过程中不再允许废弃的泥浆采用原有方式来处理，要做到全部回收，做无害处理。这样，废弃物的处理会给钻井行业带来成本的增加，如无限制排放，将为回收废弃物带来无法承受的投入压力，也为国际市场的准入和竞争力带来不利影响。

2 功能要求分析

目前，国内钻机相对较多，与之相配套的钻井液循环系统也很多，回收混合装置首先应该考虑在这些设备上改造安装，才能达到预期效果，而且不能影响原设备的性能和流程。如果要求重新配套循环系统，会增加较大成本。因此，回收混合装置如果能够在现有的循环系统中安装，不仅能够大幅降低成本，而且能提高钻井公司安装使用的积极性，为回收混合装置带来更好的市场前景。

因混合装置利用的是旋流混合原理，所以需要有一个合适旋流的动力来源。动力来源如果增加原循环系统的电力负荷，会造成原有电力分配的困难，也会带来设备安装的空间问题，以及电力线及电控设备的安装问题。所以，如果能利用原来的设备输出动力，将会省掉这些安装的麻烦。

由此，要求回收混合装置在泥浆循环系统中能专门用于收集离心机排出的固相物质，而且能立即重新混合成有用的泥浆液体，使重晶石等有用泥浆材料重新进入循环。而且，这种装置既要能在新的设备中安装使用，尤其要能对现有设备进行改造安装，并且尽量降低安装、改造成本，又在不影响现有钻井流程的情况下，安装方便，易于维护。

3 设计方案

3.1 技术方案

在离心机处理罐仓内安装旋流漏斗，将离心机的排砂口与其连接，使离心机排出的固相物质收集在锥形漏斗中；利用泥浆砂泵（可以利用除砂泵或是除泥泵的砂泵）从旋流漏斗的底部打入流速较高的泥浆，高速泥浆在旋流漏斗中会产生旋流。这样，就能使高流速的泥浆与漏斗中原有的固相混合在一起，通过液体旋流来将固相和液相进行混合后，由于液体的旋流会随漏斗壁上升，上升到漏斗的出液口高度时，便从出液口进入排出管道，进入到泥浆储备仓，重新进入循环使用。

3.2 工作流程

如图2所示，中速离心机通过泥浆供液泵将中速离心机供液仓的泥浆送入中速离心机中，中速离心机处理后的液体通过中速离心机的排液口进入到下一离心机的供液仓中。中速离心机分离出的固相物质通过排砂口将固相物质排入到本装置的旋流漏斗内；同时，由泥浆砂泵通过旋流漏斗侧面底部切向的进液管向漏斗内送入高流速的泥浆，高流速的泥浆通过切向进入的泥浆在旋流漏斗中时会产生旋流，高速旋流的液体会将漏斗中的固相物质打散，并逐渐带走并混合在液体中；旋流的液体在漏斗中会由于高速旋流而沿漏斗壁上升。当液体旋流上升至漏斗出液口位置时，便进入出液管，并经出液管溢出旋流漏斗。排出的混合液体中含有大量的重晶石、铁矿粉等贵重材料，通过管道送入储备仓进行储存，当用到密度较大的泥浆时，这些泥浆便可重新进入循环。

图2 回收混合装置示意

同时，中速离心机排出的液体进入下一离心机供液仓后，下一离心机也按同样的流程对泥浆进行处理，同样可以把排出的固相物质收集并进行回收处理。

4 现场使用效果

重晶石回收混合装置已经在实际中得到应用，效果良好，泥浆中原有的大量贵重的、有益的固相材料重新被利用起来，泥浆材料的成本有了明显的降低，工作量也明显减少；同时，也减少了废料、废液的排放。

5 结论

1）回收混合装置的成本低，而且安装简单，可以通过改造安装在现有的泥浆循环系统中，提供动力的砂泵可以利用原有设备上的除砂泵、除泥泵，或是利用添加泥浆材料用的加重泵；改造内容不多，成本低，改造后既能很方便地对离心机排出的固相与液体泥浆进行混合，也不会影响原有的工艺流程，而且安装简单、方便，易于维护。

2）该装置能很好地使泥浆材料重新收集进入到循环中，大量节省了泥浆材料成本，减轻了加重作业的劳动量。

3）回收混合装置大量减少了泥浆废弃物的排出，为处理废弃物带来方便，而且对于环境的保护有着重要的作用。

［1］张爱武，王永新，岳松涛，等.钻井液用重晶石粉密度测定不确定度的评定［J］.石油工业技术监督，2010（10）：24-27.

［2］黎明，唐继平，张斌中，等.超高密度重晶石钻井液体系的研究与应用［J］.钻采工艺，2008（4）：146-149.

［3］孙春玲.钻井液的分散剂以及含分散剂的钻井液［J］.精细与专用化学品，1988（10）：6-10.

［4］牟顺泉，董怀荣，丁希军，等.钻屑随钻处理技术研究［J］.石油矿场机械，2012，41（7）：18-22.

Barite Recycling and Mixing Device for Petroleum Drilling

In order to recycle and reuse barite conveniently during the actual drilling work，a kind of vortex recycling and mixing device are used，working with centrifuge and weight pump for recycling the discharged mud solid immediately and turning back to circulation system.The practical use proves that the device can achieve expected effect.The device can greatly reduce the mud material needs，simply and practically，not only cut cost，but also decrease the mud solid discharge and lower work intensity.

drilling fluid；circulation；recycle；mixing device

TE926

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.09.026