泥浆系统在钻井平台中的应用

许勇生 金钢杰

（上海外高桥造船有限公司，上海200137）

0 引言

本文针对“海洋石油981”和JU2000E自升式平台等项目的泥浆系统，介绍泥浆系统功用，并简要分析设备调试过程中所遇到的一些问题。

1 泥浆系统

1.1 低压泥浆系统

低压泥浆系统主要功能是进行泥浆的储存输送、混合搅拌、净化处理、提钻下钻计量、向高压泥浆泵输送泥浆。泥浆输送系统主要是通过泥浆混合输送泵、泥浆剪切泵来满足日常泥浆池和备用泥浆舱泥浆的驳运需求。

1.2 高压泥浆系统

高压泥浆系统主要由高压泥浆泵、泥浆泵出口缓冲器、高压立管管汇、压井阻流管汇、钻井液气分离器以及压井阻流控制面板控制的高压阀组组成。高压泥浆系统是泥浆系统的心脏，在钻井作业中高压泥浆泵最高工作压力可达51.7MPa（517bar），高压泥浆的作用是维持系统中高压，保证泥浆在钻井系统中正常流动。

1.3 压井阻流管汇系统

压井管汇是油气井压力控制设备中的一个组成部分，它的功能如下：当不能通过钻柱进行正常循环时，可通过压井管汇向井中泵入钻井液，达到控制油气井压力的目的。压井管汇的一端与防喷器组合侧孔相连，一端和钻井泥浆泵相连。与防喷器组合连接的部位必须在可能关闭的闸板防喷器以下。由钻井泵或固井泵到井口钻井四通相连接的高压管线及阀闸组成的装置，主要功能是通过管汇循环排出被污染的井内钻井液，在井控作业期间通过压井管汇向井内泵入压井液和反循环压井作业。

阻流管汇装置是控制井涌的可靠而必要的设备。在油气井钻进中，井筒中的泥浆一旦被地层流体所污染，就会使泥浆静液柱压力和地层压力之间的平衡关系遭到破坏，导致溢流或井涌。

2 配浆过程

选取一个清洁的泥浆池作为目标循环池，从钻井水系统中向泥浆池加适量清洁淡水，然后用泥浆混合泵将淡水在泥浆池内循环约0.5h，从而达到清洗管路的目的。然后将淡水驳运到其他舱室以备清洗管路用。重新从钻井水系统向泥浆池中加入预设量的钻井水，打开泥浆混合系统循环管线上的所有阀门，启动泥浆混合泵，建立目标泥浆池内钻井水的循环。

然后通过药剂混合罐向循环总管内添加烧碱，通过液体添加装置添加液体化学药剂，通过小袋切割机、螺旋输送装置、泥浆混合漏斗向混合总管添加纯碱、PF－SMT、PAC－LV增粘剂等配浆材料。

通过散料系统分别从重晶石灰罐和斑土灰罐输送重晶石和斑土到缓冲罐，由缓冲罐添料器加入到泥浆混合漏斗中，散料加灰除了手动模式，还可从操作站控制屏上选择自动加灰、批量加灰、密度控制。

自动加灰：首先将吹灰空气加压阀手动打开，确认目标灰罐加压到0.35MPa（3.5bar）以上，再确认目标罐和缓冲罐所添加材料名称一致，若目标罐和缓冲罐材料名称不一致，系统将不会激活自动加灰选项按钮，因为为防止重晶石、斑土的添加出现混淆，系统设有自动保护。满足以上条件并选取自动加料模式后，散料系统自动打开输送系统的输送管线和透气管线阀门，开始从目标灰罐向缓冲罐输送，输送量达到缓冲罐设定上限值（3.6t）后自动停止输送，当缓冲罐内散料加入漏斗后剩到缓冲罐设定下限值（0.5t）时，散料输送系统自动向缓冲罐内继续补料，如此循环直到灰罐压力降低至0.35MPa（3.5bar）或灰罐内存量少于5t，因为罐内存量5t以下后灰罐内保压能力下降，控制系统会反复开启或关闭阀门而引发故障，同时也会造成吹灰管系内堵塞。

批量加灰：建立在自动加灰的基础之上，在自动控制界面选择batch模式，然后在弹出对话框内输入设定的加灰量，完成设定量的输送后，系统停止加灰。批量加灰与自动加灰的不同在于，批量加灰在完成设置量的加料后会自动停止，而自动加灰会一直循环加料，直到停止自动模式为止。

密度控制：建立在自动加灰和密度传感器校验完毕的基础之上，在自动模式界面选择density控制选项之后，设定好泥浆所需达到的密度值，散料系统自动输送散料至缓冲罐，通过泥浆漏斗加入循环的泥浆中，直至达到设定的泥浆密度值后停止自动加料。

3 泥浆系统调试过程中遇到的问题

3.1 高压泥浆泵出口安全阀起跳测试

在JU2000E项目中配有3台高压泥浆泵，均分布在中间甲板机舱中前部。在整个高压泥浆泵调试过程中，高压泥浆经过泥浆池—灌注泵—高压泥浆泵—软管—临时CHOKE VALVE返流至泥浆池。高压泥浆泵采用活塞往复增压的原理，一般情况下在高压泥浆泵冲程数既定后，操作人员只要通过缓慢调节临时CHOKE VALVE的开度即可控制调节整个系统的压力和流量，但在安全阀7 500psi起跳试验过程中，需要看到一个较为准确的安全阀起跳值。此调节方法存在以下3个弊端：

（1）尽管临时管系的安装连接已经过再三确认，但在如此高压的情况下人员操作CHOKE VALVE还是存在相当大风险。

（2）由于管系中压力巨大，CHOKE VALVE在此工况下实际上一个人难以操作，并且压力在泥浆泵高冲程的情况下即便缓慢调节CHOKE VALVE的开度，系统压力波动也比较大，不易控制。

（3）由于泥浆泵在高冲程工况下，每次缓慢调节CHOKE VALVE一定开度后，需等压力波动平稳后才可继续下一次的调节，在整个过程中耗时较长。

高压泥浆泵作为整个钻井作业的根本，整个泥浆系统的心脏，在码头联调24h里要模拟多种工况，为保障设备性能，操作人员经验无疑备受考验。经过多次研究与实践，我们确定了高压泥浆泵在50SPM的工况下，操作人员将CHOKE VALVE开度缓慢关小至3 500psi，撤离至安全区域，然后只需调节泥浆泵冲程，即可使泥浆泵冲程与压力达到一个稳步上升的平衡，在模拟多种工况过程中顺利实现了单泵启停、多泵启停，大大节约了建压时间，也最大程度降低了调试人员操作中的风险。

3.2 小袋切割机问题

通过小袋切割机向泥浆混合漏斗添加纯碱的过程中，需要确保系统建立起泥浆循环，首先必须通过漏斗下部喷射管装置建立漏斗前后压差。因为混合控制系统为避免散料堵塞泥浆漏斗设有保护，漏斗前后若没有建立压差，漏斗阀门无论从操作站还是从泥浆混合系统就地控制屏均无法遥控打开。然后从混合系统就地控制屏顺序打开切割机风机、螺旋输送器、泥浆混合漏斗阀门，此时便可从小袋切割机加入袋装散料进行自动加料。

小袋切割机在海洋石油981项目加料过程中碰到以下问题：袋子可装入切割腔内，电磁阀控制阀组却不能顺序自动开关，切割机就不能按照正常逻辑顺序自动完成出矛、出刀、回刀、推袋、计数等动作。

处理措施：手动逐个测试电磁阀组，观察各个部件是否均能够完成其自身功能，从而判定小袋切割机的逻辑控制程序是否出现问题。若是机械部件不能完成其动作，则检查零部件自身机械部件，确认窗帘反馈、割刀位置反馈与PLC软件中高低电位值是否一致，更改软件设定值使高低电平信号与现场实际信号反馈保持一致。

4 结语

深水钻井平台泥浆系统设备较多，管线工况复杂，系统协作联系性较大，设备选型和设计过程，要结合建造平台的实际作业状况，充分考虑设备的现场实用性和易操作性，全面把握泥浆作业的各个工况，预先做好规划统筹，而不能单纯追求设备先进而忽略设备本身应用局限性，以免钻井设备在最后的使用过程中出现无法实现其功能的问题。