钻井注气设备自动排污系统研究及应用

2016-10-25鄂志伟大庆钻探工程公司钻井三公司

石油石化节能 2016年9期

鄂志伟　（大庆钻探工程公司钻井三公司）

钻井注气设备自动排污系统研究及应用

鄂志伟（大庆钻探工程公司钻井三公司）

针对现有气体钻井注气设备排污不环保、工人劳动强度大等问题，开展了气体钻井设备自动排污系统研究。通过管径压耗计算以及经济性分析，确定了2〞钢管为排污主管线，同时优化了排污工艺，把所有设备的排污管线连接在一根主排污管线上，利用设备排污压力，通过主排污管线把污液排放到井队废物集中收集装置统一处理。现场应用7口井，收集废液700 m3，实现了环保、自动排污，减轻了操作人员工作量，减少了环境污染，对气体钻井安全环保施工具有借鉴作用。

气体钻井；注气设备；自动排污系统；安全环保

深层提速气体钻井技术主要的注气设备包括空压机、膜制氮、增压机、雾化泵，正常使用设备数量不少于8台，每台设备在运转过程中排放高温高压油水废液，原来的设备排污方式是每台设备配有独立的排污管线，统一排放到人工挖掘1个约为1.5 m3的排污坑内，每小时需要1～2名工作人员进行排污坑清理，排放出来的高温高压油污气体对工作人员存在潜在的人身伤害风险，同时增加了劳动强度，污染了周围环境，如排污不及时，有可能对设备造成伤害，不能满足HSE要求［1-3］。对此，开展气体钻井注气设备自动排污系统研究，提高了钻井安全、环保钻井能力。

1　自动排污系统方案设计

1.1整体设计

把设备排污管线集中至1条主管线上，主管线连接至井队排污池，利用设备自身排污压力带动污水排放到排污池，排污池容量能够满足1口气体钻井排污要求，气体钻井结束后，污水统一净化处理。考虑到设备区距离井队排污坑至少50 m，管内存在压力损失，优选管材成为自动排污的关键。管线选取需要克服整个排污系统压力损失的影响，即整套排污管线系统的压力损失要小于设备排污的额定压力，这样才能使污液被排放到泥浆坑。

1.2排污管线设计

排污管线压力损失=设备区排污管线压力损失+主排污管线压力损失

1.2.1设备区排污管线压力损失

设备区排污管线压力损失=排污管线沿程压力损失+排污管线局部压力损失

1）排污管线沿程压力损失［4］：

式中：HL——排污管线沿程压力损失，MPa；

u——圆管中平均流速，m/s；

l——圆管长度，m；

d——直径，d=2r，mm；

Re——雷诺数；

Δ——管壁绝对粗糙度；

g——重力加速度，m/s2；——通常由实验确定。

2）排污管线局部压力损失：

该处的局部压力损失为折角弯管局部压力损失（图1）。式中：HZ——排污管线局部压力损失，MPa；

图1　折角弯管分析图

ξ——局部阻力系数；

α——折角弯管角度，°。

经计算设备区1''排污管线长度30 m总压力损失为0.19 MPa。由于气体钻井设备的额定排污压力一般为0.5 MPa，要求主排污管线压力损失必须小于0.3 MPa才可满足设备污液排放到泥浆坑的要求。

1.2.2主排污管线压力损失

主排污管线除了有沿程压力损失和折角弯管压力损失外，还存在设备排污管线到主排污管线的变径压力损失：

式中：Hb——排污管线变径压力损失，MPa。

2　现场应用

原有设备排污方式是每台设备配有独立的排污管线，统一排放到人工挖掘一个容积约为1.5 m3的排污坑内，每小时需要1～2名工作人员进行排污坑清理，增加了劳动强度，同时容易污染了周围环境。针对以上问题，现场通过7口井利用以上理论对1"、2"、3"三种不同规格的管线进行计算，计算结果见图2。从图2可以得出，1"管线43 m时所造成的压力损失超过0.3 MPa，难以实现自动排污要求；2"、3"管线70 m以内压力损失均小于0.3 MPa，能够满足主排污管线长度为50 m以上的现场需求。综合考虑成本和经济性分析，优选2"管线作为排污主管线，并结合气体钻井设备布置实际情况进行优化，形成了自动排污系统现场示意图（图3），把所有设备的排污管线连接在1根主排污管线上，利用设备排污压力，把污液排放到井队废物集中收集装置统一处理，每口井自动收集废液100 m3，共收集废液700 m3，成功率100%，实现了全过程环保、自动排污，减轻了操作人员工作强度，有效地提高了工作效率，有利于及时发现设备运转异常，降低设备发生故障概率。