固井车水泥浆取样口设计与应用

姜文龙，王 丽，高亚宁

（中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆固井公司，陕西延安 717600）

0 引言

近年来，在国家“建设5000万t西部大庆”开发战略的背景下，中国石油集团公司整体发展战略的带动等一系列政策支持下，企业不断深化改革，努力发展，开拓创新，加强对外合作，取得了前所未有的快速发展。随着气井市场地层复杂化和钻井类型的增多，对固井施工时间，水泥浆密度也有更严格的要求。因此，在壳牌、道达尔等高端井施工过程中必须保障混配的水泥浆密度均匀，固井车加装水泥浆取样口就是为了在取水泥浆样测密度时，即可保障操作人员的安全，同时又能提供一种方便快捷的操作方式。

1 水泥浆取样口

设计背景，公司现阶段拥有的固井水泥车均未加装水泥浆取样口，所以在井场施工时需由井队工作人员配合进行取样来测量水泥浆密度，由于作业人员的作业区域位于固井水泥车的高压区域，进而存在一定的安全隐患。2014年公司陆续在部分水泥车上进行取样口改造试验，取得了一定成效，但仍存在一定的缺陷，下面就改进情况进行详细介绍，以便为下一步改进提供参考。

2 第一次改进过程

2.1 改进设计

（1）确定加装位置。本设计根据安装要求及取水泥浆样品的方便程度，选取具体位置安装在车辆混浆池的右侧（左侧有混浆池内有高能混合器及搅拌器），根据一般人员的身高定位阀门的安装高度为1750 mm，根据清洗车辆的方便程度确定加装阀门的长度为210 mm，其长度主要是混浆池外管线的长度，混浆池内的管线为多孔管，保证不会存留水泥浆。

图1 1英寸球阀

（2）确定制作材料。由于水泥浆测量一次取样不需要太多，故设计使用1英寸的球阀作为控制阀门，两端各加装1英寸一端带螺纹的短接，混浆池与短接之间采用1.2英寸的无缝钢管连接，长度为35 mm，伸入泥浆池部分为多孔管，长度为200 mm。出水泥浆短接长度为60 mm。如图1和图2所示。

图2 1英寸短接

（3）加工工艺及安装连接。根据安装位置，为确保达到预期效果，加工时伸入混浆池内部的1.2英寸无缝钢管本体加工有数个通孔，采用焊接方式与混浆池进行连接，以确保管中不残留泥浆，既可保证每次取样不同，同时也方便了清洗。2个短接与阀门之间采用螺纹连接，极大方便了阀门损坏时的快速更换。如图3和图4所示。

2.2 设计亮点

图3 多孔管

（1） 混奖池内部分采用多孔管，可以保障管内在每次取样后剩余水泥浆都能在搅拌器的混拌过程中被带走，防止水泥浆的残留导致取样前后存在的相似性，以保障每次取样都不同，密度测量误差最小化。

（2）采用 1英寸球阀，大小合适，取样时间短，径流量小，同时球阀可做调节流量的作用，从而保障取样时不产生多余的废液。

图4 安装完成控制阀

2.3 使用效果对比

（1）人员数量对比。未进行取样口加装时，取水泥浆样人员需要由井队工作人员配合完成，在取样的过程中存在取样容器掉进混浆池的风险、粉尘污染，以及车上人员跌落风险等。加装取样口后，只需1人在混浆池外面操作即可完成取样，避免了上述风险，也节约了人力资源和时间成本。

（2）人员位置及安全对比。改装前，需1人站在水泥车上进行取样操作，存在人员跌落的风险，并且取水泥浆时人员面部必须与混浆池正面接触，存在一定的粉尘危害。改装后，人员不需要上水泥车进行操作，只需站在地面上，避免了未改装前的安全风险。加装前后取水泥浆样对比，如图5和图6所示。

（3）存在问题。通过装置的设计和加装，消除了固井施工过程中取水泥浆样存在的部分隐患，确保了取水泥浆样的可靠性与安全性，使取水泥浆样更加方便、快速和安全。但是由于此装置安装于混浆池位置，导致所取的水泥浆样为正在混配过程中的半成品，而不是最终将要注入井内的成品，故还存在相当大的密度误差，同时操作人员依然处于固井车的高压区域，仍存在一定的安全风险。

图5 未加装控制阀取水泥浆样

图6 加装控制阀后取水泥浆样

3 第二次改进过程

3.1 改进设计

（1）确定加装位置。由第一次加装后存在问题，经过分析讨论，将水泥浆取样口安装于灌注泵入口管汇处时，这样所取的水泥浆样即为要注入井内的混配完成的水泥浆，确保了水泥浆密度的误差最小，同时此处无高压也保障了操作人员的安全。

（2）确定使用材料。由于取样量不要求太多，防止产生过多的废弃液体，故此处依然采用1英寸的球阀作为控制阀门，外端加装了减压装置，以保障取样时水泥浆无压力外流（图7）。

图7 减压装置

（3）加工工艺及安装连接。此处根据设计安装位置，在不影响设备完好的同时达到预期效果，故直接将此取样装置安装于灌注泵放水口处，既保障了设计的目的，也方便了人员操作，但此处由于灌注泵内转子的旋转液体具有一定的压力，此减压装置就是用来降低外流水泥浆的压力，以保障操作人员的安全，后续改进时可选择避开灌注泵而加装于灌注泵管汇附近（图8）。

3.2 使用情况

图8 安装使用效果

相对于第一次改进，第二次明显的优势就是所取水泥浆密度误差更小，同时保障操作人员远离水泥车高压区域，保证了操作人员的人身安全。

3.3 存在问题

（1）由于公司水泥车数量较多，生产批次不一，设备型号、管线布置方式等不统一，故现阶段难以形成统一的改造方案，必须针对特定设备制定相应的改造方案，故后续改造时还需进一步完善改造方案，形成统一的改造安装方式，在保证设备完好的情况下实现水泥浆取样口的改造。

（2）结论。改进后所取的水泥浆样为直接供三缸柱塞泵注入井内的成品水泥浆，故测得的密度为实际注入井内的水泥浆的实际的密度，此装置使用方便、安全可靠，操作简单，同时最大限度地缩小了取样误差，为固井施工过程中水泥浆密度的控制，固井质量提供了最有力的保障，取样器内焊接有减压板，进一步防止高压液体溢流，保障了取样人员的安全和所取样品的质量，达到了预期结果。

4 小结

通过对固井车水泥浆取样口的研究，不仅夯实了对水泥车的了解，也为进一步研究及学习水泥车提供了很多借鉴。只有不断积累经验和在实践中完善自我，才能为固井公司的大发展贡献更多的力量。