随着石油勘探开发工作的发展,钻井深度不断增加,钻遇地层日益复杂,特别是近几年国内外新型钻井技术的发展(如深井、超深井、水平井、欠平衡钻井技术等),对钻井液净化与固控提出了更严格的要求。目前,我国现有的钻井液固控系统主要由钻井液振动筛、除砂器、除泥器、钻井液离心机等组成的三级或四级净化系统,其总重量达50t,总电力消耗接近300kW。随着钻井工艺技术的不断进步,现有钻井液固控系统已经不能很好地满足现代钻井技术发展的需要,也无法满足竞争日益激烈的国际钻井市场的需求,研制新的固控设备、组建新的固控系统十分必要。笔者探讨固控设备技术现状及新型固控系统研发,希望对国内相关设备的研发和**具有借鉴作用[1]。
1系统技术现状
1.1国外
目前,国外固控系统的理论和设备研究水平较高,有的厂家可以根据室内分析数据与计算机计算结果,改变固控流程,指导钻井液处理,并可以通过计算机自动定量控制各种固控设备。
在固控设备技术领域,英国ThomasBroadbent&Son’sLtd.公司及美国Derrick公司、Brandt公司和SWACO公司是比较有代表性的司。英国Broadbent公司的钻井液固控系统是5台双层双联直线钻井液振动筛(上层为8~80目筛网,下层150目以上筛网目)与1台变频调速大处理量钻井液离心机(滚筒直径508mm)组合而成。美国SWACO公司新型钻井液固控系统包括4台钻井液振动筛、1台除气器、1台钻井液清洁器、2台钻井液离心机(1台中速钻井液离心机、1台高速钻井液离心机等。美国Brandt公司的成套固控系统包括2台ATL-CS细目直线钻井液振动筛、1台ATL-DRYER-16/2干燥机、1DG10除气器、2台HS-3400型钻井液离心机,可处理加重或非加重钻井液。Derrick公司推出的固控系统包括钻井液分配器、4~5台超细目直线钻井液振动筛、1台除气器、2台钻井液离心机。
可以看出,国外固控系统已经发展为以钻井液振动筛为核心的两级系统,即多台细目或超细目直线钻井液振动筛与中高速大排量钻井液离心机组合而成,且已非常成熟,取代了传统的耗能高、系统可靠性低、维护保养工作量大的多级固控系统。
1.2国内
国内固控系统大多是在引进国外技术的基础上进行国产化,使之适合我国钻井工艺的需要。各油田又根据地区性特点推出各具特色的固控系统,我国当前主要以NG4型固控系统为主,该系统主要由钻井液振动筛、除砂器、除泥器和钻井液离心机等组成,可以将钻井液中的固相含量控制5%~8%。目前,这种三级或四级固控系统普遍存在以下问题。
(1)公称直径200~300mm旋流除砂器只能达到80~120目筛网的筛分效果,公称直径120~125mm旋流除泥器也只能达到100~200目筛网的筛分效果。同时,由于细目筛网易破损,大多数采用低目数筛网,钻井液中占固相颗粒80%的细颗粒不能被高效**,钻井液净化效果大大降低,固相含量高,影响后续设备或**仪器的使用。
(2)砂泵给钻井液施加的压力以及旋流器内部的摩擦导致岩屑更加细化,将其**更加困难。
(3)砂泵能耗高,排量200m3/h的砂泵电机功率在55~75kW,如果同时使用除砂器和除泥器,耗能大于100kW。此外,砂泵轴的密封件易损坏,导致漏失钻井液,且设备管理维修不便。
(4)随着钻井工艺技术的发展,现有多级固控系统不能很好地满足诸如水平井、欠平衡井、大位移井、深井和超深井等复杂结构井、特殊工艺井等新型钻井工艺的需要。
(5)固控系统中的易损件寿命较短,频繁更换,不仅使得钻井成本增加,而且大大影响钻井施工的连续顺利进行,特别是钻井液振动筛筛网、旋流器筛网、砂泵轴封等易损件,与国外相比仍有较大差距。
(6)固控设备加工质量差,可靠性不高,固控系统产品没有形成系列化、标准化,科研设计能力尤其是理论研究仍落后于国外。
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