摘要 國內(nèi)定向鉆發(fā)展非常迅速，大量穿越廢
泥漿的處理日益引人關(guān)注，在市場(chǎng)發(fā)展和環(huán)保要求的作用下，穿越泥漿的固相分離與再利用是水平定向鉆泥漿發(fā)展的必然趨勢(shì)，文章敘述了國內(nèi)水平定向鉆穿越泥漿固相控制原理和方法、固相控制的現(xiàn)狀以及固相控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞 水平定向鉆 穿越 泥漿 固相控制系統(tǒng) 固相分離 再利用
自1986年我國從美國引進(jìn)第一臺(tái)水平定向鉆機(jī)后，在隨后的幾年時(shí)間內(nèi)，經(jīng)過艱難的市場(chǎng)開發(fā)，人們逐漸認(rèn)識(shí)了定向鉆穿越施工的優(yōu)點(diǎn)，并得到迅速發(fā)展，每年近300公里的石油天然氣管道或電力電信電纜采用定向鉆穿越鋪設(shè)施工的，隨之產(chǎn)生了大量廢泥漿，廢泥漿不加處理的排放，既造成環(huán)境污染又浪費(fèi)了大量資源。因此，廢泥漿的回收成為定向鉆施工單位和一些泥漿固控研究生產(chǎn)單位關(guān)注的問題。在98年以前，我國的一些水平鉆機(jī)主要配套進(jìn)口的固控設(shè)備，如美國坎特龍，進(jìn)口設(shè)備結(jié)構(gòu)緊促，使用效果好，但價(jià)格昂貴，且配件購買難，制約了其發(fā)展；在市場(chǎng)作用下，國內(nèi)一些生產(chǎn)油田用固控設(shè)備的廠家也開始研制用于定向穿越的固控設(shè)備。
在2002年國家重點(diǎn)工程
西氣東輸工程中，環(huán)保是個(gè)敏感的話題，定向鉆穿越泥漿回收是業(yè)主對(duì)施工的首要要求，因此定向鉆施工單位紛紛購置泥漿固相控制設(shè)備，將廢泥漿固相分離后再利用，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也促進(jìn)的國內(nèi)定向穿越泥漿固控系統(tǒng)的大發(fā)展。
1、定向穿越泥漿固控原理和常用方法所謂泥漿固相控制（通常簡稱固控）工藝就是對(duì)泥漿中的固體顆粒進(jìn)行控制的原理和技術(shù)方法。通過固控技術(shù)以清除泥漿中的有害固體，保留有用固相，滿足穿越工藝對(duì)泥漿性能的要求。定向穿越泥漿中的有害固相主要是指對(duì)設(shè)備磨損、影響泥漿流變性能的鉆屑。
1．1固液分離的基本原理固相分離遵循斯托克司定理，該定律闡明了球形小顆粒在液體中自由沉降的數(shù)學(xué)關(guān)系。 V=g(ρS-ρ)d2/18η 式中V??顆粒沉降速度，cm/s； d??顆粒直徑，g/cm3 g??重力加速度，981cm/s2； η??液體粘度，cP ρS??顆粒密度，g/cm3； ρ??液體密度,g/cm3 上式即為Stokes定律，這一定律是分析沉淀池、水力旋流器和
離心機(jī)等凡利用重力場(chǎng)進(jìn)行分離的基本公式。
1．2國內(nèi)穿越泥漿固控的常用方法定向鉆在國內(nèi)乃至世界發(fā)展的時(shí)間不長，在鉆孔和泥漿方面沒有自己的完善體系，目前在很大程度上是將油田的工藝體系改進(jìn)后吸收應(yīng)用。在國內(nèi)穿越泥漿的固相分離方法與油田有些類似，主要有稀釋、沉淀和機(jī)械清除三種方法。
A、稀釋：將穿越返出的泥漿回收到泥漿罐中，然后加入水、鈉土和添加劑調(diào)配到穿越所需的泥漿性能，達(dá)到降低泥漿固含的目的。優(yōu)點(diǎn)：方法簡單，成本低；缺點(diǎn)：固相清除不徹底。
B、沉淀：在穿越出、入土點(diǎn)各挖一個(gè)泥漿池或更多，將返漿導(dǎo)入池內(nèi)，經(jīng)過一定時(shí)間的自然沉降后，抽取上層液相進(jìn)入泥漿循環(huán)，拋去底層的固相。優(yōu)點(diǎn)：操作簡單，成本低，能耗少；缺點(diǎn)：場(chǎng)地占用大，沉降分離速度慢，并且底層的固相難以清除。
C、機(jī)械清除：就是采用固相控制系統(tǒng)分離固相的方法。所謂固控系統(tǒng)，是指振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、微型除泥器以及除砂清潔器、除泥清潔器、離心機(jī)和循環(huán)大罐等，即根據(jù)固相控制的要求，組成的一套系統(tǒng)。在大多數(shù)情況下以機(jī)械清除最有效、最經(jīng)濟(jì)。采用固相控制體系進(jìn)行穿越泥漿回收是主要的、常用的方法。但在大型穿越施工中，經(jīng)常在不知不覺也用到了前面的2種方法。
2、固相控制系統(tǒng)在水平定向鉆穿越中的使用目前國內(nèi)使用的泥漿固控回收系統(tǒng)由國產(chǎn)和進(jìn)口各占半壁江山，進(jìn)口的主要是小型的，隨鉆機(jī)進(jìn)口時(shí)配套的；國產(chǎn)的主要是大型的，是根據(jù)用戶需要配制的。無論是國產(chǎn)的還是進(jìn)口的，系統(tǒng)的選擇主要根據(jù)以下原則： ①、需要清除或抑制的顆粒類型和尺寸； ②、穿越需要維護(hù)的泥漿的質(zhì)量； ③、鉆機(jī)能力的大小、固相清除速率及循環(huán)速率。
定向穿越泥漿固控有3個(gè)基本系統(tǒng)： ①、固控系統(tǒng)一采用振動(dòng)篩一級(jí)固控，主要用于小型或微型鉆機(jī)，是進(jìn)口小型鉆機(jī)的配套配置，國內(nèi)沒有生產(chǎn)。該系統(tǒng)一般將混漿和回收合二為一，結(jié)構(gòu)緊促，體積小，泥漿的回收處理量小于10m3/h,見圖1。 ②、固控系統(tǒng)二采用二級(jí)固控，采用4in水力旋流器進(jìn)行2級(jí)除泥除砂，振動(dòng)篩多為雙層，頂層目數(shù)較高，在200?250目，把頂層作為泥漿清潔器來處理除泥器的底流分出物，振動(dòng)篩的底層作為一級(jí)粗篩。這套系統(tǒng)也只在進(jìn)口設(shè)備上常見，如美國kem-tron公司生產(chǎn)的SALSA250、TANGO350等設(shè)備都是這種類型的產(chǎn)品，見圖2。 ③、固控系統(tǒng)三是油田泥漿固控系統(tǒng)中常用工藝，國產(chǎn)穿越泥漿回收系統(tǒng)都是按這種方案配置的，如西安科迅鉆采設(shè)備廠的產(chǎn)品；
國外大型鉆機(jī)配套的固控系統(tǒng)也是采用三級(jí)固控，如坎特龍生產(chǎn)的大型設(shè)備，如TANGO500和TANGO1000都屬于三級(jí)固控回收。在西氣東輸工程中，原管道一、二、三公司以及江漢油建都是配的西安科迅的產(chǎn)品，處理能力約90m3/h（泥漿粘度為80-100s時(shí)），其中原管道一公司在系統(tǒng)三的基礎(chǔ)上增加第四級(jí)固控?離心機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)效果良好，缺點(diǎn)：能耗大，總電力消耗接近150kw,見圖3。
上面所介紹的是三個(gè)基本的固控系統(tǒng)，也是國內(nèi)外在穿越時(shí)使用較多的系統(tǒng)。各穿越工程有自身的特點(diǎn)，除了上述三個(gè)原則外，還應(yīng)考慮施工成本、環(huán)保的要求和規(guī)定等因素。因此，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和簡化。
3、固相控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)與展望 在管道大建設(shè)的年代，必然帶動(dòng)定向穿越的大發(fā)展，泥漿的回收是環(huán)保的必然趨勢(shì)，這也將是定向穿越固控系統(tǒng)發(fā)展的良好時(shí)機(jī)。國產(chǎn)設(shè)備應(yīng)一改過去不成不變的模式，產(chǎn)品要有多種型號(hào)，提高整體性能，減少固控級(jí)數(shù)，結(jié)構(gòu)合理，安裝、運(yùn)輸和操作方便。
A、振動(dòng)篩是固控中的關(guān)鍵設(shè)備，①、超細(xì)目（150-200目）、長壽命；②單位面積處理量大，能防止跑漿現(xiàn)象；③可靠性高，仍將是振動(dòng)篩的追求的目標(biāo)； B、除砂器逐漸被超細(xì)目振動(dòng)篩所代替，將節(jié)省整個(gè)系統(tǒng)的大量能耗； C、2in?4in除泥器將在一段時(shí)間內(nèi)存在，但其底流清潔器已經(jīng)被振動(dòng)篩的上層細(xì)篩網(wǎng)（200-250目）替代； D、離心機(jī)將大放光芒，最終取代除砂和除泥器。當(dāng)前，非常值得注意的動(dòng)向是發(fā)展超細(xì)篩??離心機(jī)固控系統(tǒng)。這套系統(tǒng)不但取掉了除砂和除泥器，因而降低了能耗，簡化了系統(tǒng)，提高了可靠性，而且對(duì)泥漿的粘度和固相含量的控制提供了強(qiáng)有力的手段。
參考文獻(xiàn) [1] 龔偉安
鉆井液固相控制技術(shù)與設(shè)備 北京 石油工業(yè)出版社 1995 [2] Wheeler J.Device Keeps Mud Solids UnderTight Control.Drilling Contractor.1989
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