泥漿系統(tǒng)在鉆井平臺中的應(yīng)用

許勇生 金鋼杰

（上海外高橋造船有限公司，上海200137）

0 引言

本文針對“海洋石油981”和JU2000E自升式平臺等項目的泥漿系統(tǒng)，介紹泥漿系統(tǒng)功用，并簡要分析設(shè)備調(diào)試過程中所遇到的一些問題。

1 泥漿系統(tǒng)

1.1 低壓泥漿系統(tǒng)

低壓泥漿系統(tǒng)主要功能是進(jìn)行泥漿的儲存輸送、混合攪拌、凈化處理、提鉆下鉆計量、向高壓泥漿泵輸送泥漿。泥漿輸送系統(tǒng)主要是通過泥漿混合輸送泵、泥漿剪切泵來滿足日常泥漿池和備用泥漿艙泥漿的駁運(yùn)需求。

1.2 高壓泥漿系統(tǒng)

高壓泥漿系統(tǒng)主要由高壓泥漿泵、泥漿泵出口緩沖器、高壓立管管匯、壓井阻流管匯、鉆井液氣分離器以及壓井阻流控制面板控制的高壓閥組組成。高壓泥漿系統(tǒng)是泥漿系統(tǒng)的心臟，在鉆井作業(yè)中高壓泥漿泵最高工作壓力可達(dá)51.7MPa（517bar），高壓泥漿的作用是維持系統(tǒng)中高壓，保證泥漿在鉆井系統(tǒng)中正常流動。

1.3 壓井阻流管匯系統(tǒng)

壓井管匯是油氣井壓力控制設(shè)備中的一個組成部分，它的功能如下：當(dāng)不能通過鉆柱進(jìn)行正常循環(huán)時，可通過壓井管匯向井中泵入鉆井液，達(dá)到控制油氣井壓力的目的。壓井管匯的一端與防噴器組合側(cè)孔相連，一端和鉆井泥漿泵相連。與防噴器組合連接的部位必須在可能關(guān)閉的閘板防噴器以下。由鉆井泵或固井泵到井口鉆井四通相連接的高壓管線及閥閘組成的裝置，主要功能是通過管匯循環(huán)排出被污染的井內(nèi)鉆井液，在井控作業(yè)期間通過壓井管匯向井內(nèi)泵入壓井液和反循環(huán)壓井作業(yè)。

阻流管匯裝置是控制井涌的可靠而必要的設(shè)備。在油氣井鉆進(jìn)中，井筒中的泥漿一旦被地層流體所污染，就會使泥漿靜液柱壓力和地層壓力之間的平衡關(guān)系遭到破壞，導(dǎo)致溢流或井涌。

2 配漿過程

選取一個清潔的泥漿池作為目標(biāo)循環(huán)池，從鉆井水系統(tǒng)中向泥漿池加適量清潔淡水，然后用泥漿混合泵將淡水在泥漿池內(nèi)循環(huán)約0.5h，從而達(dá)到清洗管路的目的。然后將淡水駁運(yùn)到其他艙室以備清洗管路用。重新從鉆井水系統(tǒng)向泥漿池中加入預(yù)設(shè)量的鉆井水，打開泥漿混合系統(tǒng)循環(huán)管線上的所有閥門，啟動泥漿混合泵，建立目標(biāo)泥漿池內(nèi)鉆井水的循環(huán)。

然后通過藥劑混合罐向循環(huán)總管內(nèi)添加燒堿，通過液體添加裝置添加液體化學(xué)藥劑，通過小袋切割機(jī)、螺旋輸送裝置、泥漿混合漏斗向混合總管添加純堿、PF－SMT、PAC－LV增粘劑等配漿材料。

通過散料系統(tǒng)分別從重晶石灰罐和斑土灰罐輸送重晶石和斑土到緩沖罐，由緩沖罐添料器加入到泥漿混合漏斗中，散料加灰除了手動模式，還可從操作站控制屏上選擇自動加灰、批量加灰、密度控制。

自動加灰：首先將吹灰空氣加壓閥手動打開，確認(rèn)目標(biāo)灰罐加壓到0.35MPa（3.5bar）以上，再確認(rèn)目標(biāo)罐和緩沖罐所添加材料名稱一致，若目標(biāo)罐和緩沖罐材料名稱不一致，系統(tǒng)將不會激活自動加灰選項按鈕，因為為防止重晶石、斑土的添加出現(xiàn)混淆，系統(tǒng)設(shè)有自動保護(hù)。滿足以上條件并選取自動加料模式后，散料系統(tǒng)自動打開輸送系統(tǒng)的輸送管線和透氣管線閥門，開始從目標(biāo)灰罐向緩沖罐輸送，輸送量達(dá)到緩沖罐設(shè)定上限值（3.6t）后自動停止輸送，當(dāng)緩沖罐內(nèi)散料加入漏斗后剩到緩沖罐設(shè)定下限值（0.5t）時，散料輸送系統(tǒng)自動向緩沖罐內(nèi)繼續(xù)補(bǔ)料，如此循環(huán)直到灰罐壓力降低至0.35MPa（3.5bar）或灰罐內(nèi)存量少于5t，因為罐內(nèi)存量5t以下后灰罐內(nèi)保壓能力下降，控制系統(tǒng)會反復(fù)開啟或關(guān)閉閥門而引發(fā)故障，同時也會造成吹灰管系內(nèi)堵塞。

批量加灰：建立在自動加灰的基礎(chǔ)之上，在自動控制界面選擇batch模式，然后在彈出對話框內(nèi)輸入設(shè)定的加灰量，完成設(shè)定量的輸送后，系統(tǒng)停止加灰。批量加灰與自動加灰的不同在于，批量加灰在完成設(shè)置量的加料后會自動停止，而自動加灰會一直循環(huán)加料，直到停止自動模式為止。

密度控制：建立在自動加灰和密度傳感器校驗完畢的基礎(chǔ)之上，在自動模式界面選擇density控制選項之后，設(shè)定好泥漿所需達(dá)到的密度值，散料系統(tǒng)自動輸送散料至緩沖罐，通過泥漿漏斗加入循環(huán)的泥漿中，直至達(dá)到設(shè)定的泥漿密度值后停止自動加料。

3 泥漿系統(tǒng)調(diào)試過程中遇到的問題

3.1 高壓泥漿泵出口安全閥起跳測試

在JU2000E項目中配有3臺高壓泥漿泵，均分布在中間甲板機(jī)艙中前部。在整個高壓泥漿泵調(diào)試過程中，高壓泥漿經(jīng)過泥漿池—灌注泵—高壓泥漿泵—軟管—臨時CHOKE VALVE返流至泥漿池。高壓泥漿泵采用活塞往復(fù)增壓的原理，一般情況下在高壓泥漿泵沖程數(shù)既定后，操作人員只要通過緩慢調(diào)節(jié)臨時CHOKE VALVE的開度即可控制調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)的壓力和流量，但在安全閥7 500psi起跳試驗過程中，需要看到一個較為準(zhǔn)確的安全閥起跳值。此調(diào)節(jié)方法存在以下3個弊端：

（1）盡管臨時管系的安裝連接已經(jīng)過再三確認(rèn)，但在如此高壓的情況下人員操作CHOKE VALVE還是存在相當(dāng)大風(fēng)險。

（2）由于管系中壓力巨大，CHOKE VALVE在此工況下實際上一個人難以操作，并且壓力在泥漿泵高沖程的情況下即便緩慢調(diào)節(jié)CHOKE VALVE的開度，系統(tǒng)壓力波動也比較大，不易控制。

（3）由于泥漿泵在高沖程工況下，每次緩慢調(diào)節(jié)CHOKE VALVE一定開度后，需等壓力波動平穩(wěn)后才可繼續(xù)下一次的調(diào)節(jié)，在整個過程中耗時較長。

高壓泥漿泵作為整個鉆井作業(yè)的根本，整個泥漿系統(tǒng)的心臟，在碼頭聯(lián)調(diào)24h里要模擬多種工況，為保障設(shè)備性能，操作人員經(jīng)驗無疑備受考驗。經(jīng)過多次研究與實踐，我們確定了高壓泥漿泵在50SPM的工況下，操作人員將CHOKE VALVE開度緩慢關(guān)小至3 500psi，撤離至安全區(qū)域，然后只需調(diào)節(jié)泥漿泵沖程，即可使泥漿泵沖程與壓力達(dá)到一個穩(wěn)步上升的平衡，在模擬多種工況過程中順利實現(xiàn)了單泵啟停、多泵啟停，大大節(jié)約了建壓時間，也最大程度降低了調(diào)試人員操作中的風(fēng)險。

3.2 小袋切割機(jī)問題

通過小袋切割機(jī)向泥漿混合漏斗添加純堿的過程中，需要確保系統(tǒng)建立起泥漿循環(huán)，首先必須通過漏斗下部噴射管裝置建立漏斗前后壓差。因為混合控制系統(tǒng)為避免散料堵塞泥漿漏斗設(shè)有保護(hù)，漏斗前后若沒有建立壓差，漏斗閥門無論從操作站還是從泥漿混合系統(tǒng)就地控制屏均無法遙控打開。然后從混合系統(tǒng)就地控制屏順序打開切割機(jī)風(fēng)機(jī)、螺旋輸送器、泥漿混合漏斗閥門，此時便可從小袋切割機(jī)加入袋裝散料進(jìn)行自動加料。

小袋切割機(jī)在海洋石油981項目加料過程中碰到以下問題：袋子可裝入切割腔內(nèi)，電磁閥控制閥組卻不能順序自動開關(guān)，切割機(jī)就不能按照正常邏輯順序自動完成出矛、出刀、回刀、推袋、計數(shù)等動作。

處理措施：手動逐個測試電磁閥組，觀察各個部件是否均能夠完成其自身功能，從而判定小袋切割機(jī)的邏輯控制程序是否出現(xiàn)問題。若是機(jī)械部件不能完成其動作，則檢查零部件自身機(jī)械部件，確認(rèn)窗簾反饋、割刀位置反饋與PLC軟件中高低電位值是否一致，更改軟件設(shè)定值使高低電平信號與現(xiàn)場實際信號反饋保持一致。

4 結(jié)語

深水鉆井平臺泥漿系統(tǒng)設(shè)備較多，管線工況復(fù)雜，系統(tǒng)協(xié)作聯(lián)系性較大，設(shè)備選型和設(shè)計過程，要結(jié)合建造平臺的實際作業(yè)狀況，充分考慮設(shè)備的現(xiàn)場實用性和易操作性，全面把握泥漿作業(yè)的各個工況，預(yù)先做好規(guī)劃統(tǒng)籌，而不能單純追求設(shè)備先進(jìn)而忽略設(shè)備本身應(yīng)用局限性，以免鉆井設(shè)備在最后的使用過程中出現(xiàn)無法實現(xiàn)其功能的問題。