鉆井巖屑收集轉運裝置的研制與應用

何建春 冉 建 劉 洋

（川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司，四川 遂寧 629000）

鉆井巖屑收集轉運裝置的研制與應用

何建春 冉 建 劉 洋

（川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司，四川 遂寧 629000）

在鉆井作業(yè)中，較遠距離地對巖屑收集和轉運仍然采用傳統(tǒng)人工推車轉運的方式，已逐漸不能適應鉆井生產(chǎn)對安全、環(huán)保和成本的新要求。文章提出這一種專用裝置，并通過現(xiàn)場應用驗證來滿足這一新要求。

緩存混合器；泵送裝置；裝置研制；鉆井巖屑收集轉運裝置；鉆井作業(yè)

鉆井過程中，泥漿從井內(nèi)帶出的大量巖屑通過振動篩、離心機分離出泥漿循環(huán)罐外，現(xiàn)在通常采用的是人工推車收集轉運的方式排入沉砂池，這樣轉運的勞動強度及人力成本都較高，并且容易出現(xiàn)巖屑堆積或散落在排污溝周圍，影響循環(huán)罐及井場周邊環(huán)境，存在較大的安全、環(huán)保隱患。本文提出一種鉆井巖屑的收集轉運裝置來解決這一問題。

1 裝置結構及工作原理

裝置主要由收集裝置1和轉運裝置2兩部分構成，結構如圖1所示。收集裝置主要負責將1#循環(huán)罐3個振動篩排砂槽、2#循環(huán)罐1個一體機排砂槽以及3#罐兩個離心機排砂槽排出的巖屑收集并傳輸?shù)睫D運裝置內(nèi)，然后由轉運裝置將其轉運至沉砂池內(nèi)。

圖1 巖屑收集轉運裝置結構示意圖

1.1 收集裝置

收集裝置采用無軸螺旋輸送機來完成巖屑收集，主要由電機11、聯(lián)軸器12、軸系支座13、驅動軸系14、無軸螺旋15、機架16和排料口17等幾部分組成。使用時，先盤轉軸系，確認無卡阻后啟動電機11，通過聯(lián)軸器12和驅動軸系14帶動無軸螺旋15旋轉，當巖屑落入機架16中時，被無軸螺旋15向前推送，通過排料口17進入轉運裝置2。

經(jīng)對鉆井過程中巖屑排放量的分析，在表層鉆進時巖屑的排量是最大的，根據(jù)對川渝地區(qū)多個鉆井隊的調研分析，一般日進尺400m左右，最大排量約在3m3/h，考慮到巖土成松散狀的巖屑并有一定含水量的情況下，實際排量約為原始體積的1.5～2.2倍。結合無軸螺旋機超強耐磨性和耐用性、抗纏繞性強、物料不易堵塞、傳動平穩(wěn)等輸送特性，收集裝置的主要技術參數(shù)確定如表1所示：

表1 收集裝置技術參數(shù)

1.2 轉運裝置

轉運裝置采用攪拌、緩存和泵送相結合的方式來完成巖屑的轉運，由緩存混合器21和泵送裝置22組成。緩存混合器21主要包含驅動裝置211、攪拌葉輪212、緩存機架213和緩存出料口214等幾部分，泵送裝置22主要包含進料口221、轉運泵222、清管器223和排料管224等幾部分。當巖屑從收集裝置1中進入緩存混合器21時，驅動裝置211啟動，帶動攪拌葉輪212旋轉，將進入的巖屑和泥漿混合成糊狀物，待堆積到一定量后，開啟緩存出料口214，糊狀物進入泵送裝置進料口221，通過轉運泵222的抽汲和泵送作用將其送入排料管224，從而轉運至沉砂池。

1.2.1 緩存混合器。緩存混合器主要起攪拌、暫存巖屑和泥漿的作用。將進入的巖屑和泥漿通過不斷攪拌混合成糊狀物，以增強巖屑黏度，提高其可泵送性，以免造成無法轉運或堵管等情況，這個過程類似于增強混凝土的坍落度，是轉運中的關鍵環(huán)節(jié)，直接關系轉運成敗。另外可以暫時儲存糊狀物，等糊狀物儲存到一定量后再進行泵送轉運，可減少泵送裝置工作時間，節(jié)約能源并能延長設備使用壽命，同時也可減少清管次數(shù)，簡化操作。主要技術參數(shù)如表2所示：

表2 緩存混合器技術參數(shù)

1.2.2 泵送裝置。泵送裝置主要起泵送巖屑的作用。通過對鉆井巖屑的物理特性分析發(fā)現(xiàn)，鉆井巖屑與建筑行業(yè)中使用的混凝土具有部分相似的特性，都屬于具有固液兩相的物質，固相含量遠大于液相，都具有一定的流動性、固相顆粒大等特點。在建筑行業(yè)中有專用的混凝土輸送泵將混凝土進行一定距離內(nèi)的輸送，故借用其工作原理設計出巖屑的專用轉運泵。

整個泵送裝置關鍵部件是轉運泵，工作原理如圖2所示，巖屑活塞（7、8）分別與主油缸（1、2）活塞桿連接，在主油缸液壓油作用下，作往復運動，一缸前進，則另一缸后退；巖屑缸出口與料斗連通，分配閥一端接出料口，另一端能過花鍵軸與擺臂連接，在擺動油缸作用下，可以左右擺動。

泵送巖屑料時，在主油缸作用下，巖屑活塞7前進，巖屑活塞8后退，同時在擺動油缸作用下，分配閥10與巖屑缸5連通，巖屑缸6與料斗連通。這樣巖屑活塞8后退，便將料斗內(nèi)的巖屑吸入巖屑缸，巖屑活塞7前進，將巖屑缸內(nèi)巖屑料送入分配閥泵出。

當巖屑活塞8后退至行程終端時，觸發(fā)水箱3中的換向裝置4，主油缸1、2換向，同時擺動油缸12、13換向，使分配閥10與巖屑缸6連通，巖屑缸5與料斗連通，這時活塞7后退，8前進。通過不停的循環(huán)，從而實現(xiàn)連續(xù)泵送。

當需要清理輸送管路中的積料時，可以通過反泵操作，使處在吸入行程的巖屑 缸與分配閥連通，處在推送行程的巖屑缸與料斗連通，從而將管路中的巖屑抽回料斗。

圖2 轉運泵工作原理圖

因為巖屑混合物黏度高，易堵管，所以每完成一次巖屑轉運后，需啟用泵送裝置中的清管器，用壓縮空氣推動海綿球清理管道內(nèi)的殘余巖屑，實現(xiàn)對管道的清理，以免干涸后堵管，清管器結構原理示意如圖3所示。具體操作流程是：當需要清管時，在進氣管7處接入壓縮空氣（p≥0.5MPa，氣量Q≤0.4m3，井場氣源提供），在閘閥D4處投入海綿球，然后關掉閘閥A1、閘閥D4和閘閥E5，開啟閘閥B2和閘閥C3，最后打開氣源將海綿球推到排料管8出口端完成管道內(nèi)殘余巖屑的清理。

圖3 清管器結構原理示意圖

表3 轉運裝置技術參數(shù)表

通過對井隊巖屑的調研了解，僅在表層鉆進過程中，有極少部分巖屑直徑＞Ф25mm，可通過泵送裝置進料口221的濾網(wǎng)過濾后人工撿出，再結合巖屑的特性和井場巖屑排放的實際情況，轉運裝置的主要技術參數(shù)確定如表3所示。

2 技術關鍵及主要特點

第一，本裝置研制的關鍵點在于轉運裝置的設計，它是在巖屑物理特性與混凝土物理特性具有一定相似性的基礎上，對混凝土輸送泵工作原理充分吸收借鑒后進行的改進設計。

第二，收集裝置采用U型槽外殼，方便巖屑收集，不易拋灑；采用無軸螺旋機進行傳輸，不易卡阻、剪斷，傳輸效率高；采用U型尼龍襯墊，大大延長了設備的使用壽命，維修方便；整個裝置結構簡單緊湊，加工制造難度較小，現(xiàn)場安裝和維護保養(yǎng)較簡單。

第三，轉運裝置能使巖屑在無灑落的情況下水平運送最大達200m的距離，降低了人工轉運的勞動強度和成本。

第四，每個裝置成獨立單元，在現(xiàn)場惡劣的工作條件下，隨時可以更換，不影響鉆井作業(yè)。

第五，整套裝置設計環(huán)保，不論是收集裝置的結構、緩存混合器的增設還是清管器壓縮空氣的使用，在有效杜絕巖屑溢出的同時可減少污水的產(chǎn)生，從而大大降低了污水處理費用和可能帶來的環(huán)境污染問題。

第六，適用于沉砂池距1#循環(huán)罐有一定距離的鉆井現(xiàn)場。

3 現(xiàn)場應用

該裝置從2013年10月初投入井隊試用至今，通過在川渝兩地各區(qū)塊超過20井次各井段的運用證明，該裝置能完整收集和可靠轉運鉆井巖屑至沉砂池。該裝置的使用妥善解決了巖屑散落帶來的環(huán)境污染問題，節(jié)約了處理巖屑污染以及鉆井污水產(chǎn)生的環(huán)保費用，帶來的環(huán)保效益無法估量。同時降低了工人勞動強度，避免了人工轉運巖屑存在的不安全隱患，減少了人工轉運成本。4000m鉆機節(jié)約人工費用約4.3萬元/年；5000m鉆機每年節(jié)約人工費用約5.5萬元/年；7000m鉆機每年節(jié)約人工費用約7.3萬元/年；節(jié)約人工推車費用約1萬元/年。

4 結語

（1）該裝置實現(xiàn)了各區(qū)塊各井段巖屑的收集與遠距離輸送，在中深井段效果尤佳；（2）該裝置結構緊湊、安裝操作方便、經(jīng)濟耐用、維護量極少、維護費用低，減輕勞動強度的同時還能杜絕環(huán)境污染，具有廣闊的推廣應用前景。

[1]胡小剛，康濤，等．國外鉆井巖屑處理技術與國內(nèi)應用研究分析[J]．石油機械，2009，37（9）.

[2]王海英．水泥混泥土輸送泵車結構優(yōu)化設計[J]．長安大學學報，2004，24（1）.

（責任編輯：秦遜玉）

TE24

1009-2374（2017）07-0216-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.07.103

何建春（1980-），男，四川營山人，川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司工程師，研究方向：鉆井設備管理；冉建（1984-），男，四川蓬溪人，川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司工程師，研究方向：鉆井設備管理。

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