海洋修井機(jī)泥漿系統(tǒng)優(yōu)化

孟慶元 孫 強(qiáng) 韓 鵬

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司 天津300452）

0 引 言

近年來(lái)，為了保證海洋石油的穩(wěn)產(chǎn)，以滿足國(guó)家能源需求，渤海地區(qū)越來(lái)越多的海上固定平臺(tái)開(kāi)始新建修井機(jī)［1-2］。修井過(guò)程的順利與否直接關(guān)系到能否保持高產(chǎn)能、提高油藏的采收率。修井液是修井施工過(guò)程中不可或缺的組成部分，發(fā)揮著重要作用——保持井筒內(nèi)壁光滑穩(wěn)定、攜帶巖屑、冷卻鉆頭等。修井液的循壞及配比流程無(wú)疑是兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，若修井過(guò)程中修井液停止循環(huán)或不能及時(shí)配比均勻且穩(wěn)定的修井液，修井過(guò)程就不能持續(xù)進(jìn)行，嚴(yán)重的還會(huì)造成卡鉆等事故發(fā)生［3］。

修井泥漿的循環(huán)及配比［4-5］過(guò)程需要泥漿罐、混合罐、混料漏斗、混合泵、高壓泥漿泵（包括灌注泵）以及各種不同尺寸的管線和閥門(mén)等組成（見(jiàn)圖1），其中泥漿罐數(shù)量至少為3個(gè)［6］（一般情況下，2個(gè)用于配漿，1個(gè)用于循環(huán)修井）；工藝流程需配備2套混合管線［7］，以保證配漿流程能順利進(jìn)行。但是由于海上固定平臺(tái)空間有限，可謂“寸土寸金”，泥漿罐的排布和高壓泥漿泵的相對(duì)位置對(duì)內(nèi)部管線、閥門(mén)的走向和排布影響很大；有些流程在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以輕松實(shí)現(xiàn)，但是在實(shí)際應(yīng)用中由于空間、成本及使用便利性的要求卻難以實(shí)施。下面我們對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析說(shuō)明，從建造和使用方面對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，提出改進(jìn)方案。

圖1 修井液系統(tǒng)組成

1 問(wèn)題描述

泥漿系統(tǒng)主要包括泥漿存儲(chǔ)、混合流程和泥漿循環(huán)部分流程。泥漿罐出口有灌注和混合2條管匯，入口有2條泥漿泵的返回管線、海水供給管線、淡水供給管線、生產(chǎn)水供給管線和柴油供給管線等；出口的管匯到各個(gè)泥漿罐均設(shè)置分支管線（見(jiàn)圖1）。目前主要問(wèn)題出現(xiàn)在泥漿混合管線（主管線尺寸為10″和6″）和高壓泥漿泵吸入管線（管線尺寸為10″）（見(jiàn)下頁(yè)圖2），其中高壓泥漿泵吸入管線和10″混合管線存在共用的情況，2個(gè)工況通過(guò)1個(gè)隔離閥進(jìn)行分離（見(jiàn)下頁(yè)圖4）。一些修井機(jī)由于泥漿罐排列順序以及與高壓泥漿泵的相對(duì)位置不同（設(shè)備布置如下頁(yè)圖3），對(duì)泥漿罐內(nèi)部管線的布置和實(shí)施難易程度影響很大。

從圖2和圖3可以發(fā)現(xiàn)，工藝圖中的流程沒(méi)有問(wèn)題，泥漿罐1為高壓泥漿泵吸入罐（循環(huán)罐）；泥漿罐2和3為混合配漿罐。當(dāng)修井作業(yè)時(shí)，高壓泥漿泵從泥漿罐1吸入修井液然后輸送到井底。為了不影響作業(yè)效率，多數(shù)情況邊進(jìn)行修井作業(yè)邊配置修井液，這就需要將配漿罐與循環(huán)罐分隔開(kāi)，所以在泥漿罐1后增加隔離閥（見(jiàn)圖4紅框），保證能夠隨時(shí)將循環(huán)罐和配漿罐隔離開(kāi)來(lái)，既不影響作業(yè)又能配漿滿足后續(xù)的使用要求。但是在結(jié)合總體布置圖可以發(fā)現(xiàn)泥漿罐1在最右側(cè)（見(jiàn)圖3），有些設(shè)備廠家為了省時(shí)省力，讓高壓泥漿泵直接從泥漿罐3引出10″吸入管線，這樣就不滿足工藝流程的要求，導(dǎo)致10″混合管線無(wú)法使用，存在重大安全隱患。如果想要實(shí)現(xiàn)圖2工藝流程只能有兩種布置管線的方式：

圖2 混合管線和吸入管線

圖3 設(shè)備布置圖

圖4 隔離閥位置

（1）將管線布置在罐外側(cè)。但是由于10″管線不僅粗重而且需要設(shè)管支架和保溫，罐外無(wú)法滿足走線要求，所以第一種方式不可行。

（2）管線布置在罐內(nèi)。這個(gè)方案要求必須在垂直方向設(shè)置管線（見(jiàn)圖5），如果橫向布置就會(huì)侵占泥漿罐內(nèi)部空間，極大地影響攪拌器的攪拌效果，并且有可能發(fā)生碰撞。不過(guò)，采用垂直布置也有兩個(gè)缺點(diǎn)：首先，紅框位置安裝有截流閥，罐內(nèi)所有閥柄要求從罐體上方伸出，以便工人操作。但是，圖5中可見(jiàn)多個(gè)閥體的正上方已經(jīng)布置10″管線，閥柄需要有一定的傾斜角度才能避開(kāi)，這樣就會(huì)導(dǎo)致閥柄與攪拌器或其他部件發(fā)生干涉。其次，管線垂直方向布置，導(dǎo)致高壓泥漿泵吸入管線高度增高，而泥漿泵入口比較低，這樣高度差非常大，影響泥漿泵的吸入效果。

圖5 管線布置

可見(jiàn)，上述兩種布線方式均非最優(yōu)方案。以上工藝流程及設(shè)備布置方案均發(fā)現(xiàn)存在很大弊端，不僅增加成本的投入，而且方案實(shí)施難度較大。所以，以上方案仍需進(jìn)一步優(yōu)化。

2 優(yōu)化方案

為了解決上述問(wèn)題，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研以及技術(shù)方案的討論，最終從工藝流程和設(shè)備布置兩個(gè)方面提出優(yōu)化方案：

2.1 方案一

總體設(shè)備布置不變（見(jiàn)上頁(yè)圖3），修改工藝流程，將上頁(yè)圖2中的泥漿罐3改為泥漿循環(huán)罐，泥漿罐1和泥漿罐2為配漿罐。修改后工藝流程見(jiàn)圖6，管線布置見(jiàn)圖7。

圖6 優(yōu)化后的工藝流程

圖7 優(yōu)化后的管線布置

該方案與圖2和圖5對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，通過(guò)更改泥漿循環(huán)罐的位置，泥漿吸入管線從最左側(cè)泥漿罐引出，優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）無(wú)需增加泥漿罐至高壓泥漿泵之間的吸入管線（節(jié)省了十多米10″泥漿吸入管線），降低成本，減輕質(zhì)量，為平臺(tái)減負(fù)；

（2）避免侵占泥漿罐內(nèi)部大量有效容積，保證修井液泥漿的有效容積量；

（3）因?yàn)楣迌?nèi)沒(méi)有增加管線，罐內(nèi)閥門(mén)手柄可以豎直伸出罐頂，不用擔(dān)心閥柄與罐內(nèi)攪拌器等部件發(fā)生干涉，方便施工與安裝；

（4）高壓泥漿泵吸入管線高差小，不會(huì)影響修井液的吸入效果。

2.2 方案二

工藝流程不變（見(jiàn)圖2），修改總體設(shè)備布置圖，高壓泥漿泵移至圖8的位置。調(diào)整后的管線布置見(jiàn)圖9。

結(jié)合圖2、圖8和圖9可以發(fā)現(xiàn)，通過(guò)更改高壓泥漿泵位置，泥漿吸入管線直接從泥漿罐1連接高壓泥漿泵，無(wú)需再增加其他的泥漿管線。此方案改動(dòng)最小，成本最低。另外，需要在紅框處增加一個(gè)隔離閥。該方案具備方案一的所有優(yōu)點(diǎn)。

圖8 設(shè)備布置圖

圖9 優(yōu)化后的管線布置

3 結(jié) 論

結(jié)合全文可以得出結(jié)論：雖然修井液循環(huán)和配漿流程在工藝流程圖中能夠完全實(shí)現(xiàn)，但是在實(shí)際建造過(guò)程中受空間面積、經(jīng)濟(jì)成本、工人操作難易度的影響，依然會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，使方案難以實(shí)施。

針對(duì)項(xiàng)目中出現(xiàn)的問(wèn)題，本文從工藝流程和設(shè)備布置兩個(gè)方面提出了優(yōu)化方案，目前這兩種方案幾乎可以涵蓋所有修井機(jī)修井液循環(huán)和配漿的流程。但是，方案的選取需根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行選擇，需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）混料漏斗的加料以及高壓泥漿泵的維修都需要平臺(tái)吊機(jī)的配合，所以平臺(tái)吊機(jī)位置及能力對(duì)方案的選取起到一定的篩選作用；

（2）泥漿罐區(qū)屬于危險(xiǎn)區(qū)，泥漿罐與高壓泥漿泵的布置方案還需要考慮平臺(tái)電控房間的設(shè)計(jì)，電控房間不能布置在危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)，否則會(huì)有重大安全隱患。

將來(lái)還會(huì)新建或改造越來(lái)越多的修井機(jī)，針對(duì)泥漿系統(tǒng)可能還會(huì)出現(xiàn)新的問(wèn)題或更高的要求，我們還需要繼續(xù)積累項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)方案。