隨著石油勘探開發(fā)工作的發(fā)展，鉆井深度不斷增加，鉆遇地層日益復(fù)雜，特別是近幾年國(guó)內(nèi)外新型鉆井技術(shù)的發(fā)展（如深井、超深井、水平井、欠平衡鉆井技術(shù)等），對(duì)鉆井液凈化與固控提出了更嚴(yán)格的要求。目前，我國(guó)現(xiàn)有的鉆井液固控系統(tǒng)主要由鉆井液振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、鉆井液離心機(jī)等組成的三級(jí)或四級(jí)凈化系統(tǒng)，其總重量達(dá)50t，總電力消耗接近300kW。隨著鉆井工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)有鉆井液固控系統(tǒng)已經(jīng)不能很好地滿足現(xiàn)代鉆井技術(shù)發(fā)展的需要，也無(wú)法滿足競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的國(guó)際鉆井市場(chǎng)的需求，研制新的固控設(shè)備、組建新的固控系統(tǒng)十分必要。筆者探討固控設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀及新型固控系統(tǒng)研發(fā)，希望對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)設(shè)備的研發(fā)和創(chuàng)新具有借鑒作用[1]。
1系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀
1.1國(guó)外
目前，國(guó)外固控系統(tǒng)的理論和設(shè)備研究水平較高，有的廠家可以根據(jù)室內(nèi)分析數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果，改變固控流程，指導(dǎo)鉆井液處理，并可以通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)定量控制各種固控設(shè)備。
在固控設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，英國(guó)ThomasBroadbent&Son’sLtd.公司及美國(guó)Derrick公司、Brandt公司和SWACO公司是比較有代表性的司。英國(guó)Broadbent公司的鉆井液固控系統(tǒng)是5臺(tái)雙層雙聯(lián)直線鉆井液振動(dòng)篩（上層為8~80目篩網(wǎng)，下層150目以上篩網(wǎng)目）與1臺(tái)變頻調(diào)速大處理量鉆井液離心機(jī)（滾筒直徑508mm）組合而成。美國(guó)SWACO公司新型鉆井液固控系統(tǒng)包括4臺(tái)鉆井液振動(dòng)篩、1臺(tái)真空除氣器、1臺(tái)鉆井液清潔器、2臺(tái)鉆井液離心機(jī)（1臺(tái)中速鉆井液離心機(jī)、1臺(tái)高速鉆井液離心機(jī)等。美國(guó)Brandt公司的成套固控系統(tǒng)包括2臺(tái)ATL-CS細(xì)目直線鉆井液振動(dòng)篩、1臺(tái)ATL-DRYER-16/2干燥機(jī)、1DG10除氣器、2臺(tái)HS-3400型鉆井液離心機(jī)，可處理加重或非加重鉆井液。Derrick公司推出的固控系統(tǒng)包括鉆井液分配器、4~5臺(tái)超細(xì)目直線鉆井液振動(dòng)篩、1臺(tái)除氣器、2臺(tái)鉆井液離心機(jī)。
可以看出，國(guó)外固控系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展為以鉆井液振動(dòng)篩為核心的兩級(jí)系統(tǒng)，即多臺(tái)細(xì)目或超細(xì)目直線鉆井液振動(dòng)篩與中高速大排量鉆井液離心機(jī)組合而成，且已非常成熟，取代了傳統(tǒng)的耗能高、系統(tǒng)可靠性低、維護(hù)保養(yǎng)工作量大的多級(jí)固控系統(tǒng)。
1.2國(guó)內(nèi)
國(guó)內(nèi)固控系統(tǒng)大多是在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化，使之適合我國(guó)鉆井工藝的需要。各油田又根據(jù)地區(qū)性特點(diǎn)推出各具特色的固控系統(tǒng)，我國(guó)當(dāng)前主要以NG4型固控系統(tǒng)為主，該系統(tǒng)主要由鉆井液振動(dòng)篩、除砂器、除泥器和鉆井液離心機(jī)等組成，可以將鉆井液中的固相含量控制5%~8%。目前，這種三級(jí)或四級(jí)固控系統(tǒng)普遍存在以下問(wèn)題。
（1）公稱直徑200~300mm旋流除砂器只能達(dá)到80~120目篩網(wǎng)的篩分效果，公稱直徑120~125mm旋流除泥器也只能達(dá)到100~200目篩網(wǎng)的篩分效果。同時(shí)，由于細(xì)目篩網(wǎng)易破損，大多數(shù)采用低目數(shù)篩網(wǎng)，鉆井液中占固相顆粒80%的細(xì)顆粒不能被高效清除，鉆井液凈化效果大大降低，固相含量高，影響后續(xù)設(shè)備或高端儀器的使用。
（2）砂泵給鉆井液施加的壓力以及旋流器內(nèi)部的摩擦導(dǎo)致巖屑更加細(xì)化，將其清除更加困難。
（3）砂泵能耗高，排量200m3/h的砂泵電機(jī)功率在55~75kW，如果同時(shí)使用除砂器和除泥器，耗能大于100kW。此外，砂泵軸的密封件易損壞，導(dǎo)致漏失鉆井液，且設(shè)備管理維修不便。
（4）隨著鉆井工藝技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有多級(jí)固控系統(tǒng)不能很好地滿足諸如水平井、欠平衡井、大位移井、深井和超深井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井、特殊工藝井等新型鉆井工藝的需要。
（5）固控系統(tǒng)中的易損件壽命較短，頻繁更換，不僅使得鉆井成本增加，而且大大影響鉆井施工的連續(xù)順利進(jìn)行，特別是鉆井液振動(dòng)篩篩網(wǎng)、旋流器篩網(wǎng)、砂泵軸封等易損件，與國(guó)外相比仍有較大差距。
（6）固控設(shè)備加工質(zhì)量差，可靠性不高，固控系統(tǒng)產(chǎn)品沒(méi)有形成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，科研設(shè)計(jì)能力尤其是理論研究仍落后于國(guó)外。
2新型固控設(shè)備
2.1 新型直線鉆井液振動(dòng)篩
鉆井液振動(dòng)篩是由井口返出鉆井液的第一級(jí)常規(guī)固控設(shè)備，也是目前唯一能全流量處理、耗能最低的固液分離設(shè)備。目前，大多數(shù)國(guó)產(chǎn)鉆井液振動(dòng)篩的缺點(diǎn)是：振型不合理，影響鉆井液振動(dòng)篩整機(jī)性能，特別是處理量、篩網(wǎng)壽命和過(guò)濾精度，不能滿足新型鉆井工藝技術(shù)的發(fā)展要求；篩網(wǎng)壽命較短，更換不方便，不能滿足連續(xù)鉆進(jìn)的工藝要求；透篩能力不強(qiáng)，易發(fā)生“糊篩”和“跑鉆井液”的現(xiàn)象，且篩網(wǎng)目數(shù)不高，導(dǎo)致許多細(xì)小固相顆粒仍然存在于鉆井液循環(huán)系統(tǒng)中；鉆井液振動(dòng)篩隔振裝置采用金屬螺旋彈簧隔振，隔振效果不好，整機(jī)噪音大，工作不平穩(wěn)；調(diào)節(jié)和適應(yīng)性能差，鉆井液振動(dòng)篩篩箱坡角和激振力不能根據(jù)鉆井工藝的實(shí)際要求進(jìn)行調(diào)節(jié)；開機(jī)、停機(jī)共振時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)整機(jī)損害較大，尤其是對(duì)隔振系統(tǒng)易損件的影響較大；在我國(guó)出國(guó)施工的鉆機(jī)招投標(biāo)時(shí)，國(guó)產(chǎn)鉆井液振動(dòng)篩性能無(wú)法得到國(guó)外承包商的認(rèn)可，不得已采用進(jìn)口鉆井液振動(dòng)篩，但其價(jià)格高，配件供應(yīng)不及時(shí)，服務(wù)不到位，甚至影響到國(guó)外市場(chǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。據(jù)此，利用我國(guó)鉆井液鉆井液振動(dòng)篩理論研究?jī)?yōu)勢(shì)，研制開發(fā)先進(jìn)的國(guó)產(chǎn)鉆井液鉆井液振動(dòng)篩，特別是研制符合現(xiàn)代鉆井工藝、有著較高可靠性和較強(qiáng)處理能力的線性鉆井液振動(dòng)篩就顯得尤為迫切和重要。
鉆井液固相控制技術(shù)是保證正常鉆井工藝技術(shù)實(shí)施的關(guān)鍵，已成為直接影響安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井和保護(hù)油氣層的重要因素，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化鉆井的重要手段之一。
