海洋石油模块钻机钻井液固控系统设计

海洋石油模块钻机钻井液固控系统设计

摘要】：众所周知，钻井液在整个钻井工程中充当了特别重要的角色，它的地

位极高，钻井液的存在与否，直接影响了钻井工程的进行，如果钻井液的质量没

有得到保证，那么最后钻出来的井的质量也不能得到保证，其次，现在都在注重

石油钻井工程，石油钻井工程的促进可以增加石油的产量，同时如何提高对这些

不可再生资源的挖掘技术也算是一个技术上的难点问题，而对难点问题进行解决

了之后能极大的促进我国石油工业的发展，本文就以目前我国钻井液固控系统的

设计样式为基本内容，浅谈其固控系统的设计要点。

【关键词】：钻井液; 固控系统; 设计要点

随着对石油行业的重视，越来越多的施工团队也明白了石油开采的重要性，

不少施工团队也开始将目光放在钻井技术上，也有很多的技术人员，一直致力于

完善整个固控系统，目的也是为了让钻井工程完成得更加方便，钻井技术越高超，在未来所花时间越少，也就能提高工程的完成效率，这都是整个固控系统完善之

后的好处。但是重点的问题就在于如何设计该系统，该系统的首要设计要求就是

与当前固控工艺相结合，而且同时我国预算也有限，在进行固控系统的完善的前

提是一定要保证资金使用的数额不多，至少不能超过成本的数额，成本是个必

须要进行严格控制的东西，同时也不能委屈了机器的更新

换代，一定要保证在有限的经济成本下，还能设计出功能高超的固控系统。以下，便是对固控系统的设计要点进行的分析和归纳。

1 固控系统的布局

总体来说，固控系统就要为钻井工程服务，在这当中，固相控制工作在整个

工程中起领导作用，而且固控系统本身也安装有相应的固控设备，就是为了更好

地让固控系统发挥出相应的能力，而且固控系统也可以将固控的能力和钻井的技

术结合在一起，这样最终可以达到一举两得的好效果，钻井工程才会更快并且

更保质量地完成建造工作，另外，在钻井液固控系统进行工作时，也要注意每一

个环节每一个设备的布局，要根据不同环节。

2 钻井液固控系统基本构

主要需要满足的功效，再根据不同设备可以完成的功能对各个设备进行布局

的安排，当前我国的固控系统中，大概要安置沉淀罐，还有负责进行液体调节运

输的中间罐，以及在任何时候都特别有用的吸入罐，还有储备废品的储备罐和其

他需要用到的大型罐体，而既然这些罐体的体积都特别大，所以重点也是需要

调整每个罐体的安置方位，每个罐体在进行安装工作时，都要考虑到外部的尺寸

设计，这样最后系统进行组装后也不会呈现很奇怪的样式，同时固控系统的运转

也不会出现太大的问题，这些都要倚靠布局的合理设计。一般进行固控系统的

设计工序，主要就是要注重各种罐体的尺寸，因为安装尺寸可以整个将系统的尺

寸压缩至合适的尺寸，更便于进行固控系统的运转，同时，每个大型的罐体在进

行设计时，尺寸主要为15*3*2.5，而且保证了每个大型罐体的尺寸之后，整个

系统的尺寸就能得到控制，而且进行系统的运输时，保证了罐体的尺寸同时就能

合理地控制运输系统的尺寸，也能够起到事倍功半的好效果，特别是尺寸便于运输，则日常的基本的运输功能就能得到保障，同时也能够让固控系统使用起来更

加方便。

3设计目的

3.1 钻井液的作用

钻井液是钻井过程当中，所利用的冲洗循环介质，被称为钻井的血液。其作

用主要有以下几个方面。

①清扫井底岩屑。②携带岩屑。③悬浮岩屑。④稳定井壁。⑤破岩、冷

却钻头、冲洗钻头。

3.2 钻井液组成及分类

①组成。钻井液由液相、活性固相、惰性固相及各种钻井液添加剂组成。

②分类。根据钻井液的组成部分，钻井液可分为水、乳化等。泥浆是目前海洋模块钻机中使用最广泛的钻井液，分为水基、油基泥浆。水基泥浆以水为主要

介质，主要用于井深4000m 以下的井。油基泥浆以油为主要介质，主要用于井

深大于4000m 的井。

3.3 钻井液中固相的危害及清除方法

①固相的危害。钻井液中的固相组成包括两部分；有用固相和有害固相。有害固相主要为岩屑。如果处理不及时，会影响钻进的速度，严重时会造成井壁坍塌。

②固相的清除方法。钻井液中清除有害固相的法有很多种，钻井初期，常用的方法有稀释法和替换法。随着钻井技术的快速发展，目前，国内比较成熟的清

除钻井液中的有害固相的方法是机械方法。既通过机械设备将钻井液中有害固相

除去，达到回收利用的目的。

4设计基础

钻井固控系统的设计基础源于油田的井型结构，配置的高压泥浆泵排量必须

满足该油田最大井深的所需泥浆量的要求。以南海某平台4000m 模块钻机为例，配备了3 台F-1600 的高压泥浆泵，通常情况下两用一备。高压泥浆泵的额定压

力为 5,000 psi, 三缸单作用泵，缸套直径可选。

5固控系统选型设计

5.1 工艺流程

本文以南海某平台模块钻机为例，对固控系统工艺流程设计进行简述：BOP

喇叭口→井口泥浆返回槽→分流盒→振动筛→沉砂罐→除气罐→除气器→除沙罐

→除沙器→除泥罐→除泥器→泥浆返回罐→离心机→泥浆返回罐。此流程并不是

固定不变的，在海洋模块钻机中，可根据地层实际情况选择设备组成。

5.2 主要固控设备选型

(1) 振动筛

①工作原理。振动筛是利用振子的震动，带动筛网进行往复运动，达到清除钻井液中有害固相的目的。振动筛结构简单，由固定支架、筛网、和振子等组成。

②选型依据。振动筛是钻井液固控系统的一级处理设备，也是最重要的设备。

主要用于去除钻井液中直径大于200μm 的固体颗粒。按照规范要求振动筛的处

理能力通常应为钻井时最大排量的100%- 125%

(2) 除气器

①工作原理。真空除气器是去除钻井液中可燃气体的必要设备。真空泵抽吸真空罐形成负压，将钻井液在

大气压力作用下，通过吸入管进入负压区，由于碰撞和分离作用，气体钻井液通

过排放管线排放到一个安全区域，钻井液回收再利用。②选型依据。除气器按

工作原理分为两种，既真空式除气器和常压式除气器。本项目选择的是射流式真

空除气器 ZSCQ240。按照要求处理能力通应为钻井时最大排量的100%- 125%[1]，