固井水泥車自動混漿系統應用

李慶平(中石化中原石油工程有限公司固井公司，河南濮陽457001)

固井水泥車自動混漿系統應用

李慶平(中石化中原石油工程有限公司固井公司，河南濮陽457001)

固井施工中，水泥漿密度的控制是固井作業成敗的關鍵因素之一，水泥漿的密度直接影響固井施工安全和油氣井固井質量。目前國內生產的水泥泵車配置的ACM-IV.I自動混漿系統可準確控制水泥漿密度且操作方便，是水泥高能混漿系統中的關鍵部件。本文主要介紹了其工作原理，并對現場施工中的發現其系統存在的問題提出了建議。

固井；ACM-IV.I自動混漿系統；水泥漿

水泥漿的密度是固井施工作業中極其重要的參數，因其密度沒有得到很好的控制而導致了許多固井作業的失敗。[1]為此對其進行連續準確的監控，是確保固井施工質量、提高技術水平、實現科學管理的必要手段。為此，美國哈里伯頓公司石油技術服務公司研制開發了水泥漿密度自動控制系統，即ADC系統。

在干灰輸送系統正常工作的條件下，該ADC系統可將水泥漿密度自動控制在設定密度的±0.1ppg范圍之內。但實際固井作業時，水泥漿密度并不能完全控制在設定密度的±0.1ppg范圍之內。因為密度計的校準誤差以及因為空氣含量導致的計量誤差都會影響水泥漿的密度精度。

隨著固井水泥漿密度自動控制系統技術的不斷進步，目前國內生產的水泥泵車普遍配置的自動混漿系統為ACM-IV.I，可準確控制水泥漿密度且操作方便。

1 ACM-IV.I自動混漿系統

ACM-IV.I自動混漿系統主要由密度自動控制系統和液位自動控制系統兩大系統組成，其工作原理如下：高能混合器高速噴射的水流形成真空吸入管線輸送過來的干水泥并與液體混合。下灰量的多少通過計算機來控制下灰蝶閥打開的大小來實現。為防止密度不均，通過循環灌注離心泵對水泥漿進行二次混合。并在循環管路上安裝密度計，它將水泥漿的在循環管路上的密度以電磁波的形式反饋給計算機。同時在噴射管路上裝有流量計，它將水的流量以電磁波信號形式反饋給計算機，計算機通過反饋回來的兩種信號并根據已設定的密度指令來以液壓的形式調整下灰閥開口大小，來實現水泥漿密度的控制。

（1）密度自動控制系統主要是計算機通過控制下灰量來實現對水泥漿密度的控制，控制系統收集當前的清水流量、水泥漿密度和干灰計量閥閥位，再通過控制軟件根據作業設置參數采用PID控制算法對下灰蝶閥開啟程度進行精確調整最終達到設定密度需要的干灰量。通過說明的是控制算法對作業過程中可能存在的3種變化(即清水流量的變化、設定密度的變化及干灰傳輸能力的變化)做出響應。

（2）混漿槽液位的控制通過液位控制系統來控制，其原理是安裝在混漿槽上的液位計檢測水泥漿的液位信號并將信號傳送給計算機，計算機根據實際液位和設定液位的偏差來調節輸出控制電壓，調節清水比例閥從而調節清水量以維持液位的平穩。[2]該系統降低了固井作業操作工的工作強度。該系統能夠根據井底泵送流量的大小做出反映。當井底泵送流量加大時，液位相應地下降。液位傳感器測量液位下降的高度，據此增加混漿速率，從而彌補因排出增加產生的液位下降。

2 實際應用中問題與建議

配置ACM-IV.I自動混漿系統的固井水泥泵車從四機廠引進一直在西南工區承擔進行固井施工任務，已完成各項施工任務136井次，在施工過程中密度自動控制系統和液位自動控制系統控制準確，水泥漿密度誤差小于0.015g/cm3,靈敏度高；但我們在使用中發現密度儀出口上的兩寸球閥容易卡死，于是改裝成兩寸蝶閥效果較好，并有如下優點：

⑴球閥由于其自身特性，球閥間隙處容易被水泥漿，且不易清洗，幾乎每使用4口井就被卡死，而蝶閥則不會。

⑵密度儀在測定水泥漿密度的過程中，我們將蝶閥處于不完全打開狀態，這樣就相當于通過降低水泥漿在密度儀中的流速，而提高了背壓，這樣使密度儀測量的密度更準確，同時建議控制流速在10-15m3/h。

⑶固井完成后清洗設備時，密度計入口處蝶閥可以與二次混漿吸入口氣動蝶閥配合清洗設備。通過兩個的蝶閥交替開關增加壓力和流速，使密度儀和高能混合器清的更更干凈。

3 結語

ACM-IV.I水泥漿自動混漿系統是一種較為先進的固井控制系統，該系統對操作工的操作水平要求較高，[3]同時通過近幾年的使用我們形成如下幾點認識：

（1）ACM-IV.I自動混漿系統控制準確，水泥漿密度誤差小于0.015g/cm3,靈敏度高；

（2）將水泥漿在密度儀中的流速控制在10-15m3/h范圍內，可使密度測量更加準確。

（3）固井施工結束后，必須采用清水將自動混漿系統清洗干凈，否則極易堵塞其密度自動控制系統，造成密度無讀數。

（4）干灰輸送系統在沒有得到妥善保養和維護的情況下必將影響密度自動控制系統的工作性能，導致密度達不到設定的精度。

[1]鮮明，李然，等.固井水泥車載密度計原理分析[J].傳感器世界.2012,09(002):48-51

[2]唐少波，王柏和，馬金程.SGJ400-30固井車的研制[J].石油機械.2013,41(10):40-42

[3]丁保剛，王顯誠.水泥漿密度自動控制系統及應用[J].石油鉆探技術.1997,25(01):24-25

李慶平（1976-），2007年畢業于中國石油大學，現任中石化中原石油工程有限公司固井公司西南項目部副經理，高級工程師。