固井車水泥漿取樣口設計與應用

姜文龍，王 麗，高亞寧

（中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶固井公司，陜西延安 717600）

0 引言

近年來，在國家“建設5000萬t西部大慶”開發戰略的背景下，中國石油集團公司整體發展戰略的帶動等一系列政策支持下，企業不斷深化改革，努力發展，開拓創新，加強對外合作，取得了前所未有的快速發展。隨著氣井市場地層復雜化和鉆井類型的增多，對固井施工時間，水泥漿密度也有更嚴格的要求。因此，在殼牌、道達爾等高端井施工過程中必須保障混配的水泥漿密度均勻，固井車加裝水泥漿取樣口就是為了在取水泥漿樣測密度時，即可保障操作人員的安全，同時又能提供一種方便快捷的操作方式。

1 水泥漿取樣口

設計背景，公司現階段擁有的固井水泥車均未加裝水泥漿取樣口，所以在井場施工時需由井隊工作人員配合進行取樣來測量水泥漿密度，由于作業人員的作業區域位于固井水泥車的高壓區域，進而存在一定的安全隱患。2014年公司陸續在部分水泥車上進行取樣口改造試驗，取得了一定成效，但仍存在一定的缺陷，下面就改進情況進行詳細介紹，以便為下一步改進提供參考。

2 第一次改進過程

2.1 改進設計

（1）確定加裝位置。本設計根據安裝要求及取水泥漿樣品的方便程度，選取具體位置安裝在車輛混漿池的右側（左側有混漿池內有高能混合器及攪拌器），根據一般人員的身高定位閥門的安裝高度為1750 mm，根據清洗車輛的方便程度確定加裝閥門的長度為210 mm，其長度主要是混漿池外管線的長度，混漿池內的管線為多孔管，保證不會存留水泥漿。

圖1 1英寸球閥

（2）確定制作材料。由于水泥漿測量一次取樣不需要太多，故設計使用1英寸的球閥作為控制閥門，兩端各加裝1英寸一端帶螺紋的短接，混漿池與短接之間采用1.2英寸的無縫鋼管連接，長度為35 mm，伸入泥漿池部分為多孔管，長度為200 mm。出水泥漿短接長度為60 mm。如圖1和圖2所示。

圖2 1英寸短接

（3）加工工藝及安裝連接。根據安裝位置，為確保達到預期效果，加工時伸入混漿池內部的1.2英寸無縫鋼管本體加工有數個通孔，采用焊接方式與混漿池進行連接，以確保管中不殘留泥漿，既可保證每次取樣不同，同時也方便了清洗。2個短接與閥門之間采用螺紋連接，極大方便了閥門損壞時的快速更換。如圖3和圖4所示。

2.2 設計亮點

圖3 多孔管

（1） 混獎池內部分采用多孔管，可以保障管內在每次取樣后剩余水泥漿都能在攪拌器的混拌過程中被帶走，防止水泥漿的殘留導致取樣前后存在的相似性，以保障每次取樣都不同，密度測量誤差最小化。

（2）采用 1英寸球閥，大小合適，取樣時間短，徑流量小，同時球閥可做調節流量的作用，從而保障取樣時不產生多余的廢液。

圖4 安裝完成控制閥

2.3 使用效果對比

（1）人員數量對比。未進行取樣口加裝時，取水泥漿樣人員需要由井隊工作人員配合完成，在取樣的過程中存在取樣容器掉進混漿池的風險、粉塵污染，以及車上人員跌落風險等。加裝取樣口后，只需1人在混漿池外面操作即可完成取樣，避免了上述風險，也節約了人力資源和時間成本。

（2）人員位置及安全對比。改裝前，需1人站在水泥車上進行取樣操作，存在人員跌落的風險，并且取水泥漿時人員面部必須與混漿池正面接觸，存在一定的粉塵危害。改裝后，人員不需要上水泥車進行操作，只需站在地面上，避免了未改裝前的安全風險。加裝前后取水泥漿樣對比，如圖5和圖6所示。

（3）存在問題。通過裝置的設計和加裝，消除了固井施工過程中取水泥漿樣存在的部分隱患，確保了取水泥漿樣的可靠性與安全性，使取水泥漿樣更加方便、快速和安全。但是由于此裝置安裝于混漿池位置，導致所取的水泥漿樣為正在混配過程中的半成品，而不是最終將要注入井內的成品，故還存在相當大的密度誤差，同時操作人員依然處于固井車的高壓區域，仍存在一定的安全風險。

圖5 未加裝控制閥取水泥漿樣

圖6 加裝控制閥后取水泥漿樣

3 第二次改進過程

3.1 改進設計

（1）確定加裝位置。由第一次加裝后存在問題，經過分析討論，將水泥漿取樣口安裝于灌注泵入口管匯處時，這樣所取的水泥漿樣即為要注入井內的混配完成的水泥漿，確保了水泥漿密度的誤差最小，同時此處無高壓也保障了操作人員的安全。

（2）確定使用材料。由于取樣量不要求太多，防止產生過多的廢棄液體，故此處依然采用1英寸的球閥作為控制閥門，外端加裝了減壓裝置，以保障取樣時水泥漿無壓力外流（圖7）。

圖7 減壓裝置

（3）加工工藝及安裝連接。此處根據設計安裝位置，在不影響設備完好的同時達到預期效果，故直接將此取樣裝置安裝于灌注泵放水口處，既保障了設計的目的，也方便了人員操作，但此處由于灌注泵內轉子的旋轉液體具有一定的壓力，此減壓裝置就是用來降低外流水泥漿的壓力，以保障操作人員的安全，后續改進時可選擇避開灌注泵而加裝于灌注泵管匯附近（圖8）。

3.2 使用情況

圖8 安裝使用效果

相對于第一次改進，第二次明顯的優勢就是所取水泥漿密度誤差更小，同時保障操作人員遠離水泥車高壓區域，保證了操作人員的人身安全。

3.3 存在問題

（1）由于公司水泥車數量較多，生產批次不一，設備型號、管線布置方式等不統一，故現階段難以形成統一的改造方案，必須針對特定設備制定相應的改造方案，故后續改造時還需進一步完善改造方案，形成統一的改造安裝方式，在保證設備完好的情況下實現水泥漿取樣口的改造。

（2）結論。改進后所取的水泥漿樣為直接供三缸柱塞泵注入井內的成品水泥漿，故測得的密度為實際注入井內的水泥漿的實際的密度，此裝置使用方便、安全可靠，操作簡單，同時最大限度地縮小了取樣誤差，為固井施工過程中水泥漿密度的控制，固井質量提供了最有力的保障，取樣器內焊接有減壓板，進一步防止高壓液體溢流，保障了取樣人員的安全和所取樣品的質量，達到了預期結果。

4 小結

通過對固井車水泥漿取樣口的研究，不僅夯實了對水泥車的了解，也為進一步研究及學習水泥車提供了很多借鑒。只有不斷積累經驗和在實踐中完善自我，才能為固井公司的大發展貢獻更多的力量。