泥漿罐攪拌作業優化改進方案

邢波文 陳學輝 王永笑 何磊 申超

【摘 要】海上鉆井平臺使用多個泥漿罐，用于配置各密度、粘度及其他性能的鉆井液，攪拌器是配置各密度及其他性能鉆井液的必需設備，使液體介質強迫對流并均勻混合的器件，起到了低粘度液體的混合以及固體微粒的溶解和懸浮作用。平臺采用了低功率的單槳式攪拌器，經過長時間使用后，發現低功率的單槳式攪拌器效率較低，泥漿罐固相沉淀較多。經過計算，我們根據現場空間和實際情況提出了改進方案：將現有攪拌器更換為功率最小為20HP的雙葉輪攪拌器，并加設導流板裝置。

【關鍵詞】攪拌器;鉆井液;導流板裝置

一、背景介紹

本次優化改進方案是基于海上作業的勝利七號鉆井平臺，其泥漿罐單槳式攪拌器工作效率值偏低的情況而施行的。

勝利七號鉆井平臺是勝利海洋鉆井公司于1997年4月18日從新加坡引進的一艘由法國CFEM公司于1980年8月制造的自升式海上移動鉆井平臺，同年10月6日取得中國船級社頒發的《臨時海上移動平臺入級證書》。整個平臺為單箱型結構，長44米，寬32.3米，型深5.2米，平臺空載自重2985噸。平臺為三樁電驅動自升式鉆井平臺，樁腿長70米，外徑3.00米，作業氣隙7米，樁靴為方形5.8×5.8米。平臺設計作業水深30米，最大鉆探能力4500米，槽口式結構，能夠滿足6口井井組的鉆井施工，泥漿艙容量為185m3。

二、勝利七號鉆井平臺3#泥漿罐攪拌器使用情況說明

（一）泥漿罐、攪拌器簡介

（1）3#泥漿罐長6米、寬4.5米、高1.8米，只安裝有一個攪拌器。

（2）攪拌器電機功率為11kW，葉輪轉速：71r/min，葉輪長0.3米、寬0.15米，葉輪工作半徑為0.9米，葉輪距離泥漿罐底部0.6米。

（二）存在問題

（1）在泥漿配置、循環過程中泥漿罐中固相顆粒沉淀較多;

（2）泥漿罐底部沒有導流板，罐底四周容易積壓固相顆粒。

三、攪拌器功率計算

（一）攪拌作業功率

攪拌器功率與完成攪拌所要求的功率不同。尤其對于鉆井過程中鉆井液的攪拌，尚無專業的理論分析予以支持，因此，對攪拌器功率的計算均較為粗略。

為此，諸多資料給出了針對固控系統中攪拌器選用功率的一些使用經驗。本文將采用單位體積平均功率的方法對攪拌器的攪拌作業功率進行估算。

計算勝利七號平臺3號泥漿罐的容積，估算為：5.95×4.45×1.2=31.773m3

攪拌作業功率的計算如下：

Pmin=31.773×0.264=8.39HP，式中液體單位平均攪拌功率Nv取下限值0.264。

（二）電動機額定功率

攪拌設備配置的電動機功率必須同時滿足攪拌器運轉及傳動裝置和密封系統功率損耗的要求，此外還要考慮在操作過程中出現的不利條件造成功率過大等因素。電動機額定功率可按下式確定：

式中，Pd-電動機功率

P′-攪拌作業功率，根據上文2.1，可知P′min=8.39HP

Ps-軸封裝置的摩擦損失功率，此值可粗略估算，一般機械密封的功率損失可按照攪拌作業功率的5%來計算，即PSmin=P′min×5%=0.42H0.42HP，

η為傳動裝置的機械效率，根據工程經驗，此處取值為0.75。算得：Pdmin=11.75HP

另外，考慮到攪拌器有長時間停滯再開啟的情況，此時的鉆井液固相沉積較為嚴重。為此需要對此添加安全系數n，根據現場使用經驗，取 1.3。即電動機的最終功率P為：Pmin=n×Pdmin=15.28HP。

四、泥漿罐攪拌作業優化改進方案

將現有攪拌器更換為功率為20HP的雙葉輪攪拌器，并加設導流板裝置。

攪拌器電機功率達到20HP，可以提高葉輪的轉動效率，使用雙葉輪攪拌器，能夠將鉆井液與固相顆粒更高效的融合。導流板裝置能夠加強鉆井液在泥漿罐中的旋流持續時間和效率，能夠避免罐底四周積壓固相顆粒。實際上該優化改造方案能夠解決目前存在問題，導流板見附圖。

【參考文獻】

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