海洋修井機泥漿系統優化

孟慶元 孫 強 韓 鵬

（中海油能源發展裝備技術有限公司 天津300452）

0 引 言

近年來，為了保證海洋石油的穩產，以滿足國家能源需求，渤海地區越來越多的海上固定平臺開始新建修井機［1-2］。修井過程的順利與否直接關系到能否保持高產能、提高油藏的采收率。修井液是修井施工過程中不可或缺的組成部分，發揮著重要作用——保持井筒內壁光滑穩定、攜帶巖屑、冷卻鉆頭等。修井液的循壞及配比流程無疑是兩個關鍵環節，若修井過程中修井液停止循環或不能及時配比均勻且穩定的修井液，修井過程就不能持續進行，嚴重的還會造成卡鉆等事故發生［3］。

修井泥漿的循環及配比［4-5］過程需要泥漿罐、混合罐、混料漏斗、混合泵、高壓泥漿泵（包括灌注泵）以及各種不同尺寸的管線和閥門等組成（見圖1），其中泥漿罐數量至少為3個［6］（一般情況下，2個用于配漿，1個用于循環修井）；工藝流程需配備2套混合管線［7］，以保證配漿流程能順利進行。但是由于海上固定平臺空間有限，可謂“寸土寸金”，泥漿罐的排布和高壓泥漿泵的相對位置對內部管線、閥門的走向和排布影響很大；有些流程在設計過程中可以輕松實現，但是在實際應用中由于空間、成本及使用便利性的要求卻難以實施。下面我們對已經出現的問題進行分析說明，從建造和使用方面對設計進行優化，提出改進方案。

圖1 修井液系統組成

1 問題描述

泥漿系統主要包括泥漿存儲、混合流程和泥漿循環部分流程。泥漿罐出口有灌注和混合2條管匯，入口有2條泥漿泵的返回管線、海水供給管線、淡水供給管線、生產水供給管線和柴油供給管線等；出口的管匯到各個泥漿罐均設置分支管線（見圖1）。目前主要問題出現在泥漿混合管線（主管線尺寸為10″和6″）和高壓泥漿泵吸入管線（管線尺寸為10″）（見下頁圖2），其中高壓泥漿泵吸入管線和10″混合管線存在共用的情況，2個工況通過1個隔離閥進行分離（見下頁圖4）。一些修井機由于泥漿罐排列順序以及與高壓泥漿泵的相對位置不同（設備布置如下頁圖3），對泥漿罐內部管線的布置和實施難易程度影響很大。

從圖2和圖3可以發現，工藝圖中的流程沒有問題，泥漿罐1為高壓泥漿泵吸入罐（循環罐）；泥漿罐2和3為混合配漿罐。當修井作業時，高壓泥漿泵從泥漿罐1吸入修井液然后輸送到井底。為了不影響作業效率，多數情況邊進行修井作業邊配置修井液，這就需要將配漿罐與循環罐分隔開，所以在泥漿罐1后增加隔離閥（見圖4紅框），保證能夠隨時將循環罐和配漿罐隔離開來，既不影響作業又能配漿滿足后續的使用要求。但是在結合總體布置圖可以發現泥漿罐1在最右側（見圖3），有些設備廠家為了省時省力，讓高壓泥漿泵直接從泥漿罐3引出10″吸入管線，這樣就不滿足工藝流程的要求，導致10″混合管線無法使用，存在重大安全隱患。如果想要實現圖2工藝流程只能有兩種布置管線的方式：

圖2 混合管線和吸入管線

圖3 設備布置圖

圖4 隔離閥位置

（1）將管線布置在罐外側。但是由于10″管線不僅粗重而且需要設管支架和保溫，罐外無法滿足走線要求，所以第一種方式不可行。

（2）管線布置在罐內。這個方案要求必須在垂直方向設置管線（見圖5），如果橫向布置就會侵占泥漿罐內部空間，極大地影響攪拌器的攪拌效果，并且有可能發生碰撞。不過，采用垂直布置也有兩個缺點：首先，紅框位置安裝有截流閥，罐內所有閥柄要求從罐體上方伸出，以便工人操作。但是，圖5中可見多個閥體的正上方已經布置10″管線，閥柄需要有一定的傾斜角度才能避開，這樣就會導致閥柄與攪拌器或其他部件發生干涉。其次，管線垂直方向布置，導致高壓泥漿泵吸入管線高度增高，而泥漿泵入口比較低，這樣高度差非常大，影響泥漿泵的吸入效果。

圖5 管線布置

可見，上述兩種布線方式均非最優方案。以上工藝流程及設備布置方案均發現存在很大弊端，不僅增加成本的投入，而且方案實施難度較大。所以，以上方案仍需進一步優化。

2 優化方案

為了解決上述問題，經過現場調研以及技術方案的討論，最終從工藝流程和設備布置兩個方面提出優化方案：

2.1 方案一

總體設備布置不變（見上頁圖3），修改工藝流程，將上頁圖2中的泥漿罐3改為泥漿循環罐，泥漿罐1和泥漿罐2為配漿罐。修改后工藝流程見圖6，管線布置見圖7。

圖6 優化后的工藝流程

圖7 優化后的管線布置

該方案與圖2和圖5對比可以發現，通過更改泥漿循環罐的位置，泥漿吸入管線從最左側泥漿罐引出，優點如下：

（1）無需增加泥漿罐至高壓泥漿泵之間的吸入管線（節省了十多米10″泥漿吸入管線），降低成本，減輕質量，為平臺減負；

（2）避免侵占泥漿罐內部大量有效容積，保證修井液泥漿的有效容積量；

（3）因為罐內沒有增加管線，罐內閥門手柄可以豎直伸出罐頂，不用擔心閥柄與罐內攪拌器等部件發生干涉，方便施工與安裝；

（4）高壓泥漿泵吸入管線高差小，不會影響修井液的吸入效果。

2.2 方案二

工藝流程不變（見圖2），修改總體設備布置圖，高壓泥漿泵移至圖8的位置。調整后的管線布置見圖9。

結合圖2、圖8和圖9可以發現，通過更改高壓泥漿泵位置，泥漿吸入管線直接從泥漿罐1連接高壓泥漿泵，無需再增加其他的泥漿管線。此方案改動最小，成本最低。另外，需要在紅框處增加一個隔離閥。該方案具備方案一的所有優點。

圖8 設備布置圖

圖9 優化后的管線布置

3 結 論

結合全文可以得出結論：雖然修井液循環和配漿流程在工藝流程圖中能夠完全實現，但是在實際建造過程中受空間面積、經濟成本、工人操作難易度的影響，依然會出現問題，使方案難以實施。

針對項目中出現的問題，本文從工藝流程和設備布置兩個方面提出了優化方案，目前這兩種方案幾乎可以涵蓋所有修井機修井液循環和配漿的流程。但是，方案的選取需根據實際項目進行選擇，需要注意以下幾點：

（1）混料漏斗的加料以及高壓泥漿泵的維修都需要平臺吊機的配合，所以平臺吊機位置及能力對方案的選取起到一定的篩選作用；

（2）泥漿罐區屬于危險區，泥漿罐與高壓泥漿泵的布置方案還需要考慮平臺電控房間的設計，電控房間不能布置在危險區內，否則會有重大安全隱患。

將來還會新建或改造越來越多的修井機，針對泥漿系統可能還會出現新的問題或更高的要求，我們還需要繼續積累項目經驗，進一步完善設計方案。