固井水泥车自动混浆系统应用

李庆平(中石化中原石油工程有限公司固井公司，河南濮阳457001)

固井水泥车自动混浆系统应用

李庆平(中石化中原石油工程有限公司固井公司，河南濮阳457001)

固井施工中，水泥浆密度的控制是固井作业成败的关键因素之一，水泥浆的密度直接影响固井施工安全和油气井固井质量。目前国内生产的水泥泵车配置的ACM-IV.I自动混浆系统可准确控制水泥浆密度且操作方便，是水泥高能混浆系统中的关键部件。本文主要介绍了其工作原理，并对现场施工中的发现其系统存在的问题提出了建议。

固井；ACM-IV.I自动混浆系统；水泥浆

水泥浆的密度是固井施工作业中极其重要的参数，因其密度没有得到很好的控制而导致了许多固井作业的失败。[1]为此对其进行连续准确的监控，是确保固井施工质量、提高技术水平、实现科学管理的必要手段。为此，美国哈里伯顿公司石油技术服务公司研制开发了水泥浆密度自动控制系统，即ADC系统。

在干灰输送系统正常工作的条件下，该ADC系统可将水泥浆密度自动控制在设定密度的±0.1ppg范围之内。但实际固井作业时，水泥浆密度并不能完全控制在设定密度的±0.1ppg范围之内。因为密度计的校准误差以及因为空气含量导致的计量误差都会影响水泥浆的密度精度。

随着固井水泥浆密度自动控制系统技术的不断进步，目前国内生产的水泥泵车普遍配置的自动混浆系统为ACM-IV.I，可准确控制水泥浆密度且操作方便。

1 ACM-IV.I自动混浆系统

ACM-IV.I自动混浆系统主要由密度自动控制系统和液位自动控制系统两大系统组成，其工作原理如下：高能混合器高速喷射的水流形成真空吸入管线输送过来的干水泥并与液体混合。下灰量的多少通过计算机来控制下灰蝶阀打开的大小来实现。为防止密度不均，通过循环灌注离心泵对水泥浆进行二次混合。并在循环管路上安装密度计，它将水泥浆的在循环管路上的密度以电磁波的形式反馈给计算机。同时在喷射管路上装有流量计，它将水的流量以电磁波信号形式反馈给计算机，计算机通过反馈回来的两种信号并根据已设定的密度指令来以液压的形式调整下灰阀开口大小，来实现水泥浆密度的控制。

（1）密度自动控制系统主要是计算机通过控制下灰量来实现对水泥浆密度的控制，控制系统收集当前的清水流量、水泥浆密度和干灰计量阀阀位，再通过控制软件根据作业设置参数采用PID控制算法对下灰蝶阀开启程度进行精确调整最终达到设定密度需要的干灰量。通过说明的是控制算法对作业过程中可能存在的3种变化(即清水流量的变化、设定密度的变化及干灰传输能力的变化)做出响应。

（2）混浆槽液位的控制通过液位控制系统来控制，其原理是安装在混浆槽上的液位计检测水泥浆的液位信号并将信号传送给计算机，计算机根据实际液位和设定液位的偏差来调节输出控制电压，调节清水比例阀从而调节清水量以维持液位的平稳。[2]该系统降低了固井作业操作工的工作强度。该系统能够根据井底泵送流量的大小做出反映。当井底泵送流量加大时，液位相应地下降。液位传感器测量液位下降的高度，据此增加混浆速率，从而弥补因排出增加产生的液位下降。

2 实际应用中问题与建议

配置ACM-IV.I自动混浆系统的固井水泥泵车从四机厂引进一直在西南工区承担进行固井施工任务，已完成各项施工任务136井次，在施工过程中密度自动控制系统和液位自动控制系统控制准确，水泥浆密度误差小于0.015g/cm3,灵敏度高；但我们在使用中发现密度仪出口上的两寸球阀容易卡死，于是改装成两寸蝶阀效果较好，并有如下优点：

⑴球阀由于其自身特性，球阀间隙处容易被水泥浆，且不易清洗，几乎每使用4口井就被卡死，而蝶阀则不会。

⑵密度仪在测定水泥浆密度的过程中，我们将蝶阀处于不完全打开状态，这样就相当于通过降低水泥浆在密度仪中的流速，而提高了背压，这样使密度仪测量的密度更准确，同时建议控制流速在10-15m3/h。

⑶固井完成后清洗设备时，密度计入口处蝶阀可以与二次混浆吸入口气动蝶阀配合清洗设备。通过两个的蝶阀交替开关增加压力和流速，使密度仪和高能混合器清的更更干净。

3 结语

ACM-IV.I水泥浆自动混浆系统是一种较为先进的固井控制系统，该系统对操作工的操作水平要求较高，[3]同时通过近几年的使用我们形成如下几点认识：

（1）ACM-IV.I自动混浆系统控制准确，水泥浆密度误差小于0.015g/cm3,灵敏度高；

（2）将水泥浆在密度仪中的流速控制在10-15m3/h范围内，可使密度测量更加准确。

（3）固井施工结束后，必须采用清水将自动混浆系统清洗干净，否则极易堵塞其密度自动控制系统，造成密度无读数。

（4）干灰输送系统在没有得到妥善保养和维护的情况下必将影响密度自动控制系统的工作性能，导致密度达不到设定的精度。

[1]鲜明，李然，等.固井水泥车载密度计原理分析[J].传感器世界.2012,09(002):48-51

[2]唐少波，王柏和，马金程.SGJ400-30固井车的研制[J].石油机械.2013,41(10):40-42

[3]丁保刚，王显诚.水泥浆密度自动控制系统及应用[J].石油钻探技术.1997,25(01):24-25

李庆平（1976-），2007年毕业于中国石油大学，现任中石化中原石油工程有限公司固井公司西南项目部副经理，高级工程师。