一种重晶石密闭输送系统的设计及应用

张 振，邓承东，詹杰元

（中国石油渤海石油装备制造有限公司石油机械厂，河北任丘 062550）

0 引言

目前井队钻井液的加重作业方式通常采用喷射式加重漏斗，无论是人工袋包加重还是吨包架加重，均是依靠人力作业，将重晶石粉混合到射流内。这些加重方法有加重效率低、劳动强度高、作业时间长、加重混合不均匀、环境污染等问题。如何利用井队现有条件，克服上述弊端，成为钻井作业面临的一个重要问题。为解决这一问题，研发了新型重晶石密闭输送系统。

1 新型重晶石密闭输送系统

该系统主要由倒运系统、重晶石储罐、输送管汇组成，并辅助配有称重系统等设备。工作流程：倒运系统将重晶石粉料从重晶石储罐储灰系统运至井场，通过出口管汇连接至重晶石储罐（可由背罐车或卡车运输），然后进行卸灰作业。卸灰作业结束后，如钻井时需要加重作业，则通过空压机对储罐打气，储罐通过管汇与固控系统连接，进行下灰加重作业。全套系统设计、制造、检验严格执行国标、行标及客户要求。

（1）倒运系统（图1）。该系统由倒运双联立罐或倒运下灰车组成，罐体为16 m3卧式作业罐（2具8 m3罐），储灰约60 t，随时用货车向井场储灰罐送灰。单罐罐体外形尺寸为Φ2000 mm×2892 mm（封头板厚8 mm/Q345-R，筒体板厚6 mm/Q345-R），最大工作压力0.45 MPa，最大卸料速度≥1.5 t/min，剩灰率≤0.3%。该罐采用气力输送方式将物料经石粉厂储灰罐的进灰管输送到倒运罐内储存，或者通过人孔处加料。现场储灰罐需要获得物料时，需将该罐运至现场，便可打开阀门使压缩空气进入倒运罐气化室内，将灰料气动成流态，当罐内压力达到0.45 MPa时便可打开出料蝶阀，使罐内流态物料排出并进入现场储灰罐内。设有放空除尘设备，可实现尘土粉尘排放浓度≤80 mg/m3，实现作业对环境、对人员的无伤害处理。

图1 倒运系统

（2）储灰系统（图2）。外表为一个大罐，有效容积22 m3，外形尺寸Φ2420 mm×6362 mm（封头板厚8 mm/Q345-R，筒体板厚8 mm/Q345-R）。利用计算机仿真优化设计的全方位环形大气室，进气空间分布在罐体底部，气化床采用大角度导流气化装置。导流气化装置装置内部全面铺设气化喷嘴，确保不存灰、不结块。气床布为多层交擂编织尼龙布，有透气性好、耐冲击、承压强、不变形等优点，并且进气时布面会形成有节奏的振动，不易结层，下灰快，从而大大降低罐内压力，延长使用寿命，降低使用成本。在制作过程中，需采用埋弧自动焊焊接。

图2 储灰系统

2 改进措施

（1）针对储灰罐研发了新型气化床结构，实现快速下灰且剩灰率低。设置总气室及气室设计环形气化喷嘴双结构，避免气化机构出现灰料板结。与比传统灰罐的气化结构相比，新型气化结构为双进气结构，除在底部设置环形气室外，在气化室底部设有高压环形气化嘴，压缩空气经其分配后进入各个喷嘴（图3）。喷嘴出气孔较小、出气气压大，在密度较大的重晶石粉剩余灰料出现板结时，可以喷射高压气流，清理剩余灰料及板结。

（2）设计新型称重机构。传统灰罐通常采用模块式传感器，但是模块式传感器对地面平整度要求较高，钻井井场地面不平时模块式传感器无法使用。新研发的称重系统解决了由于井场地面不平而造成的计量不准问题（图4）。该系统采用销轴式称重传感，当井场搬家时可通过拆卸销轴实现底座与罐体的分拆运输，适合于井场不平整的地面和井位转场频繁的作业。

图3 环形气化结构

图4 称重机构

3 应用效果

目前，重晶石密闭输灰系统已经在渤海钻探四川页岩气作业区域、华北区域西投入使用（图5、图6）。现场数据记录显示下灰速度＞1.6 t/min，完全满足设计要求。由于重晶石自动下灰出灰量可控，因此现场可适时调整泥浆密度，以满足井下工况需要。

图5 页岩气作业现场

图6 华北区域作业现场

4 结语

随着社会的进步，以新型环保作业工艺替代传统污染工艺将是主要的发展方向。使用高效环保的重晶石密闭输灰系统，既能提高重晶石加重速率，又能实现环保作业。而且随着中国石油天然气集团公司“去包装化”要求的开展，该项目的实施具有广阔的市场前景和推广应用价值。