CN102418484A - 钻井液自动快速配浆系统 - Google Patents

Abstract

一种钻井液自动快速配浆系统，包括可编程序PLC自动控制系统、气源系统、储存系统、干混系统和混浆系统，气源系统包括均布在压风机橇上的储气罐，大型空气压缩机、干冷机、小型空气压缩机及供气管路；储存系统包括原料储罐、添加剂储罐、除尘罐、设在原料储罐和添加剂储罐底部的称重传感器，原料气输管路和除尘管路；干混系统包括干混撬上的初混罐，批混罐，设在初混罐和批混罐底部的称重传感器，初混管路，批混管路和初混罐与批混罐混合循环管路；混浆系统包括搅拌池，设在搅拌池中部的搅拌器，设在搅拌一侧的扩散槽，设在扩散槽上部的高能混合器，混浆管路和输浆管路及设在输浆管路的密度计，各系统配合实现自动配浆。

Description

钻井液自动快速配浆系统

技术领域

本发明涉及一种在山林大川中钻井施工所用的配浆系统，具体地说是一种钻井液自动快速配浆系统。

背景技术

四川的川东北地区天然气储量特别丰富，随着油气田的不断开发，油气储量不断下降，油气产量不断下降，已不能满足祖国建设的需要，这个地区变成天然气开发的主战场，确保西气东输的气源丰富，但开发川东北地区的天然气难度很大，因钻探的气井都分布在山川之中，没有常规的道路，运输特别困难，都是先修土路后运钻井设备和钻井配浆材料，尤其是配浆材料和配浆，在平原上的钻井配浆工艺根本就适应了，川北地区的气井，储气层深，都在3000-4000米，压力高都在20Mpa以上，在钻探过程中特别容易发生井涌、井喷等现象，对钻井配浆工艺要求特别苛刻。需要使用高密度泥浆体系进行压井，以防止突发事故的发生；川东北地区属于山区，道路曲折，路面较窄，不便于运输，一旦发生井涌、井喷等突发现象，大量的原材料无法在短时间内运送到井场；而现场存储的物料是以袋装为主，在四川潮湿的环境下，易结块变质；在井场进行破袋散化，在人员组织、环境保护等方面都存在着相当大的难度；传统的配浆模式无法进行精确的数字化计量，也无法在短时间内完成重泥浆的配制。又加上多口气井同时钻进，需要庞大的配浆材料的运输队伍和配浆队伍及复杂的配浆工艺，现有的配浆工艺单井不适应，多井更不适应。

发明内容

本发明的目的提供一种钻井液自动快速配浆系统，克服传统的配浆工艺，不能适应在山川钻井的配浆工艺要求的缺陷。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：

本发明包括可编程序PLC自动控制系统、气源系统、储存系统、干混系统和混浆系统，其特征在于气源系统包括均布在压风机橇上的储气罐，大型空气压缩机、干冷机、小型空气压缩机及供气管路；储存系统包括均布在储存橇上的原料储罐、添加剂储罐、除尘罐、设在原料储罐和添加剂储罐底部的称重传感器，原料气输管路和除尘管路；干混系统包括均布在干混橇上的初混罐，批混罐，设在初混罐和批混罐底部的称重传感器，初混管路，批混管路和初混罐与批混罐混合循环管路；混浆系统包括设在混浆橇上的搅拌池，设在搅拌池中部的搅拌器，设在搅拌器一侧的扩散槽，设在扩散槽上部的高能混合器，混浆管路和输浆管路及设在输浆管路的密度计；自动配浆系统的气源管路，除尘管路、原料气输管路、初混管路、批混管路、初混罐与批混罐之间干混循环管路、混浆管路和输浆管路运行及混浆密度，混浆速度都由可编程序PLC自动控制系统控制。

供气管路是指大型空气压缩机的出气管与储气罐的进口相连，储气罐的出口通过出气管和出气管上的气动碟阀并联于原料储罐、添加剂储罐、除尘罐、初混罐和批混罐上的带气动碟阀的进气管的管路；除尘管路是指原料储罐、添加剂储罐和干混撬上的初混罐、批混罐的排空管线并联连接到除尘管的管路，将排空中携带的粉尘物料通过除尘罐深层过滤的管路；原料气输管路是指原料储罐和添加剂储罐底部各自带气动碟阀原料输出管的并联管与初混罐和批混罐上部的带比例调节阀的进料管并联的管路和批混罐底部带比例调节阀的出料管与高能混合器进料口连接的管路；初混罐与批混罐之间混合循环管路是指设在初混罐底部与批混罐底部之间的各自带气动碟阀和混合器的进口或出口管路；混浆管路和输浆管路是指与水泵进口相连的进水管，与水泵出口和高能混合器射流进口相连的射流管，与循环泵进口相连的带气动碟阀的井队混浆池出口管与搅拌池出口管并联一起的循环泵进口管，与循环泵出口和高能混合的进浆口相连的循环管及与搅拌池的另一出口和井队混浆池另一出口相连且带密度计和气动碟阀泥浆输出管。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

1、可解决日常钻井中泥浆加重材料的精确计量、密度控制等问题，可一次性完成造基浆、一次性完成配重浆的工作；

2、可实现远程控制，无人值守配浆，设备本身操作简单、方便、可靠、安全；

3、大大降低了泥浆工人的劳动强度，节约原材料，可彻底解决现场的污染问题，尾气排放达到国家室外排放的标准；

4、设备密闭存储，可解决粉状物料易受潮结块的难题；

5、配浆速度快、能满足高压气井钻井为避免发生井涌和井喷需加重泥浆压井和快速压井的要求，为在四川之间探油气田创造了良好的条件。

附图说明

图1-本发明结构示意图

图2-本发明的自动控制系统的方框原理图

1-压风机撬  2-储气罐  3-大型空气压缩机  4-冷干机  5-油水分离器  6-不锈钢球阀  7-气动碟阀  8-小型空气压缩机  9-称重传感器  10-原料储罐  11-控制气源管线  12-添加剂储罐  13-控制气源分配器  14-除尘罐  15-手动碟阀  16-引风机17-快速卡子  18-工作气源管线  19-除尘管线  20-进料过滤器  21-出料管线  22-比例调节阀  23-初混罐  24-管道混合器  25-取样管线  26-批混罐  27-干混撬  28-混浆撬  29-离心泵  30-高能混合器  31-扩散槽  32-搅拌器  33-搅拌池  34-井队泥浆池

具体实施方式

为进一步公开本发明的技术方案，下面结合说明书附图通过实施例作详细说明：

本发明包括可编程序PLC自动控制系统、气源系统、储存系统、干混系统和混浆系统，其特征在于气源系统包括均布在压风机橇1上的储气罐2，大型空气压缩机3、干冷机4、小型空气压缩机8及供气管路；储存系统包括均布在储存橇上的原料储罐10添加剂储罐12、除尘罐14、设在原料储罐和添加剂储罐底部的称重传感器，原料气输管路和除尘管路；干混系统包括均布在干混橇上的初混罐23，批混罐26，设在初混罐和批混罐底部的称重传感器，初混管路，批混管路和初混罐与批混罐之间的混合循环管路；混浆系统包括设在混浆橇上的搅拌池23，设在搅拌池中部的搅拌器32，设在搅拌一侧的扩散槽31，设在扩散槽上部的高能混合器30，混浆管路和输浆管路及设在输浆管路的密度计；自动配浆系统的气源管路，除尘管路、原料气输管路、初混管路、批混管路、初混罐与批混罐之间干混循环管路、混浆管路和输浆管路运行及混浆密度计、混浆速度都由可编程序PLC自动控制系统控制。

本发明的工作原理及工作程序：

1、自动控制系统

在整个自动配浆系统，自动控制系统属于选装部分，自动控制系统的安装可以极大减少整个流程中所需的人工，并缩短整个泥浆加重流程的时间。而在这套自动控制系统中，中央处理器PLC是整个自动控制系统的核心。

在泥浆加重自动控制运行之初，PLC根据生产指令开始运行，首先打开气源管线上的气动碟阀，将原料储罐和添加剂储罐中充满气体，当PLC通过压力传感器监测到罐内压力气体压力达到0.15Mpa左右后，便打开出料管线上的气动阀门，先后将原料和添加剂输送到干混撬中。在此过程中，PLC时刻监测储罐的罐内压力，当气体压力超压后及时打开除尘管线上的气动碟阀泄压，待压力恢复正常后关闭。

在原料和添加剂输送至干混撬的过程中，PLC实时检测原料储罐、添加剂储罐和初混罐储罐的称重传感器数值，待合适重量的原料和添加剂输送完毕后，关闭干混撬进料气动碟阀，PLC控制气源管线供气给干混撬初混罐，初混罐混拌一定时间后，PLC再控制气动碟阀将初混的材料输入到批混罐中，PLC打开初混罐除尘管线气动碟阀排空，批混罐充气后开始混拌，如此反复3-4次，实现最终混拌目的。

混拌完成后，PLC打开干混撬出料比例调节阀，同时打开混拌撬进水气动碟阀，通过高能混合器，扩散槽进入到混拌撬的搅拌池中，并同步将混拌的泥浆通过二次混拌管线经过密度计返回到搅拌池中，混拌撬混拌泥浆的密度实时传输到PLC中，PLC将实时传输的密度值与设定的密度值相比，一致后PLC控制混拌撬出料气动碟阀将合格的泥浆输入到井队的泥浆池中，在此过程中，PLC实时监测混拌密度，不断调整比例调节阀的开度和进水气动碟阀的开闭，保证泥浆密度的合格。

所有过程均通过PLC显示在显示屏上，并可通过显示屏上的按钮随时停止或转为手动控制。

2、操作程序

首先，由压风机撬1中的空气压缩机3经储气罐2提供一定压力的气体经工作气源管线18输送到存储系统的各个等待出料的原料储罐10，直到储罐内压力达到0.15MPa左右。

其次将所选定的粉状物料通过所在的原料储罐10和添加剂储罐12经出料管线21输送到干混撬27中，此时出料管线21上的气动碟阀7处于打开状态，进料管线上的气动碟阀7处于关闭状态，粉状物料输送的多少根据称重传感器9的指示。而原料储罐与添加剂储罐的多少取决于井队现场需要，工作原理是相同的。

粉状物料经出料管线21吹入到干混撬27中，经过初混罐23、批混罐26、管道混合器24等作用，使批混过程中按要求比例定量先后将输入系统的不同粉状物料团在流化状态下移动、剪断、扩散，在定比配料的过程中逐级混合，以达到均匀混拌的目的。具体的工作流程为：先将不同粉状物料按比例定量分批吹入到初混罐23中，然后对初混罐进行充气气化，加压后经管道混合器24输送到批混罐26，再气化一定的时间，加压后经管道混合器再输送回初混罐，再气化加压后经管道混合器输送到批混罐，如此反复循环3-5次实现粉状物料的完美混合，混拌结果可以通过取样管线25进行取样化验。

混拌完成后，将混合好的粉状物料由混拌撬28的高能混合器30的进灰口进入，加水混合到规定密度后输出，具体可分为初次混合、搅拌、二次混合A、B、C三个过程：A、初次混合：初次混合方式有二：一是高能混合器30的入口接水源，在混合器内部，高速喷射的水流形成真空，将批混罐26中充分混合的粉状混合物从高能混合器30的进料口吸入；二是按照需要的泥浆密度在泥浆罐中盛放适当的清水，利用水泵29将水从高能混合器30的射口打入，此时，混合物从高能混合器30的进料口吹入。无论是以上哪种方式，粉状物料的多少都通过计算机控制的初混罐23和批混罐26的比例调节阀22来执行，比例调节阀22调节的百分数实时反应在计算机上。从高能混合器排出的泥浆切向进入扩散槽31，泥浆在旋转中从底部切向叶片口中射出，在旋转过程中，泥浆中的气体从扩散槽31的中心管中排出，至此，初次混合完毕。B、搅拌：利用电机带动的搅拌器32对混浆罐中的泥浆进行搅拌，以使其均匀。C、二次混合：在循环泵29的作用下，泥浆通过循环泵的作用不断使泥浆在搅拌池33和高能混合器30之间或在搅拌池33、井队泥浆罐34和高能混合器30之间实现泥浆的多次循环，最终在密度计和计算机的辅助下达到所需密度。在达到所需密度后，输出使用。如此不断循环，实现所需密度泥浆的使用。

原料储罐10和添加剂储罐12通过进料过滤器20进料。

在整个流程中，原料储罐10、添加剂储罐12和干混撬27的排空管线通过快速卡子17和除尘管线19连接到除尘罐14中，通过手动碟阀15的开启和引风机16的运转，可及时将排出的灰尘及时收纳重复利用，不至于排放到空气中；

在整个流程中，可通过选配的控制系统实现各个储罐的气动碟阀7的开闭和干混撬27、混拌撬28的工作，实现自动化混浆操作，气动碟阀的气源来源于空气压缩机8经过油水分离器5经冷干器4输出，其中不锈钢球阀6用来控制该气路的通断，控制气源通过控制气源管线11输送到控制气源分配器13中，然后再输送到各个气动碟阀7中。

Claims (6)

1.一种钻井液自动快速配浆系统，包括可编程序PLC自动控制系统、气源系统、储存系统、干混系统和混浆系统，其特征在于气源系统包括均布在压风机橇上的储气罐，大型空气压缩机、干冷机、小型空气压缩机及供气管路；储存系统包括均布在储存橇上的原料储罐、添加剂储罐、除尘罐、设在原料储罐和添加剂储罐底部的称重传感器，原料气输管路和除尘管路；干混系统包括均布在干混橇上的初混罐，批混罐，设在初混罐和批混罐底部的称重传感器，初混管路，批混管路和初混罐与批混罐混合循环管路；混浆系统包括设在混浆橇上的搅拌池，设在搅拌池中部的搅拌器，设在搅拌器一侧的扩散槽，设在扩散槽上部的高能混合器，混浆管路和输浆管路及设在输浆管路的密度计；自动配浆系统的气源管路，除尘管路、原料气输管路、初混管路、批混管路、初混罐与批混罐之间干混循环管路、混浆管路和输浆管路运行及混浆密度，混浆速度都由可编程序PLC自动控制系统控制。

2.根据权利要求1所述的钻井液自动快速配浆系统，其特征在于供气管路是指大型空气压缩机的出气管与储气罐的进口相连，储气罐的出口通过出气管和出气管上的气动碟阀并联于原料储罐、添加剂储罐、除尘罐、初混罐和批混罐上的带气动碟阀的进气管的管路。

3.根据权利要求1所述的钻井液自动快速配浆系统，其特征在于除尘管路是指原料储罐、添加剂储罐和干混撬上的初混罐、批混罐的排空管线并联连接到除尘管的管路，将排空中携带的粉尘物料通过除尘罐深层过滤的管路。

4.根据权利要求1所述的钻井液自动快速配浆系统，其特征在于原料气输管路是指原料储罐和添加剂储罐底部各自带气动碟阀原料输出管的并联管与初混罐和批混罐上部的带比例调节阀的进料管并联的管路和批混罐底部带比例调节阀的出料管与高能混合器进料口连接的管路。

5.根据权利要求1所述的钻井液自动快速配浆系统，其特征在于初混罐与批混罐之间混合循环管路是指设在初混罐底部与批混罐底部之间的各自带气动碟阀和混合器的进口或出口管路。

6.根据权利要求1所述的钻井液自动快速配浆系统，其特征在于混浆管路和输浆管路是指与水泵进口相连的进水管，与水泵出口和高能混合器射流进口相连的射流管，与循环泵进口相连的带气动碟阀的井队混浆池出口管与搅拌池出口管并联一起的循环泵进口管，与循环泵出口和高能混合的进浆口相连的循环管及与搅拌池的另一出口和井队混浆池另一出口相连且带密度计和气动碟阀泥浆输出管。

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