新型井下固液水力旋流分离器及其钻井提速技术

第37卷第4期V01．37No．4钻采工艺DRILLING＆PRODUCT10NTECHN0L0GY·33·新型井下固液水力旋流分离器及其钻井提速技术顾洪成，吴琪，徐依吉，万夫磊，赵健(1胜利石油工程有限公司海洋钻井公司2中国石油大学石油工程学院·华东3川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院)顾洪成等．新型井下固液水力旋流分离器及其钻井提速技术．钻采工艺，2014，37(4)：33—35摘要：钻井液中固相含量的多少对钻井速度的快慢有着重要的影响，随着固相含量的增加，机械钻速降低明显。然而，随着井深的增加，钻井液中添加的固相含量也会增加，这成为影响深井钻井速度的重要原因之一。为解决钻井液中固相含量对钻井速度影响的问题，研发出了适用于钻井过程的新型井下固液水力旋流分离器，该装置通过离心沉降原理降低钻井液中的固相含量，从而达到减少重复破碎，提高机械钻速的目的。并对该装置的提速效果进行了现场试验。结果表明，该装置提速效果显著，经济效益可观，且装置结构简单，能够满足现场应用的需要。为深井提速技术提供了叉一可行及可选方案。关键词：井下水力旋流；固液分离器；机械钻速；离心沉降；钻井液；现场试验DOI110．3969／J．ISSN．1006—768X．2014．04．10大量的实验数据及现场钻井实践结果表明，钻井液中固相含量的增加严重阻碍着井下钻速的提高，固相颗粒越小，该影响越明显。文献指出，固相含量每降低1％，机械钻速可提高10％以上，由此可见控制钻井液固相含量对于提高机械钻速有着至关重要的意义。除此之外，控制钻井液固相含量还可以保障钻井的安全，预防钻井事故的发生以及起到节能环保的作用⋯。如何实现井下钻井液固相分离是实现上述作用，发挥上述优点的关键所在。为此，针对以上问题，设计并研制了新型井下固液水力旋流分离器。并通过在胜利油田、胜利海洋钻井实施的多次现场试验，对该装置的使用效果进行了评价。一、新型井下固液水力旋流分离器工作原理及结构1．新型井下固液水力旋流分离器结构设计新型井下固液水力旋流分离器安装在钻头上方，由上接头、外壳、锥体、溢流管、旋流器、下接头等组成_2j。井下水力旋流装置工作过程为：固液混合液通过钻铤进入该旋流装置上接头的流道之后分为两部分：一部分混合液经由导流槽和旋流器进入锥体内做旋转运动，大：多数固相颗粒受到离心力的影响被抛至锥体的上部，通过排固通道到达排固喷嘴，由喷嘴喷出从而进入井简环空，而大部分低固相含量的钻井液由锥体下方的溢流口排出，进入钻头喷射破岩；还有一部分混合液由分流管流入底流口通过钻头喷出，以防止导流槽人口处憋压，产生涡流影响旋流器性能。具体结构如图1所示。2．新型井下固液水力旋流分离器工作原理新型井下固液水力旋流分离器的工作原理和地面旋流器类似，即借助旋转液流的离心沉降作用来分离固液两相。具体过程如下：需要分离的钻井液在一定压力下由旋流器上缘切线方向高速进入旋流发生器，在其旋转加速作用下，混合液发生高速旋转，由于不同相物质存在密度差，其钻井液内各相所受的流体拽力、离心力及向心浮力都有差别。由于锥体结构的作用，混合液中的液相在向椎体尖端靠近时其旋转速度愈来愈高，当到达某一位置之后液相返回椎体大端并经由溢流管离开旋流器，向钻头流动。与此同时，混合液中的固相粒子及高黏液相也因受到高速旋转所带来的离心力作用，被高速抛收稿日期：2014—04—09基金项目：中国石油“十二五”重大科技专项钻井新技术新方法研究项目(编号：2011A一4201)和山东省自然科学基金重点项目(编号：ZR2010EZ004)部分研究成果。作者简介：顾洪成(1961一)，高级工程师，1981年毕业于胜利石油学校，现从事钻井技术研究工作。地址：(257055)山东省东营市东营区大渡河路177号，电话：(0546)8730712，E—mail：slhyghczd@163．com·34·钻采工艺DRILLING＆PRODUCTIONTECHNOLOGY2014年7月july20l4至锥筒壁，且在液压的作用下向锥筒尖端滑去，通过底流喷嘴进入井筒环空。⑤AJA——A图1新型井下固液水力旋流分离器结构示意图1上接头2外壳3排固喷嘴4巴掌5排固通道6“0”型圈7锥体8溢流管9旋流器1O导流槽11分流管12底流口13下接头3．新型井下固液水力旋流分离器优势分析一般钻井过程中，钻井液的循环过程为：钻井液通过钻井泵提供动力后，进入钻杆中空，通过钻杆中空流到井底并通过钻头喷射，携带着岩屑进入井筒环空上返直至地面。而新型井下固液水力旋流分离器改变了这一传统的循环路线，具体过程为：钻井液通过钻井泵提供动力后，进入钻杆中空，通过钻杆中空流到井底，在钻井液进入钻头之前将其中大部分的固相和高黏液相分离出来，并直接排人钻杆与井眼的环空，这样就避免了大量固相和高黏液相进入钻头而导