钻井泥浆真空抽吸装置的研究

李文亮（大庆油田钻探工程公司）

1 钻井泥浆清理工作现状

因钻井泥浆中含有大量的有毒物质，若随意排放会给环境带来极大的污染，所以大庆油田对现场施工提出了“钻井泥浆不落地”的要求，需要钻井队将钻井产生的废弃泥浆运送到规定的排放点统一处理[1]。而废弃泥浆本身具有固含高、黏度大等特点，导致转运和排放非常困难，给钻井队施工带来极大困扰。

钻井泥浆的清理主要包括两部分，第一部分是振动筛过滤产生的废弃泥沙，被收集在振动筛侧面的泥浆槽内，每口浅井可产生废弃泥沙50 m3以上。由于泥浆槽是敞口设备，并且敞口面积较大，所以采用挖沟机将泥浆挖出，转运到翻斗车，然后排放到处理点[2]。这不仅具有很大的危险性和破坏性，同时，翻斗车并不是密闭车辆，容易出现洒漏现象，所以挖沟机和翻斗车配合作业的污泥运输效果不佳。另一部分是振动筛下部锥形罐内沉淀产生的废弃泥浆，锥形罐可容纳污泥8 m3，清理时需要6 人以上，每2 个人一组轮流施工，作业人员需要穿戴防水工作服进入罐内，使用铁锹、水桶、镐等工具将污泥挖出并装载到翻斗车上，再运送到排污点统一处理。整个清理过程至少需要5 h，工人劳动强度很大，尤其是冬季作业难度更大，工作环境更加恶劣，工作时间也会更长，而且钻井泥浆中的有毒物质对操作人员的健康和安全及其不利[3]。

2 钻井泥浆真空抽吸装置

2.1 功能简介

钻井泥浆真空抽吸装置由50 kW 空压机、真空污泥泵、吸管等元件组成，真空污泥泵可以利用文丘里管原理，将螺杆空压机产生的高压空气射流转换为负压，而产生一定的抽吸力，用于完成钻井泥浆的抽吸清理工作。同时该设备可以实现远距离高压排放，最大排放距离可以达到500 m。而集中排放点的位置选择会以各个钻井队所在位置的中心地点，大部分井位和排放点的距离都不会超出500 m，因此，利用该设备可以直接吸取泥浆，然后直接利用远距离排放功能，将其直接转排到集中排放点。该装置操作简单、工作效率高，2 个人即可完成操作，每小时抽吸污泥10 m3，是人工作业速度的数倍[4]。

2.2 基本结构和工作原理

泥浆真空抽吸装置主要由文丘里管、吸排转换阀门、排放阀门、吸入阀门、污泥储存罐以及控制系统组成如图1 所示，可完成泥浆的抽吸和排放动作，将钻井现场产生的废弃泥浆吸入到储存罐内，然后直接排放到集中处理点，整个过程不会出现泥浆的喷洒和泄露现象，符合现场作业要求[5]。

1）抽吸流程。该装置在工作初始状态，吸入阀门开启、排放阀门关闭、吸排转换阀门开启，高压气体从上端的球阀接入，流经文丘里管，再由吸排转换阀门排出。高压气体经过文丘里管时，文丘里管内有高压喷嘴，将高压气体形成高压射流，在高压气射流的作用下，周围密闭空间内的部分空气也会被一同带向出口，这样在喷嘴周围形成负压区域。文丘里管的负压端与污泥储存罐相连，使污泥储存罐内产生负压，此时罐体下面的排放阀门关闭，上端的抽吸阀门开启，所以上端的抽吸口产生强劲的负压，最大真空度可以达到85%。将吸管接通到泵体抽吸口，另一端至泥浆罐内，在强劲负压的作用下泥浆罐内泥浆被吸入到污泥泵的储存罐内。由于储存罐的截面积大于抽吸管路的数倍，因此，泥浆进入储存口位置时，由于孔径扩大，泥浆受到的抽吸力减弱，就会落入储存罐底部，这样就完成了抽吸动作[6]。

图1 钻井泥浆真空抽吸装置

2）排放流程。当抽吸泥浆液位至储存罐2/3以上时，系统的控制下将自动进入排放流程，此时，吸入阀门关闭、排放阀门开启、吸排转换阀门关闭。由于吸排转换阀门关闭，高压气不能向下从排放口排出，只能从储存罐连通处进入储存罐，储存罐内压力升高，又由于下端排放阀门开启，上端抽吸阀门关闭，致使抽吸管路关闭，排放管路打开。这时被吸入储存罐内的污泥在高压气压力的作用下，从下端排放管路排出，沿着与排放口相连的密封管线直接排放到集中处理点。

3）控制系统。该抽吸装置的控制采用气路自动控制，只需要将高压气路分流减压，即可用于吸入阀门、排放阀门、吸排转换阀门的开关动力，无需使用额外的电能、液压以及人工操控等。将2 个气动延时开关串联在阀门控制线路中，对吸排气路进行反复转换，并可根据泥浆的黏稠程度适当调整吸排周期。在控制系统的作用下，抽吸和排放动作不断的交替工作，不断的将污泥吸入储存罐，然后排放，这样就能够完成钻井废弃泥浆的抽吸和转运，达到“钻井泥浆不落地”的环保要求[7]。

3 使用效果分析

1）劳动强度大幅度减小。该真空抽吸装置在钻井泥浆锥形罐清理作业中的使用实现了全自动化作业，原来锥形罐的清理需要6人轮流作业，5 h的高强度劳动，现在只需将抽吸和排放管线连好，1 人操作吸管，1 人在装置附近操作设备的启停以及简单的辅助工作即可。劳动强度和作业时间大幅度降低，锥形罐清理作业时间也缩减到1 h左右[8]。

2）安全性提高。整个钻井泥浆清理作业过程中，不再需要操作人员进入锥形罐内部，不需要接触泥浆，对操作人员的健康和安全不会造成任何影响。泥浆槽内的泥浆清理不在使用挖沟机，安全性也大大提高[9]。

3）杜绝运输撒漏现象。由于之前采用挖沟机作业，只能将泥浆转运到敞口的翻斗车上，由于挖沟机体积庞大、作业笨重，所以在挖沟机和翻斗车之间会出现撒漏现象，另一方面翻斗车密闭性较差，在运往运输点的过程中也非常容易出现撒漏。而真空抽吸装置可以直接将钻井泥浆通过真空抽吸力从锥形罐和泥浆槽内抽吸到泵体的储存罐内，然后使用高压气体直接推送到集中处理点，整个过程不会出现任何撒漏，真正实现环保作业[10]。

4）节省运输费用。按照每口井平均产生废弃污泥50 m3计算，翻斗车和挖沟机配合的工作方式，使用翻斗车将污泥从井场运送到集中处理点，因井场道路错综复杂，车辆并不能通过直线距离达到，这样翻斗车和挖沟机工作过程点至少需要4 个台班才能完成；使用真空污泥泵利用气压的吸排原理，将污泥直接从井场直线距离排放到处理点，只需要消耗少量的电能，大幅度节省了运输费用。按污泥泵每小时输送10 m3计算，总工作时间在5 h 左右，污泥泵使用前后运输费用对比见表1。

由表1 可见，挖掘机和翻斗车按每口井4 个台班计算共计花费2 800 元；若使用真空污泥泵其设备额定功率为50 kW，按工作5 h 计算，共计需要消耗电能250 kWh，折合人民币500 元，则每口井运输费用可节省2 300 元。据统计，大庆钻探工程公司每年钻井施工6 000 口，共计能够节省1 380 万元。

表1 污泥泵使用前后运输费用对比

4 结语

油田钻井生产中产生大量的废弃有毒泥浆，采用人工挖掘、挖掘机装载、翻斗车运输的方式进行清理，具有劳动强度大、危险系数高、运输成本高、环保效果不佳等缺点。若使用真空泥浆泵来完成泥浆的吸取和输送，可节省大量的人力，减少人员伤害，提高泥浆的转运和排放效率，真正做到泥浆不落地，同时减小了挖沟机、翻斗车配合作业的造成的危险性和破坏性，在做到环保钻井的同时，还减小了工人劳动强度，降低了钻井队运行成本。