泥漿罐攪拌作業(yè)優(yōu)化改進(jìn)方案

邢波文 陳學(xué)輝 王永笑 何磊 申超

【摘 要】海上鉆井平臺(tái)使用多個(gè)泥漿罐，用于配置各密度、粘度及其他性能的鉆井液，攪拌器是配置各密度及其他性能鉆井液的必需設(shè)備，使液體介質(zhì)強(qiáng)迫對(duì)流并均勻混合的器件，起到了低粘度液體的混合以及固體微粒的溶解和懸浮作用。平臺(tái)采用了低功率的單槳式攪拌器，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間使用后，發(fā)現(xiàn)低功率的單槳式攪拌器效率較低，泥漿罐固相沉淀較多。經(jīng)過計(jì)算，我們根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)空間和實(shí)際情況提出了改進(jìn)方案：將現(xiàn)有攪拌器更換為功率最小為20HP的雙葉輪攪拌器，并加設(shè)導(dǎo)流板裝置。

【關(guān)鍵詞】攪拌器;鉆井液;導(dǎo)流板裝置

一、背景介紹

本次優(yōu)化改進(jìn)方案是基于海上作業(yè)的勝利七號(hào)鉆井平臺(tái)，其泥漿罐單槳式攪拌器工作效率值偏低的情況而施行的。

勝利七號(hào)鉆井平臺(tái)是勝利海洋鉆井公司于1997年4月18日從新加坡引進(jìn)的一艘由法國(guó)CFEM公司于1980年8月制造的自升式海上移動(dòng)鉆井平臺(tái)，同年10月6日取得中國(guó)船級(jí)社頒發(fā)的《臨時(shí)海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)證書》。整個(gè)平臺(tái)為單箱型結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)44米，寬32.3米，型深5.2米，平臺(tái)空載自重2985噸。平臺(tái)為三樁電驅(qū)動(dòng)自升式鉆井平臺(tái)，樁腿長(zhǎng)70米，外徑3.00米，作業(yè)氣隙7米，樁靴為方形5.8×5.8米。平臺(tái)設(shè)計(jì)作業(yè)水深30米，最大鉆探能力4500米，槽口式結(jié)構(gòu)，能夠滿足6口井井組的鉆井施工，泥漿艙容量為185m3。

二、勝利七號(hào)鉆井平臺(tái)3#泥漿罐攪拌器使用情況說明

（一）泥漿罐、攪拌器簡(jiǎn)介

（1）3#泥漿罐長(zhǎng)6米、寬4.5米、高1.8米，只安裝有一個(gè)攪拌器。

（2）攪拌器電機(jī)功率為11kW，葉輪轉(zhuǎn)速：71r/min，葉輪長(zhǎng)0.3米、寬0.15米，葉輪工作半徑為0.9米，葉輪距離泥漿罐底部0.6米。

（二）存在問題

（1）在泥漿配置、循環(huán)過程中泥漿罐中固相顆粒沉淀較多;

（2）泥漿罐底部沒有導(dǎo)流板，罐底四周容易積壓固相顆粒。

三、攪拌器功率計(jì)算

（一）攪拌作業(yè)功率

攪拌器功率與完成攪拌所要求的功率不同。尤其對(duì)于鉆井過程中鉆井液的攪拌，尚無專業(yè)的理論分析予以支持，因此，對(duì)攪拌器功率的計(jì)算均較為粗略。

為此，諸多資料給出了針對(duì)固控系統(tǒng)中攪拌器選用功率的一些使用經(jīng)驗(yàn)。本文將采用單位體積平均功率的方法對(duì)攪拌器的攪拌作業(yè)功率進(jìn)行估算。

計(jì)算勝利七號(hào)平臺(tái)3號(hào)泥漿罐的容積，估算為：5.95×4.45×1.2=31.773m3

攪拌作業(yè)功率的計(jì)算如下：

Pmin=31.773×0.264=8.39HP，式中液體單位平均攪拌功率Nv取下限值0.264。

（二）電動(dòng)機(jī)額定功率

攪拌設(shè)備配置的電動(dòng)機(jī)功率必須同時(shí)滿足攪拌器運(yùn)轉(zhuǎn)及傳動(dòng)裝置和密封系統(tǒng)功率損耗的要求，此外還要考慮在操作過程中出現(xiàn)的不利條件造成功率過大等因素。電動(dòng)機(jī)額定功率可按下式確定：

式中，Pd-電動(dòng)機(jī)功率

P′-攪拌作業(yè)功率，根據(jù)上文2.1，可知P′min=8.39HP

Ps-軸封裝置的摩擦損失功率，此值可粗略估算，一般機(jī)械密封的功率損失可按照攪拌作業(yè)功率的5%來計(jì)算，即PSmin=P′min×5%=0.42H0.42HP，

η為傳動(dòng)裝置的機(jī)械效率，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，此處取值為0.75。算得：Pdmin=11.75HP

另外，考慮到攪拌器有長(zhǎng)時(shí)間停滯再開啟的情況，此時(shí)的鉆井液固相沉積較為嚴(yán)重。為此需要對(duì)此添加安全系數(shù)n，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)，取 1.3。即電動(dòng)機(jī)的最終功率P為：Pmin=n×Pdmin=15.28HP。

四、泥漿罐攪拌作業(yè)優(yōu)化改進(jìn)方案

將現(xiàn)有攪拌器更換為功率為20HP的雙葉輪攪拌器，并加設(shè)導(dǎo)流板裝置。

攪拌器電機(jī)功率達(dá)到20HP，可以提高葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)效率，使用雙葉輪攪拌器，能夠?qū)@井液與固相顆粒更高效的融合。導(dǎo)流板裝置能夠加強(qiáng)鉆井液在泥漿罐中的旋流持續(xù)時(shí)間和效率，能夠避免罐底四周積壓固相顆粒。實(shí)際上該優(yōu)化改造方案能夠解決目前存在問題，導(dǎo)流板見附圖。

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