一种固井泥浆调配装置及其调配方法、清洗方法与流程

1.本发明属于固井设备技术领域，涉及一种固井泥浆调配装置，还涉及上述固井泥浆调配装置的调配方法，还涉及上述固井泥浆调配装置的清洗方法。


背景技术：

2.随着石油勘探开发领域扩大，钻井技术不断进步从而促进了固井技术的进步，固井新技术、新工艺、新材料的推广应用又促使固井作业水平及固井质量逐年提高。固井是将套管下入到井内预定深度，再在套管和井壁之间借助固井车(橇)注入水泥浆封固的过程。由于油气井浅则数百米，深则数千米，乃至上万米，套管和水泥浆要经受高温高压的恶劣环境，还要承受地下油气水及其它介质的腐蚀窜扰，以及采油作业中酸化、压裂等增产措施的种种考验。因此，固井水泥浆的各项性能(诸如粘度、流变性、剪切强度、均匀性、稳定性等)对固井质量的好坏有直接影响。而水灰配比、添加剂和水泥浆混配过程是决定固井水泥浆性能的关键因素。
3.固井施工需要多种专业设备联合进行，如固井水泥车(撬)、下灰车(用于运送干水泥)、供水车(用于储存和运输清水等)、仪器车(用于计量施工中的各种参数)等。通过对各大油田固井车(撬)的调研分析，对现有管汇及清洗流程进行对比分析，主要存在以下问题：固井车(橇)管汇上的设备不能互为备用，固井属一次性不可逆工程，固井质量的好坏直接影响到钻一口井的成败。如果管汇上的某一设备出现故障，固井作业将中断，引发质量事故，导致整口井报废。固井作业之前或作业完成后，需要对作业管汇进行清洗。作业管汇中关键部件清洗不干净且耗水量大。混浆罐液位无法自动控制。混浆罐液位由操作人员通过观察判断不仅劳动强度大而且容易出错。混浆罐内的水泥浆溢出时，影响固井施工作业现场环境。混浆罐内的水泥浆被吸空时，不仅降低设备的使用的寿命还会引发质量事故，导致整口井报废。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种固井泥浆调配装置，解决了现有技术中存在的设备无法互为备用的问题。
5.本发明所采用的技术方案是，一种固井泥浆调配装置，包括计量水罐、柱塞泵及混浆罐，柱塞泵出口与计量水罐入口连通，混浆罐上设置有混合器，且混合器出口与混浆罐连通，混合器进水口设置有清水调节阀、混合器进灰口设置有干灰调节阀，混合器上开设有开口，开口上盖设有灰罩，开口与混合器进水口相对设置；计量水罐与混合器通过并联设置的第一清水泵、第二清水泵连通，混浆罐、柱塞泵之间通过并联设置的第一砂泵、第二砂泵连通，第一砂泵出口与混浆罐入口之间依次设置有第十二阀门、密度计、第十九阀门，密度计与第十九阀门之间连接有出口管；还包括有控制器，控制器分别与清水调节阀、干灰调节阀、密度计电性连接。
6.本发明的特点还在于：
7.第一砂泵、第二砂泵与混浆罐之间分别设置有第二十一阀门、第二十二阀门；第一砂泵与柱塞泵之间设置有第十四阀门，第二砂泵与柱塞泵之间设置有第十七阀门。
8.计量水罐通过管路依次与第一砂泵连通，计量水罐与第一砂泵之间设置有第二十阀门。
9.混合器上设置有二次混浆口，第一砂泵通过管路与二次混浆口连通，且第一砂泵、混合器之间设置有第十三阀门。
10.第一清水泵、第二清水泵通过汇总管路与密度计连通，第一清水泵、第二清水泵汇总管路与密度计之间设置有第十八阀门。
11.计量水罐出口通过管路与柱塞泵入口连通，计量水罐出口与柱塞泵入口之间设置有第十阀门，柱塞泵出口与计量水罐入口之间设置有第三阀门。
12.本发明的第二种目的是提供一种固井泥浆调配装置的调配方法。
13.本发明所采用的第二种技术方案是，一种固井泥浆调配装置的调配方法，采用上述的一种固井泥浆调配装置，包括以下步骤：
14.开启第一清水泵或第二清水泵、清水调节阀、干灰调节阀、第二十一阀门、第一砂泵、第十二阀门、密度计、第十九阀门，当密度计数值显示混浆罐内的泥浆密度满足作业要求时，关闭第十二阀门，同时开启第十四阀门。
15.本发明的第三种目的是提供一种固井泥浆调配装置的清洗方法。
16.本发明所采用的第三种技术方案是，一种固井泥浆调配装置的清洗方法，对上述的一种固井泥浆调配装置进行清洗，包括以下步骤：
17.步骤1、开启第一清水泵或第二清水泵、清水调节阀、第二十一阀门、第一砂泵、第十四阀门、第二十二阀门、第二砂泵、十七阀门、第三阀门；
18.步骤2、清洗完成后，关闭第三阀门，通过柱塞泵排除废液。
19.本发明的第四种目的是提供一种固井泥浆调配装置的清洗方法。
20.本发明所采用的第四种技术方案是，一种固井泥浆调配装置的清洗方法，对上述的一种固井泥浆调配装置进行清洗，包括以下步骤：
21.步骤1、开启第二十阀门、第一砂泵、第十三阀门，对混合器进行清洗；
22.步骤2、清洗完成后，关闭第二十阀门、第二十一阀门，打开第十二阀门，通过出口管排出废液；
23.步骤3、开启第一清水泵或第二清水泵、清水调节阀，对混合器进行再次清洗，并通过第十二阀门、出口管排出废液。
24.本发明的第五种目的是提供一种固井泥浆调配装置的清洗方法。
25.本发明所采用的第五种技术方案是，一种固井泥浆调配装置的清洗方法，对上述的一种固井泥浆调配装置进行清洗，包括以下步骤：
26.步骤1、开启第二十阀门、第一砂泵、第十二阀门、密度计，对密度计进行清洗，并通过出口管排出废液，然后关闭第二十阀门、第一砂泵。
27.步骤2、开启第一清水泵或第二清水泵、第十八阀门，再次对密度计进行清洗，并通过出口管排出废液。
28.本发明的有益效果是：
29.本发明一种固井泥浆调配装置，清水泵与砂泵均采用双泵设置，若其中一个泵出
现故障，迅速启动另一个泵继续工作，保证固井作业持续进行，降低固井作业风险，避免事故发生；设置密度计，能精确控制固井泥浆的密度，进一步提高固井效果；通过控制器对混合器、混浆罐控制，实现混浆罐的自动控制。本发明一种固井泥浆调配装置的调配方法，能实现固井泥浆的自动化调配，提高固井泥浆调配效率。本发明一种固井泥浆调配装置的清洗方法，利用清水泵工作产生的压力高于砂泵，首先使用砂泵对密度计、高能混合器进行初步清洗，然后使用清水泵对密度计和高能混合器再次彻底清洗，提高清洗效果；管汇中局部关键设备(如密度计，高能混合器，高压柱塞泵)的清洗，采用计量水罐内的清水直接清洗；避免循环污水导致设备清洗不彻底，清洗耗时长，耗水量大的缺点；提高了作业管汇的清洗效率，延长了设备的使用寿命。
附图说明
30.图1是本发明一种固井泥浆调配装置的结构示意图；
31.图2是本发明一种固井泥浆调配装置中混合器的结构示意图；
32.图3是本发明一种固井泥浆调配装置中清水管汇的结构示意图；
33.图4是本发明一种固井泥浆调配装置中混浆管汇的结构示意图；
34.图5是本发明一种固井泥浆调配装置中高压管汇的结构示意图。
35.图中，1.计量水罐，2.外供水接头ⅰ，3.第一阀门，4.第二阀门，5.外供水接头ⅱ，6.第三阀门，7.第四阀门，8.第一清水泵，9.第五阀门，10.第六阀门，11.第七阀门，12.外供水接头ⅲ，13.第八阀门，14.第二清水泵，15.第九阀门，16.消防接头，17.第十阀门，18.柱塞泵，19.第十一阀门，20.第十二阀门，21.第十三阀门，22.第十四阀门，23.混合器，23
‑
1.清水调节阀，23
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2.干灰调节阀，23
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3.进灰口，23
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4.进水口，23
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5.开口，23
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6.二次混浆口，24.第十五阀门，25.第十六阀门，26.第十七阀门，27.第十八阀门，28.密度计，29.排水口，30.第十九阀门，31.第一砂泵，32.排污口，33.疏通口，34.第二十阀门，35.第二十一阀门，36.混浆罐，37.第二十二阀门，38.第二砂泵，39.液位计。
具体实施方式
36.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
37.一种固井泥浆调配装置，如图1所示，包括计量水罐1、柱塞泵18及混浆罐36，柱塞泵18出口与计量水罐1入口连通，混浆罐36上设置有混合器23，且混合器23出口与混浆罐36连通，如图2所示，混合器23进水口23
‑
4设置有清水调节阀23
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1、混合器23进灰口23
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3设置有干灰调节阀23
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2；混合器23上开设有开口23
‑
5，开口23
‑
5上盖设有灰罩，开口23
‑
5与混合器23进水口位置相对，因为进水会产生压力，干水泥灰不能完全与清水混合，会飘到外面，影响作业环境，而设置开口23
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5能平衡混合器23腔内压力，能提高混浆效果。如图3所示，计量水罐1与混合器23通过并联设置的第一清水泵8、第二清水泵14连通，第一清水泵8入口管设置有第五阀门9，第二清水泵14入口管设置有第九阀门15，第一清水泵8出口管设置有第四阀门7，第二清水泵14出口管设置有第六阀门10。第二清水泵14连接有外供水接头ⅲ12，第二清水泵14与外供水接头ⅲ12之间设置有第八阀门13；如图4所示，混浆罐36、柱塞泵18之间通过并联设置的第一砂泵31、第二砂泵38连通，第一砂泵31出口与混浆罐36入口之间依次设置有第十二阀门20、密度计28、第十九阀门30，密度计28与第十九阀门30之间连接有
出口管29；混浆罐36与柱塞泵18之间还设置有第十五阀门24。第一清水泵8和第二清水泵14并联出口处，设置有消防接头16。还包括有控制器，控制器分别与清水调节阀23
‑
1、干灰调节阀23
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2、密度计28电性连接。
38.计量水罐1的水源包括外供水接头ⅰ2、外供水接头ⅱ5，外供水接头ⅰ2、外供水接头ⅱ5均通过管路与计量水罐1连通，外供水接头ⅰ2、外供水接头ⅱ5与计量水罐1之间分别设置有第一阀门3、第二阀4，供水车若不能使用外供水接头ⅰ2，使用外供水接头ⅱ5可以完成往计量水罐1内注水，同理，供水车若不能使用外供水接头ⅱ5，使用外供水接头ⅰ2也可以完成往计量水罐1内注水。还包括外供水接头ⅲ12，外供水接头ⅲ12与第二清水泵14连通，外供水接头ⅲ12与第二清水泵14之间设置有第八阀门13，第二清水泵14出水管与计量水罐1连通，第二清水泵14出水管与计量水罐1之间设置有第七阀门11，外供水接头ⅲ12用于作业现场无供水车时，启动第二清水泵14，对现场水源加压增速完成计量水罐1的注水。
39.第一砂泵31、第二砂泵38与混浆罐36之间分别设置有第二十一阀门35、第二十二阀门37；第一砂泵31与柱塞泵18之间设置有第十四阀门22，所述第二砂泵38与柱塞泵18之间设置有第十七阀门26。柱塞泵18入口处设置有第十一阀门19，第十一阀门19位于第十四阀门22、第十七阀门26与柱塞泵18之间。第十二阀门20、密度计28、第十九阀门30位于第一砂泵31与混浆罐36之间。第一砂泵31、第二砂泵38与混浆罐36之间还分别设置有疏通口33，当第一砂泵31或第二砂泵38出现堵塞时，需要打开疏通口33进行疏通。
40.计量水罐1通过管路依次与第一砂泵31、混合器23连通，第一砂泵31、混合器23之间设置有第十四阀门22，计量水罐1与第一砂泵31之间设置有第十六阀门25、第二十阀门34。混合器23上设置有二次混浆口23
‑
6，第一砂泵31还通过管路与二次混浆口23
‑
6连通，且第一砂泵31、混合器23之间设置有第十三阀门21。
41.计量水罐1出口通过管路与柱塞泵18入口连通，计量水罐1出口与柱塞泵18入口之间设置有第十阀门17，柱塞泵18出口与计量水罐1入口之间设置有第三阀门6。
42.第一清水泵8、第二清水泵14通过汇总管路与密度计28连通，第一清水泵8和第二清水泵14与密度计28之间设置有第十八阀门27。
43.第一砂泵31、第二砂泵38底部设置有排污口32。排污口32位于第一砂泵31、第二砂泵38的最低位置处，只需要打开排污口32即可彻底清洗混浆罐36与第一砂泵31或第二砂泵38中间的管线残留的水泥浆；第一砂泵31/第二砂泵38吸入口布置在混浆罐36的最低位置处。
44.泥浆罐36内安装有液位计39，液位计39用于检测混浆罐36内液面高度，防止泥浆溢出或被抽空。安装在泥浆罐36内的液位计39检测水泥浆的液位信号并将该信号传送给控制器，并将该数据与液面设定数据进行比较，同时参考实际泥浆排出量计算此时的清水量。输出控制信号给高能混合器23的清水控制阀23
‑
1，从而调节清水油缸的位置控制进入混浆罐36内的清水量，维持液面高度，实现液面自动控制。
45.一种固井泥浆调配装置的调配方法，采用上述一种固井泥浆调配装置，包括以下步骤：
46.开启第五阀门9、清水泵8、第四阀门7(或者开启第九阀门15、第二清水泵14、第六阀门10)、清水调节阀23
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1、干灰调节阀23
‑
2、第二十一阀门35、第一砂泵31、第十二阀门20、密度计28、第十九阀门30，第一清水泵8/第二清水泵14从计量水罐1内吸入清水，输送到高
能混合器23进水口，同时下灰车输送的干灰经过进灰管线输送到高能混合器23进灰口，干水泥和清水在混合器23内初次混合，干水泥和清水在混合器23内初次混合往往得不到密度均匀的水泥浆，需要在混浆罐36内经搅拌叶片搅拌进一步混合，第一砂泵31将混浆罐36内的泥浆经过加压再次经过密度计28，进入高能混合器23内，实现水泥浆的多次循环；循环的同时，计算机通过检测密度计28的数值可以判断混浆罐36内的泥浆密度是否满足作业要求；可以通过调节清水调节阀23
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1、干灰调节阀23
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2的开度对混浆罐36内的泥浆密度进行改变，以满足作业要求。具体的，干灰调节阀23
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2顺时针或逆时针旋转，控制干灰通道的开口面积，进而实现干灰量的控制；清水调节阀23
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1为水阀挡板，水阀挡板上开有均匀布置的水孔，水阀阀芯的顺时针或逆时针旋转，控制水阀挡板通流水孔的数量，进而实现清水流量的控制。水阀阀芯和灰阀阀芯的调节主要采用液压驱动的型式，液压泵为摆动液缸提供液压源，利用伺服比例阀调节水阀和灰阀阀芯的开度，通过检测泥浆密度、清水流量、水阀和灰阀阀芯角度等一系列数据，经过运算比较实现固井泥浆流量和密度的精确控制。
47.当密度计28数值显示混浆罐36内的泥浆密度满足作业要求时，关闭第十二阀门20，开启第十五阀门24，充分混合后密度达到要求的水泥浆由高压柱塞泵18经过第十五蝶阀24吸入，由于水泥浆的流动性较差，避免高压柱塞泵18吸空出现，所以开启第十四阀门22，充分混合后密度达到要求的泥浆由第一砂泵31输送至高压柱塞泵18的吸入端，由高压柱塞泵18排出井筒完成固井作业。若第一砂泵31不能正常工作时，关闭十一阀门35、第一砂泵31，开启第二十二阀门37、第二砂泵38、十七阀门26，通过第二砂泵38实现往高压柱塞泵18的吸入端输送泥浆。如图5所示，高压柱塞泵18出口引出2条支路，一条支路输送至井筒用于固井作业，另一条支路用于泄压、检查回流固井工艺。若井筒内有回流，井筒内高压液体通过高压管汇经过高压柱塞泵18回流至计量罐1内。
48.实施例1
49.一种固井泥浆调配装置的清洗方法，对上述固井泥浆调配装置进行清洗，包括以下步骤：
50.步骤1、开启第五阀门9、清水泵8、第四阀门7(或者开启第九阀门15、第二清水泵14、第六阀门10)、清水调节阀23
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1、第二十一阀门35、第一砂泵31、第十四阀门22、第二十二阀门37、第二砂泵38、十七阀门26、第三阀门6；计量水罐1内的水依次经过第一清水泵8或第二清水泵14、高能混合器23、混浆罐36、第一砂泵31或第二砂泵38进入高压柱塞泵18，最终回到计量水罐1，完成对整个固井管路的清洗；该清洗路径为“计量水罐1—第一清水泵8或第二清水泵14—高能混合器23—混浆罐36——第一砂泵31或第二砂泵38—高压柱塞泵18—计量水罐1”清洗完成后，关闭第三阀门6，通过柱塞泵18排除废液。
51.对局部管路进行清洗：
52.实施例2
53.步骤1、开启第二十阀门34、第一砂泵31、第十三阀门21，计量水罐1内的水依次经第二十阀门34、第一砂泵31、第十三阀门21、混合器23进入混浆罐36，通过第一砂泵31产生的带压高流速的清水，将管路、混合器23中结块的水泥浆带入混浆罐36内，对进行混合器23初次清洗；该清洗路径为“计量水罐1——第一砂泵31——高能混合器23——混浆罐36——第一砂泵31——排出口29”；
54.步骤2、清洗完成后，关闭第二十阀门34、第二十一阀门35，打开第十二阀门20，通
过出口管29排出废液。
55.步骤3、若混合器23结块较多，第一砂泵31不能彻底冲洗时，开启第五阀门9或第九阀门15、第一清水泵8或第二清水泵14、第四阀门7或第六阀门10、清水调节阀23
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1，对混合器23进行再次清洗，并通过第十二阀门20、出口管29排出废液。该清洗路径为“计量水罐1—第一清水泵8或第二清水泵14—高能混合器23—混浆罐36—第一砂泵31—排出口29”。
56.实施例3
57.步骤1、开启第二十阀门34、第一砂泵31、第十二阀门20、密度计28，对密度计28进行清洗，当密度计28显示读数且数值稳定时，说明密度计28清洗干净无堵塞；该清洗路径为“计量水罐1——第一砂泵31——密度计28——排水口29”。并通过出口管29排出废液，然后关闭第二十阀门34、第一砂泵31；
58.步骤2、结块的水泥浆可能残留在密度计28的通道内，致使密度计28的通道变窄，通道内的水泥浆的流量波动变大，显示读数异常；则开启第五阀门9或第九阀门15、第一清水泵8或第二清水泵14、第四阀门7或第六阀门10、第十八阀门27，再次对密度计28进行清洗，并通过出口管29排出废液；该清洗路径为“计量水罐1——第一清水泵8或第二清水泵14—密度计28—排水口29”。由于第一清水泵8/第二清水泵14工作压力高于第一砂泵31，所以可以冲洗第一砂泵31所不能清除的残留。
59.实施例4
60.步骤1、开启第十蝶阀17、第三蝶阀6，对高压柱塞泵18进行多次循环清洗；
61.步骤2、清洗完成后，关闭第三阀门6，通过柱塞泵18排除废液。
62.通过以上方式，本发明一种固井泥浆调配装置，清水泵与砂泵均采用双泵设置，若其中一个泵出现故障，迅速启动另一个泵继续工作，保证固井作业持续进行，降低固井作业风险，避免事故发生；设置密度计，能精确控制固井泥浆的密度，进一步提高固井效果。本发明一种固井泥浆调配装置的调配方法，能实现固井泥浆的自动化调配，提高固井泥浆调配效率。本发明一种固井泥浆调配装置的清洗方法，利用清水泵工作产生的压力高于砂泵，首先使用砂泵对密度计、高能混合器进行初步清洗，然后使用清水泵对密度计和高能混合器再次彻底清洗，提高清洗效果；管汇中局部关键设备(如密度计，高能混合器，高压柱塞泵)的清洗，采用计量水罐内的清水直接清洗。避免循环污水导致设备清洗不彻底，清洗耗时长，耗水量大的缺点。提高了作业管汇的清洗效率，延长了设备的使用寿命。