隨著石油勘探開發(fā)工作的發(fā)展，鉆井深度不斷增加，鉆遇地層日益復雜，特別是近幾年國內外新型鉆井技術的發(fā)展（如深井、超深井、水平井、欠平衡鉆井技術等），對鉆井液凈化與固控提出了更嚴格的要求。目前，我國現有的鉆井液固控系統(tǒng)主要由鉆井液振動篩、除砂器、除泥器、鉆井液離心機等組成的三級或四級凈化系統(tǒng)，其總重量達50t，總電力消耗接近300kW。隨著鉆井工藝技術的不斷進步，現有鉆井液固控系統(tǒng)已經不能很好地滿足現代鉆井技術發(fā)展的需要，也無法滿足競爭日益激烈的國際鉆井市場的需求，研制新的固控設備、組建新的固控系統(tǒng)十分必要。筆者探討固控設備技術現狀及新型固控系統(tǒng)研發(fā)，希望對國內相關設備的研發(fā)和創(chuàng)新具有借鑒作用[1]。
1系統(tǒng)技術現狀
1.1國外
目前，國外固控系統(tǒng)的理論和設備研究水平較高，有的廠家可以根據室內分析數據與計算機計算結果，改變固控流程，指導鉆井液處理，并可以通過計算機自動定量控制各種固控設備。
在固控設備技術領域，英國ThomasBroadbent&Son’sLtd.公司及美國Derrick公司、Brandt公司和SWACO公司是比較有代表性的司。英國Broadbent公司的鉆井液固控系統(tǒng)是5臺雙層雙聯(lián)直線鉆井液振動篩（上層為8~80目篩網，下層150目以上篩網目）與1臺變頻調速大處理量鉆井液離心機（滾筒直徑508mm）組合而成。美國SWACO公司新型鉆井液固控系統(tǒng)包括4臺鉆井液振動篩、1臺真空除氣器、1臺鉆井液清潔器、2臺鉆井液離心機（1臺中速鉆井液離心機、1臺高速鉆井液離心機等。美國Brandt公司的成套固控系統(tǒng)包括2臺ATL-CS細目直線鉆井液振動篩、1臺ATL-DRYER-16/2干燥機、1DG10除氣器、2臺HS-3400型鉆井液離心機，可處理加重或非加重鉆井液。Derrick公司推出的固控系統(tǒng)包括鉆井液分配器、4~5臺超細目直線鉆井液振動篩、1臺除氣器、2臺鉆井液離心機。
可以看出，國外固控系統(tǒng)已經發(fā)展為以鉆井液振動篩為核心的兩級系統(tǒng)，即多臺細目或超細目直線鉆井液振動篩與中高速大排量鉆井液離心機組合而成，且已非常成熟，取代了傳統(tǒng)的耗能高、系統(tǒng)可靠性低、維護保養(yǎng)工作量大的多級固控系統(tǒng)。
1.2國內
國內固控系統(tǒng)大多是在引進國外技術的基礎上進行國產化，使之適合我國鉆井工藝的需要。各油田又根據地區(qū)性特點推出各具特色的固控系統(tǒng)，我國當前主要以NG4型固控系統(tǒng)為主，該系統(tǒng)主要由鉆井液振動篩、除砂器、除泥器和鉆井液離心機等組成，可以將鉆井液中的固相含量控制5%~8%。目前，這種三級或四級固控系統(tǒng)普遍存在以下問題。
（1）公稱直徑200~300mm旋流除砂器只能達到80~120目篩網的篩分效果，公稱直徑120~125mm旋流除泥器也只能達到100~200目篩網的篩分效果。同時，由于細目篩網易破損，大多數采用低目數篩網，鉆井液中占固相顆粒80%的細顆粒不能被高效清除，鉆井液凈化效果大大降低，固相含量高，影響后續(xù)設備或高端儀器的使用。
（2）砂泵給鉆井液施加的壓力以及旋流器內部的摩擦導致巖屑更加細化，將其清除更加困難。
（3）砂泵能耗高，排量200m3/h的砂泵電機功率在55~75kW，如果同時使用除砂器和除泥器，耗能大于100kW。此外，砂泵軸的密封件易損壞，導致漏失鉆井液，且設備管理維修不便。
（4）隨著鉆井工藝技術的發(fā)展，現有多級固控系統(tǒng)不能很好地滿足諸如水平井、欠平衡井、大位移井、深井和超深井等復雜結構井、特殊工藝井等新型鉆井工藝的需要。
（5）固控系統(tǒng)中的易損件壽命較短，頻繁更換，不僅使得鉆井成本增加，而且大大影響鉆井施工的連續(xù)順利進行，特別是鉆井液振動篩篩網、旋流器篩網、砂泵軸封等易損件，與國外相比仍有較大差距。
（6）固控設備加工質量差，可靠性不高，固控系統(tǒng)產品沒有形成系列化、標準化，科研設計能力尤其是理論研究仍落后于國外。
2新型固控設備
2.1 新型直線鉆井液振動篩
鉆井液振動篩是由井口返出鉆井液的第一級常規(guī)固控設備，也是目前唯一能全流量處理、耗能最低的固液分離設備。目前，大多數國產鉆井液振動篩的缺點是：振型不合理，影響鉆井液振動篩整機性能，特別是處理量、篩網壽命和過濾精度，不能滿足新型鉆井工藝技術的發(fā)展要求；篩網壽命較短，更換不方便，不能滿足連續(xù)鉆進的工藝要求；透篩能力不強，易發(fā)生“糊篩”和“跑鉆井液”的現象，且篩網目數不高，導致許多細小固相顆粒仍然存在于鉆井液循環(huán)系統(tǒng)中；鉆井液振動篩隔振裝置采用金屬螺旋彈簧隔振，隔振效果不好，整機噪音大，工作不平穩(wěn)；調節(jié)和適應性能差，鉆井液振動篩篩箱坡角和激振力不能根據鉆井工藝的實際要求進行調節(jié)；開機、停機共振時間較長，對整機損害較大，尤其是對隔振系統(tǒng)易損件的影響較大；在我國出國施工的鉆機招投標時，國產鉆井液振動篩性能無法得到國外承包商的認可，不得已采用進口鉆井液振動篩，但其價格高，配件供應不及時，服務不到位，甚至影響到國外市場的進一步發(fā)展。據此，利用我國鉆井液鉆井液振動篩理論研究優(yōu)勢，研制開發(fā)先進的國產鉆井液鉆井液振動篩，特別是研制符合現代鉆井工藝、有著較高可靠性和較強處理能力的線性鉆井液振動篩就顯得尤為迫切和重要。
鉆井液固相控制技術是保證正常鉆井工藝技術實施的關鍵，已成為直接影響安全、優(yōu)質、快速鉆井和保護油氣層的重要因素，是實現現代化鉆井的重要手段之一。
