圆底泥浆循环罐的结构设计与应用

圆底泥浆循环罐的结构设计与应用

严少东

重庆越创石油钻采工程有限公司 400021

摘要：文章主要是对圆底结构和底面坡度设计进行了分析，在此基础上讲解了泥浆循环技术的主要内容，最后探讨了其实际应用效果。

关键字：泥浆循环罐；泥浆；沉沙；结构

1、前言

泥浆循环罐是泥浆的重要载体，其的设计会直接影响到泥浆的质量和圆底沉沙的数量，在其中有着十分重要的作用，而圆底罐设计结构能够有效解决到沉沙从各标段的支撑点，且可以减少到沉沙的支撑力，解决其中存在的沉沙问题。

2. 圆底结构设计

方罐的罐底和罐壁为平面，在搅拌器搅动泥浆运动力与罐壁形成垂直的反作用力。这时泥浆的运动方向就变为底面与罐壁交接线的方向，最终泥浆固相在死角失去运动力而逐渐堆积形成沉沙。圆底罐实际为半圆弧状罐底，在搅拌器搅动泥浆运动力与圆弧状罐壁形成运动曲线，泥浆固相没有反作用力的支撑和死角聚集，只能跟随泥浆运动。圆弧底用8mm的Q235钢板一次性卷板成型，抗变形能力强。底面没有焊缝，降低漏失风险。

3、底面坡度设计

圆底罐的底面近似一个长方形面，虽然泥浆一直保持运动，但是密度高的部分始终在下部，一旦有立足点就会日积月累形成沉沙。底面设计一个坡度，让泥浆固相在底面失稳，在泥浆运动过程中，固相始终找不到一个平缓的区域立足，只能随波逐流，保持罐底不沉淀。

4、泥浆泵吸入口设计

将泥浆泵吸入口设计在坡度罐底的低点，保证密度较高的部分先备泥浆泵抽走，通过循环后泥浆固相在一二级净化设备分离。根据流体力学原理吸入口采用喇叭口的设计，使泥浆泵抽吸力增大，上水效率升高。同时避免空气吸入，增加罐底泥浆的运动能力，进一步使泥浆固相失稳。

5. 泥浆循环技术

在实际石油钻井的过程中，泥浆循环及时主要归结为两个类型：其一，正循环。其具体的执行步骤为：泥浆材料与水比例混合-孔底钻头-触及钻探平台-选择筛子-泥浆流回-清除岩削。其二，局部反循环，局部反循环是解决套管和孔壁之间间隙问题的重要途径。一般来讲，其具体的执行步骤为：抽砂筒冲击-泥浆进入孔底-形成泥皮保护孔壁。在采用泥浆循环技术过程中需要注意的问题严格来讲，在处钻井泥浆配比过程中，一样需要注意很多方面的工作，其主要涉及到以下几个环节：其一，坚持依照土壤的特性来进行地层配比工作，对于粘性比较多的要用小的配比，对于砂层比较厚的应该使用大的配比，以实现孔壁挂浆量的稳定。其二，处理好套管漏浆引起的返浆率低的问题，由于套管很容易受到拍动的影响，有可能出现漏浆的情况。对于这样的问题我们应该积极采取粘土套管的方式去实现套管和地层密封处理，合理处理好高三通上部的高度，并做好回水管直径的选择，以保证在此方面不会出现各种问题；其三，处理好因为地层漏浆引起的返浆率过低的问题。在实际运行的过程中，部分松散砂层会被水流带走部分泥浆，将使得泥浆的密度减低，难以满足工程的需求。此时我们应该采取各种措施去实现泥浆浓度的控制：孔底投掷泥浆球；设置二层管护壁或者水泥浆护壁等。

6、主要内容

6.1、主要部件

研制的泥浆循环罐用管帽冲压成型装置结构，分为两部分。一部分为上模总成，一部分为下模总成。上模总成与压力机压力端连接，采用法兰式结构，安装简单快速。下模总成与压力机底座连接，采用定位装置。安装找正方便。上模总成采用35CrMo材质，使用数控车床加工而成。表面采用淬火工艺，提高表面硬度。上模连接板为钢板加工而成，采用螺栓连接，下模总成采用铸钢材料，四周用筋板加固，中间设计手孔，安装方便。生产中最重要的工作环节是薄钢板弯曲件冲压成型。（当材料厚度在10mm以下，塑性比较好，而且弯曲圆角半径不大时，可以改变凸模结构，使校正力集中在弯曲变形区，加大变形区应力应变状态的改变程度（迫使材料内外侧同为切向压应力、切向拉应变）。从而使内外侧回弹趋势相互抵消。在弯曲过程完成后，利用模具的突肩在弯曲件的端部纵向加压，使弯曲变形区横断面上都受到压应力，卸载时工件内外侧的回弹趋势相反，使回弹大为降低。利用这种方法可获得较精确的弯边尺寸，但对毛坯精度要求较高。对一些硬材料和已经冷作硬化的材料，弯曲前先进行退火处理，降低其硬度以减少弯曲时的回弹，待弯曲后再淬硬。在条件允许的情况下，甚至可使用加热弯曲。弯曲前，材料侧面线条均为直线，组成大小一致的正方形小格，纵向网格线长度aa=bb。弯曲后，通过观察网格形状的变化，可以看出弯曲变形具有以下特点：①弯曲圆角部分是弯曲变形的主要区域；②弯曲变形区内的中性层长度不变，其内侧长度缩短，外侧增长；③变形区材料产生厚度变薄的现象；④变形区横断面形成外窄内宽扇形变形；

6.2、冲压变形分析及质量控制

冲压件的形状、外形尺寸必须符合冲压件图样和技术要求规定，不能存在裂纹、擦伤、划痕、起皱、回弹、破裂、凹陷等表面质量缺陷，不能产生不可控制的变薄或变形圆角区。生产过程中，冲压完成后一般都严格检验，如果外形质量缺陷超过了允许的数值，不仅会给产品电阻焊加工、热处理、装配成型以及涂装等工序造成很大困难，而且还会占用很多生产时间、浪费原材料、增加生产成本、降低产品质量，甚至导致产品报废。结合我厂现状提高冲压工人员技术水平，设计的相应工装，改进冲压工艺程序，制定一套完善的板材冲压成型工艺规范，使钢板冲压成型质量达到依据中的相应规定，成型后质量缺陷率降低到3%以下，使板材冲压成型初次交检合格率由86%提高到97%。同时也改善后续电阻焊接和整体组装工作的难度，提高产品总体质量。在实际生产中，管帽冲压工艺成型过程所出现的弯曲回弹变形缺陷，从外观上看呈现为两种形式：一是弯曲半径的改变，由回弹前弯曲半径r1变为回弹后的r2；二是弯曲角度的改变，由回弹前弯曲中心角度α（凸模的中心角度）变为回弹后的工件实际中心角度α′。

7、应用效果

圆底泥浆罐设计成功后在新疆油田钻井得到应用与推广，目前应用于克拉玛依钻井公司70215钻井队等5部钻机。以前常用的方罐在完井时每支钻井队需要6人24h，才能清理完罐底沉沙，折合人工工资每人8h、300元计算：6伊300伊24/8=5400元。钻井工期节约2d计算，如每部ZJ70钻机每天费用为60000元，节约工期费用120000元。

8、结束语

由上可知，在钻井装备中应用原地泥浆罐能够有效解决到石油钻井队泥浆循环罐中存在的沉沙问题，且可以有效的降低到工人的工作降低，提升到企业的经济效益，为此企业的发展奠定良好的基础。

参考文献

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