0 引 言
电动脱气器是气测录井准确发现和评价油气藏的重要装置,用于对钻井液中的气体组分进行脱气取样,通过检测发现钻探井地层的油气显示[1 ,2 ,3 ,4 ,5 ] 。常规电动脱气器结构简单,钻井液液面高低变化会影响到气测录井的显示值。由于常规电动脱气器固定安装在钻井液槽上,其高度的调整是通过人工手动调节完成的,如果调节不及时,会导致钻井液淹没电机,更可能导致电动脱气器电机的损坏[6 ,7 ] 。为解决常规电动脱气器无法自动调节高度的难题,通过对常规电动脱气器的试验研究,成功研制在线式自动升降电动脱气器。该自动升降电动脱气器采用配重块组和浮筒实现脱气器高度的自动调节,可根据钻井液液面的变化,实现电动脱气器的自动升降,且操作简单。该自动升降电动脱气器的相关技术已获得国家专利。
1 自动升降电动脱气器设计与实现
1.1 设计思路
自动升降电动脱气器是在配重箱里配置一个与电动脱气器同等质量的固定配重块,当钻井液槽中液面变化时,电动脱气器的浮子也会随之变化,依据现场钻井液密度不同配置相应的配重块,可使电动脱气器壳体始终保持在钻井液槽内最佳位置浮动[8 ,9 ,10 ] ,从而实现电动脱气器的高度自动调节(图1 )。
1.2 设计实现
自动升降电动脱气器包括脱气集气组件、安装支架、牵引组件、浮子和支撑框架四部分。
1.2.1 脱气集气组件
脱气集气组件置于支撑框架内且位于浮子的上端,可收集气体,并具备辅助搅拌叶片均匀搅拌钻井液脱气等作用。脱气集气组件包括隔爆型三相异步电机、搅拌组件、脱气集气壳体。电机安装在脱气集气壳体的上方,搅拌轴与电机轴采用法兰连接,同心度好、易拆装,其转轴向下伸至脱气集气壳体的内部;搅拌组件安装在转轴的下端,由电机带动搅拌叶片高速旋转,破碎钻井液脱气。脱气集气壳体上设有钻井液进口和出口,其分别位于脱气集气壳体的底部和侧部,口径大且具有防冻功能[11 ,12 ] 。隔爆电机采用380 V,50 Hz供电电源,防爆等级为ExdⅡBT4。
1.2.2 安装支架
架设在钻井液槽上的安装支架用来固定自动升降电动脱气器。浮子与支撑框架的下端相连接,安装支架上还设有辊轮和定滑轮,由聚己内酰胺材料制成,定滑轮用轴承固定在安装支架的顶部,所用轴承为双面防尘盖深沟球轴承。在支撑框架的上端设有用来与牵引件相连接的吊扣[13 ] 。
1.2.3 牵引组件
牵引组件包括固定件、牵引件和配重件各两个。固定件(定滑轮)设置在安装支架的顶部;两个牵引件(钢丝绳)的一端均与支撑框架的上端相连接,分别向上绕过两个定滑轮,另一端均与配重件相连接,钢丝绳在起重设备中使用非常广泛,因其具有诸多优点,所以钢丝绳是一种非常好的选择[14 ] ;配重件为配重块组,包括固定配重块和可调配重块。
1.2.4 浮子和支撑框架
支撑框架的纵向框架柱处于辊轮外缘的凹槽内并可上下移动。浮子为不锈钢空心桶,其横截面积大于脱气集气壳体的横截面积。浮子的体积取决于钻井液的密度,钻井液密度不同,浮子所受到的浮力亦不同。大小合适的浮力可以保证集气组件上下移动的灵敏性,因此浮子体积大小尤其重要,一般由试验确定后不再改变(图2 )。
浮子体积选定后,可按照下述公式确定配重块质量与个数。
(1)液体排出体积:
V 排 =V 大 -V 小 =π(R 2 -r 2 )h (1)
式中:V 排 为液体排出体积;R 为浮子的半径;r 为脱气桶的半径;h 为脱气桶浸没液体的高度。
(2)据阿基米德原理浮力计算:
F 浮 =ρ 液 V 排 g =π(R 2 -r 2 )ρ 液 gh (2)
式中:F 浮 为脱气桶所受浮力;ρ 液 为现场使用的钻井液密度;g 为重力加速度。
(3)当脱气桶正常工作,要求液面在脱气桶一半高度处,此时实际浮力F 实际 为:
F 实际 =0.5F 浮 =0.5π(R 2 -r 2 )ρ 液 hg (3)
(4)可调配重块设定:根据钻井液密度不同,放置不同的配重块使之平衡,这样可保持脱气筒体放入钻井液的深度,同时也可使搅拌叶片处于钻井液中的最佳位置工作。
∑ i = 1 n Ni mi =M -0.5π(R 2 -r 2 )ρ 液 hg (4)
式中:Ni 为每种配重块个数;mi 为配重块质量,规格可选择1000 g、500 g、200 g、100 g等;M 为自动升降电动脱气器结构的质量。
M 、R 、r 、h 取值据设计条件固定不变,Ni 和mi 的选取随ρ 液 的变化而调整。
2 现场应用
样机在水槽中反复进行升降实验,直至满足设计要求,之后在大庆XX井进行了现场实验。
安装好自动升降电动脱气器,接通电源,调试配重块组比例;持续运行,自动升降电动脱气器随钻井液位升降而变化,集气室位于有效的脱气范围内,设备运行稳定。图3 为常规电动脱气器和自动升降电动脱气器进目的层段后气测值对比结果,图4 为常规电动脱气器和自动升降电动脱气器单根后效气测值对比结果。由实测结果可以看出,自动升降电动脱气器测定的气测值与常规电动脱气器测定的气测值吻合很好。
图3 常规和自动升降电动脱气器进目的层段气测值对比
3 结束语
与常规的电动脱气器相比,自动升降电动脱气器结构简单,操作方便,灵敏度高,脱气效率稳定,维修率低,可避免钻井液淹没电机,减少了电机损坏的几率,节约了成本;同时自动调节电机高度,减少了作业人员的劳动强度,降低了安全风险,且提高了资料的准确率,为油气显示发现提供了可靠的设备保障。该自动升降电动脱气器有利于提高录井资料质量,节省了人工成本和设备成本,适合现场使用。
The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献
文献选项
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1
1996
... 脱气集气组件置于支撑框架内且位于浮子的上端,可收集气体,并具备辅助搅拌叶片均匀搅拌钻井液脱气等作用.脱气集气组件包括隔爆型三相异步电机、搅拌组件、脱气集气壳体.电机安装在脱气集气壳体的上方,搅拌轴与电机轴采用法兰连接,同心度好、易拆装,其转轴向下伸至脱气集气壳体的内部;搅拌组件安装在转轴的下端,由电机带动搅拌叶片高速旋转,破碎钻井液脱气.脱气集气壳体上设有钻井液进口和出口,其分别位于脱气集气壳体的底部和侧部,口径大且具有防冻功能[11 ,12 ] .隔爆电机采用380 V,50 Hz供电电源,防爆等级为ExdⅡBT4. ...
气动脱气器工作原理及优点
1
1996
... 脱气集气组件置于支撑框架内且位于浮子的上端,可收集气体,并具备辅助搅拌叶片均匀搅拌钻井液脱气等作用.脱气集气组件包括隔爆型三相异步电机、搅拌组件、脱气集气壳体.电机安装在脱气集气壳体的上方,搅拌轴与电机轴采用法兰连接,同心度好、易拆装,其转轴向下伸至脱气集气壳体的内部;搅拌组件安装在转轴的下端,由电机带动搅拌叶片高速旋转,破碎钻井液脱气.脱气集气壳体上设有钻井液进口和出口,其分别位于脱气集气壳体的底部和侧部,口径大且具有防冻功能[11 ,12 ] .隔爆电机采用380 V,50 Hz供电电源,防爆等级为ExdⅡBT4. ...
滑轮零件结构的改进和模具设计
1
2001
... 架设在钻井液槽上的安装支架用来固定自动升降电动脱气器.浮子与支撑框架的下端相连接,安装支架上还设有辊轮和定滑轮,由聚己内酰胺材料制成,定滑轮用轴承固定在安装支架的顶部,所用轴承为双面防尘盖深沟球轴承.在支撑框架的上端设有用来与牵引件相连接的吊扣[13 ] . ...
滑轮零件结构的改进和模具设计
1
2001
... 架设在钻井液槽上的安装支架用来固定自动升降电动脱气器.浮子与支撑框架的下端相连接,安装支架上还设有辊轮和定滑轮,由聚己内酰胺材料制成,定滑轮用轴承固定在安装支架的顶部,所用轴承为双面防尘盖深沟球轴承.在支撑框架的上端设有用来与牵引件相连接的吊扣[13 ] . ...
迪·泽弗林. 以钢丝绳试验研究成果为主要依据的钢丝绳计算与选用
1
1983
... 牵引组件包括固定件、牵引件和配重件各两个.固定件(定滑轮)设置在安装支架的顶部;两个牵引件(钢丝绳)的一端均与支撑框架的上端相连接,分别向上绕过两个定滑轮,另一端均与配重件相连接,钢丝绳在起重设备中使用非常广泛,因其具有诸多优点,所以钢丝绳是一种非常好的选择[14 ] ;配重件为配重块组,包括固定配重块和可调配重块. ...
迪·泽弗林. 以钢丝绳试验研究成果为主要依据的钢丝绳计算与选用
1
1983
... 牵引组件包括固定件、牵引件和配重件各两个.固定件(定滑轮)设置在安装支架的顶部;两个牵引件(钢丝绳)的一端均与支撑框架的上端相连接,分别向上绕过两个定滑轮,另一端均与配重件相连接,钢丝绳在起重设备中使用非常广泛,因其具有诸多优点,所以钢丝绳是一种非常好的选择[14 ] ;配重件为配重块组,包括固定配重块和可调配重块. ...
, 陈文生
