(中石化华北石油工程有限公司五普钻井分公司 河南 新乡 453700)

引言

根据当前的技术发展，可以有以下两个选择，采用四相分离器或者采用逐级分离的独立的模块对不同相进行分离。

一、四相分离器的组成、原理

(一)组成

在研的WS1.6-6-1.5/1型钻井用卧式油、气、液、固体四相分离器,设计目标是为下一步复杂欠平衡钻井工艺提供技术支撑。该型钻井用四相分离器区别于油气井地面测试用三相分离器和油田采输用的四相分离器。与后两者相比,前者不仅是简单的改变体积和管道布局,而是针对其应用需要设计了许多特殊功能。该分离器由取样器、漩流分离筒、油水分离隔板、油水分离堰板、喷淋管线、排液/排油泵管组、排气管线、固相输出管道以及清砂机构组成。

(二)工作原理

对于油、水、固、气四相的分离均采用离心原理，并在气液分离时采用化学消泡剂，油水分离时配合化学药剂和其它化学药剂进行萃取分离。

二、组合式分离

组合式分离采用的是逐步分离的方法：首先应当把从井口返出的钻井液排到一个承压能力相对比较高的密闭容器里。因为在用的四相分离器工作的时的负荷压力比较小(1.5mp)，而且四相分离器在处理返出钻井液的时候都是井口装置直接连接到四相分离器上。而且钻井液排量随时变化，这样就不能保证四相分离器的工作效率，这样会存在很大的安全隐患。因为，一旦压力增大，不但对井身安全造成威胁，而且对四相分离器也造成了威胁。所以，笔者认为在井口与四相分离器之间建立一个缓冲容器是非常有必要的。这个缓冲容器能够承受比较大的压力变化窗口，再者这个缓冲容器也可以对形成负压环境(真空)，对钻井液中的气体做一次脱气处理。这样，即使在钻井工程当中发生溢流、漏失等复杂情况的时候也不会损坏四相分离器的某些器件。

(一)分离系统流程方案一

采用二级分离，一级分离器采用被动式旋流+重力斜板沉降，二级分离器采用主动旋流方式。

(二)分离系统方案二

与方案一的差别在于二级分离器的流体进口位置，这主要是二级离心分离器的结构要求。

(三)气液分离器方案

气液分离作为四相分离器的分离设计重点。因为，H2S有剧毒性、酸性和腐蚀性，所以此级分离也将成为分离器分离的核心部件。

1.一级气液分离方案

一级分离器有上下两个入口，可适用于不同含气量的情况。当钻井液含气量高时，关闭下入口，让钻井液只从上入口进入。当仅含少量小气泡时，开启下面阀门，钻井液由下入口进入。钻井液出口有两个，即侧面出口和底部出口，底部出口主要用于排出岩削和少部分钻井液，而大部分泥浆从侧面出口排出并导入二级分离器。分离器底部为锥形,以防止固相在分离器内沉积。

该方案主要利用环空上返流体的能量，使流体强旋，以提高分离效果,其余与一级分离器方案一相同。

2.二级气液分离

气侵钻井液经过一级气液分离器以后,分离出大宗气体和大气泡，同时固相岩屑由重力式分离器的底部出口排出,避免进入二级分离器。离心式分离器作为二级分离设备，主要处理弥散在钻井液中的小气泡。根据不同分离系统方案，提出以下三种离心分离器设计方案。

①叶轮式离心分离器。叶轮式离心分离器，底部进液，上方出液，上部用挡板隔成气腔，可满足分离系统一对二级分离器结构的要求。分离器顶部装有电机，通过减速器驱动空心轴，从而带动叶轮高速旋转。当钻井液从底部流入壳体的环形空间后，叶轮随空心轴旋转时，使钻并液继续作圆周运动,从而形成一个离心力场，加速度一般在20～40g之间。钻井液内的小气泡在离心力作用下向轴心方向运动,通过轴上开口进入轴的空心流道并在气腔聚集。

②转筒式离心分离器方案。上方进液，底部排液，可满足分离系统二对二级分离器结构的要求。分离器顶部装有电机,通过减速器驱动空心轴，带动转筒旋转。进入分离器的钻井液由于自重落到高速旋转的转筒上端面时，被甩向四周，在壳体内壁形成钻井液紊流薄壁并螺旋向下流动，最后经排液口流出。在钻井液薄层内已形成很强的离心力场，气泡在离心力作用下迅速向轴心方向运动，由转筒侧面上的小孔进入转筒，并进入轴内的空心流道，经排气口流出。

③旋流分离器。该种分离器属于被动式离心分离器，可运用在系统方案三中。通过砂泵增压的钻井液从进液口流入螺旋流道，在流道的束约下高速旋转，产生巨大离心力，从而实现气液分离。分离出来的气体通过空心轴由排气口排出。

三、钻屑和处理后钻井液的排出处理

处理后的钻井液可以通过管汇存储在密闭的泥浆罐里。在泥浆罐顶部可以设置一个阀门和一个检测器，当钻井液达到某个高度的时候关闭阀门，让钻井液流入另外一个泥浆罐。进而进一步使用，因为经过处理后的泥浆的气相和固相含量已经经过处理。

因为已经有了第一步的除气处理，残留的气体含量已经大幅度降低，所以钻屑可以在密闭环境下在经过振动筛后可用粉碎机粉碎成比较小的固相颗粒(小的固相颗粒可以保证压实后的岩屑小的孔隙度)，然后压实通在密闭条件下排出。

这种方案采取在压实条件下用钻头钻取来排出岩屑。压实后岩屑的孔隙度大幅度降低，其携带硫化氢的量将大幅度减少，这为进一步处理岩屑提供安全保障。

四、结束语

1.钻井用四相分离器可以在产油地层钻井作业、欠平衡作业以及封闭式欠平衡作业中发挥重要作用。

2.待其开发应用进入成熟阶段后,通过进一步改进结构,钻井用四相分离器具有扩展为物理除泡设备的潜力。

3.钻井用四相分离器的开发和应用对进一步发展欠平衡以及其它相关特色技术有着至关重要的影响。而真正的核心技术是买不来的,只有通过科技创新,拥有自主的知识产权的产品,才能提高我们竞争力,跟上世界钻井技术的步伐。

4.采用钻井用四相分离器能有力的支持我国对于含硫底层采取欠平衡技术进行开采，无论是从节约成本、保护储层、提高油气产量等方面都有重要的意义。