邢波文 陈学辉 王永笑 何磊 申超

【摘 要】海上钻井平台使用多个泥浆罐，用于配置各密度、粘度及其他性能的钻井液，搅拌器是配置各密度及其他性能钻井液的必需设备，使液体介质强迫对流并均匀混合的器件，起到了低粘度液体的混合以及固体微粒的溶解和悬浮作用。平台采用了低功率的单桨式搅拌器，经过长时间使用后，发现低功率的单桨式搅拌器效率较低，泥浆罐固相沉淀较多。经过计算，我们根据现场空间和实际情况提出了改进方案：将现有搅拌器更换为功率最小为20HP的双叶轮搅拌器，并加设导流板装置。

【关键词】搅拌器;钻井液;导流板装置

一、背景介绍

本次优化改进方案是基于海上作业的胜利七号钻井平台，其泥浆罐单桨式搅拌器工作效率值偏低的情况而施行的。

胜利七号钻井平台是胜利海洋钻井公司于1997年4月18日从新加坡引进的一艘由法国CFEM公司于1980年8月制造的自升式海上移动钻井平台，同年10月6日取得中国船级社颁发的《临时海上移动平台入级证书》。整个平台为单箱型结构，长44米，宽32.3米，型深5.2米，平台空载自重2985吨。平台为三桩电驱动自升式钻井平台，桩腿长70米，外径3.00米，作业气隙7米，桩靴为方形5.8×5.8米。平台设计作业水深30米，最大钻探能力4500米，槽口式结构，能够满足6口井井组的钻井施工，泥浆舱容量为185m3。

二、胜利七号钻井平台3#泥浆罐搅拌器使用情况说明

（一）泥浆罐、搅拌器简介

（1）3#泥浆罐长6米、宽4.5米、高1.8米，只安装有一个搅拌器。

（2）搅拌器电机功率为11kW，叶轮转速：71r/min，叶轮长0.3米、宽0.15米，叶轮工作半径为0.9米，叶轮距离泥浆罐底部0.6米。

（二）存在问题

（1）在泥浆配置、循环过程中泥浆罐中固相颗粒沉淀较多;

（2）泥浆罐底部没有导流板，罐底四周容易积压固相颗粒。

三、搅拌器功率计算

（一）搅拌作业功率

搅拌器功率与完成搅拌所要求的功率不同。尤其对于钻井过程中钻井液的搅拌，尚无专业的理论分析予以支持，因此，对搅拌器功率的计算均较为粗略。

为此，诸多资料给出了针对固控系统中搅拌器选用功率的一些使用经验。本文将采用单位体积平均功率的方法对搅拌器的搅拌作业功率进行估算。

计算胜利七号平台3号泥浆罐的容积，估算为：5.95×4.45×1.2=31.773m3

搅拌作业功率的计算如下：

Pmin=31.773×0.264=8.39HP，式中液体单位平均搅拌功率Nv取下限值0.264。

（二）電动机额定功率

搅拌设备配置的电动机功率必须同时满足搅拌器运转及传动装置和密封系统功率损耗的要求，此外还要考虑在操作过程中出现的不利条件造成功率过大等因素。电动机额定功率可按下式确定：

式中，Pd-电动机功率

P′-搅拌作业功率，根据上文2.1，可知P′min=8.39HP

Ps-轴封装置的摩擦损失功率，此值可粗略估算，一般机械密封的功率损失可按照搅拌作业功率的5%来计算，即PSmin=P′min×5%=0.42H0.42HP，

η为传动装置的机械效率，根据工程经验，此处取值为0.75。算得：Pdmin=11.75HP

另外，考虑到搅拌器有长时间停滞再开启的情况，此时的钻井液固相沉积较为严重。为此需要对此添加安全系数n，根据现场使用经验，取 1.3。即电动机的最终功率P为：Pmin=n×Pdmin=15.28HP。

四、泥浆罐搅拌作业优化改进方案

将现有搅拌器更换为功率为20HP的双叶轮搅拌器，并加设导流板装置。

搅拌器电机功率达到20HP，可以提高叶轮的转动效率，使用双叶轮搅拌器，能够将钻井液与固相颗粒更高效的融合。导流板装置能够加强钻井液在泥浆罐中的旋流持续时间和效率，能够避免罐底四周积压固相颗粒。实际上该优化改造方案能够解决目前存在问题，导流板见附图。

【参考文献】

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