摘要 国内定向钻发展非常迅速，大量穿越废泥浆的处理日益引人关注，在市场发展和环保要求的作用下，穿越泥浆的固相分离与再利用是水平定向钻泥浆发展的必然趋势，文章叙述了国内水平定向钻穿越泥浆固相控制原理和方法、固相控制的现状以及固相控制系统的发展趋势。

　　关键词 水平定向钻 穿越 泥浆 固相控制系统 固相分离 再利用

　　自1986年我国从美国引进第一台水平定向钻机后，在随后的几年时间内，经过艰难的市场开发，人们逐渐认识了定向钻穿越施工的优点，并得到迅速发展，每年近300公里的石油天然气管道或电力电信电缆采用定向钻穿越铺设施工的，随之产生了大量废泥浆，废泥浆不加处理的排放，既造成环境污染又浪费了大量资源。因此，废泥浆的回收成为定向钻施工单位和一些泥浆固控研究生产单位关注的问题。在98年以前，我国的一些水平钻机主要配套进口的固控设备，如美国坎特龙，进口设备结构紧促，使用效果好，但价格昂贵，且配件购买难，制约了其发展；在市场作用下，国内一些生产油田用固控设备的厂家也开始研制用于定向穿越的固控设备。

　　在2002年国家重点工程西气东输工程中，环保是个敏感的话题，定向钻穿越泥浆回收是业主对施工的首要要求，因此定向钻施工单位纷纷购置泥浆固相控制设备，将废泥浆固相分离后再利用，取得了可观的经济效益，同时也促进的国内定向穿越泥浆固控系统的大发展。

　　1、定向穿越泥浆固控原理和常用方法所谓泥浆固相控制（通常简称固控）工艺就是对泥浆中的固体颗粒进行控制的原理和技术方法。通过固控技术以清除泥浆中的有害固体，保留有用固相，满足穿越工艺对泥浆性能的要求。定向穿越泥浆中的有害固相主要是指对设备磨损、影响泥浆流变性能的钻屑。

　　 1．1固液分离的基本原理固相分离遵循斯托克司定理，该定律阐明了球形小颗粒在液体中自由沉降的数学关系。 V=g(ρS-ρ)d2/18η 式中V??颗粒沉降速度，cm/s； d??颗粒直径，g/cm3 g??重力加速度，981cm/s2； η??液体粘度，cP ρS??颗粒密度，g/cm3； ρ??液体密度,g/cm3 上式即为Stokes定律，这一定律是分析沉淀池、水力旋流器和离心机等凡利用重力场进行分离的基本公式。

　　 1．2国内穿越泥浆固控的常用方法定向钻在国内乃至世界发展的时间不长，在钻孔和泥浆方面没有自己的完善体系，目前在很大程度上是将油田的工艺体系改进后吸收应用。在国内穿越泥浆的固相分离方法与油田有些类似，主要有稀释、沉淀和机械清除三种方法。

　　A、稀释：将穿越返出的泥浆回收到泥浆罐中，然后加入水、钠土和添加剂调配到穿越所需的泥浆性能，达到降低泥浆固含的目的。优点：方法简单，成本低；缺点：固相清除不彻底。

　　 B、沉淀：在穿越出、入土点各挖一个泥浆池或更多，将返浆导入池内，经过一定时间的自然沉降后，抽取上层液相进入泥浆循环，抛去底层的固相。优点：操作简单，成本低，能耗少；缺点：场地占用大，沉降分离速度慢，并且底层的固相难以清除。

　　 C、机械清除：就是采用固相控制系统分离固相的方法。所谓固控系统，是指振动筛、除砂器、除泥器、微型除泥器以及除砂清洁器、除泥清洁器、离心机和循环大罐等，即根据固相控制的要求，组成的一套系统。在大多数情况下以机械清除最有效、最经济。采用固相控制体系进行穿越泥浆回收是主要的、常用的方法。但在大型穿越施工中，经常在不知不觉也用到了前面的2种方法。

　　2、固相控制系统在水平定向钻穿越中的使用目前国内使用的泥浆固控回收系统由国产和进口各占半壁江山，进口的主要是小型的，随钻机进口时配套的；国产的主要是大型的，是根据用户需要配制的。无论是国产的还是进口的，系统的选择主要根据以下原则： ①、需要清除或抑制的颗粒类型和尺寸； ②、穿越需要维护的泥浆的质量； ③、钻机能力的大小、固相清除速率及循环速率。

　　定向穿越泥浆固控有3个基本系统： ①、固控系统一采用振动筛一级固控，主要用于小型或微型钻机，是进口小型钻机的配套配置，国内没有生产。该系统一般将混浆和回收合二为一，结构紧促，体积小，泥浆的回收处理量小于10m3/h,见图1。 ②、固控系统二采用二级固控，采用4in水力旋流器进行2级除泥除砂，振动筛多为双层，顶层目数较高，在200?250目，把顶层作为泥浆清洁器来处理除泥器的底流分出物，振动筛的底层作为一级粗筛。这套系统也只在进口设备上常见，如美国kem-tron公司生产的SALSA250、TANGO350等设备都是这种类型的产品，见图2。 ③、固控系统三是油田泥浆固控系统中常用工艺，国产穿越泥浆回收系统都是按这种方案配置的，如西安科迅钻采设备厂的产品；

　　国外大型钻机配套的固控系统也是采用三级固控，如坎特龙生产的大型设备，如TANGO500和TANGO1000都属于三级固控回收。在西气东输工程中，原管道一、二、三公司以及江汉油建都是配的西安科迅的产品，处理能力约90m3/h（泥浆粘度为80-100s时），其中原管道一公司在系统三的基础上增加第四级固控?离心机，现场实验效果良好，缺点：能耗大，总电力消耗接近150kw,见图3。

　　上面所介绍的是三个基本的固控系统，也是国内外在穿越时使用较多的系统。各穿越工程有自身的特点，除了上述三个原则外，还应考虑施工成本、环保的要求和规定等因素。因此，可根据实际情况进行调整和简化。

　　3、固相控制系统的发展趋势与展望 在管道大建设的年代，必然带动定向穿越的大发展，泥浆的回收是环保的必然趋势，这也将是定向穿越固控系统发展的良好时机。国产设备应一改过去不成不变的模式，产品要有多种型号，提高整体性能，减少固控级数，结构合理，安装、运输和操作方便。

　　A、振动筛是固控中的关键设备，①、超细目（150-200目）、长寿命；②单位面积处理量大，能防止跑浆现象；③可靠性高，仍将是振动筛的追求的目标； B、除砂器逐渐被超细目振动筛所代替，将节省整个系统的大量能耗； C、2in?4in除泥器将在一段时间内存在，但其底流清洁器已经被振动筛的上层细筛网（200-250目）替代； D、离心机将大放光芒，最终取代除砂和除泥器。当前，非常值得注意的动向是发展超细筛??离心机固控系统。这套系统不但取掉了除砂和除泥器，因而降低了能耗，简化了系统，提高了可靠性，而且对泥浆的粘度和固相含量的控制提供了强有力的手段。

　　参考文献 [1] 龚伟安 钻井液固相控制技术与设备 北京 石油工业出版社 1995 [2] Wheeler J.Device Keeps Mud Solids UnderTight Control.Drilling Contractor.1989