石油礦場(chǎng)機(jī)械11.

1、第十一章 鉆井液凈化設(shè)備王希堯王希堯2鉆井液凈化設(shè)備鉆井液凈化設(shè)備v 鉆井液的循環(huán)，是鉆井液經(jīng)鉆井泵加壓獲得水壓頭后，通過高壓管匯、水龍頭輸送到鉆桿內(nèi)腔，沿鉆桿內(nèi)腔流到地下，從鉆頭噴嘴噴射出來，將鉆頭在地層下破碎的巖屑沿鉆桿外的環(huán)形空間帶回地面，經(jīng)過振動(dòng)篩、除砂器、除泥器和離心機(jī)等凈化設(shè)備將鉆井液中的巖屑按從大到小的順序逐級(jí)分離得以凈化，凈化后的鉆井液流入鉆井液罐待鉆井泵吸取再循環(huán)。v 在此過程中隨鉆頭打鉆深度增加，地層疏松程度、氣體分布、巖石堅(jiān)硬狀況、等復(fù)雜的地層情況隨時(shí)發(fā)生變化，需要及時(shí)向鉆井液增加一些改變性能的材料（如堵漏劑、重晶石粉等），改變鉆井液的性能參數(shù)，積極應(yīng)對(duì)地層變化，保證鉆進(jìn)

2、的安全順利的進(jìn)行。v 所以，需要一套完整的設(shè)備和檢測(cè)儀器：如鉆井液罐、振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、除氣器、離心機(jī)、混合漏斗、離心泵、攪拌器、液位檢測(cè)儀、密度計(jì)、粘度計(jì)等，這些設(shè)備和儀器以一定的方式聯(lián)合使用，對(duì)循環(huán)中的鉆井液在地面的鉆井液罐上進(jìn)行凈化、化學(xué)藥劑材料的添加和檢測(cè)。v 良好的鉆井液凈化設(shè)備，可提高鉆井速度，保證井下安全，降低鉆井泵易損件消耗，改善工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低鉆井成本，并使下套管和電測(cè)暢通無(wú)阻。v 鉆井實(shí)踐表明，當(dāng)泥漿中固相顆粒減少1%時(shí)，鉆頭的壽命延長(zhǎng)710%，鉆速提高29%。3一、鉆井液凈化系統(tǒng)一、鉆井液凈化系統(tǒng)v 目前，常用的鉆井液凈化裝置有：兩級(jí)凈化和三級(jí)凈化處理系統(tǒng)。4凈化

3、系統(tǒng)的組成及功用凈化系統(tǒng)的組成及功用v 1、系統(tǒng)組成 循環(huán)罐； 泥漿4級(jí)凈化設(shè)備（振動(dòng)篩、除泥器、除沙器、離心分離機(jī)、除氣器）； 加重房及材料房； 管線及閥件等組成。v 2、 功用 實(shí)現(xiàn)泥漿的凈化、 循環(huán)、配料等。使泥漿中的含砂量降低到0.5%以下。567二、鉆井液振動(dòng)篩二、鉆井液振動(dòng)篩v 振動(dòng)篩是一種過濾性機(jī)械分離設(shè)備，它通過機(jī)械振動(dòng)和顆粒間的粘附作用，將大于網(wǎng)孔的固體和部分小于網(wǎng)孔的固體顆粒篩離出來。從井口返出來的鉆井液經(jīng)過振動(dòng)著的振動(dòng)篩篩網(wǎng)表面，固相從篩網(wǎng)尾部排出，含有小于網(wǎng)孔的固相顆粒的鉆井液透過篩網(wǎng)流入循環(huán)系統(tǒng)，從而完成較粗固相顆粒的分離作用。v 篩分機(jī)理 篩箱按照一定的頻率、一定的

4、傾角發(fā)生振動(dòng)，固相顆粒沿篩面向前做滑移或投擲運(yùn)動(dòng)，完成給料、輸送、篩分和冷卻等多種作用和功能v 五十年代以前，主要是用振動(dòng)篩來清除鉆井液中的固相。v 振動(dòng)篩具有最先、最快分離鉆井液中固相的特點(diǎn)，擔(dān)負(fù)著清除大量鉆屑的任務(wù)，如果振動(dòng)篩發(fā)生故障，其它固控設(shè)備（除砂器、除泥器和離心機(jī)等）會(huì)因?yàn)槌d而不能正常連續(xù)工作。因此，它是鉆井液固控的關(guān)鍵設(shè)備。8二、鉆井液振動(dòng)篩二、鉆井液振動(dòng)篩v 目前石油礦場(chǎng)使用的幾乎都是單軸慣性振動(dòng)篩，它由篩箱、篩網(wǎng)、隔振彈簧及激振器等組成。9二、鉆井液振動(dòng)篩二、鉆井液振動(dòng)篩v 石油礦場(chǎng)中使用的振動(dòng)篩多為多軸慣性振動(dòng)篩。鉆井液振動(dòng)篩中最易損壞的是篩網(wǎng)。v 振動(dòng)篩有：鋼絲篩網(wǎng)、塑

5、料篩網(wǎng)、帶孔篩板等。常用的是不銹鋼絲篩網(wǎng)。v 篩網(wǎng)以目表示其規(guī)格，目數(shù)即單位尺寸內(nèi)的網(wǎng)眼數(shù)。目數(shù)越大，表示網(wǎng)眼越小。v 在國(guó)標(biāo)中已不再使用“目數(shù)”作為基本規(guī)格，通稱“網(wǎng)孔基本尺寸”。10二、鉆井液振動(dòng)篩二、鉆井液振動(dòng)篩11 由于振動(dòng)篩由于振動(dòng)篩清除固相的能力清除固相的能力有限，到五十年有限，到五十年代中期，旋流分代中期，旋流分離器開始用于鉆離器開始用于鉆井液中的固相控井液中的固相控制。制。二、鉆井液振動(dòng)篩二、鉆井液振動(dòng)篩12二、鉆井液振動(dòng)篩二、鉆井液振動(dòng)篩v 到六十年代隨著鉆井工藝的發(fā)展，對(duì)固控的要求越來越到六十年代隨著鉆井工藝的發(fā)展，對(duì)固控的要求越來越高，因而又發(fā)展使用了除泥旋流器，離心機(jī)等

6、機(jī)械設(shè)備。高，因而又發(fā)展使用了除泥旋流器，離心機(jī)等機(jī)械設(shè)備。v 泥漿篩一般只能清除全部固相量的泥漿篩一般只能清除全部固相量的25左右，左右，74m以以下的細(xì)顆粒仍留在泥漿中，對(duì)鉆進(jìn)速度仍然影響較大。為下的細(xì)顆粒仍留在泥漿中，對(duì)鉆進(jìn)速度仍然影響較大。為了進(jìn)一步改善泥漿性能，了進(jìn)一步改善泥漿性能，般在泥漿振動(dòng)篩之后裝有水力般在泥漿振動(dòng)篩之后裝有水力旋流器，用以清除較小顆粒的固相。旋流器，用以清除較小顆粒的固相。 13三、水力旋流器三、水力旋流器水力旋流器水力旋流器 是泥漿固控系統(tǒng)中的除沙器、除泥器和微型旋流器的統(tǒng)稱。 鉆井液清潔器主要用來清除大于重晶石粒度的剩余鉆屑。加重鉆井液通過旋流器時(shí)，底流中

7、仍有大量重晶石，通過細(xì)篩網(wǎng)，重晶石重新回到循環(huán)罐內(nèi)。同時(shí)也有一些巖屑回到罐內(nèi)。當(dāng)加重鉆井液通過振動(dòng)篩、除砂器，除泥器和離心機(jī)后，清除的巖屑顆粒尺寸將依次減小。采用旋流器從加重鉆井液中清除無(wú)用固相的同時(shí)，在底流中也有相當(dāng)多的重晶石。旋流器底流下的細(xì)目篩，清除了大顆粒巖屑，而重晶石透過篩網(wǎng)又回到了循環(huán)罐內(nèi)。14三、水力旋流器三、水力旋流器v 除砂器和除泥器結(jié)構(gòu)和工作原理完全相同。v 錐筒內(nèi)徑為612英寸者，稱作除砂器，能清除大于70m和約50大于40m的細(xì)砂顆粒。v 錐筒內(nèi)徑為25英寸者，稱為除泥器，能清除40m和約50大于15m的泥質(zhì)顆粒。 v 所謂錐筒內(nèi)徑是指錐筒圓柱體部分的內(nèi)徑，亦稱工作內(nèi)徑

8、。15v 如圖所示，水力旋流器上如圖所示，水力旋流器上部呈圓柱蝸殼，下部呈錐部呈圓柱蝸殼，下部呈錐形殼，圓柱殼的側(cè)面，有形殼，圓柱殼的側(cè)面，有一切向鉆井液人口管，頂一切向鉆井液人口管，頂部裝有出口溢流管。圓錐部裝有出口溢流管。圓錐殼底部是排砂孔工分離出殼底部是排砂孔工分離出來的砂、泥以及少量的液來的砂、泥以及少量的液體由此排除。體由此排除。進(jìn) 口 管溢 流 口排 砂 口16v 離心沉淀原理是水力旋流器的基本工作原理。v 懸浮在鉆井液中的固相顆粒隨鉆井液在壓力作用下，從旋流器蝸殼進(jìn)液口（切向）高速流入圓柱蝸殼內(nèi)壁，高速旋轉(zhuǎn)的鉆井液繞錐筒中心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生極大的離心力。由于鉆井液的液體和固相顆粒存在著密

9、度差，使固相顆粒分離出來而靠近錐壁，并在重力作用下向錐筒底部旋流，從底流口排出，密度較小的鉆井液在旋流器中心高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)隨著固相顆粒沿錐筒壁下移至底部，錐筒底部壓力越大，旋流器中心的鉆井液不能從底部流出，在底部壓力作用下從頂部的溢流口流出。17v 水力旋流器分離出固相的粒徑愈小，則分離能力愈大，它與旋流器的尺寸、進(jìn)漿壓力、泥漿粘度及固相顆粒的分布有關(guān)。 v 由于泥漿中固相顆粒以高速撞擊旋流器內(nèi)壁，并沿內(nèi)壁快速旋轉(zhuǎn)下落，往往導(dǎo)致旋流器內(nèi)壁很快磨損、破壞。 v 水力旋流器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，廣泛用于液固、液液及液氣分離之中。18泥漿清潔器泥漿清潔器v 對(duì)深井和超深井，由于井下油氣壓力高，地層情況復(fù)雜，

10、常使用加重泥漿，即在泥漿中添加重晶石粉和化學(xué)藥劑等。此時(shí)，若仍用上述設(shè)備組成凈化系統(tǒng)，就會(huì)使大量重晶石粉或貴重液相白白地流失。因此，對(duì)于水基或油基加重泥漿，應(yīng)采用振動(dòng)篩泥漿清潔器離心機(jī)組成凈化系統(tǒng)，即鉆深井或超深井時(shí)，泥漿清潔器是凈化系統(tǒng)中的必備裝置。v 泥漿清潔器由旋流器和振動(dòng)篩組合而成，上部是45英寸的水力旋流器，下部是150200目的振動(dòng)篩。v 泥漿自井口中返出，經(jīng)雙層振動(dòng)篩(上層40目，下層60目)處理后流入泥漿罐，再由砂泵從罐中泵入清潔器。 清潔器將泥漿中74105m的固相顆粒清除掉，而液相及小于74m的固相(包括260m的重晶石粉) 則返回到泥漿中。 因此，清潔器一般只用在加重泥漿

11、系統(tǒng)中。用途是清除比重晶石顆粒大的固相顆粒，回收重晶石及液相。19工作流程工作流程v 1一振動(dòng)篩處理過的泥漿；v 2一清潔泥漿；v 3一水力旋流器； v 4一細(xì)目振動(dòng)篩；v 5一排出固體顆粒；v 6一篩網(wǎng)底流； v 7一泥漿返回循環(huán)系統(tǒng)20四、離心分離機(jī)四、離心分離機(jī)v 離心機(jī)一般安裝在固控系統(tǒng)的最后一級(jí)。分離原理為離心力v 離心分離機(jī)主要用于回收加重鉆井液中的重晶石，以及非加重鉆井液的液體或化學(xué)藥劑。v 是處理廢棄鉆井液防止污染環(huán)境的一種理想備。v 目前，石油礦場(chǎng)使用的離心分離機(jī)主要有三類： 轉(zhuǎn)筒式離心分離機(jī) 沉淀式離心分離機(jī) 水力渦輪式離心分離機(jī)。21篩筒式離心機(jī)（轉(zhuǎn)筒式）v帶有許多篩孔的

12、內(nèi)簡(jiǎn)體在固定的圓筒形外殼內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，外殼兩端裝有液力密封，內(nèi)簡(jiǎn)體帶有許多篩孔的內(nèi)簡(jiǎn)體在固定的圓筒形外殼內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，外殼兩端裝有液力密封，內(nèi)簡(jiǎn)體軸通過密封向外伸出。待處理泥漿和稀釋水軸通過密封向外伸出。待處理泥漿和稀釋水( (泥漿：水泥漿：水1 1：0.7)0.7)從外殼左上方由輸入從外殼左上方由輸入后，由于內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)的作用，泥漿在內(nèi)、外筒間的環(huán)形空間轉(zhuǎn)動(dòng)，后，由于內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)的作用，泥漿在內(nèi)、外筒間的環(huán)形空間轉(zhuǎn)動(dòng)，在離心力的作用下，在離心力的作用下，重晶石和其它大顆粒的固相物質(zhì)飛向外筒的內(nèi)壁重晶石和其它大顆粒的固相物質(zhì)飛向外筒的內(nèi)壁，通過一種可調(diào)節(jié)的阻流嘴排出，或，通過一種可調(diào)節(jié)的阻流嘴排出，或由以一定速度

13、運(yùn)轉(zhuǎn)的底流泵將飛向外筒內(nèi)由以一定速度運(yùn)轉(zhuǎn)的底流泵將飛向外筒內(nèi)壁的重泥漿從底流管中抽吸出來，予以回收。壁的重泥漿從底流管中抽吸出來，予以回收。調(diào)節(jié)阻流嘴開度或泵速可以調(diào)節(jié)底流的流量。而輕質(zhì)泥漿則慢速下沉，經(jīng)過內(nèi)筒的篩調(diào)節(jié)阻流嘴開度或泵速可以調(diào)節(jié)底流的流量。而輕質(zhì)泥漿則慢速下沉，經(jīng)過內(nèi)筒的篩孔進(jìn)入內(nèi)簡(jiǎn)體，由空心軸排出?？走M(jìn)入內(nèi)簡(jiǎn)體，由空心軸排出。這種離心機(jī)處理泥漿量大，可回收重晶石這種離心機(jī)處理泥漿量大，可回收重晶石8296。22沉降式離心機(jī)沉降式離心機(jī)v 沉降式離心機(jī)（螺旋式）沉降式離心機(jī)（螺旋式）v 組成組成 沉降式離心機(jī)離心機(jī)的沉降式離心機(jī)離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)鼓5 5兩端支承在滾動(dòng)軸承上，輸送固相兩端支承在滾動(dòng)軸承上，輸送固相的螺旋輸送器的螺旋輸送器6 6與轉(zhuǎn)鼓之間留有微與轉(zhuǎn)鼓之間留有微量間隙，并用行星差速器量間隙，并用行星差速器7 7 使二者使二者維持一定的轉(zhuǎn)差。電動(dòng)機(jī)維持一定的轉(zhuǎn)差。電動(dòng)機(jī)3 3 通過機(jī)通過機(jī)V V形膠帶形膠帶1 1帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓和螺旋輸送器。帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓和螺旋輸送器。電機(jī)與轉(zhuǎn)鼓間裝有液力聯(lián)軸器電機(jī)與轉(zhuǎn)鼓間裝有液力聯(lián)軸器 2 2，加料管加料管4 4 裝在轉(zhuǎn)鼓的大端，行星差裝在轉(zhuǎn)鼓的大端，行星差速器一端裝有過載保護(hù)裝置。速器一端裝有過載保護(hù)裝置。23沉降式離心機(jī)沉降式離心機(jī)24沉降式離心機(jī)沉降式離心機(jī)v 工