石油鉆井循環(huán)系統(tǒng)培訓

石油鉆井循環(huán)系統(tǒng)培訓第一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三

1.1鉆井液固相控制循環(huán)系統(tǒng)

鉆井液，是鉆井過程中使用的循環(huán)的流體，是液體、固體和化學處理劑的混合物。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)過振動篩、除砂器、除泥器和離心機等凈化設(shè)備將鉆井液中的巖屑按從大到小的順序逐級分離得以凈化，凈化后的鉆井液流入鉆井液罐待鉆井泵吸取再循環(huán)。在此過程中隨鉆頭打鉆深度增加，地層疏松程度、氣體分布、巖石堅硬狀況、等復雜的地層情況隨時發(fā)生變化，需要及時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)，積極應對地層變化，保證鉆進的安全順利的進行。所以，需要一套完整的設(shè)備和檢測儀器：如鉆井液罐、振動篩、除砂器、除泥器、除氣器、離心機、混合漏斗、離心泵、攪拌器、液位檢測儀、密度計、粘度計等，這些設(shè)備和儀器以一定的方式聯(lián)合使用，對循環(huán)中的鉆井液在地面的鉆井液罐上進行凈化、化學藥劑材料的添加和檢測，形成鉆井液固相控制和循環(huán)系統(tǒng)。1鉆井液循環(huán)固相控制系統(tǒng)概述第二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三1.2鉆井液功能及作用

1冷卻和潤滑鉆具。

2清洗井底，攜帶巖屑，并能在地面沉除巖屑和砂子。

3在井壁形成堅固的非滲透性的泥餅，保護井壁。

4停止循環(huán)時懸浮巖屑和加重劑。

5幫助錄井提取所鉆地層的資料。

6抑制地層壓力，在鉆井過程中防止井噴、井漏井塌和卡鉆等事故。

7將水馬力傳送到鉆頭。

8承受鉆桿和套管的重量。

9發(fā)現(xiàn)和保護油層。

10保護和防止鉆桿受腐蝕。第三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三1.3鉆井液固相控制的意義

鉆井液固相控制的方法通常有四種：即稀釋、替換、機械清除和沉淀。大多數(shù)以機械清除最有效、最經(jīng)濟的固相控制方法。國內(nèi)外統(tǒng)稱鉆井液未“泥漿”。鉆井過程中，從井底返回地面的泥漿中含有大量的巖屑和砂粒，經(jīng)過泥漿池的自然沉降，因泥漿的粘度和比重較大，其中的固相顆粒只能稍稍的減少，繼續(xù)使用這種泥漿，必然會有一些巖屑和砂粒隨泥漿進入泥漿泵，被再次送入井底，造成泥漿泵易損件和鉆頭壽命的大大縮短，鉆頭進尺減少，鉆速降低，大量的巖屑和砂粒破壞了泥漿的造壁性能，甚至造成井塌、卡鉆等事故。因此，采用振動篩、除砂器、除泥器等泥漿凈化設(shè)備進行機械分離，盡可能降低泥漿中的固相含量，清除掉巖屑顆粒等有害成份，最大程度回收重晶石、粘土、膠體等有用成份。使泥漿凈化，對于改善泥漿泵、鉆頭、鉆具工作條件具有十分重要的意義。鉆井實踐表明，當泥漿中固相顆粒減少1%時，鉆頭的壽命延長7～10%，鉆速提高29%。第四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三1.4鉆井液凈化基本流程與循環(huán)第五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三從井筒中返回的鉆井液經(jīng)溢流管進入振動篩，篩除較大的固相顆粒。篩分后的鉆井液匯集于振動篩罐的錐形沉砂倉，依次流入除氣倉、除砂倉、除泥倉和離心機倉。在除氣倉，當鉆井液遭氣侵性能改變時，需啟動除氣器將除氣倉內(nèi)的含氣鉆井液進行脫氣處理，處理后再排入除砂倉。若鉆井液性能良好，沒有氣侵，不必進行除氣處理，錐形倉的鉆井液直接流入除砂倉。在除砂倉，除砂器供液泵吸取鉆井液供給除砂器，經(jīng)過除砂器將鉆井液中大于44～74μm的固相顆粒清除，除砂后的鉆井液排入除泥倉。在除泥倉，除泥器供液泵吸取鉆井液供給除泥器，經(jīng)過除泥器將鉆井液中大于15～44μm的固相顆粒清除，除泥后的鉆井液排入離心機倉。在離心機倉，離心機供液泵吸取鉆井液供給離心機，經(jīng)過離心機將鉆井液中大于2～15μm的固相顆粒清除后排入吸入罐或儲備罐，這樣就完成了鉆井液四級凈化工藝。完成凈化的鉆井液流入吸入罐、中間罐、混漿罐和儲備罐。兩臺鉆井泵通過鉆井液吸入管匯可分別從吸入罐、中間罐、混漿罐和儲備罐中吸取鉆井液打入井筒。第六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三井筒反出液振動篩除氣器旋流器泥漿泵離心器水龍頭井筒第七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三

功能與作用：配置泥漿、循環(huán)泥漿、儲備泥漿、沉淀巖屑主要參數(shù)：容積、各管線的通徑及壓力等2基本固相控制設(shè)備2.1鉆井液罐第八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.2振動篩第九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三

振動篩是一種過濾性機械分離設(shè)備，它通過機械振動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)過振動著的振動篩篩網(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。篩分機理，篩箱按照一定的頻率、一定的傾角發(fā)生振動，固相顆粒沿篩面向前做滑移或投擲運動，完成給料、輸送、篩分和冷卻等多種作用和功能振動篩具有最先、最快分離鉆井液中固相的特點，擔負著清除大量鉆屑的任務，如果振動篩發(fā)生故障，其它固控設(shè)備（除砂器、除泥器和離心機等）會因為超載而不能正常連續(xù)工作。因此，它是鉆井液固控的關(guān)鍵設(shè)備。振動篩的組成：底座、篩箱、篩網(wǎng)、激振器和減振器、升降架和控制系統(tǒng)等。

第十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三類型：按篩箱的振動軌跡分為圓形軌跡—圓振篩、直線形軌跡—直線篩、橢圓形軌跡—橢圓篩。性能參數(shù)：1投擲指數(shù)D巖屑加速度垂直于篩面分量與重力加速度垂直于篩面分量之比。投擲D指數(shù)綜合了顆粒跳離篩面的投擲角δ、振幅λ、頻率ω和篩面傾角的關(guān)系。（一般在4至6之間）2處理量（l/s）

單位時間透過篩面的鉆井液體積。2.2.1振動篩的種類和參數(shù)第十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三

在鉆井過程中，由于地層壓力較高，氣體被溶解在鉆井液中，當鉆井液返回地面，壓力減小，被溶解的氣體膨脹為大小不等的氣泡存在于鉆井液中這種含有氣體的鉆井液稱為氣侵鉆井液。2.3.1氣侵鉆井液的危害：1鉆井液被天然氣或空氣侵入后，密度降低，粘度升高。井筒環(huán)空鉆井液密度降低，導致靜液柱壓力減?。ǖ陀诘貙訅毫Γ?，有可能引起井噴、井塌等惡性事故。2使砂泵、泥漿泵吸入不良，戎機效率降低，不能正常工作，引起設(shè)備振動。3部分有害氣體（如H2S）溢出鉆井液，引起操作工人中毒，也可能引起火災。4鉆井液氣侵后，粘度變大，使機械鉆速降低。因此，使用除氣器對氣侵鉆井液進行除氣，恢復鉆井液密度和粘度。2.3除氣器第十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.3.1組成結(jié)構(gòu)derrickFlo－1200真空除氣器由罐體、真空泵、電控箱、噴管和砂泵等組成。第十三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三

一般情況下，當鉆井液中的氣泡直徑大于4mm時，能在浮力作用下很快溢出表面而破裂，直徑小于1mm的氣泡被包在鉆井液中，出現(xiàn)鉆井液密度下降、粘度升高的氣侵現(xiàn)象。利用真空泵使除氣罐形成一定真空度，循環(huán)罐中氣侵的鉆井液，在真空所造成的壓差作用下被吸入除氣罐內(nèi)。在真空環(huán)境下，使鉆井液表面的壓力低于大氣壓，從而降低了小氣泡升至表面所受的壓力，較迅速升至液面破裂而被排出。

2.3.2除氣器工作原理1)鉆井液以較大的速度撞擊葉片和罐壁，使鉆井液中的氣體破碎釋放；2)降低內(nèi)壓，是鉆井液迅速流入氣罐薄片；降低內(nèi)壓使（真空）使鉆井液氣泡變大，因此氣泡更容易從泥漿中分離出來。3)鉆井液薄層流過表面，流動阻力可能產(chǎn)生紊流，將這些氣泡帶到表面從而分離。第十四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三第十五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三除砂清潔器和除泥清潔器是水力旋流器與振動篩的組合，因為除砂器底留物中含有較多的水分和比重較大（如重晶石等）有益的固相顆粒，通過其細目振動篩加以回收。

除砂器、除泥器和微型旋流器統(tǒng)稱水力旋流器。

2.4除砂清潔器和除泥清潔器第十六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三除泥清潔器第十七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.4.1水力旋流器的基本結(jié)構(gòu)第十八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.4.2水力旋流器的基本參數(shù)水力旋流器規(guī)格30025025015012510050定名除砂器除泥器微型旋流器錐體角度α（度）20～352010處理量m3/h120100302015105分離粒度μm44～7415～445～10第十九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.4.3水力旋流器的工作原理

離心沉淀原理是水力旋流器的基本工作原理。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。第二十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三進液口底流口溢流口第二十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.5離心機第二十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.5.1離心機的工作原理（一）第二十三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三

離心機實現(xiàn)固——液分離主要由旋轉(zhuǎn)分離機構(gòu)完成。從圖可知，本機有兩個旋轉(zhuǎn)總成：轉(zhuǎn)鼓7和螺旋推料器4。主電機經(jīng)三角膠帶和主帶輪2拖動轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)；與其相聯(lián)的差速器殼體和差速器輸入軸的旋轉(zhuǎn)運動（由輔電機拖動）經(jīng)過行星齒輪傳動的差速器合成一個新的轉(zhuǎn)速傳給螺旋推料器，使推料器獲得一個滯后轉(zhuǎn)鼓的差轉(zhuǎn)速，于是轉(zhuǎn)鼓與螺旋推料器構(gòu)成了一副具有微小差轉(zhuǎn)速、同向高速旋轉(zhuǎn)的分離——輸送機構(gòu)。當鉆井液從進料管1被連續(xù)送入機內(nèi)時，經(jīng)加速從進料孔進入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，在比重力大幾百甚至上千倍的離心力作用下，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)形成一環(huán)形液池，固相顆粒沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁形成沉渣，由于螺旋葉片與轉(zhuǎn)鼓的相對運動，沉渣被推動到轉(zhuǎn)鼓的小端從排渣孔12排出。內(nèi)環(huán)被澄清的液相則通過螺旋形通道經(jīng)溢流管11排出，從而實現(xiàn)固——液相連續(xù)分離的生產(chǎn)過程。第二十四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.5.2旋轉(zhuǎn)部件總成第二十五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三第二十六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.5.2離心機主要參數(shù)注：被分離的物料在離心場中所受的離心力與它在重力場中所受到的重力的比值，稱為分離因素Fr。此式表明分離因素實際上是離心加速度與重力加速度之比值。第二十七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.6鉆井液攪拌器第二十八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三

使鉆井液中的固相顆粒懸浮，是鉆井液攪拌器的主要功能。攪拌器在加速鉆井液材料（如膨潤土、重晶石）、化學添加劑的反應、溶解和潤濕方面起著非常重要作用。巖屑是有害固相，必須將它們懸浮起來，才能被砂泵吸入，注入除砂器、除泥器和離心機進行凈化。所以

需要攪拌器連續(xù)進行攪拌工作。2.6.1攪拌器功能第二十九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.7離心泵第三十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.7.1離心泵的結(jié)構(gòu)第三十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三第三十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.7.2.1離心泵的功能輸送液體。泵是將原動機的機械能或其它能源的能量傳遞給所輸送的液體，使液體的能量(壓能、位能和動能)增加的機械。泵可以分成動力式和容積式兩大類。葉輪泵是通過轉(zhuǎn)動的帶有葉片的葉輪使水或其它液體的壓能和動能都得到提高的機械。它是一種反擊式水力機械。葉輪泵又可分為離心泵、混流泵及軸流泵。在鉆井液固相控制與循環(huán)系統(tǒng)中，離心泵主要用于除氣器、除砂器、除泥器、離心機、混漿系