循環(huán)系統(tǒng)-泥漿凈化系統(tǒng)

第五章鉆井液固控系統(tǒng)鉆井液固控系統(tǒng)12/23/20231鉆井液固控系統(tǒng)第一節(jié)概述一、鉆井液的作用

鉆井液被喻為鉆井血液，其性能的好壞直接關(guān)系到鉆井的成敗。鉆井液的最基本作用：

1、清洗井底攜帶巖屑；（洗井）

2、平衡地層流體壓力；

3、平衡井壁巖石側(cè)壓力，并在井壁形成泥餅保持井壁穩(wěn)定防止井壁坍塌；

4、對(duì)于井下動(dòng)力鉆具而言，傳遞動(dòng)力；

5、潤(rùn)滑冷卻鉆頭、鉆具；

6、利用鉆井液準(zhǔn)確獲得井下資料。12/23/20232二、鉆井液的固相控制

1、固相的概念及其危害

分散于鉆井液中的固體顆粒稱為鉆井液中的固相。鉆井液中的固相：

一是來源于被破碎巖石產(chǎn)生的鉆屑（巖屑、劣質(zhì)土、砂粒等）；

二是為鉆井工藝要求而人為加入的（膨潤(rùn)土、重晶石等）。

按固相在鉆井液中所起的作用可分為有用固相和有害固相兩類。

鉆屑是有害固相的主要來源，而且存在于鉆井過程的始終，帶來很多危害。因此必須消除有害固相。第一節(jié)概述12/23/202332、泥漿中有害固相的危害

1)堵塞油氣通道，損害油氣層：

A、鉆井液壓力大于地層壓力時(shí)，鉆井液向地層滲透，小于地層油氣通道的的固相隨之深入，形成堵塞。即污染油層。

B、降低機(jī)械鉆速（單位時(shí)間內(nèi)鉆頭所鉆井眼的進(jìn)尺），縮短鉆頭、鉆具使用壽命。第一節(jié)概述12/23/202342）、誘發(fā)井下事故：

固相↑導(dǎo)致：

A.密度↑－壓漏地層；

B.黏度↑－鉆頭易泥包，起鉆拔活塞，誘發(fā)井噴、下鉆引起壓力激動(dòng)，引起井漏；

C.泥餅變松、變厚－失水大，導(dǎo)致井壁塌；井眼變小，易卡鉆；引發(fā)壓差卡鉆。D.泥餅?zāi)Σ料禂?shù)↑－扭矩增加，動(dòng)力消耗大，鉆具事故多，鉆具壽命短；第一節(jié)概述12/23/202353)縮短機(jī)械設(shè)備壽命：增大磨損，鉆頭消耗增加，泥漿泵易損件消耗增加。井號(hào)2號(hào)井6號(hào)井固控方式土池固控系統(tǒng)材料消耗鉆頭（只）96拉桿（根）207缸套（只）74活塞（只）6025凡爾（套）4020第一節(jié)概述12/23/202364)增加鉆井成本：相鄰兩井比較井號(hào)89號(hào)94號(hào)井深（米）39023836固控狀況很差良好鉆速（米/小時(shí)）1.041.91泥漿成本（元/米）86．663.9全井累計(jì)（萬元）33.824.5第一節(jié)概述12/23/20237粒度級(jí)別直徑（μm）一、粗粒>20000二、中粗粒250－2000三、中粗74－250四、細(xì)粒44－74五、超細(xì)粒2－44六、膠體<23、固相顆粒的粒度級(jí)別第一節(jié)概述12/23/202384固相控制方法

近二十年來，隨著噴射鉆井、優(yōu)化鉆井、優(yōu)質(zhì)鉆井液和油氣層保護(hù)技術(shù)的全面實(shí)施，固控工藝得到了迅速的發(fā)展、推廣和普及。

固控的任務(wù)是：

1.從鉆井液中清除有害固相，使固相含量不超出要求。

2.降低鉆井液中細(xì)微顆粒的比例，保持合理的固相粒度和級(jí)配。第一節(jié)概述12/23/20239常用的固控方法有：沖稀法，替換法，自然沉降法，化學(xué)沉降法及機(jī)械清除法。

沖稀法：就是為保持固相含量基本不變，往高固相含量的鉆井液中加入清水或其它較稀液體，沖稀成低固相含量的鉆井液（同時(shí)還應(yīng)加入適量化學(xué)處理劑)。

替換法：就是為保持鉆井液總的體積不變，把高固相含量的鉆井液放掉一部分，然后在替入等量的處理劑溶液和低固相鉆井液，混均后再用。第一節(jié)概述12/23/202310

自然沉降法：井內(nèi)返出的鉆井液在地面循環(huán)過程中，因地面鉆井液液池體積大，流速低，鉆井液中的巖屑顆粒在重力作用下沉降到底部而被分離，上部的鉆井液再入井循環(huán)使用。

化學(xué)沉降法：就是在鉆井液中加入少量化學(xué)沉淀劑使分散的微小巖屑一接觸這些化學(xué)劑就產(chǎn)生絮凝作用形成較大的顆粒，而迅速沉降。

機(jī)械清除法：利用機(jī)械設(shè)備強(qiáng)制清除有害固相，改變固相級(jí)配。第一節(jié)概述12/23/202311機(jī)械清除設(shè)備配置級(jí)別設(shè)備處理能力（μm）一振動(dòng)篩>250二除砂器32－80三除泥器10－52四清潔器10－60五離心機(jī)2－7第一節(jié)概述機(jī)械清除的特點(diǎn)：1）設(shè)備配套，逐級(jí)清除。2）固相控制容易，泥漿性能穩(wěn)定，泥漿損失少，污染小。3）固控成本較低。12/23/202312五十年代以前，主要是用振動(dòng)篩來清除鉆井液中的固相。第一節(jié)概述12/23/202313由于振動(dòng)篩清除固相的能力有限，到五十年代中期，旋流分離器開始用于鉆井液中的固相控制。第一節(jié)概述12/23/202314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)等機(jī)械設(shè)備。第一節(jié)概述12/23/202315

當(dāng)鉆井液中侵入氣體后，鉆井液的性能隨之改變，也影響砂泵，鉆井泵的正常吸入和工作。因此鉆井液中的氣體也被列入清除之列，清除鉆井液中氣體的除氣器也屬于固控設(shè)備。第一節(jié)概述12/23/202316

應(yīng)該指出，固控系統(tǒng)通常不僅僅指上述的各種固控設(shè)備，而是包括從泥漿返出井口開始到進(jìn)入鉆井泵吸入口的整個(gè)地面流程。這段流程中包括了前述的機(jī)械固控設(shè)備、除氣器、泥漿攪拌器、泥漿池、泥漿配置設(shè)備等。但整個(gè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備是各種固控設(shè)備，即振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、泥漿清潔器、離心機(jī)及除氣器。其它的則屬于輔助設(shè)備。第一節(jié)概述12/23/202317三、凈化系統(tǒng)的組成及功用1、系統(tǒng)組成

1）循環(huán)罐；

2）泥漿4級(jí)凈化設(shè)備

3)加重房及材料房；

4）管線及閥件等組成。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。第一節(jié)概述12/23/202318第一節(jié)概述12/23/202319第一節(jié)概述12/23/202320第一節(jié)概述12/23/202321第一節(jié)概述12/23/202322一概述

1、作用：振動(dòng)篩是鉆井必備的幾種清除鉆屑的設(shè)備之一。鉆井液振動(dòng)篩是固控系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備（一級(jí)固控設(shè)備），如果振動(dòng)篩不能正常工作，那么后續(xù)的旋流器、離心機(jī)等固控設(shè)備將難以正常工作。鉆井液固控系統(tǒng)第二節(jié)泥漿凈化設(shè)備之一——震動(dòng)篩

從井底返出的鉆井液首先經(jīng)過振動(dòng)篩清除較大的固相顆粒，故稱振動(dòng)篩為第一級(jí)固控設(shè)備，它適合于各種鉆井液的篩分。12/23/202323

2、振動(dòng)篩工作特點(diǎn)

(1)鉆井液振動(dòng)篩篩分的介質(zhì)是液體，廢棄的是固相粒。

(2)它所篩分的鉆井液是一種物化性能變化很大的液相、固相和化學(xué)處理劑組成的混合；

固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/202324(3)它所分離的固相顆粒的粒度由幾個(gè)微米到20多毫米。由于要求篩下物越細(xì)越好，因此篩網(wǎng)使用的最大目數(shù)目前已達(dá)到325目。固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/202325(4)要求鉆井液振動(dòng)篩具有極好的運(yùn)移性、安裝簡(jiǎn)單、篩網(wǎng)更換方便、操作粗放、工作可靠、易損件少等特點(diǎn)。固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/202326

(5)鉆井巖屑在篩面上的篩分過程遠(yuǎn)比干物粒復(fù)雜。由于鉆井液粘度的影響，同時(shí)也由于鉆屑吸附了一層水膜，這些固相顆粒透過篩孔的難度加大，使篩下物粒度遠(yuǎn)小于篩孔尺寸。（糊篩）固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/202327

3、振動(dòng)篩的類型已應(yīng)用于石油工業(yè)中的鉆井液振動(dòng)篩類型較多。主要有以下類型。

(1)按篩箱上的運(yùn)動(dòng)軌跡分圓形軌跡篩、直線軌跡篩、橢圓軌跡篩。

(2)按篩網(wǎng)繃緊方式分縱向繃緊篩和橫向繃緊篩。

(3)按篩分層數(shù)分單層篩和雙層篩。

(4)按篩面傾角分水平篩和傾斜篩。

(5)按振動(dòng)方式分慣性振動(dòng)篩、慣性共振篩、彈性連桿式共振篩、電磁振動(dòng)篩等。固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/202328

國(guó)內(nèi)外鉆井基本上都采用慣性振動(dòng)篩。慣性振動(dòng)篩又分為：①單軸圓運(yùn)動(dòng)振動(dòng)篩由單軸激振器激振，其篩箱運(yùn)動(dòng)軌跡為圓形或近似圓形。②雙軸慣性振動(dòng)篩由雙軸激振器激振，其篩箱運(yùn)動(dòng)軌跡又可分為直線和橢圓兩種。固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/202329慣性振動(dòng)篩單軸慣性振動(dòng)篩雙軸直線震動(dòng)篩均衡橢圓振型振動(dòng)篩簡(jiǎn)單型單軸慣性振動(dòng)篩自定心鉆井液振動(dòng)篩箱式激振器雙軸直線振動(dòng)篩筒式激振器雙軸直線振動(dòng)篩自同步雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙直線振動(dòng)篩固控設(shè)備－振動(dòng)篩二振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)12/23/202330一）單軸慣性振動(dòng)篩

1、單軸慣性振動(dòng)篩固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/2023312、自定心式鉆井液振動(dòng)篩

自定心鉆井液振動(dòng)篩又分為軸偏心式和皮帶輪偏心式兩種。如圖所示為皮帶輪偏心式。即皮帶軸孔與幾何中心偏離一個(gè)距離，其值與單振幅相等；偏心方向與偏心軸(或偏心塊)方向相同。1—篩網(wǎng)；2—軸承；3—偏心塊；4—激振彈簧；5—偏心皮帶輪；6—框架

固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/202332工作原理：

當(dāng)偏心塊的偏心方向向下時(shí)，篩箱向上運(yùn)動(dòng)，這時(shí)偏心皮帶輪的偏心方向向下，補(bǔ)償了由于篩箱向上運(yùn)動(dòng)后的中心縮短，使膠帶始終保持繃緊狀態(tài)。特點(diǎn)：皮帶輪作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而不隨篩箱振動(dòng)。固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/202333固控設(shè)備－振動(dòng)篩二）雙軸直線振動(dòng)篩

對(duì)于強(qiáng)制同步的直線振動(dòng)篩的激振器有兩個(gè)質(zhì)量相等的偏心塊，通過齒輪作同步反向旋轉(zhuǎn)將產(chǎn)生直線振動(dòng)，因此篩箱的運(yùn)動(dòng)軌跡為直線。工作原理:質(zhì)量相等的兩偏心塊同步反向旋轉(zhuǎn)，所產(chǎn)生的離心力F相等。在各瞬間位置上，離心力F沿振動(dòng)方向的分力相加，與振動(dòng)垂直方向的分力相互抵消。因此激振器只在振動(dòng)方向形成激振力，使篩箱作直線振動(dòng)。大多數(shù)鉆井液直線篩的擲拋角(振動(dòng)方向與水平面的夾角)在450～600之間。12/23/202334優(yōu)點(diǎn)：直線振動(dòng)篩與圓運(yùn)動(dòng)軌跡振動(dòng)篩相比有以下優(yōu)點(diǎn)：

a.由于篩箱的運(yùn)動(dòng)軌跡為直線，因此鉆屑在篩面上的運(yùn)動(dòng)規(guī)則，排屑流暢。

b.由于篩面可以水平安置，因此降低了振動(dòng)篩的整機(jī)高度。

c.由于篩面系直線運(yùn)動(dòng)，篩網(wǎng)上的加速度及作用力較均勻，方向保持一定，而不象圓運(yùn)動(dòng)軌跡那樣，篩網(wǎng)上的加速度和作用力不斷在變換。因此，在直線篩上可以使用超細(xì)篩網(wǎng)，壽命較長(zhǎng)。

d.直線篩的鉆井液處理量比圓篩大20％～30％。從國(guó)外鉆井液振動(dòng)篩近期發(fā)展趨勢(shì)來看，固控設(shè)備制造公司均已大量生產(chǎn)直線篩。固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/2023351、箱式激振器雙軸直線振動(dòng)篩如圖所示。裝在渡槽上的電機(jī)，通過三角膠帶與萬向軸相連，萬向軸帶動(dòng)激振器，產(chǎn)生與篩網(wǎng)面成600角的激振力。篩箱在激振力的作用下，作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。含有鉆屑的鉆井液由渡槽進(jìn)入篩箱右端，鉆井液在振動(dòng)下透篩，回到循環(huán)大罐內(nèi)，鉆屑在篩面上跳躍前進(jìn)。固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/2023362、筒式激振器雙軸直線振動(dòng)篩如圖所示。傳動(dòng)方式仍由萬向軸、膠帶、電機(jī)組成。筒式激振器的方向常與水平面成400～450，篩箱將按這一角度作反復(fù)運(yùn)動(dòng)。其顯著的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：篩面上方視野開闊，更換篩網(wǎng)方便，篩箱整體高度較低，結(jié)構(gòu)剛度較大。通過齒輪副進(jìn)行強(qiáng)迫同步的直線型激振器，由于稀油潤(rùn)滑，密封困難；由于齒輪線速度高而出現(xiàn)高噪音。固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/2023373、自同步雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙直線振動(dòng)篩

固控設(shè)備－振動(dòng)篩

目前國(guó)內(nèi)外直線振動(dòng)篩的發(fā)展趨勢(shì)是采用雙振動(dòng)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)，依靠自同步原理工作的激振器。主要優(yōu)點(diǎn)是取消了同步齒輪裝置，結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，維修方便。但耗電量大。12/23/202338

自同步直線篩在結(jié)構(gòu)上有兩種形式：

1）采用雙電機(jī)裝于篩箱一側(cè)，偏心軸應(yīng)用萬向節(jié)與電機(jī)相連，如圖所示。

2）采用雙激振電機(jī)驅(qū)動(dòng)，激振電機(jī)固定在篩箱墻板兩側(cè)上，與篩面安裝成450～600的拋擲角。固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/202339

三）均衡橢圓振型振動(dòng)篩

均衡橢圓振型振動(dòng)篩是80年代初發(fā)展起來的一種新型篩。圓振型振動(dòng)篩上有一個(gè)旋轉(zhuǎn)著的加速度矢量，篩面上物料極易分散，堵塞篩孔的可能性小，但圓運(yùn)動(dòng)和拋擲角陡峭，物料輸送速度較低，因而在相同條件下處理量不如直線篩。直線篩篩面水平布置，物料輸送速度高，然而加速度只有一個(gè)方向，所以堵孔的可能性較大。(圓振型不易糊篩但運(yùn)料速處理量小，直線型處理量大但是易糊篩)

均衡運(yùn)動(dòng)橢圓篩綜合了直線篩和圓篩的優(yōu)點(diǎn)，即橢圓“長(zhǎng)軸”是強(qiáng)化物料輸送的分量，而短軸則可減少部分物料堵孔的可能性。因而，在一般情況下，橢圓振動(dòng)篩的總處理量較直線振動(dòng)篩和圓振動(dòng)篩大26％左右。固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/202340工作原理：如圖所示，激振器兩軸的旋向相反、偏心質(zhì)量矩不相等(m1rl

>m2r2)，所以離心力F1>F2，在1、3位置，離心力抵消一部分，作用在篩箱上的力為(Fl—F2)，因此在橢圓運(yùn)動(dòng)上形成短軸b；在2、4位置上，離心力疊加，作用于篩箱上的力為(Fl+F2)

，因此在橢圓運(yùn)動(dòng)上形成長(zhǎng)軸a，相當(dāng)于雙振幅。固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/202341

橢圓篩的長(zhǎng)短軸之比與物料分離的難易程度有關(guān)，難分離的物料一般宜采用2:l，2.5:1，其他情況下采用4:1或6:1等。固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/202342四）鉆井液振動(dòng)篩的篩網(wǎng)

鉆井液振動(dòng)篩中最易損壞的零件是篩網(wǎng)。幾乎所有的鉆井液振動(dòng)篩都采用由不銹鋼絲編織的篩網(wǎng)。常見的編織方式是正方形或矩形開孔的平紋編織。由于篩網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間在高堿性液體中工作，金屬絲材料應(yīng)選用1Crl8Ni9，Crl8NigTi，2Crl8Ni9，Crl8Nil0或優(yōu)于上述材料的材料。我國(guó)工業(yè)用金屬絲編織方孔篩已有國(guó)家標(biāo)推。根據(jù)油田鉆井液振動(dòng)篩的實(shí)際情況又發(fā)布了《鉆井液振動(dòng)篩鉤邊篩網(wǎng)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。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”。下表1列出了13類26種規(guī)格，已基本上滿足石油鉆井用的各種振動(dòng)篩的使用要求。

API推薦的系列篩網(wǎng)見教材P365表2。列出的系列規(guī)格完全能滿足鉆井液振動(dòng)篩的需要。固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/202343固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/202344固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/202345固控設(shè)備－振動(dòng)篩12/23/202346鉆井液中的顆粒除大顆粒已由前置振動(dòng)篩排除外，剩余的則無論大小，都由鉆井液“清潔器”來完成，它是一組水力旋流器及一臺(tái)超細(xì)目振動(dòng)篩的組合，如下頁(yè)圖所示。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)。鉆井液固控系統(tǒng)第二節(jié)泥漿凈化設(shè)備之二——旋流器12/23/202347泥漿清潔囂工作流程示意圖1一振動(dòng)篩處理過的泥漿；2一清潔泥漿；3一水力旋流器；4一細(xì)目振動(dòng)篩；5一排出固體顆粒；6一篩網(wǎng)底流；7一泥漿返回循環(huán)系統(tǒng)固控設(shè)備－旋流器12/23/202348固控設(shè)備－旋流器12/23/202349一、水力旋流器的結(jié)構(gòu)和分類

如圖所示，水力旋流器上部呈圓柱蝸殼，下部呈錐形殼，圓柱殼的側(cè)面，有一切向鉆井液入口管，頂部裝有出口溢流管。圓錐殼底部是排砂孔工分離出來的砂、泥以及少量的液體由此排出。水力旋流器結(jié)構(gòu)示意圖1—蓋；2—襯蓋；3—?dú)んw；4—襯套固控設(shè)備－旋流器12/23/202350

水力旋流器的公稱尺寸系指上部圓柱蝸殼的內(nèi)徑D。水力旋流器分為除砂器、除泥器和微型旋流器三大類。目前尚沒有一個(gè)嚴(yán)格的分類標(biāo)準(zhǔn)。一般：除砂器的分離粒度為44～74μm；圓柱蝸殼的內(nèi)徑D=150～300mm；

除泥器的分離粒度為15～44μm；圓柱蝸殼的內(nèi)徑D=100～125mm；

微型旋流器的分離粒度為5～10μm；圓柱蝸殼的內(nèi)徑D=50mm；根據(jù)國(guó)標(biāo)GB／Tll647—89推薦，鉆井液固控系統(tǒng)中三類旋流器的分類標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的分離粒度如表所示。固控設(shè)備－旋流器12/23/202351二、水力旋流器的工作原理

離心沉淀原理

固控設(shè)備－旋流器12/23/202352旋流器的三維速度：

切向速度：產(chǎn)生離心力的因素固控設(shè)備－旋流器12/23/202353

三、水力旋流器性能參數(shù)和尺寸1、影響水力旋流器工作性能的主要因素

a、結(jié)構(gòu)參數(shù)

包括圓柱蝸殼筒的直徑及高度，進(jìn)口管直徑，溢流管直徑，以及錐殼的頂角，排砂孔直徑和溢流管的安裝方式等。

b、工藝操作參數(shù)

包括進(jìn)口壓力，溢流管回壓。

c、其他因素鉆井液的性能、固相顆粒組成、固相含量、粘度、固液相密度等。固控設(shè)備－旋流器12/23/2023542、主要參數(shù)的計(jì)算

a、處理量Q

水力旋流器單位時(shí)間能夠處理的泥漿的流量叫“處理量”，它反映了旋流器的處理能力。它和供液壓力、旋流器幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)等有關(guān)。b、邊界粒子粒度δ

邊界粒子粒度表明旋流器能夠分離的固相顆粒的最小尺寸（分離能力）。小于邊界粒子粒度的大部分粒子進(jìn)入溢流，大于邊界粒子粒度的全部或大部分粒子進(jìn)入沉沙排出口。

大直徑的水力旋流器比小直徑的組合水力旋流器使用簡(jiǎn)單可靠，堵塞的機(jī)會(huì)較少。但分離的精度較低。因此，在滿足分離精度的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用大直徑的水力旋流器。固控設(shè)備－旋流器12/23/202355

3、參數(shù)選擇及影響（選講）

(1)進(jìn)口直徑dn

進(jìn)口管直徑的變化對(duì)處理量的影響較大，而對(duì)邊界粒子粒度的影響不大。用減小進(jìn)口管直徑的辦法，達(dá)不到減小溢流粒子粒度的目的。

(2)溢流管直徑d

溢流管直徑的變化將影響水力旋流器的各個(gè)工作指標(biāo)。當(dāng)進(jìn)口壓力不變時(shí)，在一定范圍內(nèi)增加d可以使處理能力成正比增加；在處理量不變的情況下，增加d，進(jìn)口壓力將成平方降低。要獲得良好分級(jí)，一般應(yīng)滿足d＝(0.2～0.4)D。

(3)錐殼頂角α

根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，在鉆井液固控系統(tǒng)中的旋流器，最合理的錐角為α=200。增加錐角會(huì)降低設(shè)備的高度，但增加了液體的平均徑向速度，因而使溢流粒度增大，較小的錐角可以得到較細(xì)的溢流粒度。但由于摩擦損失加大，錐角在150～200內(nèi)得不到明顯的工藝效果。固控設(shè)備－旋流器12/23/202356

過程將被破壞，大部分或全部鉆井液經(jīng)排砂孔排出。排砂孔直徑△與溢流直徑d的比值△／d稱為排口比。一般情況下取△／d＝0.15～0.8。底流固相含量、溢流效率、邊界粒子粒度等都與排砂孔(底流孔)有關(guān)，也就是隨排口比而變化。(4)

排砂孔直徑△排砂孔大小的變化對(duì)于水力旋流器的處理量影響甚微，但使分離質(zhì)量發(fā)生變化。減小排砂孔徑將會(huì)產(chǎn)生下列影響：對(duì)于密度較大、顆粒較大的鉆井液分離時(shí)可能堵塞排砂孔；增加了溢流中固相顆粒的粒度；增大了溢流生產(chǎn)率，相應(yīng)地減少了沉砂率。當(dāng)排砂孔直徑△很大，接近甚至超過了溢流直徑d，水力旋流器的工作固控設(shè)備－旋流器12/23/202357

(5)排口比△／d

排口比、排砂孔直徑與溢流管直徑的改變，對(duì)于水力旋流器所有的工作指標(biāo)均有極大的影響，首先影響到沉砂。相對(duì)沉砂量隨排口比的增大而增大，溢流變得更細(xì)。超過某一數(shù)值，將會(huì)得到相反的效果。

(6)圓柱體高度H

高度對(duì)邊界粒度有影響。對(duì)于分級(jí)取H＝(0.5～1.0)D。

(7)溢流管長(zhǎng)度最適宜的插入深度為D～D／6(平均為D／2～D／3)。安裝溢流管時(shí)，不得低于錐底平面，也不得高于進(jìn)口管。增加溢流管的插人深度，將減少內(nèi)旋流的高度，導(dǎo)致溢流固相粒度增大。為避免溢流管被沖蝕，必須保持溢流管的外徑小于差值(D-2dn)。固控設(shè)備－旋流器12/23/202358

(8)溢流導(dǎo)管的尺寸和安裝方式導(dǎo)管是旋流器的延伸部分。如溢流導(dǎo)管出口大大低于排砂孔，其結(jié)果由于強(qiáng)烈的虹吸作用，可能使排砂完全停止。必須保證導(dǎo)管直徑大于溢流管直徑。該水箱的水平面與排砂孔在近似的水平面上。為保證導(dǎo)管中無過大的真空度，可在導(dǎo)管頂部安裝一個(gè)吸入空氣的小管。

(9)進(jìn)口壓力在其他條件不變的情況下，進(jìn)口壓力越高，處理能力就越大，溢流就越細(xì)，排砂的濃度就越大。要獲得較細(xì)的溢流，進(jìn)口壓力不應(yīng)小于196.13kPa。大多數(shù)規(guī)格的水力旋流器最佳工作壓力為208.64～344.74kPa。

固控設(shè)備－旋流器12/23/202359

(10)鉆井液粘度、含砂量、液固相密度的影響鉆井液粘度越大，臨界粒度越大，只有大顆粒才能被分離出來，導(dǎo)致底流含砂量減少，溢流中含砂量增加，除砂效果變壞。鉆井液中含砂量增大，從底流中逃溢的顆粒亦增加，導(dǎo)致底流和溢流中的含砂量均增大，分離效果不好。液相密度增加將使溢流顆粒增大；固相密度增加會(huì)使溢流粒度減小，而沉砂可能捕獲很多固體細(xì)粒子，得到較高的固相含量。

(11)鉆井液中固相粒度組成的影響在處理含有大量粗粒度的鉆井液時(shí)，排砂孔排除的固相顆粒較大，形成大阻力的排砂孔超負(fù)荷，而不能排除粗砂，使部分沉砂回到溢流中去。對(duì)于這種粗粒度鉆井液，要得到細(xì)粒溢流，需要分級(jí)處理；第一次分級(jí)處理得到粗而濃的的沉砂和含有大量粗砂的溢流。第二次再處理溢流。固控設(shè)備－旋流器12/23/202360鉆井液固控系統(tǒng)第三節(jié)泥漿凈化設(shè)備之三——離心機(jī)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12/23/202361作用：用以處理非加重鉆井液時(shí)，可除去2μm以上的有害固相；用以處理加重液時(shí)，可除去鉆井液中多余的膠體，控制鉆井液粘度，回收重晶石；處理旋流器底流，可回收液相，減少淡水和油的浪費(fèi)。此外，離心機(jī)也是處理廢棄鉆井液防止污染環(huán)境的一種理想備。固控設(shè)備－離心機(jī)12/23/202362一、組成及工作原理

1、沉降式離心機(jī)（螺旋式）

組成沉降式離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓5兩端支承在滾動(dòng)軸承上，輸送固相的螺旋輸送器6與轉(zhuǎn)鼓之間留有微量間隙，并用行星差速器7

使二者維持一定的轉(zhuǎn)差。電動(dòng)機(jī)3

通過V形膠帶1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2，加料管4裝在轉(zhuǎn)鼓的大端，行星差速器一端裝有過載保護(hù)裝置。固控設(shè)備－離心機(jī)12/23/202363

工作原理

待處理的加重泥漿用水稀釋后，通過空心軸中間的一根固定輸入管、輸送器上的進(jìn)漿孔，進(jìn)入由錐形滾筒和輸送器蝸形葉片所形成的分離室，并被加速到與輸送器或滾筒大致相同的轉(zhuǎn)速，在滾筒內(nèi)形成一個(gè)液層。調(diào)節(jié)溢流口的開度，可以改變液層厚度。由于離心力的作用，重晶石和大顆粒的固相被甩向滾筒內(nèi)壁，形成固相層，由螺旋輸送器輸送到錐形滾筒處的干濕區(qū)過渡帶，通過滾筒小頭的底流口排出，而自由液體和懸浮的固相顆粒則流向滾筒的大頭，通過溢流孔排出。固控設(shè)備－離心機(jī)12/23/202364

2、篩筒式離心機(jī)（轉(zhuǎn)筒式）

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)筒體軸通過密封向外伸出。待處理泥漿和稀釋水(泥漿：水＝1：0.7)從外殼左上方輸入后，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)，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，通過一種可調(diào)節(jié)的阻流嘴排出，或由以一定速度運(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。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。這種離心機(jī)處理泥漿量大，可回收重晶石82％～96％。固控設(shè)備－離心機(jī)12/23/202365

二、離心機(jī)的分類

按照離心力、轉(zhuǎn)速、分離點(diǎn)和進(jìn)漿容量，離心機(jī)可分為：

(1)“重晶石”回收型離心機(jī)轉(zhuǎn)速為1600～1800r／min，離心力為重力的500～700倍。對(duì)低密度固體，分離點(diǎn)為6～10μm，對(duì)高密度固體為4～7μm。進(jìn)漿量一般為2.3～9m3／h。這種離心機(jī)用來清除膠體，控制塑性粘度。

(2)大處理量型離心機(jī)進(jìn)漿量為23～45m3／h。轉(zhuǎn)速為1900～2200r／min。離心力為重力的800倍左右。分離點(diǎn)為5～7μm。這種離心機(jī)用來清除大于5～7μm的固相。

(3)高速型離心機(jī)轉(zhuǎn)速為2500—3000r／min，離心力為重力的1200～2100倍，分離點(diǎn)可低達(dá)2～5μm，進(jìn)漿速度由待分離的鉆井液類型決定，這種離心機(jī)用來清除2—5μm的顆粒。固控設(shè)備－離心機(jī)12/23/202366三、離心機(jī)的應(yīng)用

1、處理加重鉆井液

在加重鉆井液中應(yīng)用離心機(jī)的首要目的是控制粘度。因?yàn)樵诟哒扯认裸@井速度較慢?？刂普扯鹊姆椒ㄊ菍⒁鹫扯仍黾拥某?xì)顆粒固相和膠體通過溢流分離出來，排至廢料池，而將含有大量重晶石的底流重新返回鉆井液循環(huán)罐內(nèi).

由于離心機(jī)不能從低密度固相中分離出重晶石，因此在底流中也有一部分很細(xì)的無用固相和重晶石一起返回循環(huán)罐。這樣一方面可以大大減少為降低粘度而排掉鉆井液的消耗，以及用水進(jìn)行稀釋產(chǎn)生過量鉆井液的問題。另一方面回收了大量的重晶石，一般離心機(jī)每小時(shí)也能回收3—4t左右，效益很高。

粘度很大的泥漿中的固相，在離心機(jī)中也很難分離。這時(shí)應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)南♂專拍塬@得良好的分離效果，還可補(bǔ)充部分由溢流排掉的稠液體，使循環(huán)系統(tǒng)保持恒定的數(shù)量。固控設(shè)備－離心機(jī)12/23/202367

2、處理非加重鉆井液

在未加重的低固相鉆井液中，離心法是很有效的液固分離方法。

所用離心機(jī)通常是大處理量型離心機(jī)，每小時(shí)能處理30～50m3的液體，處理3～4t的固相。由于低固相鉆井液所帶來的巨大效益，為了清除非加重鉆井液中的固相，應(yīng)用離心機(jī)越來越普遍。離心機(jī)將鉆井液分離為溢流和底流兩部分，底流中含有大量無用固相排到廢漿池中；而貴重的液相再返回到循環(huán)罐中去。固控設(shè)備－離心機(jī)12/23/202368

3、處理水力旋流器底流

旋流器(除砂器、除泥器)底流含有較多的液體，將其送入離心機(jī)，離心機(jī)分