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、對于井下動力鉆具而言，傳遞動力；

5、潤滑冷卻鉆頭、鉆具；

6、利用鉆井液準確獲得井下資料。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，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、降低機械鉆速（單位時間內(nèi)鉆頭所鉆井眼的進尺），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，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2號井6號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89號94號井深（米）39023836固控狀況很差良好鉆速（米/小時）1.041.91泥漿成本（元/米）86．663.9全井累計（萬元）33.824.5第一節(jié)概述12/23/20237粒度級別直徑（μm）一、粗粒>20000二、中粗粒250－2000三、中粗74－250四、細粒44－74五、超細粒2－44六、膠體<23、固相顆粒的粒度級別第一節(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技術(shù)的全面實施，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.降低鉆井液中細微顆粒的比例，保持合理的固相粒度和級配。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。

機械清除法：利用機械設(shè)備強制清除有害固相，改變固相級配。第一節(jié)概述12/23/202311機械清除設(shè)備配置級別設(shè)備處理能力（μm）一振動篩>250二除砂器32－80三除泥器10－52四清潔器10－60五離心機2－7第一節(jié)概述機械清除的特點：1）設(shè)備配套，逐級清除。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，主要是用振動篩來清除鉆井液中的固相。第一節(jié)概述12/23/202313由于振動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，離心機等機械設(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入鉆井泵吸入口的整個地面流程。這段流程中包括了前述的機械固控設(shè)備、除氣器、泥漿攪拌器、泥漿池、泥漿配置設(shè)備等。但整個系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備是各種固控設(shè)備，即振動篩、除砂器、除泥器、泥漿清潔器、離心機及除氣器。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：振動篩是鉆井必備的幾種清除鉆屑的設(shè)備之一。鉆井液振動篩是固控系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備（一級固控設(shè)備），如果振動篩不能正常工作，那么后續(xù)的旋流器、離心機等固控設(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——震動篩

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

2、振動篩工作特點

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

(5)鉆井巖屑在篩面上的篩分過程遠比干物粒復(fù)雜。由于鉆井液粘度的影響，同時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，使篩下物粒度遠小于篩孔尺寸。（糊篩）固控設(shè)備－振動篩12/23/202327

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

(1)按篩箱上的運動軌跡分圓形軌跡篩、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)按振動方式分慣性振動篩、慣性共振篩、彈性連桿式共振篩、電磁振動篩等。固控設(shè)備－振動篩12/23/202328

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

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

自定心鉆井液振動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－振動篩12/23/202332工作原理：

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

對于強制同步的直線振動篩的激振器有兩個質(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，因此篩箱的運動軌跡為直線。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沿振動方向的分力相加，與振動垂直方向的分力相互抵消。因此激振器只在振動方向形成激振力，使篩箱作直線振動。大多數(shù)鉆井液直線篩的擲拋角(振動方向與水平面的夾角)在450～600之間。12/23/202334優(yōu)點：直線振動篩與圓運動軌跡振動篩相比有以下優(yōu)點：

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

b.由于篩面可以水平安置，因此降低了振動篩的整機高度。

c.由于篩面系直線運動，篩網(wǎng)上的加速度及作用力較均勻，方向保持一定，而不象圓運動軌跡那樣，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篩網(wǎng)，壽命較長。

d.直線篩的鉆井液處理量比圓篩大20％～30％。從國外鉆井液振動篩近期發(fā)展趨勢來看，固控設(shè)備制造公司均已大量生產(chǎn)直線篩。固控設(shè)備－振動篩12/23/2023351、箱式激振器雙軸直線振動篩如圖所示。裝在渡槽上的電機，通過三角膠帶與萬向軸相連，萬向軸帶動激振器，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)直線運動。含有鉆屑的鉆井液由渡槽進入篩箱右端，鉆井液在振動下透篩，回到循環(huán)大罐內(nèi)，鉆屑在篩面上跳躍前進。固控設(shè)備－振動篩12/23/2023362、筒式激振器雙軸直線振動篩如圖所示。傳動方式仍由萬向軸、膠帶、電機組成。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)運動。其顯著的結(jié)構(gòu)特點是：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。通過齒輪副進行強迫同步的直線型激振器，由于稀油潤滑，密封困難；由于齒輪線速度高而出現(xiàn)高噪音。固控設(shè)備－振動篩12/23/2023373、自同步雙電機驅(qū)動的雙直線振動篩

固控設(shè)備－振動篩

目前國內(nèi)外直線振動篩的發(fā)展趨勢是采用雙振動電機分別驅(qū)動，依靠自同步原理工作的激振器。主要優(yōu)點是取消了同步齒輪裝置，結(jié)構(gòu)得到簡化，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）采用雙電機裝于篩箱一側(cè)，偏心軸應(yīng)用萬向節(jié)與電機相連，如圖所示。

2）采用雙激振電機驅(qū)動，激振電機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－振動篩12/23/202339

三）均衡橢圓振型振動篩

均衡橢圓振型振動篩是80年代初發(fā)展起來的一種新型篩。圓振型振動篩上有一個旋轉(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，但圓運動和拋擲角陡峭，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方向，所以堵孔的可能性較大。(圓振型不易糊篩但運料速處理量小，直線型處理量大但是易糊篩)

均衡運動橢圓篩綜合了直線篩和圓篩的優(yōu)點，即橢圓“長軸”是強化物料輸送的分量，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，橢圓振動篩的總處理量較直線振動篩和圓振動篩大26％左右。固控設(shè)備－振動篩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)，因此在橢圓運動上形成短軸b；在2、4位置上，離心力疊加，作用于篩箱上的力為(Fl+F2)

，因此在橢圓運動上形成長軸a，相當(dāng)于雙振幅。固控設(shè)備－振動篩12/23/202341

橢圓篩的長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－振動篩12/23/202342四）鉆井液振動篩的篩網(wǎng)

鉆井液振動篩中最易損壞的零件是篩網(wǎng)。幾乎所有的鉆井液振動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)長時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。我國工業(yè)用金屬絲編織方孔篩已有國家標推。根據(jù)油田鉆井液振動篩的實際情況又發(fā)布了《鉆井液振動篩鉤邊篩網(wǎng)》國家標準。在國標中已不再使用“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篩的需要。固控設(shè)備－振動篩12/23/202343固控設(shè)備－振動篩12/23/202344固控設(shè)備－振動篩12/23/202345固控設(shè)備－振動篩12/23/202346鉆井液中的顆粒除大顆粒已由前置振動篩排除外，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超細目振動篩的組合，如下頁圖所示。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，底流中仍有大量重晶石，通過細篩網(wǎng)，重晶石重新回到循環(huán)罐內(nèi)。同時也有一些巖屑回到罐內(nèi)。當(dāng)加重鉆井液通過振動篩、除砂器，除泥器和離心機后，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，在底流中也有相當(dāng)多的重晶石。旋流器底流下的細目篩，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1一振動篩處理過的泥漿；2一清潔泥漿；3一水力旋流器；4一細目振動篩；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—殼體；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。目前尚沒有一個嚴格的分類標準。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)國標GB／Tll647—89推薦，鉆井液固控系統(tǒng)中三類旋流器的分類標準及相應(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)的計算

a、處理量Q

水力旋流器單位時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入溢流，大于邊界粒子粒度的全部或大部分粒子進入沉沙排出口。

大直徑的水力旋流器比小直徑的組合水力旋流器使用簡單可靠，堵塞的機會較少。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)進口直徑dn

進口管直徑的變化對處理量的影響較大，而對邊界粒子粒度的影響不大。用減小進口管直徑的辦法，達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工作指標。當(dāng)進口壓力不變時，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，進口壓力將成平方降低。要獲得良好分級，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，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。減小排砂孔徑將會產(chǎn)生下列影響：對于密度較大、顆粒較大的鉆井液分離時可能堵塞排砂孔；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，對于水力旋流器所有的工作指標均有極大的影響，首先影響到沉砂。相對沉砂量隨排口比的增大而增大，溢流變得更細。超過某一數(shù)值，將會得到相反的效果。

(6)圓柱體高度H

高度對邊界粒度有影響。對于分級取H＝(0.5～1.0)D。

(7)溢流管長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，不得低于錐底平面，也不得高于進口管。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)管頂部安裝一個吸入空氣的小管。

(9)進口壓力在其他條件不變的情況下，進口壓力越高，處理能力就越大，溢流就越細，排砂的濃度就越大。要獲得較細的溢流，進口壓力不應(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；固相密度增加會使溢流粒度減小，而沉砂可能捕獲很多固體細粒子，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，排砂孔排除的固相顆粒較大，形成大阻力的排砂孔超負荷，而不能排除粗砂，使部分沉砂回到溢流中去。對于這種粗粒度鉆井液，要得到細粒溢流，需要分級處理；第一次分級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——離心機離心機一般安裝在固控系統(tǒng)的最后一級。分離原理為離心力12/23/202361作用：用以處理非加重鉆井液時，可除去2μm以上的有害固相；用以處理加重液時，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。此外，離心機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12/23/202362一、組成及工作原理

1、沉降式離心機（螺旋式）

組成沉降式離心機的轉(zhuǎn)鼓5兩端支承在滾動軸承上，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。電動機3

通過V形膠帶1帶動轉(zhuǎn)鼓和螺旋輸送器。電機與轉(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裝置。固控設(shè)備－離心機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、輸送器上的進漿孔，進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12/23/202364

2、篩筒式離心機（轉(zhuǎn)筒式）

帶有許多篩孔的內(nèi)簡體在固定的圓筒形外殼內(nèi)轉(zhuǎn)動，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，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)筒的篩孔進入內(nèi)簡體，由空心軸排出。這種離心機處理泥漿量大，可回收重晶石82％～96％。固控設(shè)備－離心機12/23/202365

二、離心機的分類

按照離心力、轉(zhuǎn)速、分離點和進漿容量，離心機可分為：

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

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

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

1、處理加重鉆井液

在加重鉆井液中應(yīng)用離心機的首要目的是控制粘度。因為在高粘度下鉆井速度較慢?？刂普扯鹊姆椒ㄊ菍⒁鹫扯仍黾拥某氼w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，一般離心機每小時也能回收3—4t左右，效益很高。

粘度很大的泥漿中的固相，在離心機中也很難分離。這時應(yīng)進行適當(dāng)?shù)南♂?，才能獲得良好的分離效果，還可補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。

所用離心機通常是大處理量型離心機，每小時能處理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)用離心機越來越普遍。離心機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，離心機分