石油矿场机械11

1、第十一章 钻井液净化设备王希尧王希尧2钻井液净化设备钻井液净化设备v 钻井液的循环，是钻井液经钻井泵加压获得水压头后，通过高压管汇、水龙头输送到钻杆内腔，沿钻杆内腔流到地下，从钻头喷嘴喷射出来，将钻头在地层下破碎的岩屑沿钻杆外的环形空间带回地面，经过振动筛、除砂器、除泥器和离心机等净化设备将钻井液中的岩屑按从大到小的顺序逐级分离得以净化，净化后的钻井液流入钻井液罐待钻井泵吸取再循环。v 在此过程中随钻头打钻深度增加，地层疏松程度、气体分布、岩石坚硬状况、等复杂的地层情况随时发生变化，需要及时向钻井液增加一些改变性能的材料（如堵漏剂、重晶石粉等），改变钻井液的性能参数，积极应对地层变化，保证钻进

2、的安全顺利的进行。v 所以，需要一套完整的设备和检测仪器：如钻井液罐、振动筛、除砂器、除泥器、除气器、离心机、混合漏斗、离心泵、搅拌器、液位检测仪、密度计、粘度计等，这些设备和仪器以一定的方式联合使用，对循环中的钻井液在地面的钻井液罐上进行净化、化学药剂材料的添加和检测。v 良好的钻井液净化设备，可提高钻井速度，保证井下安全，降低钻井泵易损件消耗，改善工人劳动强度，降低钻井成本，并使下套管和电测畅通无阻。v 钻井实践表明，当泥浆中固相颗粒减少1%时，钻头的寿命延长710%，钻速提高29%。3一、钻井液净化系统一、钻井液净化系统v 目前，常用的钻井液净化装置有：两级净化和三级净化处理系统。4净化

3、系统的组成及功用净化系统的组成及功用v 1、系统组成 循环罐； 泥浆4级净化设备（振动筛、除泥器、除沙器、离心分离机、除气器）； 加重房及材料房； 管线及阀件等组成。v 2、 功用 实现泥浆的净化、 循环、配料等。使泥浆中的含砂量降低到0.5%以下。567二、钻井液振动筛二、钻井液振动筛v 振动筛是一种过滤性机械分离设备，它通过机械振动和颗粒间的粘附作用，将大于网孔的固体和部分小于网孔的固体颗粒筛离出来。从井口返出来的钻井液经过振动着的振动筛筛网表面，固相从筛网尾部排出，含有小于网孔的固相颗粒的钻井液透过筛网流入循环系统，从而完成较粗固相颗粒的分离作用。v 筛分机理 筛箱按照一定的频率、一定的

4、倾角发生振动，固相颗粒沿筛面向前做滑移或投掷运动，完成给料、输送、筛分和冷却等多种作用和功能v 五十年代以前，主要是用振动筛来清除钻井液中的固相。v 振动筛具有最先、最快分离钻井液中固相的特点，担负着清除大量钻屑的任务，如果振动筛发生故障，其它固控设备（除砂器、除泥器和离心机等）会因为超载而不能正常连续工作。因此，它是钻井液固控的关键设备。8二、钻井液振动筛二、钻井液振动筛v 目前石油矿场使用的几乎都是单轴惯性振动筛，它由筛箱、筛网、隔振弹簧及激振器等组成。9二、钻井液振动筛二、钻井液振动筛v 石油矿场中使用的振动筛多为多轴惯性振动筛。钻井液振动筛中最易损坏的是筛网。v 振动筛有：钢丝筛网、塑

5、料筛网、带孔筛板等。常用的是不锈钢丝筛网。v 筛网以目表示其规格，目数即单位尺寸内的网眼数。目数越大，表示网眼越小。v 在国标中已不再使用“目数”作为基本规格，通称“网孔基本尺寸”。10二、钻井液振动筛二、钻井液振动筛11 由于振动筛由于振动筛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，旋流分离器开始用于钻离器开始用于钻井液中的固相控井液中的固相控制。制。二、钻井液振动筛二、钻井液振动筛12二、钻井液振动筛二、钻井液振动筛v 到六十年代随着钻井工艺的发展，对固控的要求越来越到六十年代随着钻井工艺的发展，对固控的要求越来越高，因而又发展使用了除泥旋流器，离心机等

6、机械设备。高，因而又发展使用了除泥旋流器，离心机等机械设备。v 泥浆筛一般只能清除全部固相量的泥浆筛一般只能清除全部固相量的25左右，左右，74m以以下的细颗粒仍留在泥浆中，对钻进速度仍然影响较大。为下的细颗粒仍留在泥浆中，对钻进速度仍然影响较大。为了进一步改善泥浆性能，了进一步改善泥浆性能，般在泥浆振动筛之后装有水力般在泥浆振动筛之后装有水力旋流器，用以清除较小颗粒的固相。旋流器，用以清除较小颗粒的固相。 13三、水力旋流器三、水力旋流器水力旋流器水力旋流器 是泥浆固控系统中的除沙器、除泥器和微型旋流器的统称。 钻井液清洁器主要用来清除大于重晶石粒度的剩余钻屑。加重钻井液通过旋流器时，底流中

7、仍有大量重晶石，通过细筛网，重晶石重新回到循环罐内。同时也有一些岩屑回到罐内。当加重钻井液通过振动筛、除砂器，除泥器和离心机后，清除的岩屑颗粒尺寸将依次减小。采用旋流器从加重钻井液中清除无用固相的同时，在底流中也有相当多的重晶石。旋流器底流下的细目筛，清除了大颗粒岩屑，而重晶石透过筛网又回到了循环罐内。14三、水力旋流器三、水力旋流器v 除砂器和除泥器结构和工作原理完全相同。v 锥筒内径为612英寸者，称作除砂器，能清除大于70m和约50大于40m的细砂颗粒。v 锥筒内径为25英寸者，称为除泥器，能清除40m和约50大于15m的泥质颗粒。 v 所谓锥筒内径是指锥筒圆柱体部分的内径，亦称工作内径

8、。15v 如图所示，水力旋流器上如图所示，水力旋流器上部呈圆柱蜗壳，下部呈锥部呈圆柱蜗壳，下部呈锥形壳，圆柱壳的侧面，有形壳，圆柱壳的侧面，有一切向钻井液人口管，顶一切向钻井液人口管，顶部装有出口溢流管。圆锥部装有出口溢流管。圆锥壳底部是排砂孔工分离出壳底部是排砂孔工分离出来的砂、泥以及少量的液来的砂、泥以及少量的液体由此排除。体由此排除。进 口 管溢 流 口排 砂 口16v 离心沉淀原理是水力旋流器的基本工作原理。v 悬浮在钻井液中的固相颗粒随钻井液在压力作用下，从旋流器蜗壳进液口（切向）高速流入圆柱蜗壳内壁，高速旋转的钻井液绕锥筒中心旋转产生极大的离心力。由于钻井液的液体和固相颗粒存在着密

9、度差，使固相颗粒分离出来而靠近锥壁，并在重力作用下向锥筒底部旋流，从底流口排出，密度较小的钻井液在旋流器中心高速旋转，同时随着固相颗粒沿锥筒壁下移至底部，锥筒底部压力越大，旋流器中心的钻井液不能从底部流出，在底部压力作用下从顶部的溢流口流出。17v 水力旋流器分离出固相的粒径愈小，则分离能力愈大，它与旋流器的尺寸、进浆压力、泥浆粘度及固相颗粒的分布有关。 v 由于泥浆中固相颗粒以高速撞击旋流器内壁，并沿内壁快速旋转下落，往往导致旋流器内壁很快磨损、破坏。 v 水力旋流器由于结构简单，广泛用于液固、液液及液气分离之中。18泥浆清洁器泥浆清洁器v 对深井和超深井，由于井下油气压力高，地层情况复杂，

10、常使用加重泥浆，即在泥浆中添加重晶石粉和化学药剂等。此时，若仍用上述设备组成净化系统，就会使大量重晶石粉或贵重液相白白地流失。因此，对于水基或油基加重泥浆，应采用振动筛泥浆清洁器离心机组成净化系统，即钻深井或超深井时，泥浆清洁器是净化系统中的必备装置。v 泥浆清洁器由旋流器和振动筛组合而成，上部是45英寸的水力旋流器，下部是150200目的振动筛。v 泥浆自井口中返出，经双层振动筛(上层40目，下层60目)处理后流入泥浆罐，再由砂泵从罐中泵入清洁器。 清洁器将泥浆中74105m的固相颗粒清除掉，而液相及小于74m的固相(包括260m的重晶石粉) 则返回到泥浆中。 因此，清洁器一般只用在加重泥浆

11、系统中。用途是清除比重晶石颗粒大的固相颗粒，回收重晶石及液相。19工作流程工作流程v 1一振动筛处理过的泥浆；v 2一清洁泥浆；v 3一水力旋流器； v 4一细目振动筛；v 5一排出固体颗粒；v 6一筛网底流； v 7一泥浆返回循环系统20四、离心分离机四、离心分离机v 离心机一般安装在固控系统的最后一级。分离原理为离心力v 离心分离机主要用于回收加重钻井液中的重晶石，以及非加重钻井液的液体或化学药剂。v 是处理废弃钻井液防止污染环境的一种理想备。v 目前，石油矿场使用的离心分离机主要有三类： 转筒式离心分离机 沉淀式离心分离机 水力涡轮式离心分离机。21筛筒式离心机（转筒式）v带有许多筛孔的

12、内简体在固定的圆筒形外壳内转动，外壳两端装有液力密封，内简体带有许多筛孔的内简体在固定的圆筒形外壳内转动，外壳两端装有液力密封，内简体轴通过密封向外伸出。待处理泥浆和稀释水轴通过密封向外伸出。待处理泥浆和稀释水( (泥浆：水泥浆：水1 1：0.7)0.7)从外壳左上方由输入从外壳左上方由输入后，由于内筒旋转的作用，泥浆在内、外筒间的环形空间转动，后，由于内筒旋转的作用，泥浆在内、外筒间的环形空间转动，在离心力的作用下，在离心力的作用下，重晶石和其它大颗粒的固相物质飞向外筒的内壁重晶石和其它大颗粒的固相物质飞向外筒的内壁，通过一种可调节的阻流嘴排出，或，通过一种可调节的阻流嘴排出，或由以一定速度

13、运转的底流泵将飞向外筒内由以一定速度运转的底流泵将飞向外筒内壁的重泥浆从底流管中抽吸出来，予以回收。壁的重泥浆从底流管中抽吸出来，予以回收。调节阻流嘴开度或泵速可以调节底流的流量。而轻质泥浆则慢速下沉，经过内筒的筛调节阻流嘴开度或泵速可以调节底流的流量。而轻质泥浆则慢速下沉，经过内筒的筛孔进入内简体，由空心轴排出。孔进入内简体，由空心轴排出。这种离心机处理泥浆量大，可回收重晶石这种离心机处理泥浆量大，可回收重晶石8296。22沉降式离心机沉降式离心机v 沉降式离心机（螺旋式）沉降式离心机（螺旋式）v 组成组成 沉降式离心机离心机的沉降式离心机离心机的转鼓转鼓5 5两端支承在滚动轴承上，输送固相两端支承在滚动轴承上，输送固相的螺旋输送器的螺旋输送器6 6与转鼓之间留有微与转鼓之间留有微量间隙，并用量间隙，并用行星差速器行星差速器7 7 使二者使二者维持一定的转差。电动机维持一定的转差。电动机3 3 通过机通过机V V形胶带形胶带1 1带动转鼓和螺旋输送器。带动转鼓和螺旋输送器。电机与转鼓间装有液力联轴器电机与转鼓间装有液力联轴器 2 2，加料管加料管4 4 装在转鼓的大端，行星差装在转鼓的大端，行星差速器一端装有过载保护装置。速器一端装有过载保护装置。23沉降式离心机沉降式离心机24沉降式离心机沉降式离心机v 工