循环系统_泥浆净化系统

1、长江大学石油钻采设备2022-7-41第五章 钻井液固控系统钻井液固控系统长江大学石油钻采设备2022-7-42钻井液固控系统第一节第一节 概概 述述一、钻井液的作用一、钻井液的作用 钻井液被喻为钻井液被喻为钻井血液钻井血液，其性能的好坏直接关系，其性能的好坏直接关系到钻井的成败。钻井液的最到钻井的成败。钻井液的最基本作用基本作用： 1、清洗井底携带岩屑；、清洗井底携带岩屑；（洗井）（洗井） 2、平衡地层流体压力；、平衡地层流体压力； 3、平衡井壁岩石侧压力，并在井壁形成泥饼保持、平衡井壁岩石侧压力，并在井壁形成泥饼保持井壁稳定防止井壁坍塌；井壁稳定防止井壁坍塌； 4、对于井下动力钻具而言，传

2、递动力；、对于井下动力钻具而言，传递动力； 5、润滑冷却钻头、钻具；、润滑冷却钻头、钻具； 6、利用钻井液准确获得井下资料。、利用钻井液准确获得井下资料。长江大学石油钻采设备2022-7-43二、钻井液的固相控制二、钻井液的固相控制 1 1、固相的概念及其危害、固相的概念及其危害 分散于钻井液中的固体颗粒称为钻井液中的固相。钻井液中的固相：分散于钻井液中的固体颗粒称为钻井液中的固相。钻井液中的固相： 一是来源于被破碎岩石产生的钻屑（岩屑、劣质土、砂粒等）；一是来源于被破碎岩石产生的钻屑（岩屑、劣质土、砂粒等）； 二是为钻井工艺要求而人为加入的（膨润土、重晶石等）二是为钻井工艺要求而人为加入的（

3、膨润土、重晶石等）。 按固相在钻井液中所起的作用可分为按固相在钻井液中所起的作用可分为有用固相有用固相和和有害固相有害固相两类。两类。 钻屑是有害固相的主要来源，而且存在于钻井过程的始终，带来很多危害。钻屑是有害固相的主要来源，而且存在于钻井过程的始终，带来很多危害。因此必须消除有害固相因此必须消除有害固相。第一节第一节 概概 述述长江大学石油钻采设备2022-7-442 2、泥浆中有害固相的危害、泥浆中有害固相的危害1 1) ) 堵塞油气通道，损害油气层：堵塞油气通道，损害油气层： A A、钻井液压力大于地层压力时，钻井液向地层渗透，小于、钻井液压力大于地层压力时，钻井液向地层渗透，小于地层

4、油气通道的的固相随之深入，形成堵塞。即地层油气通道的的固相随之深入，形成堵塞。即污染油层污染油层。 B B、降低机械钻速降低机械钻速（单位时间内钻头所钻井眼的进尺），缩（单位时间内钻头所钻井眼的进尺），缩短钻头、钻具使用寿命。短钻头、钻具使用寿命。第一节第一节 概概 述述长江大学石油钻采设备2022-7-45 2 2）、诱发井下事故：）、诱发井下事故： 固相固相导致导致： A.A.密度密度压漏地层；压漏地层； B.B.黏度黏度钻头易泥包，起钻拔活塞，诱发井喷、钻头易泥包，起钻拔活塞，诱发井喷、 下钻引起压力激动，引起井漏；下钻引起压力激动，引起井漏； C.C.泥饼变松、变厚泥饼变松、变厚失水大

5、，导致井壁塌；井眼变失水大，导致井壁塌；井眼变 小，易卡钻；小，易卡钻；引发压差卡钻。引发压差卡钻。 D. D.泥饼摩擦系数泥饼摩擦系数扭矩增加，动力消耗大，钻具事扭矩增加，动力消耗大，钻具事 故多，钻具寿命短；故多，钻具寿命短；第一节第一节 概概 述述长江大学石油钻采设备2022-7-463) 3) 缩短机械设备寿命缩短机械设备寿命：增大磨损，钻头消耗增加，泥浆泵易损：增大磨损，钻头消耗增加，泥浆泵易损件消耗增加。件消耗增加。井号2号井6号井固控方式土池固控系统材料消耗钻头（只）96拉杆（根）207缸套（只）74活塞（只）6025凡尔（套）4020第一节第一节 概概 述述长江大学石油钻采设备

6、2022-7-474) 4) 增加钻井成本增加钻井成本：相邻两井比较：相邻两井比较井号井号8989号号9494号号井深（米）井深（米）3902390238363836固控状况固控状况很差很差良好良好钻速（米钻速（米/ /小时）小时）1.041.041.911.91泥浆成本（元泥浆成本（元/ /米）米）86866 663.963.9全井累计（万元）全井累计（万元）33.833.824.5第一节第一节 概概 述述长江大学石油钻采设备2022-7-48粒度级别粒度级别直径（直径（m m）一、粗粒一、粗粒2000020000二、中粗粒二、中粗粒25025020002000三、中粗三、中粗7474250

7、250四、细粒四、细粒44447474五、超细粒五、超细粒2 24444六、胶体六、胶体2250250二二除砂器除砂器32328080三三除泥器除泥器10105252四四清洁器清洁器10106060五五离心机离心机2 27 7第一节第一节 概概 述述机械清除的特点：机械清除的特点： 1）设备配套，逐级清除。 2）固相控制容易，泥浆性能稳定，泥浆损失少，污染小。 3）固控成本较低。长江大学石油钻采设备2022-7-413五十年代以前，主要是用五十年代以前，主要是用振动筛振动筛来清除钻井液中的固相。来清除钻井液中的固相。第一节第一节 概概 述述长江大学石油钻采设备2022-7-414 由于振动筛由

8、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，代中期，旋流分旋流分离器离器开始用于钻开始用于钻井液中的固相控井液中的固相控制。制。第一节第一节 概概 述述长江大学石油钻采设备2022-7-415 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，因而又发展使用了用了除泥旋流器除泥旋流器，离心机离心机等机械设备。等机械设备。第一节第一节 概概 述述长江大学石油钻采设备2022-7-416 当钻井液中当钻井液中侵入气体侵入气体后，钻井液的性能随之后，钻井液的性能随之改变改变，也影响砂泵，钻，也影响砂泵，钻井

9、泵的正常吸入和工作。井泵的正常吸入和工作。因此钻井液中的气体也因此钻井液中的气体也被列入清除之列，清除被列入清除之列，清除钻井液中气体的钻井液中气体的除气器除气器也属于固控设备。也属于固控设备。第一节第一节 概概 述述长江大学石油钻采设备2022-7-417 应该指出，应该指出，固控系统固控系统通常不仅仅指上述的通常不仅仅指上述的各种固控设备，而是包括各种固控设备，而是包括从泥浆返出井口开始到进从泥浆返出井口开始到进入钻井泵吸入口的整个地面流程。入钻井泵吸入口的整个地面流程。这段流程中包括这段流程中包括了前述的机械固控设备、除气器、泥浆搅拌器、泥了前述的机械固控设备、除气器、泥浆搅拌器、泥浆池

10、、泥浆配置设备等。但整个系统中的关键设备浆池、泥浆配置设备等。但整个系统中的关键设备是各种固控设备，即是各种固控设备，即振动筛、除砂器、除泥器、泥振动筛、除砂器、除泥器、泥浆清洁器、离心机及除气器浆清洁器、离心机及除气器。其它的则属于辅助设。其它的则属于辅助设备。备。第一节第一节 概概 述述长江大学石油钻采设备2022-7-418三、净化系统的组成及功用三、净化系统的组成及功用1 1、系统组成、系统组成 1 1）循环罐；）循环罐； 2 2）泥浆）泥浆4 4级净化设备级净化设备 3)3)加重房及材料房；加重房及材料房； 4 4）管线及阀件等组成。）管线及阀件等组成。2、 功用 实现泥浆的净化、实

11、现泥浆的净化、 循环、配料等。使泥浆中的含砂量降低到循环、配料等。使泥浆中的含砂量降低到0.5%0.5%以下。以下。第一节第一节 概概 述述长江大学石油钻采设备2022-7-419第一节第一节 概概 述述长江大学石油钻采设备2022-7-420第一节第一节 概概 述述长江大学石油钻采设备2022-7-421第一节第一节 概概 述述长江大学石油钻采设备2022-7-422第一节第一节 概概 述述长江大学石油钻采设备2022-7-423一一 概述概述 1 1、作用、作用： 振动筛是钻井必备的几种清振动筛是钻井必备的几种清除钻屑的设备之一。钻井液振除钻屑的设备之一。钻井液振动筛是固控系统中的关键设备

12、动筛是固控系统中的关键设备（一级固控设备一级固控设备），如果振动），如果振动筛不能正常工作，那么后续的筛不能正常工作，那么后续的旋流器、离心机等固控设备将旋流器、离心机等固控设备将难以正常工作。难以正常工作。钻井液固控系统第二节第二节 泥浆净化设备之一泥浆净化设备之一震动筛震动筛 从井底返出的钻井液首先经过振动筛清除较大的固相颗粒，从井底返出的钻井液首先经过振动筛清除较大的固相颗粒，故称振动筛为第一级固控设备，它适合于各种钻井液的筛分。故称振动筛为第一级固控设备，它适合于各种钻井液的筛分。长江大学石油钻采设备2022-7-424 2、振动筛工作特点振动筛工作特点 (1) (1) 钻井液振动筛筛

13、钻井液振动筛筛分的介质是液体，废弃的是分的介质是液体，废弃的是固相粒。固相粒。 (2) (2) 它所筛分的钻井液它所筛分的钻井液是一种物化性能变化很大的是一种物化性能变化很大的液相、固相和化学处理剂组液相、固相和化学处理剂组成的混合；成的混合； 固控设备振动筛长江大学石油钻采设备2022-7-425(3) (3) 它所分离的固相颗它所分离的固相颗粒的粒度由几个微米到粒的粒度由几个微米到2020多毫米。由于要求筛多毫米。由于要求筛下物越细越好，因此筛下物越细越好，因此筛网使用的最大目数目前网使用的最大目数目前已达到已达到325325目。目。固控设备振动筛长江大学石油钻采设备2022-7-426(

14、4) (4) 要求钻井液振要求钻井液振动筛具有极好的运动筛具有极好的运移性、安装简单、移性、安装简单、筛网更换方便、操筛网更换方便、操作粗放、工作可靠、作粗放、工作可靠、易损件少等特点易损件少等特点。固控设备振动筛长江大学石油钻采设备2022-7-427 (5) (5) 钻井岩屑在筛面钻井岩屑在筛面上的筛分过程远比干物上的筛分过程远比干物粒复杂。粒复杂。 由于钻井液粘度的由于钻井液粘度的影响，同时也由于钻屑影响，同时也由于钻屑吸附了一层水膜，这些吸附了一层水膜，这些固相颗粒透过筛孔的难固相颗粒透过筛孔的难度加大，使筛下物粒度度加大，使筛下物粒度远小于筛孔尺寸。（糊远小于筛孔尺寸。（糊筛）筛）固

15、控设备振动筛长江大学石油钻采设备2022-7-428 3 3、振动筛的类型、振动筛的类型 已应用于石油工业中的钻井液振动筛类型较多。主要有以下类型。已应用于石油工业中的钻井液振动筛类型较多。主要有以下类型。 (1) (1) 按筛箱上的运动轨迹分按筛箱上的运动轨迹分 圆形轨迹筛、直线轨迹筛、椭圆轨迹筛。圆形轨迹筛、直线轨迹筛、椭圆轨迹筛。 (2) (2) 按筛网绷紧方式分按筛网绷紧方式分 纵向绷紧筛和横向绷紧筛。纵向绷紧筛和横向绷紧筛。 (3) (3) 按筛分层数分按筛分层数分 单层筛和双层筛。单层筛和双层筛。 (4) (4) 按筛面倾角分按筛面倾角分 水平筛和倾斜筛。水平筛和倾斜筛。 (5)

16、(5) 按振动方式分按振动方式分 惯性振动筛、惯性共振筛、弹性连杆式共振筛、惯性振动筛、惯性共振筛、弹性连杆式共振筛、电磁振动筛等。电磁振动筛等。固控设备振动筛长江大学石油钻采设备2022-7-429 国内外钻井基本上都采用惯性振动筛。 惯性振动筛惯性振动筛又分为： 单轴圆运动振动筛单轴圆运动振动筛 由单轴激振器激振，其筛箱运动轨迹为圆形或近似圆形。 双轴惯性振动筛双轴惯性振动筛 由双轴激振器激振，其筛箱运动轨迹又可分为直线和椭圆两种。固控设备振动筛长江大学石油钻采设备2022-7-430惯惯性性振振动动筛筛单轴惯性振动筛单轴惯性振动筛双轴直线震动筛双轴直线震动筛均衡椭圆振型振动筛均衡椭圆振型

17、振动筛简单型单轴惯性振动筛简单型单轴惯性振动筛自定心钻井液振动筛自定心钻井液振动筛箱式激振器双轴直线振动筛箱式激振器双轴直线振动筛筒式激振器双轴直线振动筛筒式激振器双轴直线振动筛自同步双电机驱动的双直线振动筛自同步双电机驱动的双直线振动筛固控设备振动筛二 振动筛结构特点长江大学石油钻采设备2022-7-431一）单轴惯性振动筛一）单轴惯性振动筛 1 1、单轴惯性振动筛单轴惯性振动筛固控设备振动筛长江大学石油钻采设备2022-7-4322 2、自定心式钻井液振动筛、自定心式钻井液振动筛 自定心钻井液振动筛又分为轴偏心式和皮带轮偏心式两种。如图所示为皮带轮偏心自定心钻井液振动筛又分为轴偏心式和皮带

18、轮偏心式两种。如图所示为皮带轮偏心式。即皮带轴孔与几何中心偏离一个距离，其值与单振幅相等；偏心方向与偏心轴式。即皮带轴孔与几何中心偏离一个距离，其值与单振幅相等；偏心方向与偏心轴( (或偏心块或偏心块) )方向相同。方向相同。1筛网；筛网；2轴承；轴承；3偏心块；偏心块；4激振弹簧；激振弹簧；5偏心皮带轮；偏心皮带轮；6框架框架 固控设备振动筛长江大学石油钻采设备2022-7-433工作原理：工作原理： 当偏心块的偏心方向向下时，筛箱向上运动，这时偏心皮带轮的偏心方向向下，补偿了由于筛箱向上运动后的中心缩短，使胶带始终保持绷紧状态。特点：特点：皮带轮作定轴转动，而不随筛箱振动。固控设备振动筛长

19、江大学石油钻采设备2022-7-434固控设备振动筛二）双轴直线振动筛二）双轴直线振动筛 对于强制同步的直线振动筛的激振器有对于强制同步的直线振动筛的激振器有两个质量相等的偏心块两个质量相等的偏心块，通过齿轮，通过齿轮作同步反向旋转将产生直线振动，因此筛箱的作同步反向旋转将产生直线振动，因此筛箱的运动轨迹为直线运动轨迹为直线。 工作原理工作原理: :质量相等的两偏心块同步反向旋转质量相等的两偏心块同步反向旋转，所产生的离心力，所产生的离心力F F相等。在各相等。在各瞬间位置上，离心力瞬间位置上，离心力F F沿振动方向的分力相加，与振动垂直方向的分力相互抵消。沿振动方向的分力相加，与振动垂直方向

20、的分力相互抵消。因此激振器只在振动方向形成激振力，使筛箱作直线振动。因此激振器只在振动方向形成激振力，使筛箱作直线振动。 大多数钻井液直线筛的掷抛角大多数钻井液直线筛的掷抛角( (振动方向与水平面的夹角振动方向与水平面的夹角) )在在450450600600之间。之间。长江大学石油钻采设备2022-7-435优点：优点： 直线振动筛与圆运动轨迹振动筛相比有以下优点：直线振动筛与圆运动轨迹振动筛相比有以下优点： a.a.由于筛箱的运动轨迹为直线，因此钻屑在筛面上的运动规则，由于筛箱的运动轨迹为直线，因此钻屑在筛面上的运动规则，排屑流排屑流畅畅。 b.b.由于筛面可以水平安置，因此由于筛面可以水平

21、安置，因此降低了振动筛的整机高度降低了振动筛的整机高度。 c.c.由于筛面系直线运动，筛网上的加速度及作用力较均匀，方向保持一由于筛面系直线运动，筛网上的加速度及作用力较均匀，方向保持一定，而不象圆运动轨迹那样，筛网上的加速度和作用力不断在变换。因此，定，而不象圆运动轨迹那样，筛网上的加速度和作用力不断在变换。因此，在直线筛上可以在直线筛上可以使用超细筛网，寿命较长。使用超细筛网，寿命较长。 d.d.直线筛的钻井液直线筛的钻井液处理量比圆筛大处理量比圆筛大20203030。 从国外钻井液振动筛近期发展趋势来看，固从国外钻井液振动筛近期发展趋势来看，固控设备制造公司均已大量控设备制造公司均已大量

22、生产直线筛。生产直线筛。固控设备振动筛长江大学石油钻采设备2022-7-4361 1、箱式激振器双轴直线振动筛、箱式激振器双轴直线振动筛 如图所示。装在渡槽上的电机电机，通过三角胶带三角胶带与万向轴万向轴相连，万向轴带动激振器激振器，产生与筛网面成600角的激振力。筛箱在激振力的作用下，作往复直线运动。含有钻屑的钻井液由渡槽进入筛箱右端，钻井液在振动下透筛，回到循环大罐内，钻屑在筛面上跳跃前进。固控设备振动筛长江大学石油钻采设备2022-7-4372 2、筒式激振器双轴直线振动筛筒式激振器双轴直线振动筛 如图所示。传动方式仍由万向轴、胶带、电机组成。筒式激振器的方向常与水平面成400450，筛

23、箱将按这一角度作反复运动。其显著的结构特点是：其显著的结构特点是：筛面上方视野开阔，更换筛网方便，筛箱整体高度较低，结构刚度较大。通过齿轮副进行强迫同步的直线型激振器，由于稀油润滑，密封困难；由于齿轮线速度高而出现高噪音。固控设备振动筛长江大学石油钻采设备2022-7-4383 3、自同步双电机驱动的双直线振动筛、自同步双电机驱动的双直线振动筛 固控设备振动筛 目前国内外直线振动筛的目前国内外直线振动筛的发展趋势是采用双振动电机分发展趋势是采用双振动电机分别驱动，依靠自同步原理工作别驱动，依靠自同步原理工作的激振器。的激振器。 主要优点是取消了同步齿主要优点是取消了同步齿轮装置，结构得到简化，

24、维修轮装置，结构得到简化，维修方便。但耗电量大。方便。但耗电量大。长江大学石油钻采设备2022-7-439 自同步直线筛在结构上有两种形式：自同步直线筛在结构上有两种形式： 1 1）采用双电机装于筛箱一侧，偏心轴应用万向节与电机相连，如图所示。）采用双电机装于筛箱一侧，偏心轴应用万向节与电机相连，如图所示。 2 2）采用双激振电机驱动，激振电机固定在筛箱墙板两侧上，与筛面安装成）采用双激振电机驱动，激振电机固定在筛箱墙板两侧上，与筛面安装成45450 060600 0的抛掷角。的抛掷角。固控设备振动筛长江大学石油钻采设备2022-7-440 三）三）均衡椭圆振型振动筛均衡椭圆振型振动筛 均衡椭

25、圆振型振动筛是均衡椭圆振型振动筛是8080年代初发展起来的一种新型筛。年代初发展起来的一种新型筛。 圆振型振动筛上有一个旋转着的加速度矢量，筛面上物料极易分散，堵塞圆振型振动筛上有一个旋转着的加速度矢量，筛面上物料极易分散，堵塞筛孔的可能性小，但圆运动和抛掷角陡峭，物料输送速度较低，因而在相同条筛孔的可能性小，但圆运动和抛掷角陡峭，物料输送速度较低，因而在相同条件下处理量不如直线筛。直线筛筛面水平布置，物料输送速度高，然而加速度件下处理量不如直线筛。直线筛筛面水平布置，物料输送速度高，然而加速度只有一个方向，所以堵孔的可能性较大。只有一个方向，所以堵孔的可能性较大。( (圆振型不易糊筛但运料速

26、处理量小，圆振型不易糊筛但运料速处理量小，直线型处理量大但是易糊筛直线型处理量大但是易糊筛) ) 均衡运动椭圆筛综合了直线筛和圆筛的优点，均衡运动椭圆筛综合了直线筛和圆筛的优点，即椭圆即椭圆“长轴长轴”是强化物料是强化物料输送的分量，而短轴则可减少部分物料堵孔的可能性。输送的分量，而短轴则可减少部分物料堵孔的可能性。因而，在一般情况下，因而，在一般情况下，椭圆振动筛的总处理量较直线振动筛和圆振动筛大椭圆振动筛的总处理量较直线振动筛和圆振动筛大2626左右。左右。固控设备振动筛长江大学石油钻采设备2022-7-441工作原理：工作原理： 如图所示，如图所示，激振器两轴的旋向相反、偏心质量矩不相等

27、激振器两轴的旋向相反、偏心质量矩不相等(m(m1 1 r rl l m m2 2 r r2 2) )，所以，所以离心离心力力F F1 1FF2 2，在，在1 1、3 3位置，位置，离心力抵消一部分，作用在筛箱上的力为离心力抵消一部分，作用在筛箱上的力为(F(Fl lF F2 2) )，因此在椭圆，因此在椭圆运动上形成运动上形成短轴短轴b b；在；在2 2、4 4位置上，位置上，离心力叠加，离心力叠加，作用于筛箱上的作用于筛箱上的力为力为(F(Fl l + F+ F2 2) ) ，因此，因此在椭圆运动上在椭圆运动上形成长轴形成长轴a a，相当于，相当于双振幅双振幅。固控设备振动筛长江大学石油钻采

28、设备2022-7-442 椭圆筛的长椭圆筛的长短轴之比与物短轴之比与物料分离的难易料分离的难易程度有关，难程度有关，难分离的物料一分离的物料一般宜采用般宜采用2: l2: l，2.5:12.5:1，其他情，其他情况下采用况下采用4:14:1或或6:16:1等。等。固控设备振动筛长江大学石油钻采设备2022-7-443四）钻井液振动筛的筛网四）钻井液振动筛的筛网 钻井液振动筛中最易损坏的零件是筛网。几乎所有的钻井液振动筛都采用钻井液振动筛中最易损坏的零件是筛网。几乎所有的钻井液振动筛都采用由不锈钢丝编织的筛网。常见的编织方式是正方形或矩形开孔的平纹编织。由不锈钢丝编织的筛网。常见的编织方式是正方

29、形或矩形开孔的平纹编织。 由于筛网长时间在高碱性液体中工作，金属丝材料应选用由于筛网长时间在高碱性液体中工作，金属丝材料应选用1Crl8Ni91Crl8Ni9，Crl8NigTiCrl8NigTi，2Crl8Ni92Crl8Ni9，Crl8Nil0Crl8Nil0或优于上述材料的材料。或优于上述材料的材料。 我国工业用金属丝编织方孔筛已有国家标推。根据油田钻井液振动筛的实我国工业用金属丝编织方孔筛已有国家标推。根据油田钻井液振动筛的实际情况又发布了际情况又发布了钻井液振动筛钩边筛网钻井液振动筛钩边筛网国家标准。在国标中已不再使用国家标准。在国标中已不再使用“目数目数”作为基本规格，通称作为基本

30、规格，通称“网孔基本尺寸网孔基本尺寸”。下表。下表1 1列出了列出了1313类类2626种规格，种规格，已基本上满足石油钻井用的各种振动筛的使用要求。已基本上满足石油钻井用的各种振动筛的使用要求。 APIAPI推荐的系列筛网见推荐的系列筛网见教材教材P P365365表表2 2。列出的系列规格完全能满足钻井液振。列出的系列规格完全能满足钻井液振动筛的需要。动筛的需要。固控设备振动筛长江大学石油钻采设备2022-7-444固控设备振动筛长江大学石油钻采设备2022-7-445固控设备振动筛长江大学石油钻采设备2022-7-446固控设备振动筛长江大学石油钻采设备2022-7-447 钻井液中的颗

31、粒除大颗粒已由前置振动筛排除外，剩余的则无论大小，都由钻井液“清洁器”来完成，它是一组水力旋流器及一台超细目振动筛的组合，如下页图所示。 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。钻

32、井液固控系统第二节第二节 泥浆净化设备之二泥浆净化设备之二旋流器旋流器长江大学石油钻采设备2022-7-448泥浆清洁嚣工作流程示意图泥浆清洁嚣工作流程示意图1一振动筛处理过的泥浆；2一清洁泥浆；3一水力旋流器； 4一细目振动筛；5一排出固体颗粒；6一筛网底流； 7一泥浆返回循环系统固控设备旋流器长江大学石油钻采设备2022-7-449固控设备旋流器长江大学石油钻采设备2022-7-450一、水力旋流器的结构和分类一、水力旋流器的结构和分类 如图所示，水力旋流器上部呈圆柱蜗壳，下部呈锥形壳，圆柱壳的侧面，如图所示，水力旋流器上部呈圆柱蜗壳，下部呈锥形壳，圆柱壳的侧面，有一切向钻井液入口管，顶部

33、装有出口溢流管。圆锥壳底部是排砂孔工分离有一切向钻井液入口管，顶部装有出口溢流管。圆锥壳底部是排砂孔工分离出来的砂、泥以及少量的液体由此排出。出来的砂、泥以及少量的液体由此排出。水力旋流器结构示意图水力旋流器结构示意图1盖；2衬盖；3壳体；4衬套固控设备旋流器长江大学石油钻采设备2022-7-451 水力旋流器的公称尺寸系指上部圆柱蜗壳的内径水力旋流器的公称尺寸系指上部圆柱蜗壳的内径D D。水力旋流器分为除砂器、除泥器。水力旋流器分为除砂器、除泥器和微型旋流器三大类。目前尚没有一个严格的分类标准。和微型旋流器三大类。目前尚没有一个严格的分类标准。 一般：除砂器的分离粒度为一般：除砂器的分离粒度

34、为444474m74m；圆柱蜗壳的内径；圆柱蜗壳的内径D=150D=150300mm300mm； 除泥器的分离粒度为除泥器的分离粒度为151544m44m；圆柱蜗壳的内径；圆柱蜗壳的内径D=100D=100125mm125mm； 微型旋流器的分离粒度为微型旋流器的分离粒度为5 510m10m；圆柱蜗壳的内径；圆柱蜗壳的内径D=50mmD=50mm； 根据国标根据国标GBGBTll647Tll6478989推荐，钻井液固控系统中三类旋流器的分类标准及相应的分推荐，钻井液固控系统中三类旋流器的分类标准及相应的分离粒度如表所示。离粒度如表所示。固控设备旋流器长江大学石油钻采设备2022-7-452二

35、、水力旋流器的工作原理二、水力旋流器的工作原理 离心沉淀原理离心沉淀原理 固控设备旋流器长江大学石油钻采设备2022-7-453旋流器的三维速度 ：切向速度：产生离心力的因素固控设备旋流器长江大学石油钻采设备2022-7-454 三、水力旋流器性能参数和尺寸三、水力旋流器性能参数和尺寸1、影响水力旋流器工作性能的主要因素 a a、结构参数结构参数 包括圆柱蜗壳筒的直径及高度，进口管直径，溢流管直径，以及锥壳的顶角，排砂孔直径和溢流管的安装方式等。 b b、工艺操作参数工艺操作参数 包括进口压力，溢流管回压。 c c、其他因素、其他因素 钻井液的性能、固相颗粒组成、固相含量、粘度、固液相密度等。

36、固控设备旋流器长江大学石油钻采设备2022-7-4552、主要参数的计算 a、处理量处理量Q Q 水力旋流器单位时间能够处理的泥浆的流量叫“处理量”，它反映了旋流器的处理能力。它和供液压力、旋流器几何结构参数等有关。它和供液压力、旋流器几何结构参数等有关。b b、边界粒子粒度、边界粒子粒度 边界粒子粒度表明旋流器能够分离的固相颗粒的最小尺寸（分离能力）。小于边界粒子粒度的大部分粒子进入溢流，大于边界粒子粒度的全部或大部分粒子进入沉沙排出口。 大直径的水力旋流器比小直径的组合水力旋流器使用简单可靠，堵塞的机会较少。但分离的精度较低。因此，在满足分离精度的情况下，应优先采用大直径的水力旋流器。固控

37、设备旋流器长江大学石油钻采设备2022-7-456 3 3、参数选择及影响、参数选择及影响（选讲） (1) (1) 进口直径进口直径d dn n 进口管直径的变化对处理量的影响较大，而对边界粒子进口管直径的变化对处理量的影响较大，而对边界粒子粒度的影响不大。用减小进口管直径的办法，达不到减小溢流粒子粒度的目的。粒度的影响不大。用减小进口管直径的办法，达不到减小溢流粒子粒度的目的。 (2) (2) 溢流管直径溢流管直径d d 溢流管直径的变化将影响水力旋流器的各个工作指标。溢流管直径的变化将影响水力旋流器的各个工作指标。当进口压力不变时，在一定范围内增加当进口压力不变时，在一定范围内增加d d可

38、以使处理能力成正比增加；在处理量可以使处理能力成正比增加；在处理量不变的情况下，增加不变的情况下，增加d d，进口压力将成平方降低。要获得良好分级，一般应满足，进口压力将成平方降低。要获得良好分级，一般应满足d d (0.2(0.20.4)D0.4)D。 (3) (3) 锥壳顶角锥壳顶角 根据使用经验，在钻井液固控系统中的旋流器，最合理的根据使用经验，在钻井液固控系统中的旋流器，最合理的锥角为锥角为=20=200 0。增加锥角会降低设备的高度，但增加了液体的平均径向速度，因。增加锥角会降低设备的高度，但增加了液体的平均径向速度，因而使溢流粒度增大，较小的锥角可以得到较细的溢流粒度。但由于摩擦损

39、失加大，而使溢流粒度增大，较小的锥角可以得到较细的溢流粒度。但由于摩擦损失加大，锥角在锥角在15150 020200 0内得不到明显的工艺效果。内得不到明显的工艺效果。固控设备旋流器长江大学石油钻采设备2022-7-457 过程将被破坏，大部分或全部钻过程将被破坏，大部分或全部钻井液经排砂孔排出。排砂孔直径井液经排砂孔排出。排砂孔直径与溢流直径与溢流直径d d的比值的比值 d d 称称为排口比。一般情况下取为排口比。一般情况下取d d 0.150.150.80.8。底流固相含量、。底流固相含量、溢流效率、边界粒子粒度等都与溢流效率、边界粒子粒度等都与排砂孔排砂孔( (底流孔底流孔) )有关，也

40、就是随有关，也就是随排口比而变化。排口比而变化。(4)(4) 排砂孔直径排砂孔直径 排砂孔大小的变化对于水力旋流器的处理量影响甚微，排砂孔大小的变化对于水力旋流器的处理量影响甚微，但使分离质量发生变化。减小排砂孔径将会产生下列影响：对于密度较大、但使分离质量发生变化。减小排砂孔径将会产生下列影响：对于密度较大、颗粒较大的钻井液分离时可能堵塞排砂孔；增加了溢流中固相颗粒的粒度；颗粒较大的钻井液分离时可能堵塞排砂孔；增加了溢流中固相颗粒的粒度；增大了溢流生产率，相应地减少了沉砂率。增大了溢流生产率，相应地减少了沉砂率。 当排砂孔直径当排砂孔直径很大，接近甚至超过了溢流直径很大，接近甚至超过了溢流直

41、径d d，水力旋流器的工作，水力旋流器的工作固控设备旋流器长江大学石油钻采设备2022-7-458 (5) (5) 排口比排口比d d 排口比、排砂孔直径与溢流管直径的改变，对排口比、排砂孔直径与溢流管直径的改变，对于水力旋流器所有的工作指标均有极大的影响，首先影响到沉砂。相对沉于水力旋流器所有的工作指标均有极大的影响，首先影响到沉砂。相对沉砂量随排口比的增大而增大，溢流变得更细。超过某一数值，将会得到相砂量随排口比的增大而增大，溢流变得更细。超过某一数值，将会得到相反的效果。反的效果。 (6) (6) 圆柱体高度圆柱体高度H H 高度对边界粒度有影响。对于分级取高度对边界粒度有影响。对于分级

42、取H H(0.5(0.51.0)D1.0)D。 (7) (7) 溢流管长度溢流管长度 最适宜的插入深度为最适宜的插入深度为D DD D6 ( 6 ( 平均为平均为D D2 2D D3 )3 )。 安装溢流管时，不得低于锥底平面，也不得高于进口管。增加溢流管安装溢流管时，不得低于锥底平面，也不得高于进口管。增加溢流管的插人深度，将减少内旋流的高度，导致溢流固相粒度增大。为避免溢流的插人深度，将减少内旋流的高度，导致溢流固相粒度增大。为避免溢流管被冲蚀，必须保持溢流管的外径小于差值管被冲蚀，必须保持溢流管的外径小于差值(D-2d(D-2dn n) )。固控设备旋流器长江大学石油钻采设备2022-7

43、-459 (8) (8) 溢流导管的尺寸和安装方式溢流导管的尺寸和安装方式 导管是旋流器的延伸部分。如溢流导管出导管是旋流器的延伸部分。如溢流导管出口大大低于排砂孔，其结果由于强烈的虹吸作用，可能使排砂完全停止。必口大大低于排砂孔，其结果由于强烈的虹吸作用，可能使排砂完全停止。必须保证导管直径大于溢流管直径。该水箱的水平面与排砂孔在近似的水平面须保证导管直径大于溢流管直径。该水箱的水平面与排砂孔在近似的水平面上。为保证导管中无过大的真空度，可在导管顶部安装一个吸入空气的小管。上。为保证导管中无过大的真空度，可在导管顶部安装一个吸入空气的小管。 (9) (9) 进口压力进口压力 在其他条件不变的

44、情况下，进口压力越高，处理能力就越大，在其他条件不变的情况下，进口压力越高，处理能力就越大，溢流就越细，排砂的浓度就越大。要获得较细的溢流，进口压力不应小于溢流就越细，排砂的浓度就越大。要获得较细的溢流，进口压力不应小于196.13kPa196.13kPa。大多数规格的水力旋流器最佳工作压力为。大多数规格的水力旋流器最佳工作压力为208.64208.64344.74kPa344.74kPa。 固控设备旋流器长江大学石油钻采设备2022-7-460 (10) (10) 钻井液粘度、含砂量、液固相密度的影响钻井液粘度、含砂量、液固相密度的影响 钻井液粘度越大，临界粒度越大，钻井液粘度越大，临界粒度

45、越大，只有大颗粒才能被分离出来，导致底流含砂量减少，溢流中含砂量增加，除砂效果变坏。只有大颗粒才能被分离出来，导致底流含砂量减少，溢流中含砂量增加，除砂效果变坏。 钻井液中含砂量增大，从底流中逃溢的颗粒亦增加，导致底流和溢流中的含砂量钻井液中含砂量增大，从底流中逃溢的颗粒亦增加，导致底流和溢流中的含砂量均增大，分离效果不好。均增大，分离效果不好。 液相密度增加将使溢流颗粒增大；固相密度增加会使溢流粒度减小，而沉砂可能捕液相密度增加将使溢流颗粒增大；固相密度增加会使溢流粒度减小，而沉砂可能捕获很多固体细粒子，得到较高的固相含量。获很多固体细粒子，得到较高的固相含量。 (11) (11) 钻井液中

46、固相粒度组成的影响钻井液中固相粒度组成的影响 在处理含有大量粗粒度的钻井液时，排砂孔在处理含有大量粗粒度的钻井液时，排砂孔排除的固相颗粒较大，形成大阻力的排砂孔超负荷，而不能排除粗砂，使部分沉砂回到排除的固相颗粒较大，形成大阻力的排砂孔超负荷，而不能排除粗砂，使部分沉砂回到溢流中去。对于这种粗粒度钻井液，要得到细粒溢流，需要分级处理；第一次分级处理溢流中去。对于这种粗粒度钻井液，要得到细粒溢流，需要分级处理；第一次分级处理得到粗而浓的的沉砂和含有大量粗砂的溢流。第二次再处理溢流。得到粗而浓的的沉砂和含有大量粗砂的溢流。第二次再处理溢流。固控设备旋流器长江大学石油钻采设备2022-7-461钻井

47、液固控系统第三节第三节 泥浆净化设备之三泥浆净化设备之三离心机离心机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。分离原理为离心力长江大学石油钻采设备2022-7-462作用：作用： 用以处理用以处理非加重钻井液非加重钻井液时，时，可除去可除去2m2m以上的有害固相以上的有害固相； 用以处理用以处理加重液加重液时，可除去时，可除去钻井液中钻井液中多余的胶体多余的胶体，控制钻井，控制钻井液粘度，液粘度，回收重晶石回收重晶石； 处理旋流处理旋流器底流器底流，可，可回收液回收液相相，减少淡水和油的浪费。，减少淡水和油的浪费。 此外，离心机也是处理废弃此外，离

48、心机也是处理废弃钻井液防止污染环境的一种理想钻井液防止污染环境的一种理想备。备。固控设备离心机长江大学石油钻采设备2022-7-463 一、一、 组成及工作原理组成及工作原理 1 1、沉降式离心机（螺旋式）沉降式离心机（螺旋式） 组成组成 沉降式离心机的沉降式离心机的转鼓转鼓5 5两两端支承在滚动轴承上，输送固相端支承在滚动轴承上，输送固相的的螺旋输送器螺旋输送器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 使二使二者维持一定的转差。者维持一定的转差。电动机电动机3 3 通通过过V V形胶带形胶带1 1带动转鼓和螺旋输送带动转鼓和螺旋输送器。电机与转

49、鼓间装有器。电机与转鼓间装有液力联轴液力联轴器器2 2，加料管加料管4 4装在转鼓的大端，装在转鼓的大端，行星差速器一端装有过载保护装行星差速器一端装有过载保护装置。置。固控设备离心机长江大学石油钻采设备2022-7-464 工作原理工作原理 待处理的加重泥浆用水待处理的加重泥浆用水稀释稀释后，通过空心轴中间的一根固定输入后，通过空心轴中间的一根固定输入管、输送器上的进浆孔，进入由管、输送器上的进浆孔，进入由锥形滚筒和输送器蜗形叶片所形成的分离室锥形滚筒和输送器蜗形叶片所形成的分离室，并被加速到与输送器或滚筒大致相同的转速，在滚筒内形成一个液层。调节溢并被加速到与输送器或滚筒大致相同的转速，在

50、滚筒内形成一个液层。调节溢流口的开度，可以改变液层厚度。由于离心力的作用，重晶石和大颗粒的固相流口的开度，可以改变液层厚度。由于离心力的作用，重晶石和大颗粒的固相被甩向滚筒内壁，形成固相层，由螺旋输送器输送到锥形滚筒处被甩向滚筒内壁，形成固相层，由螺旋输送器输送到锥形滚筒处的干湿区过渡带，通的干湿区过渡带，通过过滚筒小头的底流口滚筒小头的底流口排出排出，而自由液体和，而自由液体和悬浮的固相颗粒则流悬浮的固相颗粒则流向滚筒的大头，通过向滚筒的大头，通过溢流孔排出。溢流孔排出。固控设备离心机长江大学石油钻采设备2022-7-465 2 2、筛筒式离心机（转筒式）、筛筒式离心机（转筒式） 带有许多筛

51、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，内筒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，内筒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)从外壳左上方输入后，从外壳左上方输入后，由于内筒旋转的作用，泥浆在内、外筒间的环形空间转动，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，重晶石在离心力的作用下，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，或由以一定，通过一种可调节的阻流嘴排出，或由以

52、一定速度运转的底流泵将飞向外筒内壁的重泥浆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。调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，由空心轴排内筒的筛孔进入内简体，由空心轴排出。出。这种离心机处理泥浆量大，可回这种离心机处理泥浆量大，可回收重晶石收重晶石82829696。固控设备离心机长江大学石油钻采设备2022-7-466 二、二、离心机的分类离心机的分类 按照离心力、转速、分离点和进浆容量，离心机可分为：按照离心力、转速、分离点和

53、进浆容量，离心机可分为： (1) “(1) “重晶石重晶石”回收型离心机回收型离心机 转速为转速为1 6001 6001 800r1 800rminmin，离心，离心力为重力的力为重力的500500700700倍。对低密度固体，分离点为倍。对低密度固体，分离点为6 610m10m，对，对高密度固体高密度固体为为4 47m7m。进浆量一般为。进浆量一般为2.32.39m9m3 3h h。这种离心机用来清除胶体，控制塑。这种离心机用来清除胶体，控制塑性粘度。性粘度。 (2) (2) 大处理量型离心机大处理量型离心机 进浆量为进浆量为232345m45m3 3h h。转速为。转速为1 9001 90

54、02 2 200r200rminmin。离心力为重力的。离心力为重力的800800倍左右。分离点为倍左右。分离点为5 57m7m。这种离心机用。这种离心机用来来清除大于清除大于5 57m7m的固相的固相。 (3) (3) 高速型离心机高速型离心机 转速为转速为2 5002 5003 000r3 000rminmin，离心力为重力，离心力为重力的的1 2001 2002 1002 100倍，分离点可低达倍，分离点可低达2 25m5m，进浆速度由待分离的钻井液类，进浆速度由待分离的钻井液类型决定，这种离心机用来型决定，这种离心机用来清除清除2 25m5m的颗粒的颗粒。固控设备离心机长江大学石油钻采

55、设备2022-7-467三、三、 离心机的应用离心机的应用 1、 处理加重钻井液 在加重钻井液中应用离心机的在加重钻井液中应用离心机的首要目的是控制粘度首要目的是控制粘度。因为在高粘度下钻井。因为在高粘度下钻井速度较慢。速度较慢。控制粘度的控制粘度的方法方法是将引起粘度增加的超细颗粒固相和胶体通过溢流是将引起粘度增加的超细颗粒固相和胶体通过溢流分离出来，排至废料池，而将含有大量重晶石的底流重新返回钻井液循环罐内分离出来，排至废料池，而将含有大量重晶石的底流重新返回钻井液循环罐内. . 由于由于离心机不能从低密度固相中分离出重晶石离心机不能从低密度固相中分离出重晶石，因此在底流中也有一部因此在底

56、流中也有一部分很细的无用固相和重晶石一起返回循环罐。分很细的无用固相和重晶石一起返回循环罐。这样一方面可以大大减少为降低这样一方面可以大大减少为降低粘度而排掉钻井液的消耗，以及用水进行稀释产生过量钻井液的问题。另一方粘度而排掉钻井液的消耗，以及用水进行稀释产生过量钻井液的问题。另一方面面回收了大量的重晶石回收了大量的重晶石，一般离心机每小时也能回收，一般离心机每小时也能回收3 34 t4 t左右，效益很高。左右，效益很高。 粘度很大的泥浆中的固相，在离心机中也很难分离粘度很大的泥浆中的固相，在离心机中也很难分离。这时应进行适当的这时应进行适当的稀稀释释，才能获得良好的分离效果，还可补充部分由溢流排掉的稠液体，使循环系，才能获得良好的分离效果，还可补充部分由溢流排掉的稠液体，使循环系统保持恒定的数量。统保持恒定的数量。固控设备离心机长江大学石油钻采设备2022-7-468 2 2、 处理非加重钻井液处理非加重钻井液 在未加重的低固相钻井液中，离心法是很有效的液固分离在未加重的低固相钻井液中，离心法是很有效的液固分离方法。方法。 所用离心机通常是大处理量型离心机，每小时能处理所用离心机通常是大处理量