振动筛与节能降耗

1、钻井液振动筛与节能降耗岩屑是钻井液中最主要的有害固相，在钻井全过程中将影响钻 井液的物理性能，使钻井液的密度，粘度，动切力，失水，泥饼、研 磨性，粘滞性和流动阻力增加.在钻井过程中，岩屑还会损害油气层， 降低钻速，增大转盘扭矩，起下钻遇阻，造成粘附卡钻，弓I起井漏， 井喷等井下复杂情况，同时，钻井液中的岩屑会对循环系统造成严重 磨损，使维修和保养的费用增加，给生产造成一定的影响。钻井液的主要功能是清洗井底，携带岩屑，冷却和润滑钻头及 钻柱，形成泥饼，保护井壁，控制与平衡地层压力，悬浮钻屑和加重 剂，地面沉砂，清除钻屑，提供地层资料，保护油气储集层防止伤害， 作动力液，传递水功率等。钻井液的主要

2、成分有水-淡水、盐水、咸水和饱和盐水等膨润土，钠膨润土、钙膨润土、有机土或抗盐土等，化学处理剂-无机类、有机类、表面活性剂类、高分子聚合物类等，轻质油或原油等，加重剂-重品石、赤铁矿等，气-空气或天然气。固体颗粒粒度的影响固体颗粒的粒度通常是指颗粒的大小或尺寸，在钻井液循环过程 中，颗粒会不断地破碎，比表面积不断增加，因而增加了吸附的水量， 一般若粒径减小为十分之一，则比表面积就增大为十倍，如直径为1cm 的一颗球粒，当其全部被碎化为1um的球粒时，其比表面积就会增大 为原来的千倍。同体积的物质，以球粒的比表面积最少，而破碎后的 物质，多呈现各种形状，因而吸水也更多。因此，若钻屑不能及时清 除

3、，在以后的继续循环中，就会破碎而增加钻井液的塑性粘度和动切 力，也增加了固控设备净化的难度和费用，宏观上，钻井液中不同性 质的固相颗粒对钻速影响不同。小于1um的胶体要比粗颗粒的影响更 严重。在固相含量大于6%时、分散性钻井液（细颗粒固相）与不分散 钻井液（粗颗粒固相）对钻速的影响几乎一样，当固相含量低于6%时， 不分散钻井液比分散钻井液的钻速要高，固相含量越低，钻速差别越 大.这是因为当固相含量低于6%时，分散性钻井液中的股体颗粒所占 的百分比越大.钻井液中固相含量的增高，会使钻井液密度升高，从 而使井底压差增加，增大液柱对井底岩屑的压持效应，另外，固相含 量升高，使钻井液的流流动性能变坏，

4、粘度，切力升高，使井底清洗 效率降低，这两个因素对钻井速度的影响总是互相交织在起的。钻井 液中固相含量升高，将使钻井速度下降，这已为现场和室内研究的大 量资料所证明。在钻井过程中，钻井液振动筛是固控系统中第一级泥浆处理设 备，井底产生的钻屑由钻井液带到地面，要求将钻屑从钻井液中及时 清除掉。振动筛是钻井必备的几种清除钻屑的设备之一，如果振动筛 不能正常工作，那么后续的固控设备（旋流器，离心机）将很难正常工 作。因此，钻井液振动筛是固控系统中的关键设备。在加重钻井液体系中，振动筛对固控是极为重要的，细筛经济效 果特佳。如果能够在振动筛上使用150日筛网，即可省去除砂清洁器。 若使用粗筛布，可用除

5、砂清洁器除去砂子.但除砂清洁器可能损失大 量的重品石.注意，仅在含砂量高时才使用除砂器。研究表明，长时 间只循环不钻进时，加重钻井液体系的日常维护费用仅是钻进时钻井 液费用的10%，在大大减少处理剂用量的情况下，保持了钻井液密度， 塑性粘度、pH值、静切力和滤失量，由此可得出结论，钻井液每日 维护费用中的90%左右是由于进入钻井液中的固相引起的。钻井液振动筛的工艺特点使用振动筛最早的的部门是煤炭工业，它主要用来分级，脱水和 回收有用介质，由于钻井液振动筛有自身的恃点，因此，将现有的矿 用振动筛照搬过来是无法使用的。钻井液振动筛的主要特点是：钻井液振动筛筛分的介质是液体，废弃的是固相颗粒，给它所

6、筛分的钻井液是一种物化性能变化很大的液相、固相和化学 处理剂组成的混合物。所分离的固相颗粒（主要是岩屑），粒度由几个微米到20多毫米。由 于要求筛下物越细越好，因此，筛网使用的最大日数目前已达到325 日，使用40日以下的粗筛网已很少见了。由于钻井工业自身的特点所决定，要求振动筛有极好的运移性，安 装简单，筛网更换方便，操作粗放，工作可靠，易损件少等优点.钻井岩屑在筛面上的筛分过程远比干物粒复杂.钻井液振动筛的筛 面上的固相颗位与矿山筛相比是很少的，甚至不能形成一个物料层， 一般情况下固相颗粒的透筛是在筛面振动的情况下按照筛孔大小进 行的，小于筛孔的颗粒在沿筛长方向运动的过程中，不断透过筛孔，

7、 面大于筛孔的物料颗粒沿筛面方向排出。通常筛面上钻井液覆盖长度 一般为筛长的三分之二，在钻井液覆盖的那部分筛面上，小于筛孔的 固相颗粒，在振动过程中与钻井液一起透过筛孔。一般情况下，干物 粒（煤炭，矿砂等）的筛下物最大颗粒尺寸与筛孔尺寸有如下关系：对 于方筛孔，筛孔边长a是筛下物最大颗粒尺寸d的1.1-1.13倍，对于 长方形孔，短边a=0.7 - 0.8d。由于钻井液粘度的影响，同时也由于钻屑吸附了一层水膜，这些 固相颗粒透过筛孔的难度加大了，透筛的固相颗粒尺寸远小于上述筛 孔尺寸与筛下物最大颗粒尺寸的关系。钻井液没有掩盖的筛面上较湿的固相颗粒，继续在筛面振动下 向排出端运移，一方面继续脱水

8、，一方面抖搭一部分吸附在大颗粒上 的小颗粒固相而成为筛下物。总之，由于钻井液是一种有较高粘度的液体，筛下物颗粒远小于 筛孔尺寸。例如200日筛孔尺寸合=74um，绝大部分筛下物料最大尺 寸不遵守74/（1.1-1.13）=67-65um的规律，实践证明，使用200日筛网 后的钻井液再进入？ 200旋流除砂器，底流中含砂极少。由此看来， 200日筛饰网不但筛除65-67um的固相颗粒，而且绝大部分大于34p m 的固相颗粒也被筛除，也就是说理论上钻井液用振动筛使用的200日 筛网相当于矿山用400目（筛孔尺寸a=38um）筛网的振动筛，这点是 钻井液振动筛与矿山用筛在筛分工艺上的很大差别。钻井液

9、振动筛的类型为了提高振动筛的分离粒度和处理效率，振动筛的结构越来越复 杂。许多钻井人员所遇到的操作困难和使用成本较高的问题，也证明 了振动筛的结构并不像其外形那么简单。钻井液振动筛按其筛箱的运 动轨迹分为圆形轨迹，直线轨迹，平动椭圆轨迹，随着对钻井液的要 求越来越高和钻井液处理量的提高，直线振动筛和平动椭圆振动筛已 成为国内外使用的主流筛型，圆形轨迹筛因钻井液处理量小已基本被 淘汰。多年来整个行业都认识到平动椭圆运动是进行钻井液筛分的最 理想运动轨迹，但是其在原理、结构上的难度很高，因此直到近几年 才得以快速发展，平动椭圆运动特有的滚动运动方式加快了筛网的脱 水作用，使排出的钻屑更干，能够多回

10、收昂贵的钻井液，降低了钻井 成本；二是平动椭圆振动筛在相同条件下，颗粒不易堵塞筛孔，具有 比百线振动筛更大的处理量。三是平动椭圆运动，岩屑不易在运动过 程中破碎，能比较完整的排出筛面。钻井液振动筛与节能降耗如何提高钻井液筛网日数和钻井液处理量的矛盾已成为钻井液振 动筛研究的难题，目前最常用的就是几台振动筛并联工作以提高处理 量，如果能做到钻井液振动筛筛网日数达到160日（筛孔尺寸 a=0.0927 ）以上，并且振动筛筛网在上下完全隔离的情况下，干物粒 筛分颗粒d=0.0927/（1.1-1.13）R0.132-0.082um。因受钻井液粘度的 影响，实际筛分颗粒应该在（200日）0.074um

11、以上或者更小。此时经 过振动筛净化的钻井液就能达到系统要求。那么后续的除砂器就可以 停用，除泥器也可以停用或少用，这样既节能又能减少重品石的损失， 降低钻井液对设备的磨损，延长砂泵及后续设备的使用寿命，减少设 备维修的作业周期。除砂器和除泥器都是由两台排量在200方左右的 砂泵工作，停运对节电这一项就具有重大意义。一个井队的用电综合成本大约在每度3元多，除砂器，除泥器工 作是由两台55kw或者75kw的电机联动，每工作一天(24小时)就要消 耗(55kw-75kw)X24X2= (2640-3600)度电能，电费的综合成本在 (2640-3600) X 3.00=7920-10800元之间，也就是说一个井队如果停 运除砂器，除泥器365天所节省的电费就是：(7920-10800 )元 X 365=289.08-394.2万元，十个井队：(289.08-394.2)万元 X 10=2890.8-3942万元按砂泵一年使用率60%计算(2890-3942)X60%=1734-2365.2万元由此可见钻井液振动筛在井队固控系统中起着至关重要作用，国 内外已经把大排量，高筛网日数，低使用成本，低能耗的钻井液振动 筛