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固控设备的选择

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设备 选择
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钻井液固控设备的选择 应用 及 应用及濮阳中原锐实达石油设备有限公司前前 言言前前 言言钻井液固相控制的方法有稀释、替换、沉淀和机械处理。在现代固相控制中,机械处理是最有效的办法,但在具体使用过程中往往是和其他方法并用,以获得更理想的效果。现代钻井液固相控制技术的内容主要包括固控设备和固控工艺两大部分,其中固控设备的性能和质量是固相控制技术的关键 固控设备主要有振动筛 除气器 除砂器 除泥器和离。 、 、 、。 、 、 、心机等。这些设备根据钻井工程的需要可选配组成钻井液固相控制系统 ( 例如固控系统中设备的常规配制是振动筛 除砂器(( 、 、( 、 、除泥器和离心机),系统中各种设备都能有效地工作,才能保证固相控制的整体效果 。。。。前前 言言前前 言言表l 各种固控设备分离范围固相控制设备 颗粒尺寸,μ0~10目) >250细网振动筛(200~60目) 74~250特细网振动筛(325~200目) 44~74除砂器 44~74除泥器 8~44低速离心机 ( 22005~ 7( )高速离心机(30002~5振动筛振动筛的技术水平主要反映在处理能力(处理量和分离粒度 ) 工作的稳定性 寿命的长短和操作的灵)) 、 .) 、 .活性几个方面。振动筛的处理能力与振动筛的结构、运动轨迹、振动频率、振动强度、筛网面积和筛网的粗细有关。通常根据筛框的运动轨迹将振动筛分为圆筛、普通椭圆筛、直线筛、均衡椭圆筛四大类振动筛¾圆型振动筛亦称自定中心振动筛,激振器位于筛箱质心 筛箱作圆形振动时 筛箱的法。 ,。 ,向和横向加速度相等,筛箱可以水平安装,筛网上没有堆积现象,相应地可以加大处理量,但这类筛子上的固相颗粒抛射角是筛子 加速度的函数,当法向加 加速度的函数,当法向加速度为 3—6倍重力加速度时 固相颗粒,,抛射角达 70°° ——8080°°。这样陡的抛射角 。这样陡的抛射角使得钻屑在下落时惯性大,易粉碎,相应地增大了砂粒的透筛率 , 对钻井液的,净化不利。现场实践表明, 圆型振动筛输砂速度小 透砂率高 当这种筛配用, ,, ,细目筛网时,又有处理量太小,筛网寿命太低等 缺点。振动筛¾ 普通椭圆筛又称非均衡椭圆筛 ,, 是在筛箱质心的正上方固定有激振装置 这种类振型的激振中心。。振动筛,横向振幅大于法向振幅,横向振幅与法向振幅之比值大于圆形振动的质心比值,所以,它的平均输送速度大于圆形振动的振动筛,影响了钻井液的处理效果。如果筛加长,还会出现倒流。因此,它要求筛箱倾斜一个角度,利用重力强行排砂 以免砂粒有朝后抛掷的, 倾, 倾向。由此而来,筛箱倾斜确实改善了砂粒的移动性能 但振动筛处理钻井液的,,量减少了,这正是普通椭圆筛的主要缺点。振动筛¾ 直线振动筛两根带偏心块的主轴作同步反向旋转产生直线振动 直线振动的加速度平衡作用于筛,,箱箱, ,筛网受力均匀 筛网受力均匀, ,其寿命明显优于圆形或 其寿命明显优于圆形或椭圆振动筛的筛网;另外椭圆振动筛的筛网;另外, ,由于钻井液受到 由于钻井液受到的过筛阻力较小的过筛阻力较小, ,使得处理钻井液的量和均 使得处理钻井液的量和均步度均比圆型或椭圆振动筛大得多步度均比圆型或椭圆振动筛大得多、 、好得多 好得多。 。但是直线筛也有它的弱点 由于直线筛振动,,方向不变方向不变, ,作用在卡入筛网孔里的颗粒上的 作用在卡入筛网孔里的颗粒上的加速度矢量不变 (即沿着振动方向 ),,使得卡入 使得卡入的颗粒不易脱落 ,, 而出现而出现“ “筛糊 筛糊” ”现象 现象 ,, 使使得筛网的有效过流面积减小得筛网的有效过流面积减小, ,造成处理量下 造成处理量下降降 而且当筛网目数增大时 筛糊现象会更降降 ,, ,,严重严重。 。因而 因而, ,直线筛在使用超细目筛网时 直线筛在使用超细目筛网时, ,就不可能满足钻井液用量的要求。 。 趋势 2005井液直线振动筛振动筛¾ 均衡椭圆筛是近几年发展起来的一种新筛型,筛箱上各点的运动轨迹如图 所有椭圆的运动,,轨迹的长轴和短轴相同,抛掷角的大小和方向完全一致。筛箱处于平动状态。在筛箱的进口处、中点和出口处的输砂速度是一致的。均衡椭圆筛结合了圆型振动筛和直线振动筛的基本优点 即椭圆 “ 长轴 ”“ ”,,是强化岩屑输送的分量,而“短轴”可促使岩屑在筛面上粘成一团的现象减少,消除部分岩屑堵塞筛孔的可能性。根据国外资料及现场试验结果表明,在一般情况下,均衡椭圆筛的处理量较直线筛大 20,是一种比较先进的钻井液振动筛,代表着当今钻井液振动筛的发展方向。 钻井液均衡椭圆振动筛振动筛趋势 2005衡椭圆振动筛现场日期: 振动筛数量的选择为了使振动筛与钻机匹配,就必须考虑钻井泵的最大排量及钻进中产生的钻屑量 即 :即 :, 即 :, 即 :1)式中: —振动筛处理量, L/s;—钻井泵最大排量 ,L/s; —钻进中的钻屑量, L/s。。由于不同钻机的机械钻速差异较大 单位时间内的钻屑量相对泵排量较,,小,振动筛采用双联或三联组成。故可将式 (1)改写为: n (2)对于双联式振动筛 , 更换筛网时 , 必有一单筛停止工作 , 另一单筛必须, , ,能够承担处理全部钻井液的任务,故对于双联筛,式中系数 n=2。同理,三联振动筛进行上述作业时 ;必将有两个单筛承担处理全部钻井液的情况出现 ,,故对于三联筛, n=3/2。。振动筛¾ 钻井泵与振动筛的匹配钻井泵型 号单泵排量 s 双泵排量台 )型 号筛L/150钢套 φ150钢套0~100 20~100 180钢套)170钢套)170钢套)120~150 3砂器用来清除除 30~74μ 除泥器用来清除, 。除除 ,, 。。旋流器中分粒度 且也与钻井液浓度、密度和进液压力有关。常用旋流器工作范围分析旋流器名称 小型旋流器 除泥器 除砂器旋流器规格英寸 ( ) 2( 50 8) 4( 101 6) 5( 127) 8( 203 2) 10( 254) 12( 304 8)( ( . ) ( . ) ( ) ( . ) ( ) ( . )处理量(m3/h) 8~20 31~40 80~100 100~114中分粒度m) ~7 ~10 ~20 ~30 ~36 ~50除砂器和除泥器12除泥器2除砂器除砂器和除泥器为了满足处理全部钻井液的要求 除砂器和除泥器必须由若,,干个旋流锥筒组成。为了保证旋流器正常工作,进液压力必须维持在 除泥器因旋流锥筒多 、 管线。 、。 、。 、长,进液压力应取较大值 ;除砂器因旋流锥筒少,管线短,进液压力应取较小值。进液压力的大小主要取决于砂泵匹配是否合理,因而砂泵的选择是至关重要的,砂泵扬程通常为 4量能与除砂器和除泥器所标定的处理量相等,即可满足使用要求。同时,在选用除砂器和除泥器时必须参考钻井泵的最大排量,以期达到匹配合理。这两种设备在使用时间上,无严格的界限,一般在钻浅地层和软地层时,钻井液中大颗粒钻屑含量高,二者必须同时使用 ;在钻探地层和硬地层时,若采用细网目振动筛 , 可直接使用除泥器来处理钻井液 , 这对钻井, ,液的净化质量影响甚微,且非常经济。除砂器和除泥器• 在现代钻井液处理系统中 , 旋流器的应用正在日趋减少 ,主要原因有 :1. 振动筛技术进步,处理范围扩大,所用的细筛网可以去除较细颗粒,完全可以代替除砂器.2 旋流器的分离性能受钻井液密度和粘度的影响很大 。. 。例 100度 /3 粘度 P 中点液类型 g/a·s 中 分 点 μ 5水基 168 0 022 油基 253 离心机的使用日益广泛 其分离特性也明显优于旋流器. , 。离心机• 离心机是离心分离设备,钻井现场常用的是以固液密度差作为分离基础的沉降离心机,主要用来清除钻井液中 2~最后一级钻井液固控设备 。离心机• 离心机分类及性能类型转速 离心力处理量 中分点r/1800 500~ 700 94~ 7离心机大处理量型离1900~ 2200 800 23~ 45 5~ 7心机高速型离心机2500~ 3000 1200~ 2100 15~ 25 2~ 5离心机• 应用离心机处理加重钻井液在加重钻井液中应用离心机的首要目的是控制粘度。因为在高粘度下 钻井速度,较慢。控制粘度的方法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 。离心机• 应用离心机处理非加重钻井液在末加重的低固相钻井液中 , 离心法是很有效的固液分离方法。用于这方面的离心机通常是大处理量型离心机,每小时能处理 23~45理 3~4心机将钻井液分离为溢液和底流两部分。底流中含有大量无用固相排到废浆池中 ;而贵重的液相再返回到循 罐中去 环 罐中去 。由于低固相钻井液所带来的巨大效益 因此 用离心机来清除非加重, ,钻井液中的固相越来越普遍了。离心机• 用离心机处理水力旋流器底流旋流器 (除砂器、除泥器 )底流含有较多的液体 , 将其送入离心机 , 离心机分离出的固体被排入废浆池,分离出的液体返回循用这一方法来回收储浆池中的水也是很有效的。也可以用沉降式离心机来清洁完井液。在此情况下,一般使用高处理量离心机从昂贵的完井液中清除无用固相,使得这些完井液得到重复利用。离心机• 连续处理两种密度的钻井液对于非加重钻井液,主要目的是回收液相 ;对于加重钻井液,主要目的是回收加重材料 , 排,出超细岩屑的颗粒,减小粘度 。 可在离心机的。底流安装一个可调导流滑板 , 即可完成这一工,作。离心机除气器用来清除气侵钻井液中的气体,其处理能力应达到全流量处理 除气器必须置于砂泵之前来处。理钻井液。因为钻井液中含有气体时,离心砂泵将发生气蚀 气蚀不但使砂泵性能下降 产生噪音和振动, , ,寿命缩短,严重时会使砂泵无法工作或损坏。除气器的功能有两点 :一是保证钻井液性能相对稳定,防止井喷、井涌事故,确保钻井安全;二是保证旋流器能正常工作。在钻中深探井、气井和含气油井时,必须配备除气器。除气器分为两大类:常压式和真空式除气器常压除气器常常被称为液气分离器 , 是为气侵钻井液脱气的而设计的专用设备,用于清除钻井液中的大气泡 大气泡是指大部。分充满井眼环空某段的钻井液中的膨胀性气体,其直径大约在 3~25些大气泡引起井涌,甚至喷出钻盘表面。而真空除气器是用来清除钻井液中的小气泡的,而不是除掉环空钻井液喷出的大气泡 。气分离器 真空除气器除气器把井口出口管线与液气分离器接通,处理由于起钻气或地层气体侵入,形成钻井液中的大气泡。当可能出现井喷,或进行压井作业时 ,关闭防喷器后,钻井液从节流管汇进入液 —气分离器,进行脱气处理。上述两种情况分离出来的钻井液还有小气泡 进入振,动筛或流到沉砂仓后,再进入真空除气器进行常规除气。配浆装置主要由喷嘴、混合室、喷射式钻井液混合漏斗文德利管及加料漏斗和蝶阀组成。射流管系文德利管,管线一端装有喷嘴泵送的高速钻井液由喷嘴排出,速度转换成压力头后,在喷嘴排出口附近产生低压区 低压将射流管周围,的物料吸进喷射液,进入文德利管中,文德利管是一根按一定曲面逐渐扩张的空心管 它, 它的主要作用是增加液体在管内的剪切力,以便物料更好地进行分散和提高混合后的液体压头。配浆装置主要由加料漏斗、蝶形闸阀 外混合筒 内混合筒及旋旋流式钻井液混合漏斗阀 、 、流蜗壳组成。 用混浆泵将需混合的钻井液沿切线方向泵入旋流蜗壳,蜗壳内高速旋转的液体产生真空,将混合物料吸入并与高速旋转的液流混合后进入混合筒,在混合筒内腔中,高速旋转的液流进 一 步将物料步将物料与液体充分混合,然后进入外腔,在沿切线方向排除,完成一个周期的混合过程,配制出合乎性能要求的钻井液。配浆装置旋流式钻井液混合器采用先进的高速旋流混合原理,与传统的喷射式钻井液混合漏斗相比有以下几点突出的特点:有效混合时间长 混合效果好• 、 ;• 加料口径大、不易堵塞、加料速度快 ;;• 对物料颗粒大小基本无限制,也不会因长时间停用而发生固相沉积堵塞现象;• 对物料适应性强 、 运用范围广 ,、 ,可用来混合堵漏材料。旋流式钻井液混合器搅拌器搅拌器的功能是保持钻井液性能稳定,因此搅拌器叶轮排出的钻井液必须在罐内使悬浮固相向上的速度大于沉降速度,因而叶轮直径和转速给定的搅拌器的工作体积是一定的。搅拌器使其工作体积内的钻井液循环搅动一次的时间叫做循环时间,据国外有关资料介绍 循环时间一般为 30~90s 在固控系统中 放置振, 。 ,动筛等固控单机的钻井液贮罐需要沉砂,故循环时间取大值,而其它钻井液贮罐和钻井泵上水罐应取小值 , 以保证钻井液性能稳,定。通常取循环时间为 60拌器的排量及功率叶轮直径(500 610 710 810 915 1000排量(m3/w) 1泥浆枪钻井液枪的作用是依靠枪体喷嘴产生的高速液流 ,冲击钻井液贮罐底沉积的固相使其悬浮。同时,当搅拌器停机 段时间后 沉积的固相埋没叶轮而需要重新启一 段时间后 ,用时 ,钻井液枪工作可消除搅拌器启动时的部分阻力矩,这就为搅拌器正常工作提供了可靠保证 。钻井液枪有高、低压之分,高压枪由钻井泵排出支流供液 , 压力等级为 4~6压枪由离心砂泵供液 , 压力等级为 置多少应根据搅拌器数量来决定。岩屑处理岩屑处理岩屑后处理装置工作时,由电机通过传动系统带动转榖和叶片同轴旋转 转榖和叶,片同向旋转但转速不同。带有钻井液的岩屑由上盖顶部的进料口进入高速旋转的转榖内 ,在离心力的作用下,岩屑迅速分布于转榖内壁,转榖旋转产生的强大离心力使含液岩屑发生固液分离,液体和少部分微小固相透过转榖内壁的滤网,由排液口排出;绝大部分固相颗粒在重力和离心力的作用下 沿转榖,内壁下行,并随着离心力的逐渐增大,进一步被干燥 , 最后由底部排渣口排出 。, 。岩屑处理主要技术参数分 离 因 数220分 离 因 数电机功率450%
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