固控设备的分离点

固控设备的分离点

分离点（cut point）用于表明固控设备在给定时刻的分离特性。在分离点数据评价中，不仅要考虑固控设备的性能，好要考虑钻井液的性能。分离点曲线可根据收集的数据绘制而成，它表征在收集数据的某一确定的时刻，某特定尺寸的固相通过固控设备或被固控设备清除的几率。因此，分离点曲线是固相物理性质（如密度）、固相粒径分布以及固相设备自身状况（如密封能力）和钻井液性能的函数。

所有固控设备的分离点都可以被测定比较从固控设备中排出的不同尺寸固相的质量流速和相同尺寸固相进入设备的质量流速即可得到。当测试特定的固控设备时，应知道固控设备的注入流速和固控设备排出和底流流速。显然，设备排出质量流速的总和必须等于设备的注入质量流速。通常，排出流的部分被废弃，而另一部分留在钻井液中。在测量各种液流的固相大小之前，应先校验是否满足质量平衡方程，即体积流速平衡和质量流速平衡。

固控设备仅清除了进入设备的钻井液中的一部分固相，例如，除泥器中4英寸旋流器处理钻井液能力大约50gal/min，但只能清除大约1gal/min固相物质。排出的固相物质占处理量的比例很小，以至于很难测量保留下液体与注入流的差别。所以为了得到更精确的注入固相浓度，用排出液流中固相的浓度加上底流中固相的浓度来计算注入流中的固相浓度。

为了确定注入流特定尺寸固相的质量流速和废弃流中相同尺寸颗粒的质量流速，需要测量流速和固相浓度。尽管废弃体积流速一般相对较低，但测量注入流速要求使用流速计或计量泵。

对于钻井液振动筛来说，振动筛注入流速等于钻井液在井眼环空的速率。可以控制钻井液泵排量以提供精确的注入流速。钻井时，将钻井泵从吸入泥浆罐移到加重泥浆罐，测量钻井液加重泥浆罐的下降速度。加重泥浆罐中的钻井液含有液体和气体。因此，必须从加重泥浆罐时所吸抽取钻井液体积中减去气体的体积。气体体积分数由加压钻井液和非加压钻井液之差除以加压钻井液的体积，乘以100得到。如果除泥器或钻井液离心机由砂泵作为供浆泵，就需用其他类型的流速计来精确测定流速。流速计可以用刻度的大容器和秒表来代替。由于离心式砂泵底流中颗粒含量很高，所以很难测量设备底流体积流速。在容器内部划好标定线以供体积测量。向泥浆罐中注入大量水，并把泥浆罐和安装在泥浆罐顶部的离心机相连。当泥浆罐中的钻井液流入钻井液离心机时，秒表开始计时，可以观测水位的变化。两线之间已知体积除以时间得出排放体积速率。底流或高密度钻井液典型样品用于底流密度测量。取信测量的质量和体积流量平衡后，就可确定废弃和底流中的颗粒尺寸。

测量钻井液振动筛和除泥器注入流和排放流的速率需要更大的容器，不能直接称量或测量他们的体积。留在钻井液的必须用典型样品确定不同尺寸颗粒的质量。

对于钻井液离心机和除泥器来说，必须使用精确到微米级的仪器来测量固相的尺寸。钻井液振动筛可使用筛网来测量，因为分离点范围在美国测量实验协会（ASTM）确定的筛网级别之内。径粒不同测量所需仪器也不同，测量小直径颗粒必须选用更精确的实验设备，实验室需用激光仪。

废弃钻井液样品含有的固相和液相。对于钻井液振动筛的废弃流来说，留在ASTM测试筛网上的颗粒质量可通过称量干燥后的固相直接测量。对于除泥器底流和钻井液离心机的底流（重钻井液）废弃液流来说，必须用固相的密度来确定颗粒的质量分数。

利用一系列钻井液标准振动筛，通过测定注入流和废弃流、底流中固相颗粒大小，就可以测量钻井液振动筛的分离点。注入流和废弃流底流的流速一旦确定，各股流每种筛网排放液中颗粒的质量流速与注入液中相同尺寸颗粒的质量流速是有区别的。

用此方法，注入液流样品仅仅是总液流中一小部分，因为误差可能会导致质量不守恒。更好的方法是用废弃液流和底流作为样本，将两种液流中颗粒的分布结合起来建立更精确的

分离点曲线。这种方法可以用于注入液流流速远大于废弃液流速的固控设备。

取固控设备中废弃液和底流样品进行分析。测量所有液流的密度。废弃液流的体积流速通过将所有废弃液至于容器（该容器是钻井液振动筛废弃段的工作状态完好的部分沟槽）中的办法来测量。废弃液的质量流速除以废弃液的密度或钻井液的密度，即为废弃液的体积流速。现场钻井固控设备的排量即为注入体积流速。注入质量流速由钻井液的液相清洗多余的钻井液，彻底烘干筛分样本，测量即为注入体积流速。注入质量流速由钻井液钻井液密度乘以循环流速计算。用一系列尺寸分布广泛的筛分湿样本，用钻井液的液相清洗多余的钻井液，彻底烘干筛分的样本，测量筛下的固相颗粒的质量，计算注入废弃流和底流的流速。为确定筛网分离点曲线，废弃液流中特定尺寸颗粒的量必须与进入筛网相同尺寸颗粒的量相比较。虽然可以收集所有的废弃液流，也可以确定所有废弃的特定尺寸颗粒的质量。但是，在废弃液流被收集期间，试图手机筛网的所有流体是不切实际的。例如，如果现场井眼中循环流量是500加仑/分钟，手机废弃样品3.5分钟，那么通过钻井液振动筛排出流应是1750加仑。如果钻井液密度为9.2lb/gal，那么，就意味着16100lb钻井液通过钻井液振动筛。3.5分钟内钻井液振动筛处理的总固相为113.75加仑（1750加仑的6.5%）。以为收集和筛分如此大量的固相是不切实际的，所以通过钻井液振动筛底流氧泵作为样本，来确定通过钻井液振动筛的颗粒浓度和大小分布是比较实际的。必须测量底流样本的流速和每种筛网固相的质量，以上干固相的流速只用于计算，而不是用于特定的时间内收集所有颗粒的原因。

与每种筛布对应的注入流质量流速也可以确定，底流筛布的废弃液流和注入流的流速，确定固控设备中废弃固相的百分数。固相大小与清除的固相百分数建立分离点曲线。

分离点曲线显示了各种尺寸的固相进入固控设备和被固控设备清除的分数。例如，D50分离点是Y轴上50%的点与分离点X轴上相对应的颗粒尺寸的交点。这个分离点表示注入固控设备的颗粒尺寸有50%机会通过设备，有50%的机会被排除设备。通常固相分布曲线被标示为分离点曲线是不正确的。分离点曲线表明被分离的不同尺寸颗粒的分级，他们在很大程度上依赖于钻井液参数，并表明在手机数据时刻固控设备的工作性能。固控设备的分离点取决于设备的性能和钻井液的性能。

接下来分布介绍分析粒径大小的方法和用分离点曲线计算分离点。然后，以钻井液振动筛为例介绍数据如何收集和处理，从实例中获许多的有用信息。这种方法最适用于钻井液振动筛分离点分析，由于钻井液振动筛筛网不可能很细，所以分析至API400目筛网即可。

绘制除泥器除砂器中旋流器和钻井液中离心机分离点曲线应使用非筛分方法。大约635目筛网测量固相颗粒大小是筛分分析的极限。