固控设备介绍

固控设备简介

用于清除钻井液中“无用固相”的固控设备有刮泥器、振动筛、除砂器、除泥器、清洁器、除气器和离心机等。近年来还成功应用了“综

合自控钻井液系统”，自控系统包括固控设备自

控监视器、钻井液处理剂自动加料器和主要钻井

液性能指标连续监测器，这三部分由中心监视和

综合控制系统进行调正、监控、操作。“综合自

控钻井液系统”的应用不仅保证了钻井液性能的

平稳、合格，也为海上作业特别是高温高压地区

的海上作业安全提供了可靠保证。

1.刮泥器

刮泥器主要用来处理上部地层大块软质泥岩及泥球，作为钻井液固控的预处理装置来减

轻振动筛处理的压力。刮泥器如图1所示。

2.振动筛

振动筛使用的好坏直接影响下一级固控设备的效果。振动筛网的选择需要考虑泵排量、筛网面积、固相浓度和钻井液粘度等因素，以提高其分离效果。应尽可能选择使用较细的筛网，通常以钻井液覆盖筛网面积的70%～80%为宜，不允许返出钻井液不通过振动筛循环。振动筛按振动类型分为非均衡椭

圆运动振动筛、圆形运动振动筛、直线运动振动筛和平动（均衡）椭圆振动筛等。海上目前使用的多为直线运动振动筛和平动椭圆振动筛。

1）非均衡椭圆运动振动筛

将一个旋转振动器远离振动筛的重心，那么筛架末端的运动轨迹为椭圆形，振动器下方的运动轨迹为圆形。优点：平均输送速度大于圆形振动的振动筛；缺点：振动筛过长时，会出现倒流，这就要求筛箱倾斜一个角度，使得处理钻井液的量减少。

2）圆形运动振动筛

图5 平动（均衡）椭圆振动筛

图4 直线运动振动筛

图3 圆形运动振动筛

图2 非均衡圆运动振动筛

图1 刮泥器

激振器位于筛箱质心。筛箱作圆形振动时，筛箱的纵向和横向加速度相等。优点：钻井液的处理量大，筛网上没有钻屑堆积现象：缺点：钻屑的透筛率高，净化效果差。

3）直线运动振动筛

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，筛网受力均匀。优点：筛网的寿命长，处理钻井液的量大、均步度好；缺点：易出现"筛糊"现象，造成处理量下降，在使用超细目筛网时处理量不满足要求。

4）平动（均衡）椭圆振动筛

平动（均衡）椭圆振动是振动筛的第四代运动模式。在这种运动模式下，所有的椭圆形轴都倾斜指向振动筛的排放端口，筛箱上各点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。优点：处理量较直线筛大15%～20%，消除部分岩屑堵塞筛孔的可能，钻屑不易堆积。

5）振动筛筛网的选择

振动筛的筛网对振动筛总体使用性能影响最大，因此了解影响筛网性能的因素并正确选择筛网很重要。筛网编码一般包括目数和前面的字母代码，字母代码可描述筛网类型或层叠技术。例如：PWP HP100表示多孔板、三层筛网，由长方形网眼的筛网组成。字母代码含义如下：

SWG 三联筛网，不可修复

PWP 可修复的，底板支撑的平面筛网

SCG 特殊高强度筛网

PMD 金字塔型筛网

DX 特细筛网

HP 长方形孔高容量筛网

LMP 用于线性筛的穿孔底架筛网

影响振动筛筛网性能的因素为：

(1)分离性能。指筛网能清除的固相颗粒尺寸，分离性能通常用百分比分离曲线来表示。

(2)过流性能。表示液体通过筛网单位面积的难易程度，与渗透性类似，高的过流性能会引起高流速穿过筛网，所以在比较振动筛筛网面板的处理能力时，应考虑该筛网进行过滤的未堵塞的可用面积。尽可能使用多孔金属面板或塑料格栅结合在一起的筛网，减少一些金属支持板设计的筛网，因为它将影响多达40%的有效过滤面积。

(3)筛网的寿命。影响筛网寿命的因素有筛网组成成分和振动模式。

(4)抗堵能力。

3.沉砂池

沉砂池为重力分离设备，底部一般为45°斜坡，以便排放和节省钻井液。

4.旋流式分离装置

旋流式分离装置包括除砂器、除泥器和清洁器，它们是目前钻井现场固控系统的重要组成部分。

1）除砂器和除泥器

旋流器是除砂器和除泥器的主体部件，它是一种内部没有运动部件的圆锥筒形装置，结构见图。钻井液由旋流器上部的切线口进入，在一定的流速条件下，这一切向力使钻井液在

筒内呈螺旋运动，使大颗粒下沉，由底部排出，轻液由上部溢流口返回池中。一般把直径为152.4～304.8mm （6～12in ）的旋流器叫“除砂

器”，把直径为100～152.4mm （2～6in ）的叫“除

泥器”。为了满足钻井排量要求，通常把4个、6

个、8个或12个旋流器组装在一起使用，其处理

量应达到循环排量的125%～150%

旋流器的除固相能力以“分离点”表示，又

叫“中分点”，是指旋流器的分离效率为50%时

的固相颗粒的大小（以当量直径表示）。也就是

该直径的颗粒有50%从底流排出，而仍有50%保

留在液体中。

一般情况下，旋流器的分离能力与旋流器的

直径有关。直径越大其分离的固相颗粒也越大。

反之，直径越小，其分离出的固相颗粒也越小。

旋流式分离装置包括除砂器、除泥器和清洁器，它们是目前钻井现场固控系统的重要组成部分。

1）除砂器和除泥器

旋流器是除砂器和除泥器的主体部件，它是一种内部没有运动部件的圆锥筒形装置，结构见图。钻井液由旋流器上部的切线口进入，在一定的流速条件下，这一切向力使钻井液在筒内呈螺旋运动，使大颗粒下沉，由底部排出，轻液由上部溢流口返回池中。一般把直径为152.4～304.8mm （6～12in ）的旋流器叫“除砂

器”，把直径为100～152.4mm （2～6in ）的叫“除

泥器”。为了满足钻井排量要求，通常把4个、6

个、8个或12个旋流器组装在一起使用，其处理

量应达到循环排量的125%～150%

旋流器的除固相能力以“分离点”表示，又

叫“中分点”，是指旋流器的分离效率为50%时

的固相颗粒的大小（以当量直径表示）。也就是

该直径的颗粒有50%从底流排出，而仍有50%保

留在液体中。

一般情况下，旋流器的分离能力与旋流器的

直径有关。直径越大其分离的固相颗粒也越大。

反之，直径越小，其分离出的固相颗粒也越小。

除砂器通常用于非加重钻井液。其底流密度应比进口钻井液密度高0.30～0.60g/cm 3。 除泥器用于非加重钻井液。其底流的密度应比进口钻井液密度高0.30～0.42g/cm 3，且溢流的密度应比进口钻井液密度稍低。

保持除砂器和除泥器的正常工作应注意以下几点：

(1)要达到最好的固相清除，水力旋流器的底流口应呈伞状流，且伴有空气从底流口吸 图7旋流器示意图

图

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