固控设备介绍
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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
图1 刮泥器
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
图2 非均衡圆运动振动筛图3 圆形运动振动筛
图4 直线运动振动筛图5 平动(均衡)椭圆振动筛
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
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~(6~12in)的旋流器叫“除砂器”,把直径为100~(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~(6~12in)的旋流器叫“除砂器”,把直径为100~(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
图7旋流器示意图
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~cm3。
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~cm3,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