鉆井液固控系統

1、(Drilling Fluid Conditioning System),一、泥漿的組成1、液相2、有用固相3、無用固相4、化學處理劑,二、鉆井液固相含量對鉆井的影響,1）比重增加 2）粘度增加 3）鉆井顆粒增加 4）泥餅厚度增加，失水量降低 5）影響鉆井的水力程序,三、鉆井液固相控制方法,1、稀釋除砂法2、替換除砂法 3、重力沉降除砂法4、化學除砂法5、機械除砂法,三、鉆井液固相控制系統（非加重鉆井液固相控制

2、系統 ）,加重鉆井液固相控制系統,振動篩 （Shale shaker）,一、 振動篩的基本結構及工作原理,1-泥漿進口；2-泥漿盒；3-篩網；4-篩除固相顆粒；5-底座6隔振元件；7-篩箱；8-液體和細固相顆粒,振動篩的基本工作原理,a-偏心軸式 b-偏心輪式1-激振軸 2-軸承 3-篩框 4-減振彈簧5-皮帶輪 6-偏心輪 7-偏心質量,二、振動篩的工藝特點與種類,1、特點（1）鉆井液振動篩篩分的介質是液體，廢棄的是固相顆

3、粒。（2）它所篩分的鉆井液是一種物化性能變化很大的液相、固相和化學處理劑組成的混合物。（3） 它所分離的固相顆粒的粒度由幾個微米到20多毫米。由于要求篩下物越細越好，因此篩網使用的最大目數目前已達到325目。（4） 要求鉆井液振動篩具有極好的運移性、安裝簡單、篩網更換方便、操作粗放、工作可靠、易損件少等特點。（5）鉆井巖屑在篩面上的篩分過程遠比干物粒復雜。,振動篩的類型,（1）按篩箱上的運動軌跡分為 圓形軌跡篩、直線軌跡篩、橢圓

4、軌跡篩。（2）按篩網繃緊方式分為 縱向繃緊篩和橫向繃緊篩。（3）按篩分層數分為 單層篩和雙層篩。（4）按篩面傾角分為 水平篩和傾斜篩。（5）按振動方式分為 慣性振動篩、慣性共振篩、彈性連桿式共振篩、電磁振動篩等。,振動篩（直線篩）,三聯篩,三、篩網篩網的編織型式,a-正方網格 b-荷蘭式網格 c-長方網格 d-斜紋網格,篩網的規(guī)格,篩網的規(guī)格通常用目數來表示。篩網的目數即篩網經線（長度）方向或緯線（寬度）方向上，每英寸

5、長度內含有的鋼絲數目或孔數,HYDROCYCLONE,1、The development and application of a cyclone2、the basic structure and working principle of a cyclone,The basic components of a conventional cyclone,1-overflow pipe2-cover plate3-casing 4

6、-linear5-rubber pocket6-nut7-bottom hole8- inlet tube,The Working Principle of a Cyclone,Centrifugal Decanting （內旋流、外旋流，蓋下短路流、循環(huán)流、空氣柱）,The Working Principle of a Cyclone,The Simulation of a Cyclone,Made by Fan Qia

7、ng in 1998(using the software of 3Dmax),3、The features of a cyclone,Versatile and multi-function Simple structureIncomplete separatingThe wear of the linear,4、the fluid velocities in the cyclone,D.F.Kelsall’s experime

8、ntal curves (D.F.Kelsall 1) Tangential Velocity Vt n=0.6-0.9,,2)Axial velocity Vz,3)Radial Velocity Vr,5、The structure Parameters of a cyclone,1)cyclone size D2）the diameter of the inlet tube dn dn=0.15D~0.25

9、D 3) the diameter of the overflow pipe d d=0.2D~0.4D 4)conical angle5) the diameter of the bottom hole d0 do/d=0.15~0.8 6) the height of cylinder H H=1.5~1.6D 8)the depth of the overflow pipe h h=D/6~D,,6、The

10、 working Parameters of a cyclone,1)Inlet pressure P P=0.2~0.35Mpa 2)The properties of the suspension 3）Cyclone capacity Q4）Cut size (D50 ),處理量計算公式（簡單）,公式中 Q—為旋流器的生產能力, L/s; dn—進液管直徑，cm; p

11、—為進液壓力，Kpa。,7、Cyclones used in solid controlling system,,1）Desander,2）desiler,3）Mud cleaner,Mud cleaner,Mud cleaner,8、The material of a cyclone,1)steel2)cast iron3)rubber4)ceramics 5)polyurethane6)nylon 8)cast rock

12、9)polytetrafluroethyane,Note:,進口的形狀底流的調節(jié)方式插入深度的調節(jié)方式多流道進口磨損機理可否用于加重材料的回收,離心機（Centrifuge）,一、離心機的基本結構和工作原理,1-v-型膠帶；2-液力聯軸器；3-電動機；4-進料管；5-轉鼓；6-螺旋輸送器；7-行星差速器,離心機的工作原理,轉鼓5和螺旋輸送器6之間存在一定間隙，二者同方向旋轉，但通過行星差速器7使二者保持一定的轉差。鉆井液

13、由加料管進入螺旋輸送器的空心軸，在進入轉鼓內。由于轉鼓高速旋轉，帶動進入轉鼓的鉆井液一起旋轉，鉆井液中的固相被甩到轉鼓壁上，由螺旋輸送器推向轉鼓小端的卸料口排出，清潔的鉆井液從轉鼓大端的溢流口排出，從而完成固液分離 。,離心機工作原理模擬動畫(制作:范強),臥式螺旋沉降離心機的特點,自動、連續(xù)操作，無濾網和濾布，能長期運轉，維修方便 ；應用范圍廣；對物料的適應性較大，能分離的固相粒度范圍較廣，并且在顆粒大小不均勻的條件下，能照常分

14、離得很好。能適應各種濃度懸浮液的分離，濃度的波動不影響分離效果；結構緊湊、易于密封，某些機型能在加壓和低溫條件下操作 結構比較復雜，造價較高,離心機在鉆井液固相控制中的應用,鉆井液離心機是固控設備中固液分離的重要設備之一，一般情況下安裝在固控系統的最后一級，用來處理非加重鉆井液，可以除去2um以上的有害固相，處理加重鉆井液可除去鉆井液中多余的膠體，控制鉆井也的粘度，回收重晶石；處理旋流器的底流，回收液相，減少淡水或油的浪費。此外

15、，離心機也是處理廢棄鉆井液，防止污染環(huán)境的一種理想設備。,高速離心機,變頻離心機,中速離心機,固控系統,鉆井液中固相的粒度分布,1、API粒度分級 按照ＡＰＩ分類，泥漿中的固相顆粒的分類為：小于2um稱為膠體，2-44um稱為超細顆粒，44-74um稱為細顆粒，74-250um稱為中等顆粒，250-2000um稱為中粗顆粒，大于2000um稱為粗顆粒。一般情況下，泥漿中的固體顆粒小于２微米稱為粘土，２～７４微米稱為泥，大于７４微米

16、的稱為ＡＰＩ砂 2、硬底層鉆井時固相的粒度分布3、軟底層鉆井時固相的粒度分布4、加重材料的粒度分布5、固相控制系統6、固相控制系統的發(fā)展,非加重鉆井液固相控制系統,加重鉆井液固相控制系統,除氣器 (Degasser ）,一、氣侵鉆井液的危害 1．降低鉆井液的密度。鉆井液密度降低后，若井內鉆井液凈液柱的壓力低于地層的壓力，可能引起井涌或井噴。 2．使用于固控系統的砂泵、灌注泵、鉆井泵的吸入不良，甚至不能正常工作，引起設備的

17、振動。 3．部分有毒氣體（如硫化氫）逸出鉆井液，可能引起現場操作人員中毒。 4．可能引起火災。 5．氣侵后，鉆井液粘度增大，使機械鉆速降低。 為此，侵入鉆井液中的氣體必須清除掉，其清除方法一般采用機械式除氣器,二、機械法除氣的基本原理,1．使氣泡快速上升到液體表面 ut 為氣泡的上升速度，m/s； dt 為氣泡的直徑，m；ρt為氣泡的密度，kg/m3；ρm為泥漿的密度 ，kg/m3； μ為泥漿的動力粘度，

18、Pa.s,2．使液體層變薄 鉆井液井振動篩處理后，流入泥漿罐中，由于泥漿罐較深，不利于氣泡快速上升到液體表面。因此，某些除氣器創(chuàng)造一定的條件，使液體層變薄，有利于氣泡快速上升到液體表面 3．幫助氣泡膨脹 ptvt=常數 若將常壓下的氣侵鉆井液置于真空狀態(tài)下，即降低壓力，氣泡的體積就可變大。真空度越高，氣泡的體積越大，這就是各種真空式除氣器的工作原理,4．利用離心力場加速氣泡的運動 氣泡在離心力場中運動時，液體和氣泡要

19、受到離心力場的作用，由于高速旋轉產生的離心力遠遠大于重力，若靠近旋轉中心部分有液氣的分界面，則氣體就能加速到達液面，這就是離心式除氣器的工作原理 . 5．氣泡的破裂和逸出,1）將氣泡置于真空環(huán)境下，減小氣泡所受的大氣壓力Pa，有利于氣泡的破裂。 2）增大氣泡的半徑可減小附加壓力Py ，采用增大氣泡體積的方法不僅有利于氣泡快速到達液體的表面，也有利于氣泡的破裂。 3）施加外力，將氣泡擠破，一部分除氣器使鉆井液高速沖擊擋板的目

20、的之一就是試圖擠破一部分氣泡。,除氣器裝置(常壓式除氣器),1一膠帶；2一電動機；3一軸承；4—軸；5一泥漿池頂緣；6一泵座；7—篩網；8一泵的螺旋形進口；9—葉輪；10-泵殼；11—立管；12一支架；13一盤閥 工作時，氣侵鉆井液從靠近泵上部的進口流入離心泵的葉輪。然后被泵送到噴射罐。在罐內，可調的盤形閥與立管端面之間的間隙很小。因此鉆井液經過閥口時，流速增大，形成紊流薄膜，并撞擊噴射室的側壁，促使氣泡上升到表面破裂，并從

21、頂部的排氣口排出。鉆井液在重力作用下經排漿槽排向儲液罐，與此同時，由于泵輪的旋轉，吸入室中靠近轉軸附近的鉆井液壓力降低，部分氣體，特別是大氣泡在該處就被分離出來，沿泵軸向上運動排入大氣，從這兩處排出的氣體，也可用抽風機輸送到遠離井場的地方排出,真空式除氣器,真空除氣器主要通過噴射器或真空泵從真空罐(室)中抽出氣體，使罐內保持真空，以便吸入氣侵泥漿，爾后進行除氣。這類除氣器通常具有以下設備： 1）噴射器或真空泵：用以保持真空罐適當的真空

22、度，將待處理的泥漿吸入，并排出分離氣；2）特定的錐形擋板：泥漿流經擋板時擴散成薄膜狀，從而易于氣體逸出； 3）特定型式的離心泵或噴射泵：將脫氣泥漿從真空除氣室中排出；4）必要的液面控制裝置：調節(jié)進入真空除氣室的泥漿量，保證除氣室不會溢流，也不會抽空。,雙噴射真空除氣器1-除氣室；2-吸入管線；3-比重泥漿閥；4-雙噴射器；5-縮頸管；6-導管；7-噴嘴；8-第一噴射器入口；9-導管；10-調節(jié)閥；11-浮球機構；12-進氣控制

23、閥；13-旋流分離器；14-漏斗；15-出氣口；16-脫氣泥漿罐；17泵；18-含氣泥漿儲罐；19-聯通平衡管,雙噴射真空除氣器的工作原理,儲存在罐16內經過除氣室l處理的脫氣泥漿，絕大部分由鉆井泵進行再循環(huán)，小部分借助泵17提供一股誘導液流，通過縮頸管5時，在雙噴射器4的入口處形成真空，于是，除氣室底部的脫氣泥漿被吸入第一個噴射器的入口8，除氣室頂部的氣體通過導管9被吸入第二噴射器的入口20，二者在導管6內混合后，流入旋流分離器13，

24、氣體經出口15向上排至大氣，脫氣泥漿則經漏斗14流入罐16。由于除氣室頂部的氣體經導管9被吸入噴射器，再經過旋流分離器排出，故除氣室頂部形成真空，罐18內的含氣泥漿在壓差作用下進入陳氣室，并在擋板上擴散成薄膜層，泥漿中的游離氣體及大氣泡氣體先行逸出，泥漿則順擋板流向除氣室底部，再經過上述的循環(huán)，分離出溶解氣體。脫氣泥漿罐16和含氣泥漿儲罐18處于同一水平面上，下部由聯通關19連通。這樣布置是為了保持罐18內液體壓頭不受井內返出的含氣

25、泥漿流速變化的影響，即當罐18內的液面降到容許高度以下時，脫氣泥漿就經過平衡管流入罐18。脫氣泥漿因比重較大而存留罐底，同時為管2提供足夠的壓頭。,離心式除氣器,1-傳動膠帶 2-電機 3-上筒 4-軸承 5-排氣區(qū) 6-擋泥板7-排出腔 8-主軸 9-葉輪 10-主筒 11-過濾器,離心式除氣器,離心式除氣器的外部呈圓筒形，工作時，主筒插入氣侵鉆井液中。電動機通過膠帶傳動裝置驅動筒中的主軸和葉輪旋轉。氣侵鉆井液從主筒的下端經過過

26、濾器進入除氣主筒。葉輪驅動鉆井液作旋轉運動，在離心力場的作用下，鉆井液在主筒內形成渦流。鉆井液中的液相和固相被甩向主筒內壁，而氣體則向中心擴散，在主筒中心形成氣柱。由于渦流作用，分離后的鉆井液沿主筒內壁旋轉向上運動，以約25mm厚的環(huán)形流螺旋狀進入排出腔。由于排出腔過流面積大，進入排出腔的鉆井液流速降低，并從排出腔排出。主筒形成的氣柱沿主筒中心區(qū)域旋轉向上運動，進入排氣腔的上部，并從排氣口排走。在排出腔和排氣區(qū)域之間有一塊擋泥板，防止鉆