钻井液固控系统

(Drilling Fluid Conditioning System)w一、泥浆的组成w1、液相w2、有用固相w3、无用固相w4、化学处理剂二、钻井液固相含量对钻井的影响 w1）比重增加 w2）粘度增加 w3）钻井颗粒增加 w4）泥饼厚度增加，失水量降低 w5）影响钻井的水力程序 三、钻井液固相控制方法w1、稀释除砂法w2、替换除砂法 w3、重力沉降除砂法w4、化学除砂法w5、机械除砂法三、钻井液固相控制系统（非加重钻井液固相控制系统）加重钻井液固相控制系统 振动筛振动筛（Shale shaker）w一、振动筛的基本结构及工作原理1-泥浆进口；2-泥浆盒；3-筛网；4-筛除固相颗粒；5-底座6隔振元件；7-筛箱；8-液体和细固相颗粒 振动筛的基本工作原理 a-偏心轴式 b-偏心轮式1-激振轴 2-轴承 3-筛框 4-减振弹簧5-皮带轮 6-偏心轮 7-偏心质量 二、振动筛的工艺特点与种类w1、特点w（1）钻井液振动筛筛分的介质是液体，废弃的是固相颗粒。w（2）它所筛分的钻井液是一种物化性能变化很大的液相、固相和化学处理剂组成的混合物。w（3）它所分离的固相颗粒的粒度由几个微米到20多毫米。由于要求筛下物越细越好，因此筛网使用的最大目数目前已达到325目。w（4）要求钻井液振动筛具有极好的运移性、安装简单、筛网更换方便、操作粗放、工作可靠、易损件少等特点。w（5）钻井岩屑在筛面上的筛分过程远比干物粒复杂。振动筛的类型w（1）按筛箱上的运动轨迹分为 圆形轨迹筛、直线轨迹筛、椭圆轨迹筛。w（2）按筛网绷紧方式分为 纵向绷紧筛和横向绷紧筛。w（3）按筛分层数分为 单层筛和双层筛。w（4）按筛面倾角分为 水平筛和倾斜筛。w（5）按振动方式分为 惯性振动筛、惯性共振筛、弹性连杆式共振筛、电磁振动筛等。振动筛（直线筛）三联筛三、筛网筛网的编织型式 a-正方网格 b-荷兰式网格 c-长方网格 d-斜纹网格 筛网的规格 w筛网的规格通常用目数来表示。筛网的目数即筛网经线（长度）方向或纬线（宽度）方向上，每英寸长度内含有的钢丝数目或孔数 中国(上海)美国(API)筛网号(目数)丝 径(mm)孔尺寸(m)孔眼有效面积(%)丝 径(mm)孔尺寸(m)孔眼有效面积(%)500.15236049.10.22927930.3600.12230050.70.19023430.5800.10222046.10.13917831.41000.08117246.40.11714030.31200.08113038.10.09411730.91500.0610841.70.06610337.31800.059041.72000.057736.80.05357433.6HYDROCYCLONEw1、The development and application of a cyclonew2、the basic structure and working principle of a cycloneThe basic components of a conventional cyclonew1-overflow pipew2-cover platew3-casing w4-linearw5-rubber pocketw6-nutw7-bottom holew8-inlet tubeThe Working Principle of a CyclonewCentrifugal Decanting w（内旋流、外旋流，盖下短路流、循环流、空气柱）The Working Principle of a CycloneThe Simulation of a CyclonewMade by Fan Qiang in 1998(using the software of 3Dmax)3、The features of a cyclonewVersatile and multi-function wSimple structurewIncomplete separatingwThe wear of the linear4、the fluid velocities in the cyclone wD.F.Kelsalls experimental curves(D.F.Kelsall w1)Tangential Velocity Vt n=0.6-0.9 2)Axial velocity Vz 3)Radial Velocity Vr 5、The structure Parameters of a cyclonew1)cyclone size Dw2）the diameter of the inlet tube dnw dn=0.15D0.25D w3)the diameter of the overflow pipe d d=0.2D0.4D w4)conical anglew5)the diameter of the bottom hole d0 do/d=0.150.8 w6)the height of cylinder H H=1.51.6D w8)the depth of the overflow pipe h h=D/6D 6、The working Parameters of a cyclonew1)Inlet pressure Pw P=0.20.35Mpa w2)The properties of the suspension w3）Cyclone capacity Qw4）Cut size(D50)处理量计算公式（简单）公式中 Q为旋流器的生产能力,L/s;dn进液管直径，cm;p为进液压力，Kpa。7、Cyclones used in solid controlling system 1）Desander2）desiler3）Mud cleanerMud cleanerMud cleaner8、The material of a cyclone w1)steelw2)cast ironw3)rubberw4)ceramics w5)polyurethanew6)nylon w8)cast rockw9)polytetrafluroethyane Note:w进口的形状w底流的调节方式w插入深度的调节方式w多流道进口w磨损机理w可否用于加重材料的回收离心机（Centrifuge）w一、离心机的基本结构和工作原理1-v-型胶带；2-液力联轴器；3-电动机；4-进料管；5-转鼓；6-螺旋输送器；7-行星差速器离心机的工作原理w转鼓5和螺旋输送器6之间存在一定间隙，二者同方向旋转，但通过行星差速器7使二者保持一定的转差。w钻井液由加料管进入螺旋输送器的空心轴，在进入转鼓内。由于转鼓高速旋转，带动进入转鼓的钻井液一起旋转，钻井液中的固相被甩到转鼓壁上，由螺旋输送器推向转鼓小端的卸料口排出，清洁的钻井液从转鼓大端的溢流口排出，从而完成固液分离。离心机工作原理模拟动画(制作:范强)卧式螺旋沉降离心机的特点w自动、连续操作，无滤网和滤布，能长期运转，维修方便；w应用范围广；w对物料的适应性较大，能分离的固相粒度范围较广，并且在颗粒大小不均匀的条件下，能照常分离得很好。能适应各种浓度悬浮液的分离，浓度的波动不影响分离效果；w结构紧凑、易于密封，某些机型能在加压和低温条件下操作 w结构比较复杂，造价较高 离心机在钻井液固相控制中的应用 w钻井液离心机是固控设备中固液分离的重要设备之一，一般情况下安装在固控系统的最后一级，用来处理非加重钻井液，可以除去2um以上的有害固相，处理加重钻井液可除去钻井液中多余的胶体，控制钻井也的粘度，回收重晶石；处理旋流器的底流，回收液相，减少淡水或油的浪费。此外，离心机也是处理废弃钻井液，防止污染环境的一种理想设备。高速离心机变频离心机中速离心机固控系统钻井液中固相的粒度分布w1、API粒度分级w 按照分类，泥浆中的固相颗粒的分类为：小于2um称为胶体，2-44um称为超细颗粒，44-74um称为细颗粒，74-250um称为中等颗粒，250-2000um称为中粗颗粒，大于2000um称为粗颗粒。一般情况下，泥浆中的固体颗粒小于微米称为粘土，微米称为泥，大于微米的称为砂 w2、硬底层钻井时固相的粒度分布w3、软底层钻井时固相的粒度分布w4、加重材料的粒度分布w5、固相控制系统w6、固相控制系统的发展非加重钻井液固相控制系统加重钻井液固相控制系统除气器除气器(Degasser）w一、气侵钻井液的危害 w1降低钻井液的密度。钻井液密度降低后，若井内钻井液净液柱的压力低于地层的压力，可能引起井涌或井喷。w 2使用于固控系统的砂泵、灌注泵、钻井泵的吸入不良，甚至不能正常工作，引起设备的振动。w 3部分有毒气体（如硫化氢）逸出钻井液，可能引起现场操作人员中毒。w 4可能引起火灾。w 5气侵后，钻井液粘度增大，使机械钻速降低。w 为此，侵入钻井液中的气体必须清除掉，其清除方法一般采用机械式除气器 二、机械法除气的基本原理 w1使气泡快速上升到液体表面 wut 为气泡的上升速度，m/s；w dt 为气泡的直径，m；wt为气泡的密度，kg/m3；wm为泥浆的密度，kg/m3；w 为泥浆的动力粘度，Pa.sw2使液体层变薄 w 钻井液井振动筛处理后，流入泥浆罐中，由于泥浆罐较深，不利于气泡快速上升到液体表面。因此，某些除气器创造一定的条件，使液体层变薄，有利于气泡快速上升到液体表面 w 3帮助气泡膨胀 w ptvt=常数 w 若将常压下的气侵钻井液置于真空状态下，即降低压力，气泡的体积就可变大。真空度越高，气泡的体积越大，这就是各种真空式除气器的工作原理 w4利用离心力场加速气泡的运动 w气泡在离心力场中运动时，液体和气泡要受到离心力场的作用，由于高速旋转产生的离心力远远大于重力，若靠近旋转中心部分有液气的分界面，则气体就能加速到达液面，这就是离心式除气器的工作原理.w 5气泡的破裂和逸出 w1）将气泡置于真空环境下，减小气泡所受的大气压力Pa，有利于气泡的破裂。w 2）增大气泡的半径可减小附加压力Py，采用增大气泡体积的方法不仅有利于气泡快速到达液体的表面，也有利于气泡的破裂。w 3）施加外力，将气泡挤破，一部分除气器使钻井液高速冲击挡板的目的之一就是试图挤破一部分气泡。除气器装置除气器装置(常压式除气器)1一胶带；2一电动机；3一轴承；4轴；5一泥浆池顶缘；6一泵座；7筛网；8一泵的螺旋形进口；9叶轮；10-泵壳；11立管；12一支架；13一盘阀 工作时，气侵钻井液从靠近泵上部的进口流入离心泵的叶轮。然后被泵送到喷射罐。在罐内，可调的盘形阀与立管端面之间的间隙很小。因此钻井液经过阀口时，流速增大，形成紊流薄膜，并撞击喷射室的侧壁，促使气泡上升到表面破裂，并从顶部的排气口排出。钻井液在重力作用下经排浆槽排向储液罐，与此同时，由于泵轮的旋转，吸入室中靠近转轴附近的钻井液压力降低，部分气体，特别是大气泡在该处就被分离出来，沿泵轴向上运动排入大气，从这两处排出的气体，也可用抽风机输送到远离井场的地方排出 真空式除气器 w真空除气器主要通过喷射器或真空泵从真空罐(室)中抽出气体，使罐内保持真空，以便吸入气侵泥浆，尔后进行除气。这类除气器通常具有以下设备：w 1）喷射器或真空泵：用以保持真空罐适当的真空度，将待处理的泥浆吸入，并排出分离气；w2）特定的锥形挡板：泥浆流经挡板时扩散成薄膜状，从而易于气体逸出；w 3）特定型式的离心泵或喷射泵：将脱气泥浆从真空除气室中排出；w4）必要的液面控制装置：调节进入真空除气室的泥浆量，保证除气室不会溢流，也不会抽空。双喷射真空除气器1-除气室；2-吸入管线；3-比重泥浆阀；4-双喷射器；5-缩颈管；6-导管；7-喷嘴；8-第一喷射器入口；9-导管；10-调节阀；11-浮球机构；12-进气控制阀；13-旋流分离器；14-漏斗；15-出气口；16-脱气泥浆罐；17泵；18-含气泥浆储罐；19-联通平衡管双喷射真空除气器的工作原理 w储存在罐16内经过除气室l处理的脱气泥浆，绝大部分由钻井泵进行再循环，小部分借助泵17提供一股诱导液流，通过缩颈管5时，在双喷射器4的入口处形成真空，于是，除气室底部的脱气泥浆被吸入第一个喷射器的入口8，除气室顶部的气体通过导管9被吸入第二喷射器的入口20，二者在导管6内混合后，流入旋流分离器13，气体经出口15向上排至大气，脱气泥浆则经漏斗14流入罐16。w由于除气室顶部的气体经导管9被吸入喷射器，再经过旋流分离器排出，故除气室顶部形成真空，罐18内的含气泥浆在压差作用下进入陈气室，并在挡板上扩散成薄膜层，泥浆中的游离气体及大气泡气体先行逸出，泥浆则顺挡板流向除气室底部，再经过上述的循环，分离出溶解气体。w脱气泥浆罐16和含气泥浆储罐18处于同一水平面上，下部由联通关19连通。这样布置是为了保持罐18内液体压头不受井内返出的含气泥浆流速变化的影响，即当罐18内的液面降到容许高度以下时，脱气泥浆就经过平衡管流入罐18。脱气泥浆因比重较大而存留罐底，同时为管2提供足够的压头。离心式除气器1-传动胶带 2-电机 3-上筒 4-轴承 5-排气区 6-挡泥板7-排出腔 8-主轴 9-叶轮 10-主筒 11-过滤器 离心式除气器w离心式除气器的外部呈圆筒形，工作时，主筒插入气侵钻井液中。电动机通过胶带传动装置驱动筒中的主轴和叶轮旋转。气侵钻井液从主筒的下端经过过滤器进入除气主筒。叶轮驱动钻井液作旋转运动，在离心力场的作用下，钻井液在主筒内形成涡流。钻井液中的液相和固相被甩向主筒内壁，而气体则向中心扩散，在主筒中心形成气柱。由于涡流作用，分离后的钻井液沿主筒内壁旋转向上运动，以约25mm厚的环形流螺旋状进入排出腔。由于排出腔过流面积大，进入排出腔的钻井液流速降低，并从排出腔排出。主筒形成的气柱沿主筒中心区域旋转向上运动，进入排气腔的上部，并从排气口排走。在排出腔和排气区域之间有一块挡泥板，防止钻井液窜入排气区。w与真空型除气器相比，离心式除气器功率利用率高，所需功率小，结构简单重量轻，占用空间小，成本低 真空除气器搅拌器砂泵混合漏斗(旋流式)混合漏斗(文丘里式)