石油钻采机械

32 川WWW “臺一、概述泥浆净化装置是钻井液循环系统中的重要组成部 分，其基本作用是减少或控制泥浆中固体颗粒的含量, 以便改善钻井泵和其它设备的工作条件，提高钻 井效果。钻井过程中，从井底返回地面的泥浆中含有大量的岩屑和砂粒，经过泥浆池和沉淀池的自然沉降, 其中的固相颗粒只能稍稍减少,继续使用这种泥浆，必然会有相当一部分岩屑和 砂粒随泥浆进入钻井泵，并被再次送入井底，造成钻井泵易损件和钻头寿命大大缩短，钻头进 尺减少，钻速显著降低，甚至会造成钻井过程中 钻杆遇卡事故。采用合适的泥浆净化（或固相控制）系统，设法 控制和尽可能降低泥浆中的固相含量，使泥浆净 化，对于改善钻井泵、钻头和涡轮、螺杆钻具的工作 条件、减少磨损等，都具有十分重要的意义。钻井实践表明：当泥浆中固相颗粒减少1 %时，钻 头的工作寿命可延长7-10%,钻速可提高29%3泥浆中的固相颗粒，按其粒度的大小可分为钻屑、 砂、粉砂、粘土和胶土，相应的净化装置只能清除一定尺寸的固相颗粒。8-3净化装豈消除固相范岳“ 貝 j W 、諳除旧诺 ® 粒的砲力-净化裝置名右固柑类型颗验尺力卫皿钻闖>44Q树网站410151)险&器矽1前5£粉砂T4F4藹心拥1沉汇式）粉 砂制5SI心机加水稀墀）粘 ±0.55懿 土1<0.5随着钻井深度的不同，对泥浆性能的要求也不同： 对于一般深度的井，多使用非加重水基泥浆。 处理这类泥浆的固控设备是：振动筛-除砂器除泥器-离心机，目的是尽可能除去泥浆中的固相颗粒。3 但是对于深井和超深井，由于井下油气压力高， 水层情况复杂，常使用加重泥浆，即在泥浆中添 加重晶石粉和化学药剂等。 此时，若仍用处理非加重泥浆的固控设备组成净 化系统，就会使大量重晶石粉或贵重液相白白地 流失。 因此，对于水基或油基加重泥浆，应采用振动筛泥浆清洁器离心机组成净化系统，即钻深井或超深井时，泥浆清洁器是净化系统中 必备的装置。泥浆净化（或固相控制）系统，是按照泥浆净化 的要求，由相应的泥浆净化装置组成的。常用的泥浆净化系统有两级净化处理系统和三级 净化处理系统。8-3净化装豈消际固相范西涓除13诺穎范的佃力固相贡型颗粒尺立吧4404iO-*L5tt1册了t制50S 2<0.5两级净化处理系统的流程如下图所示：自井口返出的泥浆先经过振动筛的预处理，除去 颗粒较大的岩屑，再用砂泵送入旋流分离器（除砂器）进行除砂处理。1 井口；6 旋流除砂器；5 溢流隔板；7 排砂；8 净化泥浆至泵房;2 高频振动筛;3 泥浆座罐；4 砂泵；动画9 排污三级净化处理是泥浆自除砂器流出后，再送入小 尺寸的旋流分离器（除泥器），分离出更小的固 体颗粒。2 高频振动筛;3 泥浆座罐；4 砂泵；1 井口；6 旋流除砂器；5溢流隔板；7 排砂；8 净化泥浆至泵房;排污A完备的泥浆净化系统包括更多的设备，一般由泥 浆振动筛、旋流除砂器、旋流除泥器、离心分离 机和除气器等组成。完备的泥浆净化系统分为：完整的处理非加重泥浆净化系统；完整的加重泥浆净化系统。完整的加重泥浆净化系统:离心机对水力旋流 器的底流进行二次 处理，以便将其中 的液体回收到液罐 中，而清除的只是 固相的泥土和砂粒图8T2宪整的非加鱼泥浆浄化系统井口返出的泥膨2据动篩；3筛网庭涯土上部导流腹；5浓除的天穎蹟fSfih 況砂池排放E丄矗气8上益施Z 5庞平衡制 址礙砂曇 店除配器： 场_泵入幷中的韶浆7旺犯荥枪t MT计怎泵；1E二阳挾祁分；ST诵平8&3b IT回收的谀招和胶体丽泌 扯离心机：M除去的诅列抄：2e-M2£«i 21-WS 检査at和眾叹址緬！ 22韻浆混合部分站一活加部锐除气器应安装在需 要用离心泵的设备 之前，以免离心泵 泵送含气泥浆影响 其性能，同时尽早 除去气体）有利安 全。A其布置与非加 重泥浆净化系 统类似，主要 区别是该系统中采用 泥浆清洁器代 替除砂器和除 泥器。If -* U 赳/ P5-4«/一仆十芮/匕Id團8-73完整的加霓诧浆净化系统ITT口返出竹阻絲；2阳劝筛; 堀动那蹤屁4一沔砌固相1 U況砂通蜩夜口： t一隙吒阳 2上溢瀝口； A低乎商劉上裂瘵1惟黜皿鳴杆输砂欝L离心机；堆一回9係銚中的廊 «t; 13障的液相和胶体覆禺14TS控郤东花进人衰朮綠怪:18泌浆松17添邮冊 条18TE计最衆$.竺厂呢浆材浩册板动篩；頭一可调.平询 刘一因收訝例吐22-3tffi；23昭浆轮査蛊超吸人玻t 247浆視合和处占一皑塞滋店訂扳釧8泥浆清洁器可 以将比砂子粒 度小的固相颗 粒（泥质粘土 和重晶石）回 收到泥浆中。在此系统中，离 心机仅处理循环 系统泥浆的3 15%,朗/P5-4«/一仆十芮/匕Id作用是清除该部 分泥浆中的胶体 颗粒，以降低和 控制泥浆粘度， 便于回收泥质颗 粒和重晶石。完整的加重泥浆净化系统:團8-73完整的加霓诧浆净化系统ITT口返出竹阻絲；2阳劝筛; 堀动那蹤屁4一沔砌固相1 U況砂通蜩夜口： t一隙吒阳 2上溢瀝口； A低乎商劉上裂瘵1惟黜皿鳴杆输砂欝L离心机；堆一回9係銚中的廊 «t; 13障的液相和胶体覆禺14TS控郤东花进人衰朮綠怪:18泌浆松17添邮冊 条18TE计最衆$.竺厂呢浆材浩册板动篩；頭一可调.平询 刘一因收訝例吐22-3tffi；23昭浆轮査蛊超吸人玻t 247浆視合和处占一皑塞滋店訂扳釧8§4-4泥浆净化装置概述二、泥浆振动筛三、水力旋流器泥浆清洁器五_、离心分离机六、泥浆除气器动画：泥浆两级净化流程泥浆振动筛泥浆振动筛是固控系统中的关键设备；自井筒中返回的泥浆首先进入筛中，清除掉较大 的固体颗粒。A泥浆振动筛一般由筛箱、筛网.隔振弹簧及 激振器等组成。tL见浆进口； 2鉅孃盒匚3-Wtp墓一筠除枫 固彳卩萩和？ 6*_J曲帕忌?牛：T筛徹 8液挥和细固相販获.工作时，由主轴、轴承和偏心块等构成的激振器旋转时产 生周期性的惯性力，迫使筛箱.筛网和弹簧等部件在底座 上作简谐振动；促使由泥浆盒均匀流至筛网表面的泥浆中的液固相分离即液体和较小颗粒通过筛网孔流向除砂器）而较大颗粒顺 筛网表面移向砂槽。图8-75泥集振动筛示惡图涯浆进口； 2翘疑金* 3翩恥 4-筠除粗 固_底帕 GT筛徹 A液挥和细固相顒4L泥浆振动筛中最易损坏的零件是筛网。A般有钢丝筛网、塑料筛网、带孔筛板等，常用 的是不锈钢丝编织的筛网。A筛网通常以“目”表示其规格，表示以任何一根 钢丝的审心为起点，沿直线方向25. 4m毫米长上的 筛网薮目。例如，某方形孔筛网每英寸有12孔，则称作12目 筛网，用API标准表示为12 x 12o对于矩形孔筛网，一般也以单位长度、（英寸）上 的孔数表示，如80 x 40表示1英寸长度的筛网上， 一边有80孔，另一边有40孔。反映振动筛性能的一个重要技术参数是辰动强度K,表达式为其中W为角频率， 转速；mco-30,n为振动频率，即主轴 g为重力加速度； A为泥浆筛的振幅。筛网的振动方式决定着钻屑在筛网上的分离粒度、 运移速度、排屑量和液体处理量等。激振器与筛架的相对位置以及激振器转动的方向 决定着振易的銃迹形状。筛架两端呈椭圆振动，而激振器的正下方呈圆周振动。固相颗粒运移速率受椭圆轴、筛架的倾角和激振器转动的方向所控制。这类振动筛通常有两个分开的筛架，每个筛架安 装倾角不同，以便排除钻屑。團4衍泥浓振动筛的运刮形式(m)阳周运动匕抽岡和创找运动；线运1密堀揣石2远刮方屁.A激振器安装在筛架的重心位置振动轨迹呈圆周形状。此刻，钻屑在水平筛架上运动的方向和速度，取 决于激振器的转动方向、振动频率和振幅。图4衍泥谥振动筛的运刮形爲 匕）囱周运动匸冈希创，世运前；"）辽线运劫.1 一皴堀I险2込刮方|亂A根据激振器与筛架的相对位置，可以将泥浆振动 筛分为普通振动筛与自定中心振动筛。普通振动筛：激振器安装在筛架重心的上方位置 自定中心振动筛：激振器安装在筛架的重心位置 A从结构上看，普通振动筛与自定中心振动筛的主 要区别，在于输入皮带轮中心和轴承中心的相对 位置。A普通泥浆振动筛皮带轮中心与轴承中心位于同一轴线上。运动时，皮带随筛箱一起振动，引起传动皮带反 复伸缩。故这种振动筛虽然结构简单，但容易破罔8-7卩丼邇泥浪撮劝筛示意圈1渝心勵；2-mi S-t5; 4 I殳带锐皮带轮中心位于轴承中心0-0与偏心块的质心之 间，且皮带中心线与偏心块和筛箱的合成重心轴 线0(T重合。工作时，合成重心-0就是整个系统的回转中心,皮带轮中心在空间的位置基本不变，克服了皮带轮伸缩问题，可以实现低频大振幅的要求。图H 9(' I宦中心泥孃愤胡筛汀;恋图1T測I； 234T也艮曲资;A疫制轮】Gtf心轮；芝一闊心饶.§4-4泥浆净化装置_、概述二、泥浆振动筛三、水力旋流器四、泥浆清洁器五、离心分离机六、泥浆除气器三、水力旋流器泥浆振动筛一般只能清除全部固相量的25%左右, 74um以下的细颗粒仍留在泥浆中，对钻进速度影 响仍然较大。为了进一步改善泥浆性能，一般在泥浆振动筛之 后，装有水力旋流器，用以清除较小颗粒的固相。动画：泥浆两级净化流程水利旋流器分类:A水力旋流器分为除砂蓋和余泥器两种，但结构和 工作原理完全相同。锥筒内径为6-12英寸的称作除砂器，能清除大 于7011111和约50%大于4011171的细砂颗粒。锥筒内径为25英寸的称作除泥器，能清除40um 和约50%大于1511111的泥质颗粒。所谓锥筒内径是指锥筒亦称工作内径。水利旋流器的工作原理:的485水力旋流器王铮皿刃图1三71口呂此f也?G向決;檢瞬匕升了卜-推砂7-r?&T?.水力旋流器与一般分离机械不 同，它运动部件，是利用泥浆中固、液相各颗粒所受的 离心力大小进行分离。水力旋流器上部呈圆柱形， 形成进口腔，侧部有一切向 进口管，由砂泵输送来的泥 浆沿切线方向进入腔体内。顶部中心有涡流导管，处理 后的泥浆由此溢出。囲875水力雄耀褓工律惊迫S31-曲倔 2诽形光侣2TJE蹈佻 7向决; 跡训航匕升：那一卅抄口; 丁捋液性壳体下部呈圆锥形，底部为 扌非砂口，固相从中排出。根据动力学原理，切向进入 并有一定压力的泥浆，在旋 流器内腔旋转时会产生离心 力。质量较大的目相颗粒受到较 大的离心力，足以克服泥浆 的摩擦阻力，被甩到旋流器 的内壁上，并靠重力作用向 下旋流，由排砂口排出；囲875水力雄耀褓工律惊迫S31-曲倔 2诽形光侣2TJE蹈佻 7向决; 跡训航匕升：那一卅抄口; 丁捋液性质量小的固相颗粒及轻质泥 浆则螺旋上升，经溢流管底 输出。高效水力旋流器：它有三根溢流管；当泥浆进入时，重而大的固 相颗粒甩向筒壁，并螺旋下 降，经排砂口排出；轻质部分则从各溢流管溢出。八18-37爲敢能水力旋流器片锥伽2辿密甘；3氐僵:丄辻一就擁琶tTiaiSiOi ET&流口，= 一动画.这种结构消除了空气柱，减 少了内部的水力损失，从而 提高了泥浆处理量及液体的 净化程度。§4-4泥浆净化装置_、概述二、泥浆振动筛三、水力旋流器四、泥浆清洁器五、离心分离机六、泥浆除气器四、泥浆清洁器47h泥浆清洁器由旋流器和振动筛组合而成，上部是45英寸的水力旋流器，下部是150200目的振振动筛处理过的泥浆排出的固体颗粒:I筛网底流I I7返回循环系统泥浆自井口中返出，经双 层振动筛（上层40目，下 层60目）处理后流入泥浆 罐，再由砂泵从罐中泵入 清洁器。清洁器将泥浆中74105u m的固相颗粒清除掉, 小于74um的固相（包括 260um的重晶石粉）及 液相则汇入在用的泥浆之 中。因此，清洁器一般只用在加重泥浆系统中。用途 是清除比重晶石颗粒大的固相颗粒，回收重晶石 及液相。§4-4泥浆净化装置_、概述二、泥浆振动筛三、水力旋流器四、泥浆清洁器五、离心分离机六、泥浆除气器五、离心分离机离心分离机主要用于回收加重泥浆中的重晶石，及非加重泥浆中的液体或化学药剂，清除08um左右的细粉砂，主要有三类:转筒式离心分离机沉淀（倾析）式离心分离机水力涡轮式分离机重晶石回收一个带许多筛孔的内筒体，在固定的圆筒形外壳内转动，外壳两端装有液力密封，内筒体轴通过 密封向外伸出。待处理的泥浆和稀释水从外壳左上方由计量泵输 入后，由于内筒旋转的作用，泥浆在内、外筒之 间的环形空间转动。二、：f -S.V二？ n 一 二二二二亠亠一Q 泥浆驱动轴轻泥浆T?重晶石回收在离心力的作用下，重晶石和其它大颗粒的固相 物质飞向外筒内壁，通过一种专门的可调节的阻 流嘴排出，或由以一定速度运转的底流泵将飞向 外筒内壁的重泥浆从底流管中抽吸出来，予以回 收。轻质泥浆则慢速下沉，经过内筒的筛孔进入内筒 体，由空心轴排出。% 润滑器5泥浆 氢丄仁驱动轴轻泥浆重晶石回收A沉淀（倾析）式离心分离机核心部件是由锥形滚筒、输送器和变速器所组成 的旋转总成。输送器通过变速器与锥形滚筒相连，二者转速不 同。分离原理：待处理的加重泥浆用水稀释后，通过空心轴中间 的一根固定输入管、输送器上的进浆孔，进入由 锥形滚筒和输送器蜗形叶片所形成的分离室，并 被加速到与输送器或滚筒大致相同的转速，在滚 筒内形成一个液层。调节溢流口的开度可以改变液层厚度。滚中等液层层孔变深液层孔泥 浆 进 口铲固相排出口孔 泥进浆室叶螺方y湿过渡带进 口溢孔进浆孔吗交心液体排出在离心力的作用下，重晶石和大颗粒的固相被甩 向滚筒内壁，形成固相层，由螺旋输送器铲掉， 并输送到锥形滚筒处的干湿区过渡带，其中大部 分液体被挤出，基本上以固相通过滚筒小头的底 流口排出，而自由液体和悬浮的细固相则流向滚筒的大头， 通过溢流口排出。滚E固相排出口中等液层彳丄螺旅输送器叶干湿过渡带变7止遴孔进口溢孔膿心液体囂进浆室深液层孔泥. 浆 进 口浅液层孔2A水力涡轮式分离机待处理的泥浆和稀 释水经漏斗流入装 有若干个带有筛孔 涡轮的涡轮室；LI泥浆10'淸砂室回收%”稀浆旋流专短管0 r短管ZZZ2E.涡彳稀翅瓣涡轮室周壁孔眼当涡轮旋转时，大 颗粒的固相携同一 部分液体被甩向涡 轮室的周壁，并牙 过其上的孔眼进入 清砂室，聚积到底 部；涡轮室周壁孔眼短管回收短管D-旋流善心一稀浆勢:涡轮室周壁孔眼短管在离心压头的作用 下，这一部分浓稠 的泥浆再经短管进 入旋流器；通过旋流分离，加 重剂等从回收出口 排出，而轻质泥浆 则通过管线返入涡 轮室；涡轮室周壁孔眼短管回收短管D-旋流善心一稀浆勢:涡轮室周壁孔眼短管与此同时，涡轮室 内的轻质泥浆，则 通过涡轮上的筛孑- 上底板的孔和短管 排出。涡轮室周壁孔眼短管LI泥浆M砂室|稀浆坪回收短管底孔板涡轮室周 壁孔眼D旋流善ioTM稀浆短管§4-4泥浆净化装置_、概述二、泥浆振动筛三、水力旋流器四、泥浆清洁器五、离心分离机六、泥浆除气器六、泥浆除气器A在油、气井钻井过程中，泥浆容易被空气或井中 的天然气侵入，造成密度下降，井筒内泥浆静液 柱压力减少，可能引起井喷的危险；此外，气体还使泥浆的粘度和静剪切力增大，使 钻井条件恶化。因此，应该设法除去泥浆中的气体，恢复泥浆密 度。A对于气侵泥浆或含有微小气泡的泥浆，一般利用除气器除气。A气侵泥浆除气器有两类，一类是真空除气器，另 一类是大气（常压）式除气器：真空除气器大气式除气器离心式除气器真空除气器通常配备有以下设备：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；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；特定型式的离心泵或射流泵：将脱气泥浆从真空 室中排出；必要的液面控制装置:调节进入真空除气器的泥浆量，保证除气室不会溢流，也不会抽空。双喷射器除气器的工作原理：储存在罐16内经过除气室1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喷射哭 的入口 8,、曲艾气室顶評的气体通过导管9被吸入第二喷射器的二者在导管6内混合后，流入旋流分离器13,气体经出口 15排至大气，脱气泥浆则经漏斗14流入罐16o 7由于除气室顶部的气体经导管9被吸入喷射器，再 经旋流分离器排出，故除气室顶部形成真空内的含气泥浆在压差作用下进入除气室,在挡板上扩散成薄膜层，泥浆中的游离气体及大 气泡气体先行逸岔，泥浆则顺着挡板流向除气室底部，再经过上述循 环，分离出溶解气体。10 -泵壳;9 _叶轮；15-喷射室14 -盘阀；13-盘阀开度;12-支架；11 -立管；大气式除气器：大气式除气器是在真空式基础上发展起来的，主要特点是取消了真空泵和厚壁的真空处理室, 只由特制的离心泵和喷射扌当板寺组成。1 -胶带传动；2 -电动机；3 -轴承；4 -轴；5 -泥浆池顶缘；6 -泵座；7-筛网；8 -泵的螺旋形进口除气器安装在泥浆池上方的滑轨上，马达、传动胶带和喷射室等在液面以上， 泵座和泵壳淹没在泥浆池液面以下。15-喷射室14 -盘阀；13-盘阀开度;12-支架;11 -立管;10- ;9 _叶轮；1 -胶带传动；2-电动机；3 -轴承；4 -轴；5 -泥浆池顶缘；6-:;7 -筛网；-泵的螺旋形进口工作时，含气泥浆从泵壳上部的螺旋形进口被吸 入叶轮。15-喷射室14 -盘阀；13-盘阀开度;12-支架;11 -立管；1 -胶带传动；2 -电动机；3 -轴承；4 -轴；5 -泥浆池顶缘;6 -泵座；7-筛网；8 -由于泥浆在叶轮中旋流，其中一部分大气泡被分 离，沿泵轴与泵座间的空间上升，散入大气或引 入抽风机的吸管中；而泥浆则通过立管和可调节的盘形阀被泵送到喷射室。15-喷射室14 -盘阀；13-盘阀开度;12-支架；11 -立管；1 -胶带传动；2 -电动机；3 -轴承；4 -轴；5 -泥浆池顶缘；6- ；7 -筛网；8 -泵的螺旋形进口由于泥浆通过盘形阀时流速增大，形成薄膜，并撞击喷射室侧壁，从而使溶解于液体的小气泡升至表面并自行破裂,从喷射室顶部逸出,浆池。15-喷射室14 -盘阀；13-盘阀开度;12-支架；11 -立管；脱过气的泥浆在重力作用下经排出槽流向脱气泥1 -胶带传动；2 -电动机；3 -轴承；4 -轴；5 -泥浆池顶缘；6- ；7 -筛网；-泵的螺旋形进口离心式除气器：离心式除气器是利用离 心分离的原理驱除气侵 泥浆中的气体，主要由胶带传动装置、 电机、主轴、轴承、叶 轮、主筒、排出腔和排 气嘴等组成。4动装置 吨机 止筒徘气区 月当泥板 排出腔主轴 叶轮 生筒 x谑清器A工作时，将除气器插入 泥浆中，电机通过胶带传动装置 驱动主轴、叶轮旋转，气侵泥浆从主筒下端经 虑清器进入除气器，在 叶轮的驱动下作旋转运 动，主筒内产生离心力 场形成涡流。由于离心力的作用，泥 浆中的固相和液相被甩 向主筒内壁，而气体则向中心扩散， 在主筒中心区形成一个 气柱。4动装置 吨机 止筒徘气区 月当泥板 排出腔主轴 叶轮 生筒 x谑清器分离后的泥浆，在涡流 的作用下，沿主筒内旋 转向上运动，以环形螺 旋状进入排出腔。排出腔过流体进入后流速降低，压 力增大，从排出腔内排 出；一传动装置2电机4】L滤清器$排气区 点挡泥板 7排出腔1主轴 9叶轮 少主筒3上筒而气体则沿主筒中心区 旋转向上运动，进入排 出腔的上部，从排气口 排出。在排出腔和排气区之间 有一块扌当泥板，防止泥 浆窜入排气区。主轴叶轮 主筒 滤清器传动装置4电机3上筒S排气区 *扌当泥板 7排出腔复习题1. 泥浆净化装置的基本作用是什么？2. 简述两级泥浆净化处理系统的流程。3. 泥浆两级净化处理系统与三级净化处理系统有何 区别？4. 简述泥浆振动筛的组成和工作原理。5. 何谓除砂器？何谓除泥器？6. 简述泥浆清洁器的组成。7. 简述离心分离机的功用。8. 泥浆除气器有哪几类？