鉆井液大循環(huán)固相控制方案設(shè)計(jì)

1、 學(xué)號(hào) 密級(jí)_ 蘭州城市學(xué)院本科畢業(yè)論文鉆井液大循環(huán)固相控制方案設(shè)計(jì)學(xué) 院 名 稱(chēng)：專(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng)：學(xué) 生 姓 名：指 導(dǎo) 教 師： 二一五年五月 BACHELOR'S DEGREE THESIS OF LANZHOU CITY UNIVERSITYSystemic circulation of drilling fluid solid phase control scheme design College : Subject : Name : Directed by : May 2015鄭 重 聲 明本人呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資

2、料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名： 日期： 摘 要鉆井液固相控制作為鉆井過(guò)程的關(guān)鍵工序，一直是為業(yè)界廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。因而對(duì)實(shí)現(xiàn)鉆井液固相控制功能的系統(tǒng)進(jìn)行深入的討論和研究顯得的尤為重要，本文針對(duì)鉆井施工現(xiàn)場(chǎng)，鉆井液大循環(huán)的固相控制問(wèn)題，詳細(xì)的分析了鉆井液固相控制系統(tǒng)的組成和功能，為現(xiàn)場(chǎng)有效開(kāi)展鉆井液維護(hù)提供了必要的理論支持。本文采用兩套方案解決鉆井液大循環(huán)固相控制問(wèn)題。方案一：“雙路”循環(huán)鉆井液工藝技術(shù)；

3、方案二：鉆井液井下循環(huán)系統(tǒng)；兩套方案可以獨(dú)立使用，也可以合并使用。對(duì)鉆井全過(guò)程固相控制具有重要的應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：鉆井液；固相控制系統(tǒng)；循環(huán)系統(tǒng)；雙路循環(huán)；水力旋流器ABSTRACT窗體頂端Drilling fluid solids control as the key working procedure,drilling process has been the focus of common concern to the industry problems.For realizing the function of drilling fluid solids control system

4、in-depth discussion and research is particularly important,based on the drilling construction site,the systemic circulation of drilling fluid solids control problem,a detailed analysis of the composition and function of drilling fluid solid control system,effective development for field drilling flu

5、id maintenance provides the necessary theoretical support.This paper adopts two sets of solutions to drilling fluid solids control systemic problems.Scheme 1: "dual" circulation of drilling fluid technology;Scheme 2: downhole drilling fluid circulation system;Two sets of scheme can be used

6、 independently, can also be combined use.Whole process of drilling solids control has important application value.Key words: drilling fluid;Solid phase control system; The circulatory system; Dual loop;hydrocyclone目 錄第1章 緒論11.1 概 述11.2 課題的研究目的和意義11.2.1 課題研究目的11.2.2 課題研究意義21.3 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀31.3.1 我國(guó)的

7、發(fā)展現(xiàn)狀31.3.2 國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀3第2章 鉆井液固相控制工藝及原理52.1 固控系統(tǒng)52.1.1 固控系統(tǒng)流程的建立52.1.2 鉆井液循環(huán)流程52.2 固相控制工藝及原理62.2.1 固控設(shè)備的工作體系和原理62.2.2 固液分離基本原理72.3 固相控制方法82.3.1 清水稀釋法82.3.2 替換部分鉆井液82.3.3 大池沉淀法82.3.4 機(jī)械設(shè)備清除固相82.4 鉆井液中固相的影響92.4.1 固相對(duì)鉆速的影響92.4.2 固相對(duì)泥餅的影響92.4.3 固相對(duì)循環(huán)的影響9第3章 鉆井液大循環(huán)固相控制設(shè)計(jì)103.1 大循環(huán)固相控制的技術(shù)關(guān)鍵103.1.1 鉆井液循環(huán)固控系統(tǒng)103

8、.1.2 固控系統(tǒng)存在的不足103.1.3 新型固控技術(shù)的要點(diǎn)113.2 “雙路”循環(huán)鉆井液工藝設(shè)計(jì)123.3 鉆井液井下循環(huán)固控系統(tǒng)設(shè)計(jì)133.4 方案實(shí)施及要求163.4.1 鉆井液地面循環(huán)固控系統(tǒng)的主要問(wèn)題163.4.2 鉆井液地面循環(huán)固控系統(tǒng)流程的改進(jìn)163.4.3 鉆井工程對(duì)鉆井液固相控制的要求18結(jié)論與建議19參考文獻(xiàn)20致謝22第1章 緒論1.1 概 述 現(xiàn)代鉆機(jī)中都要用循環(huán)流體：液體；氣體；泡沫劑。故稱(chēng)鉆井循環(huán)流體為鉆井液（習(xí)慣上稱(chēng)為泥漿）。鉆井液的主要成分有：（1）水（淡水，鹽水，飽和鹽水）；（2）膨潤(rùn)土（鈉膨潤(rùn)土，鈣膨潤(rùn)土，有機(jī)土或抗鹽土）；（3）化學(xué)處理劑（有機(jī)

9、類(lèi)，無(wú)機(jī)類(lèi)，表面活性劑或生物聚合物類(lèi)等）；（4）油（輕質(zhì)油或原油等）；（5）氣體（氮?dú)饣蛱烊粴猓?。不同的鉆井液流體形式的分散系不同，所起的作用不同。從物理化學(xué)觀點(diǎn)看，鉆井液是一種多相不穩(wěn)定體系。為滿(mǎn)足鉆井工藝要求，改善鉆井液性能，常在鉆井液中加入各種不同的添加劑。鉆井液在循環(huán)過(guò)程中，不能始終保持優(yōu)良性能，而要被鉆屑、油、氣、水、鹽及礦物污染，其中鉆屑是最嚴(yán)重的污染。分散于鉆井液中的固相顆粒稱(chēng)為鉆井液中的固相：一是來(lái)源于被破碎巖石產(chǎn)生的鉆屑；二是鉆井工藝要求而人為加入的。所謂鉆井液的固相控制，就是清除有害固相，保存有用固相，或者將鉆井液中的固相總量及粒度級(jí)配控制在要求的范圍內(nèi)，以滿(mǎn)足鉆井工藝對(duì)鉆

10、井液性能的要求。通常將鉆井液的固相控制簡(jiǎn)稱(chēng)為固控，習(xí)慣上也稱(chēng)為泥漿的凈化1,2。1.2 課題的研究目的和意義1.2.1 課題研究目的 鉆井液固控系統(tǒng)是石油鉆井設(shè)備中的主要設(shè)備之一。在對(duì)鉆井質(zhì)量要求日趨提高的現(xiàn)代鉆井工藝中，鉆井液凈化的質(zhì)量直接影響鉆井質(zhì)量和鉆井成本，高質(zhì)量鉆井液固控系統(tǒng)在鉆井工程中起著必不可少的作用。固控系統(tǒng)根據(jù)鉆井需要配有振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心機(jī)、旋流混合器、剪切泵等不同形式和級(jí)別的凈化設(shè)備，鉆井液固控系統(tǒng)作用是對(duì)鉆井液進(jìn)行循環(huán)、凈化，保證鉆井液的密度、粘度等參數(shù)滿(mǎn)足鉆井工藝的要求。在固控系統(tǒng)的研制方面，根據(jù)生產(chǎn)和環(huán)保的要求選配相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行特殊的、非常規(guī)的組合應(yīng)用，以

11、取得最佳的固控效果。由于鉆井用戶(hù)的價(jià)值觀日益呈現(xiàn)出個(gè)性化與多樣化的趨勢(shì)，這就要求產(chǎn)品能滿(mǎn)足特定使用需求，使批量生產(chǎn)的產(chǎn)品逐漸為個(gè)性化、多樣化的產(chǎn)品所取代。要求機(jī)械產(chǎn)品在全壽命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染（包括振動(dòng)、噪聲、污水和有害的煙氣等），并要求最有效地節(jié)約資源，從而使產(chǎn)品具有最好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)的綜合效益。國(guó)內(nèi)外研究部門(mén)和生產(chǎn)廠家在鉆井液固控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方面，都在走個(gè)性、環(huán)保的方向。在大量采用模塊化的部件和在國(guó)內(nèi)外范圍內(nèi)選用最優(yōu)的通用的零部件的基礎(chǔ)上，盡快地開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足用戶(hù)個(gè)性化與多樣化的產(chǎn)品，提高市場(chǎng)的占有率，使產(chǎn)品具有最好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)的綜合效益。本課題研究的范圍就是針對(duì)大慶地區(qū)鉆井工藝的要

12、求和發(fā)展特點(diǎn)，設(shè)計(jì)研制滿(mǎn)足多種固控工藝要求的鉆井液固控系統(tǒng)，充分滿(mǎn)足鉆井工藝流程中對(duì)鉆井液的需求，優(yōu)化鉆井液固控流程凈化設(shè)備的配置，避免配置的浪費(fèi)和不足現(xiàn)象。提高石油鉆井鉆井液固控系統(tǒng)的裝備水平。1.2.2 課題研究意義目前在用的固控設(shè)備有振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心機(jī)等，由于這些設(shè)備的作用原理和結(jié)構(gòu)不同，因此所分離的固相顆粒粒度都有一定范圍。在選用設(shè)備之前對(duì)鉆井液中的固相進(jìn)行粒度分析，使固控設(shè)備的配套與選用有針對(duì)性，發(fā)揮較好的效果。合理地在固控系統(tǒng)中布置固控設(shè)備是至關(guān)重要的，如果固控設(shè)備性能不好或布置不合理，鉆井液中的固相含量就會(huì)增加，容易導(dǎo)致井眼內(nèi)發(fā)生復(fù)雜情況。因此，科學(xué)地分析各種固控設(shè)備

13、分離固相的能力，確定合理的鉆井液固控工藝流程，對(duì)于設(shè)計(jì)和研制高性能的鉆井液固控系統(tǒng)具有十分重要的意義。隨著鉆井工藝技術(shù)的不斷發(fā)展和鉆井液技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)鉆井液固相控制系統(tǒng)裝備的配置及使用效率提出了更高的要求，我國(guó)加入WTO之后，加快國(guó)產(chǎn)鉆井裝備設(shè)計(jì)制造的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，盡快實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)系列裝備配套與國(guó)外鉆井市場(chǎng)接軌，已迫在眉睫。大慶地區(qū)鉆井隊(duì)使用的固控系統(tǒng)一般僅簡(jiǎn)單配置有振動(dòng)篩和除砂器，固控效率低，不能滿(mǎn)足快速鉆井的需要，研制開(kāi)發(fā)適用大慶地區(qū)的鉆井液固控系統(tǒng)，對(duì)于提高大慶油田的鉆井液固控系統(tǒng)的裝備水平，提高鉆井速度具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1.3 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀1.3.1 我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)

14、的鉆井液固相控制系統(tǒng)的研究和具體應(yīng)用工作起步較晚。50年代，基本沒(méi)有什么地面鉆井液固控系統(tǒng)，除了由前蘇聯(lián)和羅馬尼亞引進(jìn)的性能極差的非平衡傾斜式橢圓篩之外，尚無(wú)其它固控設(shè)備。地面上基本上是采用鐵皮泥漿槽和大土池子，這一狀況一直持續(xù)到70年代末期。80年代初期，我國(guó)大規(guī)模地引進(jìn)了美國(guó)各公司生產(chǎn)的各種除氣器、振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、攪拌器、清潔器、砂泵、離心機(jī)等全套固控系統(tǒng)中的所有設(shè)備。除了單件引進(jìn)之外，也曾引進(jìn)過(guò)一些公司的全套固控系統(tǒng)3。80年代初期至80年代中期，我國(guó)鉆井工業(yè)的固控設(shè)備的使用上呈現(xiàn)出百花爭(zhēng)艷的局面，我國(guó)已成為世界上一些主要從事固控設(shè)備生產(chǎn)的公司的大展臺(tái)。同時(shí)也給我國(guó)的石油科技工作

15、者帶來(lái)了大好機(jī)會(huì)，使他們有條件對(duì)比優(yōu)劣，取長(zhǎng)補(bǔ)短，獨(dú)立地開(kāi)展了研制活動(dòng)，為我國(guó)80年代中期以后的固控設(shè)備逐步國(guó)產(chǎn)化打下了良好的基礎(chǔ)。目前我國(guó)石油鉆井固控設(shè)備的總體制造技術(shù)水平與國(guó)際先進(jìn)水平相比仍存在較大的差距，在技術(shù)大體上經(jīng)歷了仿制和在引進(jìn)、吸收、消化國(guó)外鉆井設(shè)備技術(shù)的基礎(chǔ)上自行研制兩個(gè)階段。經(jīng)過(guò)廣大技術(shù)人員的多年努力，國(guó)內(nèi)各鉆井設(shè)備生產(chǎn)廠家陸續(xù)仿制開(kāi)發(fā)出了直線型振動(dòng)篩、高速離心機(jī)、真空除氣器等具有較高技術(shù)含量的固控設(shè)備，由于在固控設(shè)備性能和結(jié)構(gòu)上有了較大的突破性進(jìn)展，在此基礎(chǔ)上國(guó)內(nèi)研究和生產(chǎn)部門(mén)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了五級(jí)固控系統(tǒng)，縮短了我國(guó)在鉆井液固控系統(tǒng)設(shè)計(jì)上與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的水平。但總體設(shè)計(jì)水平與國(guó)外

16、先進(jìn)國(guó)家相比，仍有較大差距，主要表現(xiàn)在：由于設(shè)計(jì)水平、主要材料、加工工藝及精度達(dá)不到要求，生產(chǎn)的固控設(shè)備普遍使用壽命較短，性能不穩(wěn)定；固控系統(tǒng)的設(shè)備配置上比較簡(jiǎn)單，較少針對(duì)特殊工況進(jìn)行固控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。1.3.2 國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外鉆井液固相控制系統(tǒng)的發(fā)展基本經(jīng)歷了以下幾個(gè)時(shí)期，在20世紀(jì)50年代以前，人們也并不注意使用機(jī)械裝置來(lái)凈化鉆井液，到了20世紀(jì)50年代以后，美國(guó)開(kāi)始采用運(yùn)輸帶式鉆井液篩和鉆井液振動(dòng)篩來(lái)清除鉆井液中的巖屑。1954年，國(guó)外部分油田開(kāi)始使用離心機(jī)進(jìn)行巖屑清除，這種離心機(jī)最初是用于食品加工上的，在鉆井液凈化方面，對(duì)清除膠體以及細(xì)粉砂狀的特細(xì)鉆屑較為有利。1962年，國(guó)外

17、油田開(kāi)始采用4英寸除泥錐旋流分離器，它可處理加重泥鉆井液，用來(lái)清除更細(xì)的鉆屑。六十年代中期，細(xì)孔鉆井液振動(dòng)篩問(wèn)世，使鉆井液凈化工作不致因采用稀釋或放掉全部鉆井液而造成鉆井成本上漲。到了1973年，超細(xì)篩網(wǎng)鉆井液凈化器問(wèn)世，此裝置對(duì)加重鉆井液的處理效果顯著4。國(guó)外近十年來(lái)，鉆井液固相控制從采用兩級(jí)處理先用鉆井液振動(dòng)篩進(jìn)行預(yù)處理，再用旋流分離器進(jìn)行精處理，發(fā)展成為三級(jí)處理用鉆井液振動(dòng)篩和中等尺寸（68英寸）的旋流分離器處理后，再用小尺寸（24英寸）的旋流分離器進(jìn)行精處理。近幾年來(lái)，鉆井液固相控制設(shè)備經(jīng)歷了很大的改革，主要表現(xiàn)在設(shè)備的更新改進(jìn)、類(lèi)型的增加和設(shè)備性能質(zhì)量的提高，國(guó)外有的公司或廠家還根據(jù)

18、鉆井工程的需要，研制了一些專(zhuān)用的固控設(shè)備。國(guó)外的固控設(shè)備除了具有較好的性能，工作穩(wěn)定壽命長(zhǎng)之外，還有一個(gè)顯著的特點(diǎn)，就是設(shè)備類(lèi)型的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和專(zhuān)用化。可以根據(jù)不同的工況條件和工作環(huán)境，選用不同的設(shè)備或設(shè)備配置，這就大大適應(yīng)和方便了鉆井工程的要求，提高了各種條件下的固相控制效益。國(guó)外鉆井液固控技術(shù)的發(fā)展，一方面表現(xiàn)在固控設(shè)備的不斷更新改進(jìn)，性能不斷提高；另一方面表現(xiàn)在固相工藝的優(yōu)化組合上，根據(jù)不同的工況條件和工作環(huán)境，選用不同的設(shè)備和設(shè)備配置，適應(yīng)鉆井工程的要求，提高固控效果。在固控系統(tǒng)的研制方面，根據(jù)生產(chǎn)和環(huán)保的要求選配相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行特殊的、非常規(guī)的組合應(yīng)用，以取得最佳的固控效果。國(guó)外主要

19、把注意力放在固相控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選擇上，主要的設(shè)計(jì)方案是：把各種處理裝置組成整體，即為成套組合裝置，由若干臺(tái)多層鉆井液振動(dòng)篩、旋流除砂器、旋流除泥器以及離心機(jī)、除氣器，用管匯按設(shè)計(jì)位置聯(lián)執(zhí)接組合，與配套的鉆機(jī)相適應(yīng)，這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)@井液循環(huán)系統(tǒng)中的鉆屑有效地清。第2章 鉆井液固相控制工藝及原理2.1 固控系統(tǒng)2.1.1 固控系統(tǒng)流程的建立鉆井液固相控制(簡(jiǎn)稱(chēng)固控)系統(tǒng)就是對(duì)鉆井液中的有害固相顆粒進(jìn)行控制，通過(guò)科學(xué)地布置固控設(shè)備，形成合理、高效的固控流程，可以清除鉆井液中的有害固相，保留有用固相，滿(mǎn)足鉆井工藝對(duì)鉆井液性能的要求。新型鉆井液固控系統(tǒng)采用五級(jí)固控5，固控流程如下：1. 一級(jí)固控去除大

20、顆粒。經(jīng)井底循環(huán)返回的鉆井液中含有較大的鉆屑，鉆井液經(jīng)井口至1#罐的連接管進(jìn)入振動(dòng)篩，通過(guò)振動(dòng)篩將鉆井液中粒度大于74µm的鉆屑顆粒篩分出來(lái)，完成一級(jí)固控。2. 二級(jí)固控清除氣體。除氣器是用于去除在鉆井過(guò)程中侵入鉆井液的氣體的專(zhuān)用鉆井液處理設(shè)備，它能夠迅速、有效地清除鉆井液中所含的氣體(包括空氣)，除氣器對(duì)于恢復(fù)鉆井液密度、防止?jié)撛诰畤姟⒕ｋU(xiǎn)的發(fā)生具有重要作用。3. 三級(jí)固控去除較大顆粒。經(jīng)過(guò)振動(dòng)篩處理后的鉆井液進(jìn)入到除砂器中，除砂器將鉆井液較大的砂粒(粒度44µm74µm)分離出來(lái)，完成除砂過(guò)程，即為二級(jí)固控。4. 四級(jí)固控去除小顆粒。經(jīng)過(guò)除砂器處理后的鉆井

21、液進(jìn)入到除泥器中，除泥器將鉆井液小的砂粒(粒度8µm44µm)分離出來(lái)，完成除泥過(guò)程，即為三級(jí)固控。5. 五級(jí)固控去除較小顆粒。經(jīng)過(guò)除泥器處理后的鉆井液進(jìn)入到離心機(jī)中，離心機(jī)將鉆井液較小的砂粒(粒度2µm8µm)分離出來(lái)，完成離心過(guò)程，即為五級(jí)固控。五級(jí)固控全部采用主要用于復(fù)雜井況和要求較高的井況，在實(shí)際使用過(guò)程中，可以根據(jù)鉆井作業(yè)的需要，采用其中的一級(jí)或幾級(jí)固控流程。經(jīng)過(guò)五級(jí)固控后的鉆井液固相含量，可以完全達(dá)到國(guó)內(nèi)鉆井作業(yè)對(duì)鉆井液質(zhì)量的要求。2.1.2 鉆井液循環(huán)流程 鉆井液循環(huán)流程是鉆井液固控系統(tǒng)流程中的基本流程，它的主要作用是通過(guò)固控設(shè)備的機(jī)械分離

22、原理6，將鉆井液中的有害固相成份去除掉。井口出來(lái)的鉆井液通過(guò)管線流入分配器，分配器可分別或同時(shí)將鉆井液輸送到2個(gè)(或3個(gè))振動(dòng)篩，經(jīng)過(guò)振動(dòng)篩處理后進(jìn)入到沉砂倉(cāng)，從沉砂倉(cāng)出來(lái)的鉆井液經(jīng)過(guò)渡管進(jìn)入到除砂倉(cāng)。除砂泵吸入除砂倉(cāng)的鉆井液，將鉆井液通過(guò)管線輸送至除砂器，除砂器處理后的鉆井液經(jīng)過(guò)渡槽進(jìn)入到除泥倉(cāng)。除泥泵吸入除泥倉(cāng)的鉆井液，將鉆井液通過(guò)管線輸送至除泥器，除泥器處理后的鉆井液經(jīng)過(guò)渡槽進(jìn)入到離心倉(cāng)。離心機(jī)的立式供液泵吸入離心倉(cāng)的鉆井液，將鉆井液通過(guò)管線輸送至離心機(jī)，離心機(jī)處理后的鉆井液經(jīng)過(guò)渡槽進(jìn)入到儲(chǔ)液罐。鉆井泵吸入儲(chǔ)液罐的鉆井液，通過(guò)管線輸送至井口。這樣就完成了鉆井液的循環(huán)流程。2.2 固相控制

23、工藝及原理鉆井液中的固相含量是指單位體積鉆井液中的固相含量的質(zhì)量，單位用kg.m-3或g.cm-3表示7,8。固相含量對(duì)鉆井液性能有重要影響，如粘土含量過(guò)高，是鉆井液的年粘度和切力增加；巖屑含量過(guò)高，是濾餅的滲透率增加，濾矢量增大，濾餅增厚，易發(fā)生卡鉆事故。2.2.1 固控設(shè)備的工作體系和原理1. 固控原理分級(jí)清除鉆屑是固控設(shè)備體系工作原理，大體上分有四級(jí)：振動(dòng)篩、除砂清潔器、除泥清潔器、離心機(jī)（兩臺(tái)）。2. 固控體系 分離點(diǎn)-有這樣一種固相顆粒，經(jīng)過(guò)固控設(shè)備處理后，有50%在底流中，有50%在溢流中，我們把這個(gè)固相顆粒粒度點(diǎn)叫分離點(diǎn)，這主要指非全過(guò)流處理設(shè)備。 理論上除砂清潔器分離點(diǎn)74&#

24、181;m，除泥清潔器分離點(diǎn)43µm，離心機(jī)分離點(diǎn)15µm，高速離心機(jī)分離點(diǎn)2µm。 分離點(diǎn)不是一個(gè)定數(shù)，根據(jù)不同振動(dòng)篩篩網(wǎng)目數(shù)以及泥漿體系不同而不同。離心機(jī)的分離能力取決于固、液相的密度差及沉降區(qū)長(zhǎng)度，固液兩相密度差越相近，也就是進(jìn)料的漿液年度越大，則分離沉降就越難以進(jìn)行。在實(shí)際生產(chǎn)中工藝條件影響離心機(jī)分離效果的因素主要有三個(gè)：進(jìn)料溫度，進(jìn)料速率，異常工藝條件。2.2.2 固液分離基本原理1. 沉降原理當(dāng)固體和液體（或兩個(gè)液相）間存在著密度差時(shí)，便可采用離心沉降方法來(lái)實(shí)現(xiàn)固液分離9。在離心場(chǎng)中，當(dāng)顆粒重于液體時(shí)離心力會(huì)使其沿徑向向外運(yùn)動(dòng)；當(dāng)顆粒輕于液體時(shí)，離心力

25、將使其沿徑向向內(nèi)運(yùn)動(dòng)。因此，離心沉降可以認(rèn)為是較輕顆粒中立沉降法的一種延伸，并且能夠分離通常在重力場(chǎng)中穩(wěn)定的渾濁液。任何一種分離過(guò)程的機(jī)理，均依賴(lài)于兩種組分間是否存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因而存在兩種可能性：固體通過(guò)流體床沉降；液體通過(guò)固體床沉降。采取前一種運(yùn)動(dòng)方式的連續(xù)操作設(shè)備有沉降槽、澄清器、螺旋卸料沉降式離心機(jī)以及水力旋流器。采取后一種運(yùn)動(dòng)方式的設(shè)備主要是連續(xù)過(guò)濾器以及轉(zhuǎn)鼓上開(kāi)孔的籃式離心機(jī)，前一種設(shè)備在油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最為普遍。2. 十字流過(guò)濾原理濾漿垂直于過(guò)濾介質(zhì)的表面流動(dòng)，固體被介質(zhì)截留，逐漸形成濾餅。隨著過(guò)濾的持續(xù)進(jìn)行和濾餅滲層的增厚，過(guò)濾速度明顯減少，直至濾液停止流出。在過(guò)濾相對(duì)粘稠及含有較大

26、顆粒的流體時(shí)，過(guò)濾介質(zhì)的孔隙會(huì)很快發(fā)生堵塞，增厚的濾餅逐漸密實(shí)，最終導(dǎo)致過(guò)濾速度急劇降低。在對(duì)此類(lèi)濾漿進(jìn)行濾餅過(guò)濾時(shí)，必須使用絮凝劑或助濾劑?？傊枰獙?duì)濾餅的增厚進(jìn)行限制。3. 旋流分離原理 旋流分離過(guò)程本質(zhì)上是在非均質(zhì)混合物中，顆粒現(xiàn)對(duì)于流體介質(zhì)的沉降遷移運(yùn)動(dòng)。從受力情況來(lái)看旋流分離過(guò)程中的顆粒主要受兩種力作用：一是運(yùn)動(dòng)加速度引起的施加在顆粒上的力。這包括重力加速度引起的重力和離心機(jī)加速度引起的離心力。二是流體施加在顆粒上的力，當(dāng)旋流器內(nèi)離心機(jī)加速度遠(yuǎn)大于重力加速度時(shí)，重力影響可忽略。4. 各種機(jī)械控制方法對(duì)鉆井液性能的影響 鉆井液固相控制系統(tǒng)通常有除砂設(shè)備、除氣器、鉆井液攪拌器、鉆井液罐

27、、鉆井液配置等。固控設(shè)備的最佳工作狀態(tài)取決于整個(gè)鉆井液體系，無(wú)論是分散鉆井液還是不分散鉆井液、絮凝不絮凝、水基或油基、清水或鹽水。其所要求的基本原則都一樣，即控制清除粒度范圍和體積百分比。設(shè)計(jì)合理的鉆井液固相控制系統(tǒng)10，最終目的是吧鉆屑除掉，使鉆機(jī)鉆速高、卡鉆少、固井優(yōu)、成本低等。2.3 固相控制方法2.3.1 清水稀釋法即用加入清水的方法使鉆井液中固相含量降低，因加入清水易使鉆井液性能產(chǎn)生波動(dòng)，引發(fā)井下事故，一般不用此法，但在一些地層相對(duì)穩(wěn)定，粘土分散度較低，且有滲漏現(xiàn)象的地區(qū)，用清水正好補(bǔ)充消耗的鉆井液，只需添加相當(dāng)數(shù)量的處理劑即可。2.3.2 替換部分鉆井液即用固相含量較低的鉆井液，替

28、換出一定體積的固相含量較高的鉆井液，從 而使固相含量降低。其缺點(diǎn)是需放掉大量鉆井液，造成環(huán)境污染，所以一般不用此法。2.3.3 大池沉淀法根據(jù)斯篤克( Sotkes )定律12，影響沉降穩(wěn)定性的因素是分散相粒子的大小，分散相與分散介質(zhì)的密度差，以及分散介質(zhì)的粘度。一般認(rèn)為，鉆井液密度越低、粘度越低、鉆屑顆粒越大，則鉆屑沉降速度越快?，F(xiàn)場(chǎng)上粘度一般控制在20s以?xún)?nèi)，而且盡可能加大鉆屑顆粒。過(guò)去常常使用絮凝劑，通過(guò)高分子長(zhǎng)鏈的吸附和橋聯(lián)， 使多個(gè)顆粒聚成一團(tuán)，加大了團(tuán)塊直徑，現(xiàn)在一些包被劑，如FA3569等用來(lái)控制固相13，當(dāng)巖屑被鉆開(kāi)后，包被劑的長(zhǎng)鏈立即將鉆屑包裹起來(lái)，防止成為更細(xì)顆粒，這樣，鉆

29、屑的清除就更容易些。使用大池沉淀法的優(yōu)點(diǎn)在于成本低且效果好，無(wú)需使用大量固控設(shè)備，固相含量能控制在3%以?xún)?nèi)。然而在一些地層壓力較高的地 區(qū)，由于必須提高鉆井液密度，不得不提高粘度，就不適宜用該法了。2.3.4 機(jī)械設(shè)備清除固相固相控制主要依靠固控設(shè)備來(lái)完成，目前常用的是40或60目篩、除砂器、除泥器和低速離心機(jī)。使用機(jī)械設(shè)備從表面上看增加了成本，然而，清除固相后，鉆井液損耗少，不必隨之加入大量處理劑，最重要的是加快了機(jī)械鉆速，提高了鉆井效果。因此，從總體上看，鉆井成本將大大降低。2.4 鉆井液中固相的影響鉆井液的固相分為有用固相和有害固相兩大類(lèi)11。有用固相是指維持鉆井液性 能所必須具有的固相

30、物質(zhì)，主要指膨潤(rùn)土和重晶石。其余均為有害固相，主要指鉆屑。在不加重的前提下，膨潤(rùn)土只要占到鉆井液體積的2% 4% 即可滿(mǎn)足其流變性和失水等要求，加多了亦能成為有害固相。有害固相越多，鉆井液的密度、 粘度、動(dòng)切力、失水、泥餅厚度、流動(dòng)阻力等越大，不但降低鉆速，而且易引起粘附卡鉆、井漏等，降低了鉆井效率。因而去除有害固相，意義非常重大。2.4.1 固相對(duì)鉆速的影響固相含量高，密度就高，井底壓差增大，提高了液柱對(duì)巖石的壓持效應(yīng)，另外粘度、切力上升，流變性能變差，降低了水馬力的發(fā)揮，井底清洗效果差，鉆速大大降低。塑性粘度反映的是：層流時(shí)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的破壞與恢復(fù)處于動(dòng)平衡時(shí)，固相顆粒間、固相與液相間及連續(xù)液

31、相的內(nèi)摩擦。影響塑性粘度的主要因素是固相含量，粘土的分散度和高分子增稠劑亦有較大影響。2.4.2 固相對(duì)泥餅的影響鉆井液失水量要小，泥餅應(yīng)薄而韌。泥餅的厚度主要取決固相顆粒的尺寸、 數(shù)量、形狀及在一定壓力下的可塑性。泥餅過(guò)厚，一方面會(huì)造成起下鉆不暢，產(chǎn)生抽吸或壓力激動(dòng)，誘發(fā)井塌或井噴；另一方面，增大了鉆具與井壁的接觸面，易引發(fā)卡鉆事故。所以要控制固相含量，提高泥餅質(zhì)量。2.4.3 固相對(duì)循環(huán)的影響固相含量越大，對(duì)循環(huán)系統(tǒng)的損害就越大。鉆屑中有許多砂子硬度超過(guò)了金 屬硬度，能使缸套過(guò)早磨損，還能使水龍頭盤(pán)根處刺漿，不僅增加了維修費(fèi)用，而且增加了維修時(shí)間，降低了鉆井效率。第3章 鉆井液大循環(huán)固相控

32、制設(shè)計(jì)3.1 大循環(huán)固相控制的技術(shù)關(guān)鍵3.1.1 鉆井液循環(huán)固控系統(tǒng)鉆井液循環(huán)系統(tǒng)包括：鉆井泵，地面管匯，鉆井液池和鉆井液槽，鉆井液凈化設(shè)備（鉆井液振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、鉆井液離心機(jī)等）及調(diào)配鉆井液設(shè)備14。在鉆井作業(yè)過(guò)程中，大部分泥漿被連續(xù)循環(huán)使用： 1. 泥漿在泥漿罐中進(jìn)行混合，并存于其中。 2. 用砂泵將泥漿從泥漿罐中抽出，然后通過(guò)鉆桿的空心向下送入鉆孔中。 3. 泥漿從鉆孔底部，鉆頭磨蝕巖層處的鉆桿中涌出。 4. 現(xiàn)在，泥漿攜帶著鉆頭從巖層上磨掉的巖石碎片（稱(chēng)為鉆屑），開(kāi)始返回地表的回程。 5. 泥漿在環(huán)面（鉆桿和鉆孔壁間的間隙）中上升。標(biāo)準(zhǔn)的鉆桿直徑約為4英寸（10厘米）。在深井的

33、底部，鉆孔的直徑可達(dá)8英寸（20 厘米）。 6. 返回地表的泥漿在泥漿返回管線（一個(gè)通向泥漿振動(dòng)篩的管道）中行進(jìn)。 7. 泥漿振動(dòng)篩由一系列用于分離泥漿和鉆屑的金屬振動(dòng)濾網(wǎng)組成。泥漿從濾網(wǎng)中滴落下來(lái)，并被送回到泥漿池中。 8. 巖屑沿泥漿導(dǎo)板向下滑落，并被處理掉。根據(jù)環(huán)境及其它方面的考慮，可決定在處理前是否對(duì)它進(jìn)行清洗。其中一些鉆屑將被帶走，供地質(zhì)學(xué)家進(jìn)行研究，以找出表明油井深處正在發(fā)生的現(xiàn)象的有關(guān)線索。 簡(jiǎn)而言之就是：泥漿通過(guò)泥漿泵泵入鉆具內(nèi)，在泥漿泵的持續(xù)泵入下，從鉆頭返出到鉆具和井壁的環(huán)空，并攜帶鉆頭鉆出的巖屑由環(huán)空上返到達(dá)地面，再通過(guò)高架槽進(jìn)入四級(jí)固控設(shè)備（振動(dòng)篩-除砂器-除泥器-離心

34、機(jī)）進(jìn)行凈化，達(dá)到循環(huán)重復(fù)使用的目的。3.1.2 固控系統(tǒng)存在的不足現(xiàn)有固控系統(tǒng)的不足之處主要有以下幾點(diǎn)： 1. 動(dòng)力消耗偏高。40007000 m鉆機(jī)鉆井液處理系統(tǒng)配備功率約為300500 kW，增加了鉆機(jī)總動(dòng)力的配備容量，增大了鉆井成本。 2. 凈化方式優(yōu)化不足，巖屑重復(fù)破碎嚴(yán)重，固控控制效率低。鉆井液振動(dòng)篩作為第一級(jí)固控設(shè)備，清除了絕大部分固相，其單篩功率僅為3 kW左右；所配除砂器和除泥器砂泵的功率都為其10倍以上，由于分離形式所限，電機(jī)能量主要消耗于液體旋渦損失和粘性損失，固相去除率不高，固控總效率較低。 3. 鉆井液地面循環(huán)系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，操作難度大，且不少設(shè)備壽命短，故障多，現(xiàn)場(chǎng)往

35、往僅使用部分設(shè)備，導(dǎo)致達(dá)不到固控質(zhì)量要求15。 4. 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)不一致，制造和搬遷費(fèi)用高，而且鉆井液流程雜亂，導(dǎo)致過(guò)渡泥漿罐數(shù)量過(guò)多，儲(chǔ)備泥漿罐數(shù)量較少，更缺少特殊工況應(yīng)對(duì)能力。 5. 從處理效果來(lái)看，目前固控系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)為：一方面，為了保護(hù)加重材料，往往降低固相控制水平，使大量有害固相滯留在鉆井液中，既降低了機(jī)械鉆速，又增加了鉆井生產(chǎn)的危險(xiǎn)性。另一方面，設(shè)備外排鉆屑的濕度高，不但浪費(fèi)了鉆井液，增加了廢棄鉆井液的體積，而且使固控系統(tǒng)的環(huán)保性能不達(dá)標(biāo)。 現(xiàn)有的固控系統(tǒng)不能滿(mǎn)足新型鉆井技術(shù)的要求16，并且達(dá)不到相應(yīng)的環(huán)保指標(biāo)，對(duì)鉆井液固控工藝和設(shè)備進(jìn)行改革已經(jīng)成為目前亟待解決的問(wèn)題。3.1.3 新

36、型固控技術(shù)的要點(diǎn)1. 固控系統(tǒng)的簡(jiǎn)化和優(yōu)化 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，采用由高效鉆井液振動(dòng)篩和變頻鉆井液離心機(jī)組成的新型兩級(jí)固控系統(tǒng)，可省掉除砂器和除泥器，節(jié)能效果明顯。也可采用分級(jí)過(guò)濾技術(shù)，徹底改變現(xiàn)有的固控系統(tǒng)，亦可省去除砂器和除泥器等設(shè)備。采用真空過(guò)濾方式，甚至可以省去鉆井液振動(dòng)篩，大大簡(jiǎn)化固控系統(tǒng)，減輕井隊(duì)發(fā)電機(jī)負(fù)荷，優(yōu)化泥漿罐配置，減少過(guò)渡泥漿罐數(shù)量，增加儲(chǔ)備罐數(shù)量，從而明顯提高固控效率，縮短處理時(shí)間，增加鉆井的安全性。 2. 先除氣、再篩分 目前，井口返回的鉆井液往往是先經(jīng)過(guò)鉆井液振動(dòng)篩，然后再進(jìn)行除氣處理。在進(jìn)行篩分處理時(shí)，大量的氣體溢出，不僅增加了鉆井液振動(dòng)篩分的危險(xiǎn)性，也嚴(yán)重?fù)p害了操作人

37、員的身體健康。將專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的除氣器設(shè)置在首位，首先對(duì)井口返回的鉆井液進(jìn)行脫氣處理，可以降低鉆井液的含氣量，減少有害氣體對(duì)人體的危害，減少事故的發(fā)生。 3. 改部分處理為全處理 目前，鉆井液振動(dòng)篩是唯一對(duì)鉆井液進(jìn)行全處理的固控設(shè)備，對(duì)提高鉆井液固相控制水平具有十分重要的作用。由于除砂器、除泥器和鉆井液離心機(jī)的處理量有限，下面的幾級(jí)凈化往往是部分操作，另外會(huì)有部分鉆井液通過(guò)鉆井液槽直接進(jìn)入下級(jí)倉(cāng)室，而得不到處理。 現(xiàn)場(chǎng)只是通過(guò)增加鉆井液的處理循環(huán)次數(shù)來(lái)提高固控質(zhì)量。實(shí)際上，每次循環(huán)只是對(duì)鉆井液進(jìn)行部分處理，增加循環(huán)次數(shù)，可以提高受處理鉆井液的比例，但是降低了處理效率，浪費(fèi)了大量能源，固控效率很低。

38、通過(guò)改用其他的處理方式，如使用超細(xì)鉆井液振動(dòng)篩或新型過(guò)濾機(jī)械，可以增加處理量，實(shí)現(xiàn)全處理，從而更能保證一些先進(jìn)井下工具的性能，并提高機(jī)械鉆速。 4. 選擇性固相控制技術(shù) 應(yīng)用選擇性固相控制技術(shù)17，井口返回鉆井液經(jīng)高效鉆井液振動(dòng)篩后分為大粒濕鉆屑（>74m）和過(guò)篩液，過(guò)篩液由分級(jí)過(guò)濾機(jī)分出三級(jí)固相，從粗到細(xì)依次為粗鉆屑（7435m）、加重固相（3515m）和細(xì)鉆屑（215m），加重固相經(jīng)分散器分散后重新進(jìn)入鉆井液體系，粗鉆屑和細(xì)鉆屑外排。這樣對(duì)鉆井液實(shí)現(xiàn)了選擇性固相控制，能清除更多有害固相，特別是粒徑低于加重固相的有害固體顆粒，能夠大幅度提高機(jī)械鉆速，降低鉆井液的黏度，降低稀釋水量，減少

39、鉆井液體積。 5. 鉆屑在線處理技術(shù) 過(guò)去只重視鉆井液的處理，而忽略了對(duì)鉆屑的處理，鉆屑直接排入泥漿池中。每口井都需要1個(gè)泥漿池，泥漿池的面積超過(guò)500m2。通過(guò)對(duì)濕鉆屑在線處理后，可分為濾液和干鉆屑，濾液返回鉆井液體系，干鉆屑裝于儲(chǔ)運(yùn)箱中，集中處理，并再生利用。通過(guò)鉆屑在線處理工藝可以使鉆屑和廢鉆井液在鉆井現(xiàn)場(chǎng)不落地，充分回收可用鉆井液，而且省去了泥漿池，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和巨大的社會(huì)效益。 6. 鉆井液重復(fù)利用技術(shù) 一口井鉆成后廢棄鉆井液一般為100300m³。根據(jù)相應(yīng)的地層特點(diǎn)以及鉆井液類(lèi)型對(duì)這些廢棄物進(jìn)行分類(lèi)管理，對(duì)可用鉆井液進(jìn)行充分的回收利用，可降低鉆井液總量，減少排放量，

40、效益非常明顯。當(dāng)然，對(duì)鉆井液進(jìn)行重復(fù)利用需要一整套工藝措施，主要包括鉆井液穩(wěn)定性的改善、分類(lèi)存儲(chǔ)、合理應(yīng)用等幾個(gè)方面。3.2 “雙路”循環(huán)鉆井液工藝設(shè)計(jì) “雙路”循環(huán)，即在鉆進(jìn)過(guò)程中改變?cè)瓉?lái)上部地層使用大循環(huán)(大土池沉淀)、下部地層使用小循環(huán)(罐循環(huán))的單一模式。二開(kāi)鉆進(jìn)時(shí)，在鉆井液通過(guò)小循環(huán)的同時(shí)，讓部分鉆井液也通過(guò)大循環(huán)。其目的是通過(guò)大循環(huán)的鉆井液在PAM膠液的絮凝作用下充分沉淀，以發(fā)揮無(wú)固相鉆井液的水馬力作用。通過(guò)小循環(huán)的鉆井液，在固控系統(tǒng)作用下保持較低固含，同時(shí)具有一定的粘度和切力，從而提高了鉆井液的攜砂能力。采用“雙路”循環(huán)法可將轉(zhuǎn)漿井深由原來(lái)的1500米增加至2000米，延長(zhǎng)了快速

41、鉆進(jìn)井段，極為有利的是轉(zhuǎn)漿后鉆井液體系中較低的固相含量，也有利于提高下部地層的機(jī)械鉆速。3.3 鉆井液井下循環(huán)固控系統(tǒng)設(shè)計(jì)鉆井液井下循環(huán)固控系統(tǒng)通常是鉆井液通過(guò)鉆桿直接到達(dá)鉆頭處，經(jīng)鉆頭水眼噴出，攜帶井底巖屑，沿環(huán)空返回地面。隨著鉆井深度的增加，為增加井壁的穩(wěn)定性，避免壓差卡鉆，保護(hù)油氣層，必須在鉆井液中加入固相重部分（如重晶石），以增大鉆井液密度。但隨著鉆井液密度的增大，鉆進(jìn)速度將迅速下降，鉆頭磨損明顯加劇。國(guó)外研制出井下固相分離接頭井下水力旋流分離器18。裝有井下固相分離器接頭的鉆井液井下循環(huán)固控系統(tǒng)流程如圖所示。圖3.1 鉆井液井下循環(huán)固控系統(tǒng)改進(jìn)流程1井壁；2鉆桿；3高固相鉆井液；4固

42、相分離接頭；5低固相鉆井液；6鉆頭 固相分離器接頭裝于鉆頭上部，由地面鉆井泵供給具有一定能量的鉆井液，經(jīng)其上部通道，從切線方向進(jìn)入旋流筒，進(jìn)行凈化處理。分離出來(lái)的固相從其上部噴嘴進(jìn)入環(huán)形空間，低固相鉆井液進(jìn)入鉆頭。采用此裝置，既能保持環(huán)空的鉆井液密度，保持井壁穩(wěn)定，又能降低水眼處鉆井液粘度和密度，減輕水眼的磨損，提高當(dāng)量水馬力，充分發(fā)揮高壓噴射清巖于水力破巖的作用，同時(shí)由于井底鉆井液固相含量的減少，將減輕鉆頭牙齒的磨損，提高鉆頭的壽命和機(jī)械鉆速19。用于采出液井下油水分離的水力旋流系統(tǒng)的效益主要在于減少了采出水的開(kāi)采及處理費(fèi)用，有效降低了地面處理設(shè)備的液體負(fù)荷。地面處理設(shè)備的減少對(duì)海上應(yīng)用具有

43、重要意義，地面分離設(shè)備的減少和費(fèi)用的降低可延長(zhǎng)油田壽命。人們正在對(duì)井下分離系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步研究以提供適于海上應(yīng)用的各種設(shè)備。水力旋流器作為井下油水分離（DOWS）系統(tǒng)之一20，讓我們先認(rèn)識(shí)一些概念術(shù)語(yǔ)。1. 水力旋流分離水力旋流器已廣泛應(yīng)用于地面油/水分離，其外形尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備成本低，操作費(fèi)用低。對(duì)水力旋流器的運(yùn)行情況進(jìn)行討論將有助于了解與井下油水分離系統(tǒng)有關(guān)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。承壓流體混合物通過(guò)一個(gè)或多個(gè)切向入口進(jìn)入水力旋流器，促使流體在裝置內(nèi)旋轉(zhuǎn)，水力旋流器的錐形加速了流體螺旋形流動(dòng)，建立了自由的旋渦，創(chuàng)建了很大的離心力。離心力使輕相物質(zhì)（即油，游離氣）匯集到水力旋流器的中心，而重相物質(zhì)（如

44、水，固體）由于離心力的作用被甩到了外壁，在高壓作用下，保持從底流口排出，迫使旋渦中心的濃縮油核逆流。結(jié)果，濃縮油流流向溢流口，而不含油的水流則流向底流口。2. 水力旋流分離器工藝設(shè)計(jì)人們已很好地總結(jié)出制約水力旋流器分離性能的因素。一般來(lái)說(shuō)，密度差大，分散相粒徑大和連續(xù)相粘度低均有助于分離。對(duì)于地面的采出水處理，使用水力旋流器的工藝設(shè)計(jì)已相當(dāng)普遍，并已經(jīng)建立一套相關(guān)規(guī)范。然而，井下分離應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)需對(duì)這些規(guī)范重新評(píng)價(jià)。3. 流體剪切剪切意指通過(guò)軸向液流速度有一個(gè)梯度。通常，剪切率高會(huì)出現(xiàn)紊流，產(chǎn)生高速液流流過(guò)靜態(tài)通道的現(xiàn)象，這通常表現(xiàn)為液流壓力的變化。由于高剪切對(duì)分散相的顆粒直徑分布會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響

45、，所以應(yīng)避免油水分離器內(nèi)上升物流的高剪切。在高剪切作用下，水中油分散相平均油滴直徑會(huì)下降。由于水力旋流式油水分離器性能與油滴直徑有關(guān)，通常，盡可能避免水力旋流分離器的上升物流的剪切作用過(guò)大。在工藝設(shè)計(jì)中，諸如管線，控制閥和泵均可產(chǎn)生高剪切，通常，通過(guò)控制閥的壓降越高，泵效越低，剪切速率越大，則對(duì)于分離器性能的負(fù)面影響越大。水力旋流器本身也會(huì)產(chǎn)生較高的剪切速率，特別是典型的脫油水力旋流器的切向入口使油水混合物易于形成高的液流速度導(dǎo)致高剪切速率的產(chǎn)生。4. 粘度水相中油滴的分離速度或油相中水滴的分離速度與連續(xù)相的粘度是成反比的。所有其它的變量相等，由于水的粘度低，通常從水中除油較油中除水要容易些。

46、另外，當(dāng)用水力旋流器處理高粘度混合物時(shí)，在水力旋流器內(nèi)要想達(dá)到需要的渦流是非常困難的，動(dòng)態(tài)和靜態(tài)水力旋流器的摩擦損失和流體混合物的摩擦損失會(huì)阻止形成迅速分離的離心力。5. 溢流比 水力旋流器不可能同時(shí)得到清水液流和脫水油流。分離性能考核指標(biāo)一定是側(cè)重于清水水質(zhì)和原油品質(zhì)中的一種，這種性能側(cè)重可通過(guò)調(diào)節(jié)“溢流比”或溢流（油）量占入口液流的百分?jǐn)?shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。總之，增加溢流量將改善水質(zhì)，以獲得最小含油量。隨著分離流量的增加，溢流的水量增加。相反，在增加水中含油量的情況下，降低分離流量將改善油流的脫水率，直至使油中含水量最小。6. 低剪切水力旋流器內(nèi)剪切力是另一設(shè)計(jì)難題，設(shè)計(jì)的新型水力旋流器對(duì)剪切力有一限

47、制。這減輕了形成油包水乳化液的傾向，降低了水相中細(xì)小油滴的形成。7. 優(yōu)化溢流比如上所述，水力旋流器僅可以產(chǎn)生一種“純凈”液流。新設(shè)計(jì)打算保持一種潔凈出口，同時(shí)使另一出口的污染物含量降至最低，這可以通過(guò)優(yōu)化裝置溢流比來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)的新型水力旋流器在保持有效分離的同時(shí)，盡可能接近入口油體積濃度溢流比。 8. 改進(jìn)的溢流設(shè)計(jì)水力旋流器設(shè)計(jì)的改進(jìn)將改善井下油水分離系統(tǒng)的性能，改進(jìn)的工藝設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到海上應(yīng)用的目的。提高井下油水分離系統(tǒng)的脫水能力的方法之一是采用多級(jí)分離。在這種情況下，一級(jí)水力旋流器優(yōu)化以從開(kāi)采液中盡可能多地除去水為原則，一級(jí)不能生產(chǎn)出符合質(zhì)量要求的注入水。水力旋流器的二級(jí)用于清潔從一級(jí)排出

48、的水流以達(dá)到注水要求。3.4 方案實(shí)施及要求長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)單位投入了大量的人力和物力，開(kāi)展鉆井液循環(huán)系統(tǒng)的研究，已研制出相對(duì)完善的鉆井液地面固控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)五級(jí)鉆井液凈化，五級(jí)凈化若全部實(shí)施，凈化效果完全能達(dá)到目前國(guó)內(nèi)外鉆井作業(yè)對(duì)鉆井液質(zhì)量的要求通過(guò)多年的研究認(rèn)為，目前的鉆井液地面循環(huán)系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，操作難度大，且不少設(shè)備壽命短，故障多，現(xiàn)場(chǎng)往往僅使用部分設(shè)備，導(dǎo)致達(dá)不到固控要求21；而鉆井液井下循環(huán)系統(tǒng)通常是鉆井液由井口通過(guò)鉆桿、鉆頭，再通過(guò)鉆桿與井眼環(huán)空返回到井口，這種簡(jiǎn)單的鉆井液井下循環(huán)系統(tǒng)較嚴(yán)重地影響機(jī)械鉆速。針對(duì)目前鉆井液循環(huán)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出了相應(yīng)解決方案。3.4

49、.1 鉆井液地面循環(huán)固控系統(tǒng)的主要問(wèn)題 目前，國(guó)內(nèi)廣泛使用的與鉆井系統(tǒng)配套的鉆井液地面循環(huán)固控系統(tǒng)屬于機(jī)械固控鉆井液循環(huán)系統(tǒng)它包括鉆井泵、地面管匯、鉆井液池、鉆井液槽、振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心分離機(jī)、鉆井液調(diào)配設(shè)備等。在噴射鉆井及井下動(dòng)力鉆井中系統(tǒng)還擔(dān)負(fù)著傳遞動(dòng)力的任務(wù)。它是通過(guò)篩分、離心分離等原理，將鉆井液中的固相按密度和顆粒大小不同而分離開(kāi)，根據(jù)需要決定取舍，以達(dá)到控制固相顆粒之 目的，這種方法效果較好，成本較低，因此該系統(tǒng)得到廣泛使用。但該固控系統(tǒng)復(fù)雜，牽涉的設(shè)備多，工況差，不少設(shè)備壽命短，故障多，且現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)往往僅能使用部分設(shè)備，導(dǎo)致達(dá)不到固控要求。因此，有必要對(duì)目前普遍使用的鉆井

50、液地面循環(huán)固控系統(tǒng)流程和設(shè)備加以改進(jìn)。 3.4.2 鉆井液地面循環(huán)固控系統(tǒng)流程的改進(jìn) 現(xiàn)有普通鉆井液地面循環(huán)固控系統(tǒng)中的固控系統(tǒng)設(shè)備包括振動(dòng)篩、除氣器、除砂器、除泥器及清潔器等，通過(guò)這些設(shè)備的逐級(jí)分離，可達(dá)到較好地控制鉆井液中固相的目的。處理加重鉆井液時(shí)除泥器不能使用，甚至除砂器也不提倡使用，因?yàn)閮烧?，特別是前者可能除去大量重晶石?？紤]到振動(dòng)篩，特別是細(xì)網(wǎng)振動(dòng)篩為易損件，且成本較高，同時(shí)為減少砂泵的臺(tái)數(shù)及工作時(shí)間，提出利用水封式旋流分離裝置，簡(jiǎn)化現(xiàn)有固控系統(tǒng)。 1.負(fù)壓鉆井用鉆井液處理系統(tǒng) 負(fù)壓鉆井是近幾年來(lái)開(kāi)發(fā)低滲透油氣藏的一種重要手段，與常規(guī)鉆井的區(qū)別除鉆井工藝之外，結(jié)構(gòu)上主要是井口防噴器

51、，能夠?qū)崿F(xiàn)邊噴邊鉆，井口鉆井液槽可以是閉式的，帶壓鉆井液可直接利用井口剩余壓力進(jìn)入閉式鉆井液處理系統(tǒng)。 砂泵非加重鉆井液固控系統(tǒng)流程：來(lái)自井內(nèi)的鉆井液密閉輸送到水封式旋流分離裝置進(jìn)行固液分離，分離后的清潔鉆井液直接進(jìn)入處理罐，為避免浪費(fèi)鉆井液，分離后的固相再通過(guò)粗網(wǎng)振動(dòng)篩進(jìn)行分離，分離的液相通過(guò)離心泵打入水封式旋流分離裝置進(jìn)行再分離，分離出的固相顆粒外排。非加重鉆井液固控設(shè)備僅需水封式旋流分離裝置、粗網(wǎng)振動(dòng)篩、離心泵和處理罐各1臺(tái)。 固相粗網(wǎng)振動(dòng)篩井內(nèi)鉆井液水封式旋流分離器清潔鉆井液至井內(nèi) 鉆井泵 在用灌 處理灌圖3.2 非加重鉆井液固控系統(tǒng)流程圖加重鉆井液固控系統(tǒng)流程：來(lái)自井內(nèi)的鉆井液密閉輸

52、送到水封式旋流分離裝置，由水封式旋流分離裝置進(jìn)行固液分離，分離后的清潔鉆井液直接進(jìn)入處理罐，為避免浪費(fèi)鉆井液和重晶石，分離后的固相通過(guò)振動(dòng)篩進(jìn)行分離，經(jīng)振動(dòng)篩分離的液相再通過(guò)離心泵(砂泵)打入清潔器(小型水封式旋流分離裝置+超細(xì)振動(dòng)篩) ，經(jīng)清潔器分離后的清潔鉆井液和重晶石進(jìn)入處理罐，或直接進(jìn)入重晶石混合罐。加重鉆井液固控設(shè)備僅需水封式旋流分離裝置、振動(dòng)篩、離心泵、清潔器和處理罐各1臺(tái)。砂泵井內(nèi)鉆井液固相水封式旋流分離器粗網(wǎng)振動(dòng)篩 清潔器清潔鉆井液液相清潔鉆井液至井內(nèi) 在用灌 鉆井泵處理灌圖3.3 加重鉆井液固控系統(tǒng)流程2.開(kāi)式鉆井用鉆井液處理系統(tǒng) 開(kāi)式鉆井即常規(guī)鉆井時(shí)，封井器處于敞開(kāi)狀態(tài)，井口無(wú)壓力。此時(shí)亦可利用上述鉆井液處理系統(tǒng)。但需要在鉆井液槽出口增設(shè)兩個(gè)裝置：一是固相巖屑粉碎機(jī)；二是1臺(tái)砂泵，其功能是將經(jīng)巖屑粉碎機(jī)粉碎巖屑后的漿液泵入水封式旋流分離裝置。3.4.3 鉆井工程對(duì)鉆井液固相控制的要求1.