鉆井液固控系統(tǒng)

1、(Drilling Fluid Conditioning System)w一、泥漿的組成w1、液相w2、有用固相w3、無(wú)用固相w4、化學(xué)處理劑二、鉆井液固相含量對(duì)鉆井的影響 w1）比重增加 w2）粘度增加 w3）鉆井顆粒增加 w4）泥餅厚度增加，失水量降低 w5）影響鉆井的水力程序 三、鉆井液固相控制方法w1、稀釋除砂法w2、替換除砂法 w3、重力沉降除砂法w4、化學(xué)除砂法w5、機(jī)械除砂法三、鉆井液固相控制系統(tǒng)（非加重鉆井液固相控制系統(tǒng) ）加重鉆井液固相控制系統(tǒng) 振動(dòng)篩振動(dòng)篩 （Shale shaker）w一、 振動(dòng)篩的基本結(jié)構(gòu)及工作原理1-泥漿進(jìn)口；2-泥漿盒；3-篩網(wǎng)；4-篩除固相顆粒；5

2、-底座6隔振元件；7-篩箱；8-液體和細(xì)固相顆粒 振動(dòng)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(zhì)量 二、振動(dòng)篩的工藝特點(diǎn)與種類(lèi)w1、特點(diǎn)w（1）鉆井液振動(dòng)篩篩分的介質(zhì)是液體，廢棄的是固相顆粒。w（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(xué)處理劑組成的混合物。w（3） 它所分離的固相顆粒的粒度由幾個(gè)微米到20多毫米。由于要求篩下物越細(xì)越好，因此篩網(wǎng)使用的最大目數(shù)目前已達(dá)到325目。w（4） 要求鉆井液振動(dòng)篩具有極好的運(yùn)移性、安裝簡(jiǎn)單、篩網(wǎng)更換方便、操作粗放、工作可靠、易損件少等特點(diǎn)。w（5）鉆井巖屑

3、在篩面上的篩分過(guò)程遠(yuǎn)比干物粒復(fù)雜。振動(dòng)篩的類(lèi)型w（1）按篩箱上的運(yùn)動(dòng)軌跡分為 圓形軌跡篩、直線(xiàn)軌跡篩、橢圓軌跡篩。w（2）按篩網(wǎng)繃緊方式分為 縱向繃緊篩和橫向繃緊篩。w（3）按篩分層數(shù)分為 單層篩和雙層篩。w（4）按篩面傾角分為 水平篩和傾斜篩。w（5）按振動(dòng)方式分為 慣性振動(dòng)篩、慣性共振篩、彈性連桿式共振篩、電磁振動(dòng)篩等。 振動(dòng)篩（直線(xiàn)篩）三聯(lián)篩三、篩網(wǎng)篩網(wǎng)的編織型式 a-正方網(wǎng)格 b-荷蘭式網(wǎng)格 c-長(zhǎng)方網(wǎng)格 d-斜紋網(wǎng)格 篩網(wǎng)的規(guī)格 w篩網(wǎng)的規(guī)格通常用目數(shù)來(lái)表示。篩網(wǎng)的目數(shù)即篩網(wǎng)經(jīng)線(xiàn)（長(zhǎng)度）方向或緯線(xiàn)（寬度）方向上，每英寸長(zhǎng)度內(nèi)含有的鋼絲數(shù)目或孔數(shù) 中國(guó)(上海)美國(guó)(API)篩網(wǎng)號(hào)(目數(shù)

4、)絲 徑(mm)孔尺寸(m)孔眼有效面積(%)絲 徑(mm)孔尺寸(m)孔眼有效面積(%)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 cyclone

5、w2、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（內(nèi)旋流、外旋流，蓋下短路流、循環(huán)流、空氣柱）The Working Princ

6、iple 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.Kelsa

7、ll w1) Tangential Velocity Vt n=0.6-0.9 crVnt2)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

8、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 02212 o6、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 )處理量計(jì)算公式（簡(jiǎn)單）pdQn23534. 0公式中 Q為旋流器的生產(chǎn)能力, L/s; dn進(jìn)液管直徑，

9、cm; p為進(jìn)液壓力，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進(jìn)口的形狀w底流的調(diào)節(jié)方式w插入深度的調(diào)節(jié)方式w多流道進(jìn)口w磨損機(jī)理w可否用于加重材料的回收離心機(jī)（

10、Centrifuge）w一、離心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1-v-型膠帶；2-液力聯(lián)軸器；3-電動(dòng)機(jī)；4-進(jìn)料管；5-轉(zhuǎn)鼓；6-螺旋輸送器；7-行星差速器離心機(jī)的工作原理w轉(zhuǎn)鼓5和螺旋輸送器6之間存在一定間隙，二者同方向旋轉(zhuǎn)，但通過(guò)行星差速器7使二者保持一定的轉(zhuǎn)差。w鉆井液由加料管進(jìn)入螺旋輸送器的空心軸，在進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)。由于轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓的鉆井液一起旋轉(zhuǎn)，鉆井液中的固相被甩到轉(zhuǎn)鼓壁上，由螺旋輸送器推向轉(zhuǎn)鼓小端的卸料口排出，清潔的鉆井液從轉(zhuǎn)鼓大端的溢流口排出，從而完成固液分離 。 離心機(jī)工作原理模擬動(dòng)畫(huà)(制作:范強(qiáng))臥式螺旋沉降離心機(jī)的特點(diǎn)w自動(dòng)、連續(xù)操作，無(wú)濾網(wǎng)和濾布，能長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，維修方

11、便 ；w應(yīng)用范圍廣；w對(duì)物料的適應(yīng)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，能照常分離得很好。能適應(yīng)各種濃度懸浮液的分離，濃度的波動(dòng)不影響分離效果；w結(jié)構(gòu)緊湊、易于密封，某些機(jī)型能在加壓和低溫條件下操作 w結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)較高 離心機(jī)在鉆井液固相控制中的應(yīng)用 w鉆井液離心機(jī)是固控設(shè)備中固液分離的重要設(shè)備之一，一般情況下安裝在固控系統(tǒng)的最后一級(jí)，用來(lái)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(fèi)。此外，離心機(jī)也是處理廢棄鉆井液，防止污染環(huán)境的一種理想設(shè)備。

12、 高速離心機(jī)變頻離心機(jī)中速離心機(jī)固控系統(tǒng)鉆井液中固相的粒度分布w1、API粒度分級(jí)w 按照分類(lèi)，泥漿中的固相顆粒的分類(lèi)為：小于2um稱(chēng)為膠體，2-44um稱(chēng)為超細(xì)顆粒，44-74um稱(chēng)為細(xì)顆粒，74-250um稱(chēng)為中等顆粒，250-2000um稱(chēng)為中粗顆粒，大于2000um稱(chēng)為粗顆粒。一般情況下，泥漿中的固體顆粒小于微米稱(chēng)為粘土，微米稱(chēng)為泥，大于微米的稱(chēng)為砂 w2、硬底層鉆井時(shí)固相的粒度分布w3、軟底層鉆井時(shí)固相的粒度分布w4、加重材料的粒度分布w5、固相控制系統(tǒng)w6、固相控制系統(tǒng)的發(fā)展非加重鉆井液固相控制系統(tǒng)加重鉆井液固相控制系統(tǒng)除氣器除氣器 (Degasser ）w一、氣侵鉆井液的危害 w

13、1降低鉆井液的密度。鉆井液密度降低后，若井內(nèi)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。w 2使用于固控系統(tǒng)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(shè)備的振動(dòng)。w 3部分有毒氣體（如硫化氫）逸出鉆井液，可能引起現(xiàn)場(chǎng)操作人員中毒。w 4可能引起火災(zāi)。w 5氣侵后，鉆井液粘度增大，使機(jī)械鉆速降低。w 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(jī)械式除氣器 二、機(jī)械法除氣的基本原理 w1使氣泡快速上升到液體表面 wut 為氣泡的上升速度，m/s；w dt 為氣泡的直徑，m；wt為氣泡的密度，kg/m3；wm為泥漿的密度 ，kg/m3；w 為泥漿的動(dòng)力粘度，Pa.

14、s18()2gdumtttw2使液體層變薄 w 鉆井液井振動(dòng)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 w 3幫助氣泡膨脹 w ptvt=常數(shù) w 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 w4利用離心力場(chǎng)加速氣泡的運(yùn)動(dòng) w氣泡在離心力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，液體和氣泡要受到離心力場(chǎng)的作用，由于高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力，若靠近旋轉(zhuǎn)中心部分有液氣的分界面，則氣體就能加速到達(dá)液面，這就是離心式除氣器的工作原理 .

15、w 5氣泡的破裂和逸出 w1）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。w 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(dá)液體的表面，也有利于氣泡的破裂。w 3）施加外力，將氣泡擠破，一部分除氣器使鉆井液高速?zèng)_擊擋板的目的之一就是試圖擠破一部分氣泡。 除氣器裝置除氣器裝置(常壓式除氣器) 1一膠帶；2一電動(dòng)機(jī)；3一軸承；4軸；5一泥漿池頂緣；6一泵座；7篩網(wǎng)；8一泵的螺旋形進(jìn)口；9葉輪；10-泵殼；11立管；12一支架；13一盤(pán)閥 工作時(shí)，氣侵鉆井液從靠近泵上部的進(jìn)口流入離心泵的葉輪。然后被泵送到噴射罐。在罐內(nèi)，可調(diào)的盤(pán)形閥與立管

16、端面之間的間隙很小。因此鉆井液經(jīng)過(guò)閥口時(shí)，流速增大，形成紊流薄膜，并撞擊噴射室的側(cè)壁，促使氣泡上升到表面破裂，并從頂部的排氣口排出。鉆井液在重力作用下經(jīng)排漿槽排向儲(chǔ)液罐，與此同時(shí)，由于泵輪的旋轉(zhuǎn)，吸入室中靠近轉(zhuǎn)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(lái)，沿泵軸向上運(yùn)動(dòng)排入大氣，從這兩處排出的氣體，也可用抽風(fēng)機(jī)輸送到遠(yuǎn)離井場(chǎng)的地方排出 真空式除氣器 w真空除氣器主要通過(guò)噴射器或真空泵從真空罐(室)中抽出氣體，使罐內(nèi)保持真空，以便吸入氣侵泥漿，爾后進(jìn)行除氣。這類(lèi)除氣器通常具有以下設(shè)備：w 1）噴射器或真空泵：用以保持真空罐適當(dāng)?shù)恼婵斩?，將待處理的泥漿吸入，并排出分離氣；w2）

17、特定的錐形擋板：泥漿流經(jīng)擋板時(shí)擴(kuò)散成薄膜狀，從而易于氣體逸出；w 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；w4）必要的液面控制裝置：調(diào)節(jié)進(jìn)入真空除氣室的泥漿量，保證除氣室不會(huì)溢流，也不會(huì)抽空。雙噴射真空除氣器1-除氣室；2-吸入管線(xiàn)；3-比重泥漿閥；4-雙噴射器；5-縮頸管；6-導(dǎo)管；7-噴嘴；8-第一噴射器入口；9-導(dǎo)管；10-調(diào)節(jié)閥；11-浮球機(jī)構(gòu)；12-進(jìn)氣控制閥；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(chǔ)罐；19-聯(lián)通平衡管雙噴射真空除氣器的工作原理 w儲(chǔ)存在罐16內(nèi)經(jīng)過(guò)除氣室l處理的脫氣泥漿，絕大部分由鉆井泵進(jìn)行再循環(huán)，

18、小部分借助泵17提供一股誘導(dǎo)液流，通過(guò)縮頸管5時(shí)，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(gè)噴射器的入口8，除氣室頂部的氣體通過(guò)導(dǎo)管9被吸入第二噴射器的入口20，二者在導(dǎo)管6內(nèi)混合后，流入旋流分離器13，氣體經(jīng)出口15向上排至大氣，脫氣泥漿則經(jīng)漏斗14流入罐16。w由于除氣室頂部的氣體經(jīng)導(dǎo)管9被吸入噴射器，再經(jīng)過(guò)旋流分離器排出，故除氣室頂部形成真空，罐18內(nèi)的含氣泥漿在壓差作用下進(jìn)入陳氣室，并在擋板上擴(kuò)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(jīng)過(guò)上述的循環(huán)，分離出溶解氣體。w脫氣泥漿罐16和含氣泥漿儲(chǔ)罐18處于同一水平面上，下部由聯(lián)通關(guān)19連通。這樣布置是為了保持罐18內(nèi)液體壓頭不受井內(nèi)返出的含氣泥漿流速變化的影響，即當(dāng)罐18內(nèi)的液面降到容許高度以下時(shí)，脫氣泥漿就經(jīng)過(guò)平衡管流入罐18。脫氣泥漿因比重較大而存留罐底，同時(shí)為管2提供足夠的壓頭。離心式除氣器1-傳動(dòng)膠帶 2-電機(jī) 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(guò)濾器 離心式除氣器w離心式除氣器的外部呈圓筒形，工作時(shí)，主筒插入氣侵鉆井液中。電動(dòng)機(jī)通過(guò)膠帶傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)筒中的主軸和葉輪旋轉(zhuǎn)。氣侵鉆井液從主筒的下端經(jīng)過(guò)過(guò)濾器進(jìn)入除氣主筒