固控设备介绍

固控设备简介用于清除钻井液中“无用固相”的固控设备有刮泥器、振动筛、除砂器、除泥器、清洁器、除气器和离心机等。

近年来还成功应用了“综合自控钻井液系统”，自控系统包括固控设备自控监视器、钻井液处理剂自动加料器和主要钻井液性能指标连续监测器，这三部分由中心监视和综合控制系统进行调正、监控、操作。

“综合自控钻井液系统”的应用不仅保证了钻井液性能的平稳、合格，也为海上作业特别是高温高压地区的海上作业安全提供了可靠保证。

1.刮泥器刮泥器主要用来处理上部地层大块软质泥岩及泥球，作为钻井液固控的预处理装置来减轻振动筛处理的压力。

刮泥器如图1所示。

2.振动筛振动筛使用的好坏直接影响下一级固控设备的效果。

振动筛网的选择需要考虑泵排量、筛网面积、固相浓度和钻井液粘度等因素，以提高其分离效果。

应尽可能选择使用较细的筛网，通常以钻井液覆盖筛网面积的70%～80%为宜，不允许返出钻井液不通过振动筛循环。

振动筛按振动类型分为非均衡椭圆运动振动筛、圆形运动振动筛、直线运动振动筛和平动（均衡）椭圆振动筛等。

海上目前使用的多为直线运动振动筛和平动椭圆振动筛。

1）非均衡椭圆运动振动筛将一个旋转振动器远离振动筛的重心，那么筛架末端的运动轨迹为椭圆形，振动器下方的运动轨迹为圆形。

优点：平均输送速度大于圆形振动的振动筛；缺点：振动筛过长时，会出现倒流，这就要求筛箱倾斜一个角度，使得处理钻井液的量减少。

2）圆形运动振动筛图5 平动（均衡）椭圆振动筛图4 直线运动振动筛图3 圆形运动振动筛图2 非均衡圆运动振动筛图1 刮泥器激振器位于筛箱质心。

筛箱作圆形振动时，筛箱的纵向和横向加速度相等。

优点：钻井液的处理量大，筛网上没有钻屑堆积现象：缺点：钻屑的透筛率高，净化效果差。

3）直线运动振动筛两根带偏心块的主轴作同步反向旋转产生直线振动，直线振动的加速度平衡作用于筛箱，筛网受力均匀。

优点：筛网的寿命长，处理钻井液的量大、均步度好；缺点：易出现"筛糊"现象，造成处理量下降，在使用超细目筛网时处理量不满足要求。

4）平动（均衡）椭圆振动筛平动（均衡）椭圆振动是振动筛的第四代运动模式。

在这种运动模式下，所有的椭圆形轴都倾斜指向振动筛的排放端口，筛箱上各点运动轨迹的长轴和短轴相同，抛掷角的大小和方向完全一致，筛箱处于平动状态。

在筛箱的进口处、中点和出口处的输砂速度是一致的。

优点：处理量较直线筛大15%～20%，消除部分岩屑堵塞筛孔的可能，钻屑不易堆积。

5）振动筛筛网的选择振动筛的筛网对振动筛总体使用性能影响最大，因此了解影响筛网性能的因素并正确选择筛网很重要。

筛网编码一般包括目数和前面的字母代码，字母代码可描述筛网类型或层叠技术。

例如：PWP HP100表示多孔板、三层筛网，由长方形网眼的筛网组成。

字母代码含义如下：SWG 三联筛网，不可修复PWP 可修复的，底板支撑的平面筛网SCG 特殊高强度筛网PMD 金字塔型筛网DX 特细筛网HP 长方形孔高容量筛网LMP 用于线性筛的穿孔底架筛网影响振动筛筛网性能的因素为：(1)分离性能。

指筛网能清除的固相颗粒尺寸，分离性能通常用百分比分离曲线来表示。

(2)过流性能。

表示液体通过筛网单位面积的难易程度，与渗透性类似，高的过流性能会引起高流速穿过筛网，所以在比较振动筛筛网面板的处理能力时，应考虑该筛网进行过滤的未堵塞的可用面积。

尽可能使用多孔金属面板或塑料格栅结合在一起的筛网，减少一些金属支持板设计的筛网，因为它将影响多达40%的有效过滤面积。

(3)筛网的寿命。

影响筛网寿命的因素有筛网组成成分和振动模式。

(4)抗堵能力。

3.沉砂池沉砂池为重力分离设备，底部一般为45°斜坡，以便排放和节省钻井液。

4.旋流式分离装置旋流式分离装置包括除砂器、除泥器和清洁器，它们是目前钻井现场固控系统的重要组成部分。

1）除砂器和除泥器旋流器是除砂器和除泥器的主体部件，它是一种内部没有运动部件的圆锥筒形装置，结构见图。

钻井液由旋流器上部的切线口进入，在一定的流速条件下，这一切向力使钻井液在筒内呈螺旋运动，使大颗粒下沉，由底部排出，轻液由上部溢流口返回池中。

一般把直径为152.4～304.8mm （6～12in ）的旋流器叫“除砂器”，把直径为100～152.4mm （2～6in ）的叫“除泥器”。

为了满足钻井排量要求，通常把4个、6个、8个或12个旋流器组装在一起使用，其处理量应达到循环排量的125%～150%旋流器的除固相能力以“分离点”表示，又叫“中分点”，是指旋流器的分离效率为50%时的固相颗粒的大小（以当量直径表示）。

也就是该直径的颗粒有50%从底流排出，而仍有50%保留在液体中。

一般情况下，旋流器的分离能力与旋流器的直径有关。

直径越大其分离的固相颗粒也越大。

反之，直径越小，其分离出的固相颗粒也越小。

旋流式分离装置包括除砂器、除泥器和清洁器，它们是目前钻井现场固控系统的重要组成部分。

1）除砂器和除泥器旋流器是除砂器和除泥器的主体部件，它是一种内部没有运动部件的圆锥筒形装置，结构见图。

钻井液由旋流器上部的切线口进入，在一定的流速条件下，这一切向力使钻井液在筒内呈螺旋运动，使大颗粒下沉，由底部排出，轻液由上部溢流口返回池中。

一般把直径为152.4～304.8mm （6～12in ）的旋流器叫“除砂器”，把直径为100～152.4mm （2～6in ）的叫“除泥器”。

为了满足钻井排量要求，通常把4个、6个、8个或12个旋流器组装在一起使用，其处理量应达到循环排量的125%～150%旋流器的除固相能力以“分离点”表示，又叫“中分点”，是指旋流器的分离效率为50%时的固相颗粒的大小（以当量直径表示）。

也就是该直径的颗粒有50%从底流排出，而仍有50%保留在液体中。

一般情况下，旋流器的分离能力与旋流器的直径有关。

直径越大其分离的固相颗粒也越大。

反之，直径越小，其分离出的固相颗粒也越小。

除砂器通常用于非加重钻井液。

其底流密度应比进口钻井液密度高0.30～0.60g/cm 3。

除泥器用于非加重钻井液。

其底流的密度应比进口钻井液密度高0.30～0.42g/cm 3，且溢流的密度应比进口钻井液密度稍低。

保持除砂器和除泥器的正常工作应注意以下几点：(1)要达到最好的固相清除，水力旋流器的底流口应呈伞状流，且伴有空气从底流口吸 图7旋流器示意图图6人。

串状排泄时底流的密度比伞状底流的密度高，但不能以其密度来衡量旋流器清除固相的效率，应以单位时间内清除固相的重量来评价。

(2)旋流设备在一定的水压头下工作，而不是在一定的压力下工作。

一般要求有23～27m （75～90ft）的压头。

过大的压头会加速设备磨损，同时影响分离点。

(3)当底流口堵塞时，可通过调节底流口加以疏通。

2）清洁器清洁器由小型旋流器和小型振动筛组成，主要用于加重钻井液。

筛网一般在140～200目（网孔104～74µm）之间，目的是回收加重材料。

5.离心机图8 离心机工作原理简图离心机由一高速旋转的转筒和安装在筒内的螺旋输送器组成，利用外壳旋转产生离心力来分离固相颗粒，其工作原理如图7-2-7所示。

欲处理的钻井液经空心轴内的进料口进入分离室后，钻井液被抛向转筒内壁，形成液圈并加速到与转筒相近似的速度，这时固、液相分离。

重的和粗的颗粒会进一步被甩向转筒内壁并沉降进入沉降区，再通过输送器的刮板将沉降的颗粒推向脱水区而从底流口排出。

因为钻井液在离心机内有二个滞留的时间（30～50）s，颗粒受到离心挤压和过滤，所以排出的钻屑比较干，只带少量的吸附水。

离心机的转筒以1500～3500r/min的速度旋转，螺旋输送器一般以1:80的速差和转筒同向旋转。

一般可清除3～5µm的固相颗粒。

离心机的规格以转筒的长度和最大直径（直径×长度）表示，有18in×24in、14in×22in、14in×20in等规格。

在固控设备术语中常常提到的“G”值，表示机器产生的离心加速度相当于重力加速度的倍数。

在现场组合应用时，一般根据离心机的处理量、离心力“G”、分离点、转速等分成三种类型：(1)重晶石回收离心机。

这类离心机的转速在1800r/min左右，“G”值在700左右，低密度固相分离点在6～10µm，高密度固相分离点在4～10µm。

这种离心机主要是将重晶石粉回收至井液体系中。

其处理量一般为38～151L/min。

(2)大容量离心机。

主要用来排除低密度的固相，转速为1900～2200r/min，“G”值为800左右，分离点为5～7µm(在未加重钻井液中），处理量为378～756 L/min。

(3)高速离心机。

用作双离心机组合使用时的第二台离心机，主要用来清除未加重钻井液中的低密度固相。

这类离心机的规格为转速2500～3300r/min，“G”值在1200～2100，分离点在3～5µm，处理量为151～453L/min。

双离心机组合应用时，第一台为加重材料回收离心机，将加重材料回收使用，其溢流排出的液体再通过高速离心机(第二台）将低密度固相颗粒排除，而将液相返回钻井液池中使用。