固控那些事兒——華揚油氣
作者：西安華揚油氣設備有限公司 發(fā)布日期：2020-04-27
固控設備用于分離處理鉆井液中巖屑、泥砂等顆粒，維持鉆井液性能以及儲存循環(huán)鉆井液。配有加重混合裝置、灌注裝置和化學(xué)藥劑加注裝置。用于改善鉆井液的物理和化學(xué)性能，以滿(mǎn)足鉆井工作的需要。
==固相的分類(lèi)==
有用固相和有害固相有用固相：泥漿中必須使用的固相，如膨潤土粉、化學(xué)處理劑、加重劑等?有害固相：有用固相以外的固體，如鉆屑、劣質(zhì)粘土、砂粒等。
高密度固相和低密度固相：
LGS-低比重固相含量，無(wú)用固相及非加重泥漿材料引起的固相?HGS---高比重固相含量，加重材料引起的固相。
· 減少了泵的維修時(shí)間?延長(cháng)了鉆頭壽命
· 降低了鉆井液費用?有利于鉆井液性能的維護
· 保證鉆井液在流變性控制、防塌能力，潤滑性能、巖屑攜帶、防漏堵漏等方面都具有良好的性能。
· 保證井下安全，提高鉆速，縮短鉆井周期，節約鉆井總成本具有重要的意義。
·
鉆井液中的固相得不到清除，會(huì )在鉆井液中水化分散，再通過(guò)機械破碎愈變愈細，表面積無(wú)限增大，最終導致一系列的問(wèn)題。泥漿中小于1微米的膠體顆粒比大于1微米的粗顆粒對鉆速的影響大12倍，所以使用不分散體系的鉆速比使用分散體系快的多。
因此搞好固相的控制是世界上各大石油公司都非常重視的問(wèn)題，都不惜花大量的錢(qián)研究制造各種固控設備。國際上各大泥漿公司先后不斷推出了新的泥漿體系，新的藥品，其發(fā)展方向和思路，都是朝著(zhù)固相的控制方向發(fā)展前進(jìn)的。泥漿有最初的細分，逐步發(fā)展到今天的聚合物不分散的控制型泥漿體系，可以說(shuō)只要一天不停止石油鉆井作業(yè)，固相的研究與控制就不會(huì )停止。
=固相控制=
固相控制方法1.機械法
采用固控設備清除有害固相
2.稀釋法(置換法)
稀釋法就使通過(guò)向鉆井液中加水或稀膠液，達到降低固相濃度的目的。
3.化學(xué)絮凝法
加入適量的絮凝劑，使小顆粒變成大顆粒，然后用機械法去掉。
固相控制設備
固相控制設備主要包括：沉砂池、振動(dòng)篩、除泥器、除砂器、離心機、清潔器。
==振動(dòng)篩==
振動(dòng)篩使用的好壞直接影響下一級固控設備的效果。泵排量、篩網(wǎng)面積、固相濃度、鉆井液粘度、密度等因素影響振動(dòng)篩網(wǎng)的選擇以及分離的效果。應盡可能選擇使用細的篩網(wǎng)。性能先進(jìn)的振動(dòng)篩使用的最小篩網(wǎng)可達325目至460目。一般原則是以鉆井液覆蓋篩網(wǎng)面積的70～80為合適。除特殊情形外(如加入堵漏材料)，不允許返出鉆井液旁通振動(dòng)篩循環(huán)。振動(dòng)篩的類(lèi)型:
普通橢圓篩、圓型振動(dòng)篩、直線(xiàn)振動(dòng)篩、均衡橢圓篩。
普通橢圓篩
普通橢圓篩又稱(chēng)非均衡橢圓篩,是在篩箱質(zhì)心的正上方固定有激振裝置。這種類(lèi)振型的振動(dòng)篩，橫向振幅大于法向振幅，橫向振幅與法向振幅之比值大于圓形振動(dòng)的比值，所以，它的平均輸送速度大于圓形振動(dòng)的振動(dòng)篩，影響了鉆井液的處理效果。如果篩加長(cháng)，還會(huì )出現倒流。因此，它要求篩箱傾斜一個(gè)角度，利用重力強行排砂，以免砂粒有朝后拋擲的傾向。由此而來(lái)，篩箱傾斜確實(shí)改善了砂粒的移動(dòng)性能，但振動(dòng)篩處理鉆井液的量減少了，這正是普通橢圓篩的主要缺點(diǎn)。
圓型振動(dòng)篩
圓型振動(dòng)篩亦稱(chēng)自定中心振動(dòng)篩，激振器位于篩箱質(zhì)心。篩箱作圓形振動(dòng)時(shí)，篩箱的法向和橫向加速度相等，篩箱可以水平安裝，篩網(wǎng)上沒(méi)有堆積現象，相應地可以加大處理量，但這類(lèi)篩子上的固相顆粒拋射角是篩子加速度的函數，當法向加速度為3~6倍重力加速度時(shí)，固相顆粒拋射角達70°~80°。這樣陡的拋射角使得鉆屑在下落時(shí)慣性大，易粉碎，相應地增大了砂粒的透篩率，對鉆井液的凈化不利?，F場(chǎng)實(shí)踐表明，圓型振動(dòng)篩輸砂速度小，透砂率高，當這種篩配用細目篩網(wǎng)時(shí)，又有處理量太小，篩網(wǎng)壽命太低等缺點(diǎn)。
直線(xiàn)振動(dòng)篩
直線(xiàn)振動(dòng)篩是由兩根帶偏心塊的主軸作同步反向旋轉產(chǎn)生直線(xiàn)振動(dòng), 直線(xiàn)振動(dòng)的加速度平衡作用于篩箱，篩網(wǎng)受力均勻，其壽命明顯優(yōu)于圓形或橢圓振動(dòng)篩的篩網(wǎng)；另外，由于鉆井液受到的過(guò)篩阻力較小，使得處理鉆井液的量和均步度均比圓型或橢圓振動(dòng)篩大得多、好得多。
但是直線(xiàn)篩也有它的弱點(diǎn)，由于直線(xiàn)篩振動(dòng)方向不變，作用在卡入篩網(wǎng)孔里的顆粒上的加速度矢量不變(即沿著(zhù)振動(dòng)方向)，使得卡入的顆粒不易脫落，而出現“篩糊”現象，使得篩網(wǎng)的有效過(guò)流面積減小，造成處理量下降，而且當篩網(wǎng)目數增大時(shí)，篩糊現象會(huì )更嚴重。因而，直線(xiàn)篩在使用超細目篩網(wǎng)時(shí)，就不可能滿(mǎn)足鉆井液用量的要求。
均衡橢圓篩
均衡橢圓篩是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新篩型，篩箱上各點(diǎn)的運動(dòng)軌跡如圖,所有橢圓的運動(dòng)軌跡的長(cháng)軸和短軸相同，拋擲角的大小和方向完全一致。篩箱處于平動(dòng)狀態(tài)。在篩箱的進(jìn)口處、中點(diǎn)和出口處的輸砂速度是一致的。
均衡橢圓篩結合了圓型振動(dòng)篩和直線(xiàn)振動(dòng)篩的基本優(yōu)點(diǎn)，即橢圓“長(cháng)軸”是強化巖屑輸送的分量，而“短軸”可促使巖屑在篩面上粘成一團的現象減少，消除部分巖屑堵塞篩孔的可能性。根據國外資料及現場(chǎng)試驗結果表明，在一般情況下，均衡橢圓篩的處理量較直線(xiàn)篩大20~30%，是一種比較先進(jìn)的鉆井液振動(dòng)篩，代表著(zhù)當今鉆井液振動(dòng)篩的發(fā)展方向。
==除砂器/除泥器==
除砂器與除泥器都是由一組水力旋流器和一個(gè)處理旋流器底流并回收鉆井液的小型超細網(wǎng)目振動(dòng)篩組成。除砂器用來(lái)清除30~74μm的固相顆粒，除泥器用來(lái)清除l0~30μm的固相顆粒。旋流器中分粒度D50不但與旋流器的結構尺寸有關(guān)，而且也與鉆井液濃度、密度和進(jìn)液壓力有關(guān)。一般情況下，旋流器的分離能力與旋流器的直徑有關(guān)，直徑愈大其分離的顆粒也越大。反之直徑愈小，其分離出的固相顆粒也愈小。
如152.4~304.8mm(6~12英寸)的旋流器稱(chēng)為“除砂器”，分離點(diǎn)約為40微米，把50.8~152.4mm(2~6英寸)的旋流器叫做“除泥器”，分離點(diǎn)約為15微米。
清潔器由除泥器與細網(wǎng)振動(dòng)篩組成，篩網(wǎng)一般在140~200目(網(wǎng)孔104~74微米)之間，目的是回收部分通過(guò)旋流器排出的液體、重晶石等。一般不建議清潔器用于非加重鉆井液。若在非加重鉆井液中使用清潔器，則可關(guān)掉振動(dòng)篩而讓旋流器的底流全部排掉。
為了滿(mǎn)足處理全部鉆井液的要求，除砂器和除泥器必須由若干個(gè)旋流錐筒組成。為了保證旋流器正常工作，進(jìn)液壓力必須維持在0.25~0.35MPa這個(gè)范圍內。除泥器因旋流錐筒多、管線(xiàn)長(cháng)，進(jìn)液壓力應取較大值;除砂器因旋流錐筒少，管線(xiàn)短，進(jìn)液壓力應取較小值。
進(jìn)液壓力的大小主要取決于砂泵匹配是否合理，因而砂泵的選擇是至關(guān)重要的，砂泵揚程通常為40mH2O左右，排量能與除砂器和除泥器所標定的處理量相等，即可滿(mǎn)足使用要求。同時(shí)，在選用除砂器和除泥器時(shí)必須參考鉆井泵的最大排量，以期達到匹配合理。
這兩種設備在使用時(shí)間上，無(wú)嚴格的界限，一般在鉆淺地層和軟地層時(shí)，鉆井液中大顆粒鉆屑含量高，二者必須同時(shí)使用;在鉆探地層和硬地層時(shí)，若采用細網(wǎng)目振動(dòng)篩，可直接使用除泥器來(lái)處理鉆井液，這對鉆井液的凈化質(zhì)量影響甚微，且非常經(jīng)濟。
==離心機==
離心機是離心分離設備，鉆井現場(chǎng)常用的是以固液密度差作為分離基礎的沉降離心機，主要用來(lái)清除鉆井液中2~10μm的固相物質(zhì)，是最后一級鉆井液固控設備。離心機的規格以鼓的長(cháng)度和最大直徑表示：有18×24英寸、14×22英寸、14×20英寸(直徑×長(cháng)度)等規格，也有以處理量來(lái)做為規格的，一般的國產(chǎn)離心機處理量為40方/小時(shí)或60方/小時(shí)。離心機的轉鼓以1500~3500轉/分(r/min)旋轉。螺旋輸送器一般以1:80的速差和轉鼓同向旋轉。一般可清除2~3微米的固相顆粒。用于加重和非加重鉆井液。
應用離心機處理加重鉆井液
在加重鉆井液中應用離心機的首要目的是控制粘度。因為在高粘度下，鉆井速度較慢?？刂普扯鹊姆椒ㄊ菍⒁鹫扯仍黾拥某氼w粒固相和膠體通過(guò)溢流分離出來(lái)，排至廢料池，而將含有大量重晶石的底流重新返回鉆井液循環(huán)罐內。
應用離心機處理非加重鉆井液
在末加重的低固相鉆井液中，離心法是很有效的固液分離方法。用于這方面的離心機通常是大處理量型離心機，每小時(shí)能處理23~45m3的液體，處理3~4t固相。離心機將鉆井液分離為溢液和底流兩部分。底流中含有大量無(wú)用固相排到廢漿池中;而貴重的液相再返回到循環(huán)罐中去。由于低固相鉆井液所帶來(lái)的巨大效益，因此，用離心機來(lái)清除非加重鉆井液中的固相越來(lái)越普遍了。
==除氣器==
除氣器用來(lái)清除氣侵鉆井液中的氣體，其處理能力應達到全流量處理。除氣器必須置于砂泵之前來(lái)處理鉆井液。因為鉆井液中含有氣體時(shí)，離心砂泵將發(fā)生氣蝕，氣蝕不但使砂泵性能下降，產(chǎn)生噪音和振動(dòng)，壽命縮短，嚴重時(shí)會(huì )使砂泵無(wú)法工作或損壞。除氣器的功能有兩點(diǎn)：一是保證鉆井液性能相對穩定，防止井噴、井涌事故，確保鉆井安全；二是保證旋流器能正常工作。在鉆中深探井、氣井和含氣油井時(shí)，必須配備除氣器。除氣器分為兩大類(lèi)：常壓式和真空式
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