1、 学习情境学习情境2 钻井液固相控制设备的使用和维护钻井液固相控制设备的使用和维护 任务1 振动筛的使用和维护 学习目标：1.会使用和维护振动筛 2.能够讲述振动筛的工作原理；3.能够说明钻井液进行固相控制的必要性。技能训练：一.工作程序 振动筛工作 振动器使筛架在一定的振击力下产生高频振动，当钻井液流过筛面时，直径大于筛孔的固相不能通过筛孔从筛布上滚下，而钻井液和小于筛孔的固相通过筛孔流下后继续参与钻井液循环。二.技术要求 振动筛常用筛布目数(目是指每英寸长度上的网孔数)为12目、16目、20目、40目、60目、80目等，现场使用最密的为200目。钻井时必须使用振动筛，筛布的目数可以根据钻井
2、需求合理选用，并且筛布要绷紧，及时更换，采用转筒式装置时应及时转动。基础知识基础知识：1.振动筛的结构 振动筛由筛架、筛网、激振器和减振器等部件组成，如图1-1所示 图1-1 振动筛的结构示意图 振动筛的主要特点(1)钻井液振动筛筛分的介质是液体，废弃的是固相颗粒。(2)它所筛分的钻井液是一种物化性能变化很大的液相、固相和化学处理剂组成的混合物。(3)它所分离的固相颗粒的粒度由几个微米到20多毫米。由于要求筛下物越细越好，因此筛网使用的最大目数目前已达到325目。(4)要求钻井液振动筛具有极好的运移性、安装简单、筛网更换方便、操作粗放、工作可靠、易损件少等特点。(5)钻井岩屑在筛面上的筛分过程
3、远比干物粒复杂。由于钻井液粘度的影响，同时也由于钻屑吸附了一层水膜，这些固相颗粒透过筛孔的难度加大，使筛下物粒度远小于筛孔尺寸。振动筛类型(1)按筛箱上的运动轨迹分 圆形轨迹筛、直线轨迹筛、椭圆轨迹筛。(2)按筛网绷紧方式分纵向绷紧筛和横向绷紧筛。(3)按筛分层数分单层筛和双层筛。(4)按筛面倾角分水平筛和倾斜筛。(5)按振动方式分惯性振动筛、惯性共振筛、弹性连杆式共振筛、电磁振动筛等。2.振动筛的作用振动筛的作用 振动筛是一种过滤性的机械分离设备。它通过机械振动将粒径大于网孔的固体和通过颗粒间的粘附作用将部分粒径小于网孔的固体筛离出来。从井口返出的钻井液流经振动着的筛网表面时，固相从筛网尾部
4、排出，含有粒径小于网孔固相的钻井液透过筛网流入循环系统，从而完成对较粗固相颗粒的分离作用振动筛具有最先、最快分离钻井液固相的特点，担负着清除大量钻屑的任务。如果振动筛发生故障，其他固控设备(除砂器、除泥器、离心机等)都会因超载而不能正常、连续地工作。因此，振动筛是钻井液固控的关键设备。工作原理 振动筛是泥浆净化系统的核心设备，振动筛是根据筛面产生直线运动轨迹的振动理论设计而成的。利用两台等质径积的振动电机，根据自同步原理，实现了筛箱沿一定方向的直线运动，达到了筛除并排出钻井液中岩屑颗粒的目的。振动筛可根据客户实际工况设计制造适合石油钻井液净化的双联或三联筛，也可作为泥浆清洁器的底流振动筛使用。
5、3.振动筛的选用和组合振动筛的选用和组合 振动筛能够清除固相颗粒的大小，依赖于网孔的尺寸及形状。现场资料表明，使用12目粗筛网最多只能清除钻井液中固相的10。为了使更多、更细的钻屑得以清除，应使用80120目的细筛网。然而，这又会产生以下新的问题：细筛网的网孔面积小于常规筛网，从而减小了处理量；所用的细钢丝强度较低，因而使用寿命较常规筛网短；当高粘度钻井液通过细筛网时，网孔易被堵塞，甚至完全糊住，即出现所谓“桥糊”现象。为了提高筛网的寿命和抗堵塞能力，现场还经常使用将两层或三层筛网重叠在一起的叠层筛网，其中低层的粗筛网起支撑作用。此外，还有层与层之间有一定空间距离的双层或多层筛网。一般上层用粗
6、筛网，下层用细筛网。上层粗筛网清除粗固相，可减轻下层细筛网的负担，以便更有效地清除较细固相。其缺点是下层筛网的清洗、维护保养和更换较困难。由于筛网越细，越易被堵，因此细网振动筛的振幅高于常规振动筛。通过高振幅的强力振动，可以减轻堵塞程度和避免“桥糊”现象的发生在选用振动筛时，除根据固相粒度分布选择适合的筛网外，还应考虑的另一重要因素是筛网的许可处理量。振动筛的处理能力应能适应钻井过程中的最大排量。影响振动筛处理量的因素，除其自身的运动参数之外，还有钻井液类型、密度、粘度、固相粒度分布与含量以及网孔尺寸等。筛网越细，钻井液粘度越高，则处理量越小。一般情况下，粘度每增加10，处理量降低2左右。为了
7、满足大排量的要求，有时需要2或3台振动筛并联使用。问题探究：1.振动筛常见的故障有哪些？如何进行维护2.在钻进过程中，为什么要进行固相含量的控制？1）钻井液固相含量对钻速的影响：钻速随固相含量的升高而下降 设清水时钻速为100，则固相含量升至7，钻速下降为50，即降为清水时钻速的一半。由大量的统计资料表明，固相含量在7以内，每降低1，钻速至少可以提高10。在不同的固相含量范围内，钻速随固相含量的降低而升高的幅度不同 钻井液固相含量在7(约相当于密度为1.08 g/cm3)以下时，钻速提高得很快；而超过7时，降低固相含量对提高钻逮的效果不明显。钻井液中粒径小于1m的胶体颗粒对钻速的影响最大 由实
8、验得出，粒径小于1 m的胶体颗粒比粒径大于I岬的粗颗粒对钻速的影响大12倍。所以，钻井液中粒径小于1 m的胶体颗粒越多，钻速下降的幅度越大。2）钻井液中固相含量高，会产生以下危害：使钻井液密度升高，降低机械钻速，缩短钻头使用寿命。滤饼增厚，且质地松散，摩擦系数高，导致起下钻遇阻遇卡，易引起粘附卡钻；另外，滤失量增大，可造成井壁膨胀、缩径、剥落、坍塌等；再者，滤饼渗透性大，滤失量大，可降低油层渗透率和原油生产能力；固相高，滤饼厚，还可能影响固井质量。含砂量高，严重磨损钻头、钻具和机械设备，使钻井不能顺利进行。钻井液性能不稳定，粘度、切力升高，流动性不好易发生粘土侵和化学污染。砂样混杂，电测不顺利
9、，测井资料不准确。处理频繁，使钻井液成本升高。所以必须及时清除钻井液中的岩屑、砂粒和劣质粘土等有害固相；使钻井液中膨润土和重晶石等有用固相含量维持在所要求的范围内；从钻井液中分离膨润土和重晶石。拓展知识:振动筛安装使用时需要注意哪些事项？(1)振动筛安装必须底座四角垫实，进液端高于排液端。保证筛子平稳震动。(2)接电源前，首先将四个弹簧座上面固定筛箱的螺栓卸掉，妥善保管，下次再用。(3)使用前，要检查固定电机的每条螺栓是否松动，用公斤扳手按标准紧固。使用2-4小时，要停机检查紧固。(4)电源线要连接准确，保证电机正转。使用时电机转向必须与护罩上箭头方向一直，否则不除砂。按规定时间正确保养电机。
10、(5)安装筛网时，必须标准、准确。(6)不用振动筛时，应及时用清水清洗筛网，清洗干净镶嵌在筛孔中的砂粒。(7)搬家安装过程中，严禁脚踏、砸压筛网，不得在筛网上放杂物。吊装运输前，必须用压板四点固定筛箱。保证筛箱牢固。(8)安装筛布时，要平稳紧固，延长筛布的使用寿命和筛子的除砂效果。(9)使用时，皮带张紧适度，以不打滑和不产生剧烈跳动为宜。停机时，应随时检查皮带的张紧程度，应随时调整。(10)拆卸电机和皮带轮应严格按照操作规程操作，否则会损坏配件。(11)导流槽内的砂子应经常清理，否则会影响导流槽内开关的使用。(12)使用前，调整两边升降器必须相同高度，否则筛箱震动不平稳，损坏筛子。（13）冬天
11、不使用振动筛时要保证筛箱不冻，使用前要先对筛箱预热后，确保筛箱不冻，再使用。（14）冬天在起钻停止使用振动筛前，要把导流槽内的泥浆全部排掉，防止堵冻振动筛进液口。任务任务2 旋流器的使用和维护旋流器的使用和维护 会使用、维护和调节旋流器会使用、维护和调节旋流器 能够解释旋流器的工作原理能够解释旋流器的工作原理 会计算泵排量和循环周会计算泵排量和循环周旋流器的类型 旋流器按其直径不同，可分为除砂器、除泥器和微型旋流器三种类型。除砂器：通常将直径为150300mm的旋流器称为除砂器。除泥器：通常将直径为100150 mm的旋流器称为除泥器。微型旋流器：通常将直径为50mm的旋流器称为微型旋流器。一
12、、除砂器、除泥机器工作程序一、除砂器、除泥机器工作程序除砂器和除泥器的工作除砂器和除泥器的工作程序基本一样，钻井液程序基本一样，钻井液从锥体一侧的进液口切从锥体一侧的进液口切入，在锥体液腔内旋转，入，在锥体液腔内旋转，岩屑沿锥体内壁从底流岩屑沿锥体内壁从底流口排出，处理后钻井液口排出，处理后钻井液由柱体上方的溢流口排由柱体上方的溢流口排出。出。二、技术要求二、技术要求应按固相颗粒的尺寸范围确定两者的尺寸，再按处应按固相颗粒的尺寸范围确定两者的尺寸，再按处理量确定使用数量。处理量可按泵排量计算，一般理量确定使用数量。处理量可按泵排量计算，一般为泵排量的为泵排量的1.5倍左右。倍左右。钻井液进口压
13、力应保持在规定的范围内，处理前后钻井液进口压力应保持在规定的范围内，处理前后钻井液密度差大于钻井液密度差大于0.02g/cm3，底流密度大于，底流密度大于1.70g/cm3。进入除砂器的钻井液必须经振动筛处。进入除砂器的钻井液必须经振动筛处理，同样，进入除泥器的钻井液也必须经振动筛、理，同样，进入除泥器的钻井液也必须经振动筛、除砂器处理。除砂器处理。加重的钻井液只能使用振动筛、除砂器处理。加重的钻井液只能使用振动筛、除砂器处理。操作步骤操作步骤(1)用合适的泵向旋流器用合适的泵向旋流器中注入清水中注入清水(2)把低流尖嘴全部放开把低流尖嘴全部放开(3)逐渐调小尖嘴尺寸逐渐调小尖嘴尺寸(4)在钻
14、井过程中，根据在钻井过程中，根据实际情况不断地按上述实际情况不断地按上述方法调整旋流器方法调整旋流器技术要求技术要求旋流器工作压力为0.150.25 MPa。全部敞开时应有一些水以帘状喷洒的形式漏出来。尖嘴从小到大的调节过程中，到只有慢速底流从排泄口排出为止，此点为正常平衡点。避免引起“平滩”或“干底”效应的过分调整，否则会造成严重的底流开口堵塞和过分的下部磨损。钻进中出现“绳状”或“串状”排泄，应放大尖嘴尺寸，直到呈伞状为止。当过量负荷消失后再平衡操作。旋流器的结构旋流器的结构钻井液固相控制的旋流器是一钻井液固相控制的旋流器是一种带有圆柱部分的立式锥种带有圆柱部分的立式锥形容器，其结构如图形
15、容器，其结构如图l-2所所示。锥体上部的圆柱部分示。锥体上部的圆柱部分为进浆室，其内径即旋流为进浆室，其内径即旋流器的规格尺寸，侧部有一器的规格尺寸，侧部有一切向进浆口；顶部中心有切向进浆口；顶部中心有一涡流导管，构成溢流口。一涡流导管，构成溢流口。壳体下部呈圆锥形，锥角壳体下部呈圆锥形，锥角1520。底部的开口称为。底部的开口称为底流口，其口径大小是可底流口，其口径大小是可调的调的。图图1-21-2旋流器的结构示意图旋流器的结构示意图 在压力作用下，含有固体颗粒的钻井液由进在压力作用下，含有固体颗粒的钻井液由进浆口沿切线方向进入旋流器。在高速旋转过浆口沿切线方向进入旋流器。在高速旋转过程中，
16、较大较重的颗粒在离心力作用下被甩程中，较大较重的颗粒在离心力作用下被甩向器壁，沿壳体螺旋下降，由底流口排出；向器壁，沿壳体螺旋下降，由底流口排出；而夹带细颗粒的旋流液在接近底部时会改变而夹带细颗粒的旋流液在接近底部时会改变方向，形成内螺旋向上运动，经溢流口排出。方向，形成内螺旋向上运动，经溢流口排出。这样，在旋流器内就同时存在着两股呈螺旋这样，在旋流器内就同时存在着两股呈螺旋流动的流体，一股是含有大量粗颗粒的液流流动的流体，一股是含有大量粗颗粒的液流向下做螺旋运动，另一股是携带较细颗粒连向下做螺旋运动，另一股是携带较细颗粒连同中间的空气柱一起向上做螺旋运动。同中间的空气柱一起向上做螺旋运动。旋
17、流器的分离能力衡量旋流器的分离能力与旋流器的尺寸有关，直径越旋流器的分离能力与旋流器的尺寸有关，直径越小，分离的颗粒也越小。小，分离的颗粒也越小。旋流器直径mm5075100150200可分离的固相颗粒直径/m4l0730104015523264如果某一尺寸的颗粒在流经旋流器之后有50从底流口被清除，其余50从溢流口排出后又回到钻井液循环系统，那么该尺寸就称为这种旋流器的50分离点，简称分离点(Cut Point)现场使用情况表明，某一尺寸现场使用情况表明，某一尺寸的旋流器，其分离点并不的旋流器，其分离点并不是一个常数，而是随着钻是一个常数，而是随着钻井液的粘度、固相含量以井液的粘度、固相含量
18、以及输入压力等因素的变化及输入压力等因素的变化而变化。一般来讲，钻井而变化。一般来讲，钻井液的粘度和固相含量越低，液的粘度和固相含量越低，输入压力越高，则分离点输入压力越高，则分离点越低，分离效果越好越低，分离效果越好。旋流器直径/mm 300 150 100 75 分离点/m 6570 3034 1618 1113 泵排量计算泵排量计算 泵排量的计算公式：泵排量的计算公式：（1-11-1）nKQ 式中：式中：QQ钻井泵排量，钻井泵排量，L/sL/s；nn冲速，冲冲速，冲/分钟；分钟；K K排量系数，各类泵的排量系数，各类泵的K K值可通过查表得出。值可通过查表得出。例题某井使用3NB-900
19、泵双泵钻进。其中1#泵缸套150mm,2#泵缸套130mm，两泵均为每分钟55冲，求循环排量？（查表150mm缸 套K为0.283，130mm缸套K为0.212）Q=n*K=n*(K1+K2)=55*(0.283+0.212)=27.23(l/s)循环周计算循环周计算 公式：公式：（1-21-2）QVT60柱地井VVVV其中：其中：式中式中:T:T钻井液循环一周需要的时间，钻井液循环一周需要的时间，minmin；Q Q泵排量，泵排量，L Ls s；V V地地地面循环钻井液体积，地面循环钻井液体积，L L；V V井井井眼容积，井眼容积，L L；V V柱柱钻柱体积，钻柱体积，L L。例题问题探究问
20、题探究 旋流器常见的故障有哪些？如何进行维护？旋流器常见的故障有哪些？如何进行维护？故障故障维维 护护进料口压力太低进料口压力太低a.检查砂泵吸人管是否有砂粒堆积并清理检查砂泵吸人管是否有砂粒堆积并清理b.检查轴承密封套是否有空气漏人泵，并上紧检查轴承密封套是否有空气漏人泵，并上紧没有底流或底流很少没有底流或底流很少a.尖嘴堵塞，可卸掉顶部阀门加以清洗尖嘴堵塞，可卸掉顶部阀门加以清洗b.溢流阀内有真空，可在溢流管线中安装一个真空调节溢流阀内有真空，可在溢流管线中安装一个真空调节器器c.顶部阀门太小，应适当开大顶部阀门太小，应适当开大底流底流“绳状绳状”或或“串状串状”排排列列a.顶部阀门太小，
21、应适当开大顶部阀门太小，应适当开大b.进口压力太低，检查砂泵进口压力太低，检查砂泵c.钻井液粘度太大，适当降低粘度钻井液粘度太大，适当降低粘度底流密度接近进口钻井液密底流密度接近进口钻井液密度度尖嘴太小，关小顶部阀门尖嘴太小，关小顶部阀门表表1-31-3旋流器常见故障及维护方法旋流器常见故障及维护方法 任务任务3离心机的使用和维护离心机的使用和维护 1.能够进行离心机操作前的检查能够进行离心机操作前的检查 2.会进行离心机的启停操作会进行离心机的启停操作 3.能够解释离心机的工作原理能够解释离心机的工作原理 4.能够说明离心机的应用情况能够说明离心机的应用情况旋转体周围无影响主机运转的物体。旋
22、转体周围无影响主机运转的物体。三角皮带张紧情况及各护罩紧固有无松动现象。三角皮带张紧情况及各护罩紧固有无松动现象。用手转动主电机三角皮带，要求转离心机两圈，手转动用手转动主电机三角皮带，要求转离心机两圈，手转动时是否有卡现象，手感若有阻力，应检查主机找出原因。时是否有卡现象，手感若有阻力，应检查主机找出原因。检查进浆管分流阀是否打开，必须在启动时分流阀在全检查进浆管分流阀是否打开，必须在启动时分流阀在全开位置。开位置。检查清水源是否有水，以便粘度在太高时可以加检查清水源是否有水，以便粘度在太高时可以加5%-8%的水，有助分离效果及使用完时的清洗。的水，有助分离效果及使用完时的清洗。如果长时间没
23、有使用，使用前应检查离心机双行性差速如果长时间没有使用，使用前应检查离心机双行性差速器的机械油是否充足，打开螺丝堵应看到油流出，若不足可器的机械油是否充足，打开螺丝堵应看到油流出，若不足可补充补充30#机械油。机械油。首先合上电源总开关及泵的电源开关。首先合上电源总开关及泵的电源开关。先启动辅驱动电机，等待运行平稳无其他杂音先启动辅驱动电机，等待运行平稳无其他杂音30s后可以启动主驱动电机，观察运转情况是否正后可以启动主驱动电机，观察运转情况是否正常（若有异常首先停主驱动电机，后停辅驱动电常（若有异常首先停主驱动电机，后停辅驱动电机）。机）。主、辅机运转正常后，打开进液管的分流阀，主、辅机运转
24、正常后，打开进液管的分流阀，启动供液泵，根据工作情况，调节分流阀的分流量启动供液泵，根据工作情况，调节分流阀的分流量增减进浆量。增减进浆量。关闭供液泵电源，停止供液，关闭分流阀和供关闭供液泵电源，停止供液，关闭分流阀和供液阀。液阀。打开清水闸门向机内供水清洗，持续打开清水闸门向机内供水清洗，持续5分钟停分钟停机（先停主机，再停辅机）。停机期间，清水继续机（先停主机，再停辅机）。停机期间，清水继续注入机内注入机内3分钟左右再开机运转，重复上述过程分钟左右再开机运转，重复上述过程2-3次，彻底清除内腔杂物。次，彻底清除内腔杂物。内腔清洗干净后，按程序断开电源，关闭清水内腔清洗干净后，按程序断开电源
25、，关闭清水阀门打开上盖，用水清洗护罩内壁，其四周保证无阀门打开上盖，用水清洗护罩内壁，其四周保证无沉砂。沉砂。关闭上盖。关闭上盖。离心机的工作程序离心机的工作程序 钻井液从内转筒一端的引出管进入内转筒，钻井液从内转筒一端的引出管进入内转筒，在高转速下产生的离心力将钻井液中较重、在高转速下产生的离心力将钻井液中较重、较粗的固体颗粒由内转筒上的孔甩到外转筒较粗的固体颗粒由内转筒上的孔甩到外转筒内壁，再被螺旋叶片推到外转筒一端的排料内壁，再被螺旋叶片推到外转筒一端的排料孔排出。净化了的钻井液从外转筒另一端的孔排出。净化了的钻井液从外转筒另一端的排液口排出继续进入循环。排液口排出继续进入循环。用于钻井
26、液固控的主要是倾注式离心机，又称沉降式离心机，其核心部件有滚筒、螺旋输送器和变速器。其结构如图l-1所示图图1-1 1-1 离心机结构示意图离心机结构示意图 l-分离后的钻井液出口；2-钻井液进口；3-溢流口；4-溢流液体；5-外壳旋转产生极高的离心力；6-泥浆池液面由掏节出口束控制；7-槽；8-与外壳同方向旋转但较外壳转速略低的输送器；9-泥饼：10-干湿区过渡带；11-底流口 离心机工作时，钻井液离心机工作时，钻井液通过一固定的进浆管进通过一固定的进浆管进入离心机，然后在输送入离心机，然后在输送器轴筒上被加速，并通器轴筒上被加速，并通过在轴筒上开的进浆孔过在轴筒上开的进浆孔流入滚筒内。由于
27、滚筒流入滚筒内。由于滚筒的转速极高，在离心力的转速极高，在离心力作用下，密度或体积较作用下，密度或体积较大的颗粒被甩向滚筒内大的颗粒被甩向滚筒内壁，使固液两相发生分壁，使固液两相发生分离。离。离心机可用于处理加重钻井液以回收重晶石离心机可用于处理加重钻井液以回收重晶石和清除细小的钻屑颗粒。使用离心机的好处和清除细小的钻屑颗粒。使用离心机的好处是：既降低了加重钻井液中低密度固相的含是：既降低了加重钻井液中低密度固相的含量，使粘度、切力得到有效的控制，又可大量，使粘度、切力得到有效的控制，又可大大地减少重晶石的补充量，从而降低钻井液大地减少重晶石的补充量，从而降低钻井液的成本。具体做法是：钻井液用
28、离心机处理的成本。具体做法是：钻井液用离心机处理后，将底流的固相颗粒回收，而将溢流的流后，将底流的固相颗粒回收，而将溢流的流体体(主要包含低密度固体主要包含低密度固体)丢弃。丢弃。如何提高离心机的分离效率如何提高离心机的分离效率为了提高离心机的分离效率，一般需对输入离心机的钻井液用为了提高离心机的分离效率，一般需对输入离心机的钻井液用水适当稀释，以使钻井液的漏斗粘度降至水适当稀释，以使钻井液的漏斗粘度降至3438 s范围内为范围内为宜，稀释水的加入速度为宜，稀释水的加入速度为0.380.5 L/s。离心机的转速对分。离心机的转速对分离颗粒粒度也有很大影响。例如，处理量为离颗粒粒度也有很大影响。例如，处理量为21.6m3/h的离的离心机，当工作转速为心机，当工作转速为3250 r/min时，对水基钻井液可分离重时，对水基钻井液可分离重晶石至晶石至2m，钻屑至，钻屑至3m；当工作转速为；当工作转速为2 500 r/min时，可分时，可分离重晶石至离重晶石至6 m，钻屑至，钻屑至9m。根据斯托克斯定律，重晶石颗。根据斯托克斯定律，重晶石颗粒可与粒可与1.5倍于其粒径的低密度固体颗粒同时沉降。在使用倍于其粒径的低密度固体颗粒同时沉降。在使用离心机时，应注意选择合适的转速和处理量，以取得预期效离心机时，应注意选择合适的转速和处理量，以取得预期效果。果。
