固控那些事兒——華揚(yáng)油氣
作者：西安華揚(yáng)油氣設(shè)備有限公司 發(fā)布日期：2020-04-27
固控設(shè)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(chǔ)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，以滿足鉆井工作的需要。
==固相的分類==
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(rùn)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(zhǎng)了鉆頭壽命
· 降低了鉆井液費(fèi)用?有利于鉆井液性能的維護(hù)
· 保證鉆井液在流變性控制、防塌能力，潤(rùn)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(jié)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，再通過機(jī)械破碎愈變愈細(xì)，表面積無限增大，最終導(dǎo)致一系列的問題。泥漿中小于1微米的膠體顆粒比大于1微米的粗顆粒對(duì)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題，都不惜花大量的錢研究制造各種固控設(shè)備。國(guó)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，都是朝著固相的控制方向發(fā)展前進(jìn)的。泥漿有最初的細(xì)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(jī)械法
采用固控設(shè)備清除有害固相
2.稀釋法(置換法)
稀釋法就使通過向鉆井液中加水或稀膠液，達(dá)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(jī)械法去掉。
固相控制設(shè)備
固相控制設(shè)備主要包括：沉砂池、振動(dòng)篩、除泥器、除砂器、離心機(jī)、清潔器。
==振動(dòng)篩==
振動(dòng)篩使用的好壞直接影響下一級(jí)固控設(shè)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(yīng)盡可能選擇使用細(xì)的篩網(wǎng)。性能先進(jìn)的振動(dòng)篩使用的最小篩網(wǎng)可達(dá)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)篩的類型:
普通橢圓篩、圓型振動(dòng)篩、直線振動(dòng)篩、均衡橢圓篩。
普通橢圓篩
普通橢圓篩又稱非均衡橢圓篩,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(zhǎng)，還會(huì)出現(xiàn)倒流。因此，它要求篩箱傾斜一個(gè)角度，利用重力強(qiáng)行排砂，以免砂粒有朝后拋擲的傾向。由此而來，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)上沒有堆積現(xiàn)象，相應(yīng)地可以加大處理量，但這類篩子上的固相顆粒拋射角是篩子加速度的函數(shù)，當(dāng)法向加速度為3~6倍重力加速度時(shí)，固相顆粒拋射角達(dá)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(yīng)地增大了砂粒的透篩率，對(duì)鉆井液的凈化不利。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，圓型振動(dòng)篩輸砂速度小，透砂率高，當(dāng)這種篩配用細(xì)目篩網(wǎng)時(shí)，又有處理量太小，篩網(wǎng)壽命太低等缺點(diǎn)。
直線振動(dòng)篩
直線振動(dòng)篩是由兩根帶偏心塊的主軸作同步反向旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生直線振動(dòng), 直線振動(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。
但是直線篩也有它的弱點(diǎn)，由于直線篩振動(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(即沿著振動(dòng)方向)，使得卡入的顆粒不易脫落，而出現(xiàn)“篩糊”現(xiàn)象，使得篩網(wǎng)的有效過流面積減小，造成處理量下降，而且當(dāng)篩網(wǎng)目數(shù)增大時(shí)，篩糊現(xiàn)象會(huì)更嚴(yán)重。因而，直線篩在使用超細(xì)目篩網(wǎng)時(shí)，就不可能滿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)展起來的一種新篩型，篩箱上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖,所有橢圓的運(yùn)動(dòng)軌跡的長(zhǎng)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(jié)合了圓型振動(dòng)篩和直線振動(dòng)篩的基本優(yōu)點(diǎn)，即橢圓“長(zhǎng)軸”是強(qiáng)化巖屑輸送的分量，而“短軸”可促使巖屑在篩面上粘成一團(tuán)的現(xiàn)象減少，消除部分巖屑堵塞篩孔的可能性。根據(jù)國(guó)外資料及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，在一般情況下，均衡橢圓篩的處理量較直線篩大20~30%，是一種比較先進(jìn)的鉆井液振動(dòng)篩，代表著當(dāng)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(xì)網(wǎng)目振動(dòng)篩組成。除砂器用來清除30~74μm的固相顆粒，除泥器用來清除l0~30μm的固相顆粒。旋流器中分粒度D50不但與旋流器的結(jié)構(gòu)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(xì)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(nèi)。除泥器因旋流錐筒多、管線長(zhǎng)，進(jìn)液壓力應(yīng)取較大值;除砂器因旋流錐筒少，管線短，進(jìn)液壓力應(yīng)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(yáng)程通常為40mH2O左右，排量能與除砂器和除泥器所標(biāo)定的處理量相等，即可滿足使用要求。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(dá)到匹配合理。
這兩種設(shè)備在使用時(shí)間上，無嚴(yán)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(xì)網(wǎng)目振動(dòng)篩，可直接使用除泥器來處理鉆井液，這對(duì)鉆井液的凈化質(zhì)量影響甚微，且非常經(jīng)濟(jì)。
==離心機(jī)==
離心機(jī)是離心分離設(shè)備，鉆井現(xiàn)場(chǎng)常用的是以固液密度差作為分離基礎(chǔ)的沉降離心機(jī)，主要用來清除鉆井液中2~10μm的固相物質(zhì)，是最后一級(jí)鉆井液固控設(shè)備。離心機(jī)的規(guī)格以鼓的長(zhǎng)度和最大直徑表示：有18×24英寸、14×22英寸、14×20英寸(直徑×長(zhǎng)度)等規(guī)格，也有以處理量來做為規(guī)格的，一般的國(guó)產(chǎn)離心機(jī)處理量為40方/小時(shí)或60方/小時(shí)。離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓以1500~3500轉(zhuǎn)/分(r/min)旋轉(zhuǎn)。螺旋輸送器一般以1:80的速差和轉(zhuǎn)鼓同向旋轉(zhuǎn)。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(yīng)用離心機(jī)處理加重鉆井液
在加重鉆井液中應(yīng)用離心機(jī)的首要目的是控制粘度。因?yàn)樵诟哒扯认?，鉆井速度較慢?？刂普扯鹊姆椒ㄊ菍⒁鹫扯仍黾拥某?xì)顆粒固相和膠體通過溢流分離出來，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(nèi)。
應(yīng)用離心機(jī)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(jī)通常是大處理量型離心機(jī)，每小時(shí)能處理23~45m3的液體，處理3~4t固相。離心機(jī)將鉆井液分離為溢液和底流兩部分。底流中含有大量無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的巨大效益，因此，用離心機(jī)來清除非加重鉆井液中的固相越來越普遍了。
==除氣器==
除氣器用來清除氣侵鉆井液中的氣體，其處理能力應(yīng)達(dá)到全流量處理。除氣器必須置于砂泵之前來處理鉆井液。因?yàn)殂@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(yán)重時(shí)會(huì)使砂泵無法工作或損壞。除氣器的功能有兩點(diǎn)：一是保證鉆井液性能相對(duì)穩(wěn)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：常壓式和真空式
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