1、 1.1 1.1 鉆井液固相控制循環系統鉆井液固相控制循環系統 鉆井液，是鉆井過程中使用的循環的流體，是液體、固體和化學處理劑的混合物。鉆井液的循鉆井液，是鉆井過程中使用的循環的流體，是液體、固體和化學處理劑的混合物。鉆井液的循環，是鉆井液經鉆井泵加壓獲得水壓頭后，通過高壓管匯、水龍頭輸送到鉆桿內腔，沿鉆桿內腔流環，是鉆井液經鉆井泵加壓獲得水壓頭后，通過高壓管匯、水龍頭輸送到鉆桿內腔，沿鉆桿內腔流到地下，從鉆頭噴嘴噴射出來，將鉆頭在地層下破碎的巖屑沿鉆桿外的環形空間帶回地面，經過振到地下，從鉆頭噴嘴噴射出來，將鉆頭在地層下破碎的巖屑沿鉆桿外的環形空間帶回地面，經過振動篩、除砂器、除泥器和離心機

2、等凈化設備將鉆井液中的巖屑按從大到小的順序逐級分離得以凈化動篩、除砂器、除泥器和離心機等凈化設備將鉆井液中的巖屑按從大到小的順序逐級分離得以凈化，凈化后的鉆井液流入鉆井液罐待鉆井泵吸取再循環。在此過程中隨鉆頭打鉆深度增加，地層疏松，凈化后的鉆井液流入鉆井液罐待鉆井泵吸取再循環。在此過程中隨鉆頭打鉆深度增加，地層疏松程度、氣體分布、巖石堅硬狀況、等復雜的地層情況隨時發生變化，需要及時向鉆井液增加一些改程度、氣體分布、巖石堅硬狀況、等復雜的地層情況隨時發生變化，需要及時向鉆井液增加一些改變性能的材料如堵漏劑、重晶石粉等），改變鉆井液的性能參數，積極應對地層變化，保證鉆進變性能的材料如堵漏劑、重晶石

3、粉等），改變鉆井液的性能參數，積極應對地層變化，保證鉆進的安全順利的進行。所以，需要一套完整的設備和檢測儀器：如鉆井液罐、振動篩、除砂器、除泥的安全順利的進行。所以，需要一套完整的設備和檢測儀器：如鉆井液罐、振動篩、除砂器、除泥器、除氣器、離心機、混合漏斗、離心泵、攪拌器、液位檢測儀、密度計、粘度計等，這些設備和器、除氣器、離心機、混合漏斗、離心泵、攪拌器、液位檢測儀、密度計、粘度計等，這些設備和儀器以一定的方式聯合使用，對循環中的鉆井液在地面的鉆井液罐上進行凈化、化學藥劑材料的添儀器以一定的方式聯合使用，對循環中的鉆井液在地面的鉆井液罐上進行凈化、化學藥劑材料的添加和檢測，形成鉆井液固相控制

4、和循環系統。加和檢測，形成鉆井液固相控制和循環系統。1.2 鉆井液功能及作用鉆井液功能及作用 1 冷卻和潤滑鉆具。冷卻和潤滑鉆具。 2 清洗井底，攜帶巖屑，并能在地面沉除巖屑和砂子。清洗井底，攜帶巖屑，并能在地面沉除巖屑和砂子。 3 在井壁形成堅固的非滲透性的泥餅，保護井壁。在井壁形成堅固的非滲透性的泥餅，保護井壁。 4 停止循環時懸浮巖屑和加重劑。停止循環時懸浮巖屑和加重劑。 5 幫助錄井提取所鉆地層的資料。幫助錄井提取所鉆地層的資料。 6 抑制地層壓力，在鉆井過程中防止井噴、井漏抑制地層壓力，在鉆井過程中防止井噴、井漏 井塌和卡鉆等事故。井塌和卡鉆等事故。 7將水馬力傳送到鉆頭。將水馬力傳

5、送到鉆頭。 8 承受鉆桿和套管的重量。承受鉆桿和套管的重量。 9 發現和保護油層。發現和保護油層。 10 保護和防止鉆桿受腐蝕。保護和防止鉆桿受腐蝕。 鉆井液固相控制的方法通常有四種：即稀釋、交換、機械清除和沉淀。大多數以機械清除最有鉆井液固相控制的方法通常有四種：即稀釋、交換、機械清除和沉淀。大多數以機械清除最有效、最經濟的固相控制方法。效、最經濟的固相控制方法。 國內外統稱鉆井液未國內外統稱鉆井液未“泥漿泥漿”。鉆井過程中，從井底返回地面的泥漿中含有大量的巖屑和砂粒，。鉆井過程中，從井底返回地面的泥漿中含有大量的巖屑和砂粒，經過泥漿池的自然沉降，因泥漿的粘度和比重較大，其中的固相顆粒只能稍

6、稍的減少，繼續使用這經過泥漿池的自然沉降，因泥漿的粘度和比重較大，其中的固相顆粒只能稍稍的減少，繼續使用這種泥漿，必然會有一些巖屑和砂粒隨泥漿進入泥漿泵，被再次送入井底，造成泥漿泵易損件和鉆頭種泥漿，必然會有一些巖屑和砂粒隨泥漿進入泥漿泵，被再次送入井底，造成泥漿泵易損件和鉆頭壽命的大大縮短，鉆頭進尺減少，鉆速降低，大量的巖屑和砂粒破壞了泥漿的造壁性能，甚至造成壽命的大大縮短，鉆頭進尺減少，鉆速降低，大量的巖屑和砂粒破壞了泥漿的造壁性能，甚至造成井塌、卡鉆等事故。因此，采用振動篩、除砂器、除泥器等泥漿凈化設備進行機械分離，盡可能降井塌、卡鉆等事故。因此，采用振動篩、除砂器、除泥器等泥漿凈化設備

7、進行機械分離，盡可能降低泥漿中的固相含量，清除掉巖屑顆粒等有害成份，最大程度回收重晶石、粘土、膠體等有用成份低泥漿中的固相含量，清除掉巖屑顆粒等有害成份，最大程度回收重晶石、粘土、膠體等有用成份。使泥漿凈化，對于改善泥漿泵、鉆頭、鉆具工作條件具有十分重要的意義。使泥漿凈化，對于改善泥漿泵、鉆頭、鉆具工作條件具有十分重要的意義。 鉆井實踐表明，當泥漿中固相顆粒減少鉆井實踐表明，當泥漿中固相顆粒減少1%時，鉆頭的壽命延長時，鉆頭的壽命延長710%，鉆速提高，鉆速提高29%。井口泥漿泵振動篩除砂器除泥器離心機混漿系統 從井筒中返回的鉆井液經溢流管進入振動篩，篩除較大的固相顆粒。篩分后的鉆井液匯集于振

8、動篩罐的錐形沉砂倉，依次流入除氣倉、除砂倉、除泥倉和離心機倉。 在除氣倉，當鉆井液遭氣侵性能改變時，需啟動除氣器將除氣倉內的含氣鉆井液進行脫氣處理，處理后再排入除砂倉。若鉆井液性能良好，沒有氣侵，不必進行除氣處理，錐形倉的鉆井液直接流入除砂倉。 在除砂倉，除砂器供液泵吸取鉆井液供給除砂器，經過除砂器將鉆井液中大于44 74m的固相顆粒清除，除砂后的鉆井液排入除泥倉。 在除泥倉，除泥器供液泵吸取鉆井液供給除泥器，經過除泥器將鉆井液中大于1544m的固相顆粒清除，除泥后的鉆井液排入離心機倉。 在離心機倉，離心機供液泵吸取鉆井液供給離心機，經過離心機將鉆井液中大于215m的固相顆粒清除后排入吸入罐或

9、儲備罐，這樣就完成了鉆井液四級凈化工藝。 完成凈化的鉆井液流入吸入罐、中間罐、混漿罐和儲備罐。兩臺鉆井泵通過鉆井液吸入管匯可分別從吸入罐、中間罐、混漿罐和儲備罐中吸取鉆井液打入井筒。類型： 按篩箱的振動軌跡分為圓形軌跡圓振篩、直線 形軌跡直線篩、橢圓形軌跡橢圓篩。性能參數： 1 投擲指數D 巖屑加速度垂直于篩面分量與重力加速度垂直于篩面分量之比。投擲D指數綜合了顆粒跳離篩面的投擲角、振幅、頻率和篩面傾角的關系。（一般在4至6之間） 2 處理量l/s） 單位時間透過篩面的鉆井 液體積。 在鉆井過程中，由于地層壓力較高，氣體被溶解在鉆井液中，當在鉆井過程中，由于地層壓力較高，氣體被溶解在鉆井液中，

10、當鉆井液返回地面，壓力減小，被溶解的氣體膨脹為大小不等的氣泡鉆井液返回地面，壓力減小，被溶解的氣體膨脹為大小不等的氣泡存在于鉆井液中這種含有氣體的鉆井液稱為氣侵鉆井液。存在于鉆井液中這種含有氣體的鉆井液稱為氣侵鉆井液。2.3.1 氣侵鉆井液的危害：氣侵鉆井液的危害：1 鉆井液被天然氣或空氣侵入后，密度降低，粘度升高。井筒環鉆井液被天然氣或空氣侵入后，密度降低，粘度升高。井筒環空鉆井液密度降低，導致靜液柱壓力減小低于地層壓力），有可空鉆井液密度降低，導致靜液柱壓力減小低于地層壓力），有可能引起井噴、井塌等惡性事故。能引起井噴、井塌等惡性事故。2 使砂泵、泥漿泵吸入不良，戎機效率降低，不能正常工作

11、，引使砂泵、泥漿泵吸入不良，戎機效率降低，不能正常工作，引起設備振動。起設備振動。3 部分有害氣體如部分有害氣體如H2S溢出鉆井液，引起操作工人中毒，也溢出鉆井液，引起操作工人中毒，也可能引起火災。可能引起火災。4 鉆井液氣侵后，粘度變大，使機械鉆速降低。鉆井液氣侵后，粘度變大，使機械鉆速降低。因此，使用除氣器對氣侵鉆井液進行除氣，恢復鉆井液密度和粘因此，使用除氣器對氣侵鉆井液進行除氣，恢復鉆井液密度和粘度。度。2.3.1 組成結構組成結構derrick Flo1200真空除真空除氣器由罐體、真空泵、氣器由罐體、真空泵、電控箱、噴管和砂泵等電控箱、噴管和砂泵等組成。組成。 一般情況下，當鉆井液

12、中的氣泡直徑大于一般情況下，當鉆井液中的氣泡直徑大于4mm時，能在浮力作時，能在浮力作用下很快溢出表面而破裂，直徑小于用下很快溢出表面而破裂，直徑小于1mm的氣泡被包在鉆井液中，的氣泡被包在鉆井液中，出現鉆井液密度下降、粘度升高的氣侵現象。利用真空泵使除氣罐出現鉆井液密度下降、粘度升高的氣侵現象。利用真空泵使除氣罐形成一定真空度，循環罐中氣侵的鉆井液，在真空所造成的壓差作形成一定真空度，循環罐中氣侵的鉆井液，在真空所造成的壓差作用下被吸入除氣罐內。在真空環境下，使鉆井液表面的壓力低于大用下被吸入除氣罐內。在真空環境下，使鉆井液表面的壓力低于大氣壓，從而降低了小氣泡升至表面所受的壓力，較迅速升至

13、液面破氣壓，從而降低了小氣泡升至表面所受的壓力，較迅速升至液面破裂而被排出。裂而被排出。 2.3.2 除氣器工作原理除氣器工作原理 1 ) 鉆井液以較大的速度撞擊葉片和罐壁，使鉆井液中的氣體鉆井液以較大的速度撞擊葉片和罐壁，使鉆井液中的氣體破碎釋放；破碎釋放； 2 ) 降低內壓，是鉆井液迅速流入氣罐薄片；降低內壓使真降低內壓，是鉆井液迅速流入氣罐薄片；降低內壓使真空使鉆井液氣泡變大，因此氣泡更容易從泥漿中分離出來。空使鉆井液氣泡變大，因此氣泡更容易從泥漿中分離出來。 3 ) 鉆井液薄層流過表面，流動阻力可能產生紊流，將這些氣鉆井液薄層流過表面，流動阻力可能產生紊流，將這些氣泡帶到表面從而分離。

14、泡帶到表面從而分離。除砂清潔器和除泥清潔器是水力旋流器與振動篩除砂清潔器和除泥清潔器是水力旋流器與振動篩的組合，因為除砂器底留物中含有較多的水分和的組合，因為除砂器底留物中含有較多的水分和比重較大如重晶石等有益的固相顆粒，通過比重較大如重晶石等有益的固相顆粒，通過其細目振動篩加以回收。其細目振動篩加以回收。 除砂器、除泥器和微型旋流器統稱水力旋流器。除砂器、除泥器和微型旋流器統稱水力旋流器。 進口管溢流口排砂口水力旋流器規格水力旋流器規格300250250150125100 50定定 名名 除砂器除砂器 除泥器除泥器微型旋流器微型旋流器錐體角度錐體角度（度）（度） 2035 20 10處理量處

15、理量m3/h12010030201510 5分離粒度分離粒度m 44 74 15 44 5 10 離心沉淀原理是水力旋流器的基本工作原理。懸浮在鉆井液中的固相顆粒隨鉆井液在壓力作用下，從旋流器蝸殼進液口切向高速流入圓柱蝸殼內壁，高速旋轉的鉆井液繞錐筒中心旋轉產生極大的離心力。由于鉆井液的液體和固相顆粒存在著密度差，使固相顆粒分離出來而靠近錐壁，并在重力作用下向錐筒底部旋流，從底流口排出，密度較小的鉆井液在旋流器中心高速旋轉，同時隨著固相顆粒沿錐筒壁下移至底部，錐筒底部壓力越大，旋流器中心的鉆井液不能從底部流出，在底部壓力作用下從頂部的溢流口流出。進液口底流口溢流口 離心機實現固液分離主要由旋轉

16、分離機構完成。從圖可知，本機有兩個旋轉總成：轉鼓7和螺旋推料器4。主電機經三角膠帶和主帶輪2拖動轉鼓高速旋轉；與其相聯的差速器殼體和差速器輸入軸的旋轉運動由輔電機拖動經過行星齒輪傳動的差速器合成一個新的轉速傳給螺旋推料器，使推料器獲得一個滯后轉鼓的差轉速，于是轉鼓與螺旋推料器構成了一副具有微小差轉速、同向高速旋轉的分離輸送機構。 當鉆井液從進料管1被連續送入機內時，經加速從進料孔進入轉鼓內，在比重力大幾百甚至上千倍的離心力作用下，轉鼓內形成一環形液池，固相顆粒沉降到轉鼓內壁形成沉渣，由于螺旋葉片與轉鼓的相對運動，沉渣被推動到轉鼓的小端從排渣孔12排出。內環被澄清的液相則通過螺旋形通道經溢流管1

17、1排出，從而實現固液相連續分離的生產過程。注：被分離的物料在離心場中所受的離心力與它在重力場中所受到的重力的比值，稱為注：被分離的物料在離心場中所受的離心力與它在重力場中所受到的重力的比值，稱為分離因素分離因素Fr。 此式表明分離因素實際上是離心加速度與重力加速度此式表明分離因素實際上是離心加速度與重力加速度之比值。之比值。 使鉆井液中的固相顆粒懸浮，是鉆井液攪拌器的主要功能。攪拌器在加速鉆井液材料如膨潤土、重晶石）、化學添加劑的反應、溶解和潤濕方面起著非常重要作用。巖屑是有害固相，必須將它們懸浮起來，才能被砂泵吸入，注入除砂器、除泥器和離心機進行凈化。所以 需要攪拌器連續進行攪拌工作。2.7

18、.2.1 離心泵的功能離心泵的功能 輸送液體。泵是將原動機的機械能或其它能源的能量傳遞給輸送液體。泵是將原動機的機械能或其它能源的能量傳遞給所輸送的液體，使液體的能量所輸送的液體，使液體的能量(壓能、位能和動能壓能、位能和動能)增加的機械。增加的機械。泵可以分成動力式和容積式兩大類。泵可以分成動力式和容積式兩大類。 葉輪泵是通過轉動的帶有葉片的葉輪使水或其它液體的壓能葉輪泵是通過轉動的帶有葉片的葉輪使水或其它液體的壓能和動能都得到提高的機械。它是一種反擊式水力機械。葉輪泵又和動能都得到提高的機械。它是一種反擊式水力機械。葉輪泵又可分為離心泵、混流泵及軸流泵。可分為離心泵、混流泵及軸流泵。 在鉆井液固相控制與循環系統中，離心泵主要用于除氣器、在鉆井液固相控制與循環系統中，離心泵主要用于除氣器、除砂器、除泥器、離心機、混漿系統、補給系統的動力源。除砂器、除泥器、離心機、混漿系統、補給系統的動力源。 在鉆井液系統中，聚合物或粘土應提前充分地剪切以后，再進入鉆井液系統，才能充分發揮其效用，改善鉆井液性能，如果沒