鑽機循環系統

鑽機循環系統

鑽機循環系統是指将鑽井液循環到鑽頭再将其返回地面進行清潔和再循環的設備。對旋轉鑽井系統來說，循環系統的功能就是通過鑽柱将鑽井流體向下循環到鑽頭，通過鑽頭沿鑽柱和井壁或套管内壁形成環空向上循環。循環系統主要由鑽井泵、水龍帶、水龍頭或頂驅、鑽柱、鑽頭、鑽井液回流管線、固相控制設備、泥漿罐(池)等組成。

本篇主要介紹鑽井泵、鑽井液淨化系統的基本組成和原理。

第一部分

鑽井泵

鑽井泵在石油礦場上應用非常廣泛，常用于高壓下輸送高黏度、高密度和高含砂量、高腐 蝕性的液體，流量相對較小。按用途的不同，石油礦場用鑽井泵往往被冠以相應的名稱，例如在鑽井過程中，為了攜帶出井底的岩屑和供給井底動力鑽具的動力，用于向井底輸送和循環鑽 井液的鑽井泵稱為鑽井泵；為了固化井壁，用于向井底注入高壓水鑽井液的鑽井泵，稱為固井泵；為了造成油層的人工裂縫，提高原油産量和采收率，用于向井内注入含有大量固體顆粒的液體或酸堿液體的鑽井泵，稱為壓裂泵；用于向井内油層注入高壓水驅油的往複泵，稱為注水泵；在采油過程中，用于在井内抽汲原油的鑽井泵，稱為抽油泵。

石油工業的發展對往複泵提出更高的要求，如泵壓要高，功率要大，而制造和維修成本要低，體積和重量不能過大。由于石油礦場用鑽井泵的工作條件十分惡劣，提高其易損件(如泵閥、活塞一缸套副、柱塞一密封副等)的工作壽命便成為往複泵設計、制造和使用中迫切需要解決的問題。

一

鑽井泵的工作原理

圖3-1 鑽井泵工作示意圖

1一曲柄；2一連杆；3一十字頭；4一活塞；5一缸套；6—排出閥；7—排出四通；8-預壓排出空氣包；9—排出管；10—閥箱（液缸）；11一吸入閥；12—吸入管

如圖3-1所示，卧式單缸單作用往複式鑽井泵。主要由液缸、活塞、吸入閥、排出閥、閥室、曲柄或曲軸、連杆、十字頭、活塞杆以及齒輪、皮帶輪和傳動軸等零部件組成。當動力機通過皮帶、齒輪等傳動件帶動曲軸或曲柄按圖示方向，從左邊水平位置開始旋轉時，活塞向右邊即泵的動力端移動，液缸内形成一定的真空度，吸入池中的液體在液面壓力的作用下，推開吸入閥，進入液缸，直到活塞移到右死點為止，此為液缸的吸入過程。曲柄繼續轉動，活塞開始向左邊即液力端移動，液缸内液體受擠壓，壓力升高，吸人閥關閉，排出閥被推開，液體經排出閥和排出管進入排出池，直到活塞移到左死點為止，此為液缸的排出過程。曲柄連續旋轉，每一周内活塞往複運動一次，單作用泵的液缸完成一次吸入和排出過程。

在吸入或排出過程中，活塞移動的距離以S表示，稱作活塞的沖程長度，曲柄半徑用r表示，它們之間的關系為S=2r。

鑽井泵的基本性能參數有以下6個∶

（1）泵的理論排量∶泵在單位時間内排出的介質體積稱為泵的理論平均排量，簡稱為泵的理論排量。

（2）泵的工作壓力∶通常是指泵排出口處單位面積上所受到的液體作用力，簡稱為泵壓。

（3）泵的功率∶單位時間内動力機傳遞給泵主動軸的能量，稱為泵的輸入功率；泵工作于額定沖次時的輸入功率稱為泵的額定功率;單位時間内液體經泵作用後增加的能量稱為有效功率，也稱為水功率。

（4）泵的效率∶是指有效功率與輸人功率的比值。

（5）沖次∶也稱泵沖，指單位時間内活塞的往複次數。

（6）沖程長度∶指活塞往複運動的距離。

二

鑽井泵的分類

按照結構特點，石油礦場用鑽井泵大緻可以按以下幾個方面分類∶

（1）按缸數分有單缸泵、雙缸泵、三缸泵、四缸泵等。

（2）按直接與工作液體接觸的工作機構分有活塞式及柱塞式兩種。

（3）按作用方式分主要有單作用式和雙作用式兩種。

①單作用式泵的活塞或柱塞在液缸中往複一次，該液缸作一次吸人和一次排出；

②雙作用式泵的液缸被活塞或柱塞分為兩個工作室，無活塞杆的為前工作室或稱前缸，有活塞杆的為後工作室或稱後缸，每個工作室都有吸入閥和排出閥，活塞往複一次，液缸吸入和排出各兩次。

（4）按液缸的布置方案及其相互位置分有卧式泵、立式泵、V形或星形泵等。

（5）按傳動或驅動方式分常見的有∶

①機械傳動泵，如曲柄一連杆傳動、凸輪傳動、搖杆傳動、鋼絲繩傳動往複泵及隔膜泵等；

②蒸汽驅動鑽井泵；

③液壓驅動鑽井泵等，近幾年來，液壓驅動往複泵在油田越來越受到重視。

石油礦場用鑽井泵廣泛應用三缸單作用和雙缸雙作用卧式活塞泵；壓裂、固井及注水泵常用三缸、五缸單作用卧式柱塞泵及其他類型的往複泵。

三

鑽井泵的型号代碼及其技術規範

用于石油和天然氣鑽井的國産泵已實現了标準化，目前所用的鑽井泵都是三缸單作用卧式活塞泵，其中NB表示鑽井泵，NB前面的數字表示泵的液缸數，無數字為雙液缸，NB的下标表示設計序号，後面的數字表示泵的額定輸入功率（馬力），型号代碼如圖3-2所示。

圖3-2國産鑽井泵的型号代碼示意圖

寶雞石油機械有限責任公司制造鑽井泵的型号代碼如圖3-3所示。

圖3-3寶石産鑽井泵的型号代碼示意圖

國外的鑽井泵一般具有不同的代号，多數按制造廠家編排的系列而定，但代号後面或前面的一組數字，通常表示該泵的額定輸人功率（馬力）或1/10倍數。常用國産鑽井技術規範參數見表3-1。

表3-1常用國産鑽井泵技術規範

四

三缸單作用鑽井泵的組成

三缸單作用鑽井泵由動力端和液力端兩大部分組成，如圖3-4所示。

圖3-4 3NB-1300 三缸單作用活塞泵主剖面圖

1—泵體；2—機座；3一動力端總成；4一缸套；5—活塞；6—吸入閥；7-排出閥；8—起重架

1.動力端

三缸單作用活塞泵的動力端主要由主動軸（傳動軸）、被動軸（主軸或曲軸）、十字頭等組成。

1） 傳動軸總成

通常三缸單作用活塞泵傳動軸的兩端對稱外伸，可以在任意一端安裝大皮帶輪或鍊輪。兩端的支承采用雙列向心球面球軸承或單列向心短圓柱滾子軸承，保證可以有一定的軸向浮動。

2） 曲軸總成

曲軸是鑽井泵中最重要的零件之一，其結構和受力都十分複雜，其上安裝有大人字形齒輪和三根連杆大頭,大齒輪圈通過螺栓與曲軸上的輪毂緊固為一體。三個連杆軸承的内圈熱套 在曲軸上，連杆大頭熱套在軸承的外圈上。

3)十字頭總成

十字頭是傳遞活塞力的重要部件，同時，又對活塞在缸套内作往複直線運動起導向作用， 使介杆、活塞等不受曲柄切向力的影響，減少介杆和活塞的磨損。曲軸通過連杆和十字頭銷帶 動十字頭體，十字頭體又通過介杆帶動活塞。曲柄和十字頭的結構位置可參看圖3-1。

2.液力端

三缸單作用泵的每個缸套隻有一個吸入閥和排出閥，故其液力端結構比雙作用泵液力端簡單得多。目前的三缸單作用泵泵頭主要有L形、I形和T形三種形式。

1）L形泵頭

圖3-5所示為L形泵頭的示意圖。L形泵頭可将吸入泵頭和排出泵頭分塊制造。其優點是吸入閥可以單獨拆卸，檢修和維護方便，鑽井液漏失較少；缺點是結構不緊湊，泵内餘隙流道長，泵頭質量大，自吸能力較差。

圖3-5 L形泵頭

1一吸入管彙；2一吸人閥；3一活塞；4一活塞杆；5—排出閥；6—排出管彙

2）I形泵頭

圖3-6所示為I形泵頭的示意圖。這種直通形泵頭的液力端結構緊湊，重量較輕，缸内餘隙流道長度短，有利于自吸；但更換吸人閥座時，必須先拆除上方的排出閥；采用帶筋閥座時，還要先取出排出閥座，檢修比較困難。

3）T形泵頭

T形泵頭主要特點是吸入閥水平布置，排出閥垂直布置，綜合了L形和I形泵頭的優點，既可分塊制造，便于吸入閥的拆裝和檢修，又取消了吸人室，使泵頭結構緊湊，内部餘隙容積減小，質量減小。T形泵頭不足之處是更換吸入閥時需卸下吸人液缸及彎管，鑽井液漏失相對多一些。

五

鑽井泵的安全保護裝置

為了保證鑽井泵輸出液體的壓力平穩，在鑽井液出口端要安裝空氣包；為了在倒換閥門出錯、鑽頭泥包或者水眼被堵的情況下高壓鑽井液有個安全出口，在鑽井泵的出口端需要安裝安全閥。空氣包和安全閥如圖3-7所示。

圖3-7 空氣包和安全閥

1一空氣包；2一壓力表；3一剪銷安全閥；4一鋼圈；5一法蘭螺栓；6—排出四通；7一墊環；8—螺母NPT，ZC一絲扣型号

1.空氣包

空氣包的作用是減小因鑽井泵瞬時排量變化而産生的壓力波動，使泵壓平穩，使設備不 緻因劇烈震動而造成損壞。空氣包膠囊内要求充氮氣或惰性氣體，在沒有氮氣或惰性氣體的情況下可用空氣代替，嚴禁充入氧氣或可燃性氣體。充氣壓力為最高工作壓力的20%~30%。

鑽井泵活塞處于排出過程時，排出管内流體流速加快，壓力也随之升高,當壓力大于空氣包氣室内的壓力時，氣囊被壓縮，部分液體進入空氣包；當活塞處于吸入過程、排出管内液體壓 力小于空氣包氣室的壓力時，氣囊開始膨脹，擠出空氣包内的液體。随着排出和吸入過程的不斷重複進行，空氣包不斷交替地儲存和排出液體，自動調節排出管中的流體速度和壓力，達到穩定泵壓的目的。

目前使用最廣泛的是球形隔膜式預壓空氣包，它是一個内充空氣（一般為氮氣）的密閉容器，主要由殼體和橡膠囊組成,膠囊上口被固定在殼體上。工作時随排出或吸入的變化，膠囊底部上下運動，以儲存或擠出液體。鑽井泵排出閥附近都安裝有空氣包（排出空氣包）,有時也在吸入閥附近安裝空氣包（吸入空氣包）。

2.安全閥

往複泵一般都在高壓下工作，為了保證安全，在排出口處安裝有安全裝置，即安全閥，以便将泵的極限壓力控制在允許的範圍内。常見的安全閥為銷釘剪切式，此外，還有膜片式和彈簧式等安全閥。活塞或膜片下端有高壓液體，當壓力達到一定值後，活塞推動連杆，切斷銷釘，活塞上移或膜片破裂，髙壓液體由安全閥排出口進入吸入罐或大氣空間，達到洩壓以保證安全的目的。

杠杆剪切式安全閥隻需要同一種材料和同一種截面的銷釘，對于不同壓力的規定值，改變安全閥銷釘的位置即可，銷釘距離力的作用點越遠,承受的壓力就越高。

直接銷釘剪切式安全閥結構簡單，拆卸容易，但安全銷釘的材料、尺寸及加工工藝必須恰當，還要防止安全閥的活塞和導杆在缸套内鏽蝕，否則靈敏度将會降低，不能準确地控制排出壓力。

第二部分

鑽井液淨化系統

清除鑽井液中固相含量的過程，稱為鑽井液的淨化。實踐證明，鑽井液淨化是非常必要的，這是因為若鑽井液中固相含量過多，将産生不良後果（如降低鑽井液攜帶岩屑的能力和鑽頭的工作效率；使鑽井液密度和黏度不必要地上升；鑽井液中過多的顆粒會加速整個鑽井液循環系統機械設備的磨損，影響設備壽命，增加維修工作量）。

清除鑽井液中的固相一般分為物理方法和化學方法，物理方法就是通過振動篩、除砂器、除泥器、離心機等機械設備，利用篩分、離心分離等原理，将鑽井液中的固相按密度和顆粒大小的不同而分離，根據需要而取舍，以達到控制固相的目的。

一

鑽井液淨化系統的淨化分級

鑽井液淨化系統主要由一組儲存鑽井液的固控罐及用于清除鑽井液中有害固相的設備組成，罐面上安裝有振動篩、除砂器、除泥器、離心機等用于淨化鑽井液的設備。該系統主要由五級淨化組成∶

（1）一級淨化，即鑽井液在振動篩的處理。配制好的鑽井液在鑽井泵的作用下進入井底，并攜帶鑽進岩屑返回地面，經過井口高架管進入振動篩，将鑽井液中較大的岩屑篩分出來。

（2）二級淨化，當鑽井液有氣侵時，可通過真空除氣器将鑽井液中的氣體清除，從而恢複鑽井液密度、穩定鑽井液黏度。

（3）三級淨化，二級淨化後的鑽井液經除砂器供液泵進入除砂器，鑽井液中40～60μm以上的細小有害固相在除砂器裡被分離出來。

（4）四級淨化，三級淨化後的鑽井液經除泥器供液泵進入除泥器，鑽井液中15～40μm以上的細小有害固相在除泥器裡被分離出來。

（5）五級淨化，四級淨化後的鑽井液經離心機供液泵進入離心機，離心機将鑽井液中5～15μm微小的顆粒分離出來。

通常這五級淨化是同時進行的。如果隻進行其中一項或幾項淨化，鑽井液參數就能滿足作業要求時，可以隻進行這一項或這幾項淨化。鑽井液的淨化過程完成後，鑽井液即可進入下一個正常的鑽井循環。

近年來，不少鑽機已将全套淨化裝置組成一個整體封閉式系統，裝在一個帶橇座的大罐上，由于設備先進、齊全，泵、管線、罐等與各設備之間的相對位置布置合理，可将鑽井液中的鑽屑全部清除，水耗僅為常規淨化系統的10%，鑽屑幾乎可以幹粒狀排出，既可節約鑽井費用，又能防止對環境的污染。整體封閉式系統流程如圖3-8所示。

圖3-8整體封閉式淨化系統流程圖

1—井口返出鑽井液；2—振動篩；3—除氣器；4—鑽井液清潔器；5—稀釋；6—進漿；7—标準離心機；8—重晶石；9—儲罐；10—高速離心機；11—廢棄固相；12—吸人罐。

二

固控系統的配置

為了滿足鑽井工況對鑽井液質與量的需要，不同型号的鑽機在固控系統配備上（固控罐的容積、設備配置、流程布置等）有所區别。

根據SY/T6223—2005《鑽井淨化設備配套、安裝、使用和維護》中的内容，4000～7000m 鑽機的鑽井液淨化裝置主要性能參數及設備配置見表3-2、表3-3、表3-4。

表3-2 4000m鑽機鑽井液淨化系統的配套

表3-3 5000m鑽機鑽井液淨化系統的配套

表3-4 7000m鑽機鑽井液淨化系統的配套

三

振動篩

振動篩是固控系統中最重要的淨化設備，作為鑽井液的第一級淨化，其作用是将從井口返出的鑽井液中大于70μm的較大顆粒除去，并且不産生破碎，以便下一級淨化設備對鑽井液進一步淨化。振動篩性能的優劣除直接影響第一級處理的質量，對下級淨化處理設備性能的發揮也有很大的影響。

圖3-9鑽井液振動篩

1——鑽井液進口；2—鑽井液盒；3—篩網；4一篩除粗固相顆粒；5—底座；6—隔振元件；7—篩箱；8一液體和細固相顆粒

石油礦場中使用的多為單軸慣性振動篩，主要由篩箱、篩網、隔振彈簧及激振器等組成，其示意圖如圖3-9所示。由主軸、軸承和偏心塊等構成的激振器，旋轉時産生周期性的慣性力，迫使篩箱、篩網、彈簧等部件在底座上作簡諧振動或準簡諧振動，促使由鑽井液盒均勻流到篩網表面的鑽井液固相分離，即液體和較小顆粒通過篩網孔流向除砂器，而較大顆粒沿篩網表面移向砂槽。

鑽井液振動篩中最易損壞的零件是篩網。一般有鋼絲篩網、塑料篩網、帶孔篩闆等，常用的是不鏽鋼絲的篩網。篩網通常以'目'表示其規格，'目'表示以任何一根鋼絲的中心為起點，沿直線方向25.4mm（lin）上的篩網數目。例如某方形孔篩網每英寸有12孔，稱作12目篩網，用API标準表示為12×12。對于矩形孔篩網，一般也以單位長度（in）上的孔數表示，如80 ×40表示 lin 長度的篩網上，一邊有80孔，另一邊為40孔。

常用振動篩性能參數見表3-5。

表3-5常用振動篩的主要性能參數

四

除砂器、除泥器

實踐證明振動篩一般隻能清除25%左右的固相量，74μm以下的細微顆粒仍然留在鑽井液中，對鑽進速度仍然影響很大。為了進一步改善鑽井液性能，一般在鑽井液振動篩之後裝有水力旋流器，用以清除較小顆粒的固相。水力旋流器分為除砂器和除泥器兩種，二者的結構和工作原理完全相同。除砂器的錐筒内徑一般為6～12in，能清除大于70um和約50%的大于45μm的細砂顆粒。除泥器的錐筒内徑一般為2～5in，能清除大于40μm和約50%大于15um 的泥質顆粒（錐筒内徑是指錐筒圓柱體部分的内徑，也稱為工作内徑）。

除砂器、除泥器在固控系統中為第二、第三級淨化設備，是由進液管、排液管、旋流器、清潔篩、底座、支架及其他部件構成，如圖3-10所示。

圖3-10 除砂器、除泥器

1—電動機;2一底座;3—支架;4—旋流器;5—排砂槽;6—清潔篩

1.旋流器的結構及工作原理

水力旋流器的結構原理如圖3-11所示，其上部呈圓筒形，形成進口腔，側部有一切向進口管，由砂泵輸送來的鑽井液沿切線方向進入腔内。頂部中心有渦流導管，處理後的鑽井液由此溢出。殼體下部呈圓錐形，錐角一般為150°～200°，底部為排砂口，排出固相。

圖3-11水力旋流器

水力旋流器與一般分離機械不同，它沒有運動部件，是利用鑽井液中固、液相各顆粒所受的離心力大小不同進行分離。切向進入的具有一定壓力的鑽井液，在旋流器内腔旋轉時産生離心力，質量較大的固相顆粒受到較大的離心力，其足以克服鑽井液的摩擦阻力，被甩到旋流器的内壁上，并靠重力作用向下旋流，由排砂口排出;而質量小的固相顆粒及輕質鑽井液則螺旋上升，經溢流管輸出。

2.旋流器的分類

旋流器上部殼體圓筒部分的直徑是決定旋流器鑽井液處理量及分離鑽井液中泥砂顆粒大小的重要因素，圓筒部分的直徑稱為旋流器的名義尺寸。下部殼體的圓錐角一般在15°～20°之間，底流口直徑在10～30mm 之間。一般情況下由一組名義尺寸在150～300mm 之間的旋流器組成的淨化設備稱之為除砂器，由一組名義尺寸在50～125mm之間的旋流器組成的淨化設備稱之為除泥器。

1）除砂器

根據除砂器對鑽井液處理量的大小，一般情況下除砂器由1～3個150～300mm的旋流器組成。每個旋流器的處理能力，在進液壓力為0.2MPa 時不低于 20～120m²/h。正常工作的除砂器能清除約95%大于74μm的岩屑和約50%大于40μm的岩屑。為了提高使用效率，在選用除砂器時其許可處理量必須為鑽井時最大排量的125%。

2）除泥器

根據除泥器對鑽井液處理量的大小，一般情況下除泥器由4個以上50～125mm的旋流器組成。每個旋流器的處理能力，在進液壓力為0.2MPa時不低于5～15m²/h。正常工作的除泥器能清除約95%大于40μm的岩屑和約50%大于15μm的岩屑。除泥器能除去12～13μm 的重晶石，因此不能用它來處理加重鑽井液。在選用除泥器時，其許可處理量必須為鑽井時最大排量的125%～150%。

3）清潔器

清潔器是旋流器與超細網振動篩的組合，上部為旋流器，下部為超細網振動篩。清潔器是二次處理設備。它處理鑽井液的過程分兩步∶第一步是旋流器把鑽井液分離成低密度的溢流和高密度的底流；第二步是超細網振動篩将高密度的底流分成兩部分，一部分是重晶石和其他小于網孔的顆粒，它們透過篩網，另一部分是大于網孔的顆粒它們從篩網尾部排出。常用旋流器的規格及工作參數見表3-6。

表3-6常用旋流器的規格及工作參數

3.旋流器使用注意事項

目前，現場使用的水力旋流器多屬于慣性型。另外，還有一種高效水力旋流器，如圖3-12所示。它的獨特之處是有三根溢流管，當鑽井液進入時，重而大的固相顆粒被甩向筒壁，并螺旋下降，經排砂口排出；而輕質部分則從各溢流管溢出，不再形成螺旋上升的輕質液柱，消除了空氣柱，減少了内部的水力損失，從而提高了鑽井液處理量及液體的淨化程度。

圖3-12 高效能水力旋流器

1一錐體;2—進液管;3—壓蓋;4，5，6—溢流管;7—短圓筒;8—底流口

水力旋流器分離出固相顆粒的粒徑越小，則分離能力越大，它與旋流器的尺寸、進漿壓力、鑽井液黏度及固相顆粒的分布等有關。由于鑽井液中固相顆粒高速撞擊旋流器内壁，并沿内壁快速旋轉下落，往往導緻旋流器内壁很快磨損、破壞。常用鑽井液除砂器、除泥器性能參數見表3-7。

表3-7鑽井液清潔器主要性能參數

五

控制系統

自從20世紀80年代末以來，離心機已在石油行業得到普遍應用，成為鑽井工作（特别是中深井和水平井）中不可缺少的固控設備。離心機分為低速、中速和高速離心機。

低速離心機也稱為'重晶石回收型離心機'。對于低密度固相，它的分離點為6～10μm；對于高密度固相，分離點為4～7μm。

中速離心機可分離5～7μum的固相，用于清除鑽井液中的有害固相，控制鑽井液密度和黏度，這是目前井隊使用最多的離心機。

高速離心機分離點為2～5μm，用于清除有害固相，控制鑽井液黏度，一般與低速離心機串聯使用組成雙機系統。在此系統中，低速離心機放在第一級，它分離出的重晶石排回泥漿罐中以回收重晶石，它排出的液體先排人一個緩沖罐中，再用泵把緩沖罐中的液體送入高速離心機中。高速離心機分離出的固體排出罐外，液體回到循環系統中，采用'兩機'系統既可以有效清除有害固相，又可以防止大量浪費重晶石。

離心機主要用于回收加重鑽井液中的重晶石，及非加重鑽井液中的液體或化學藥劑，清除0～8μm 左右的細粉砂。目前現場使用的離心機主要有三類。

1.轉筒式離心

轉筒式離心機的工作原理如圖3-13所示。一個帶許多篩孔的内筒體在固定的圓筒形外殼内轉動，外殼兩端裝有液力密封，内筒體軸通過密封向外伸出。待處理的鑽井液和稀釋水（鑽井液 ∶水=1∶0.7）從外殼左上方由計量泵輸入後，由于内筒旋轉的作用，鑽井液在内、外筒之間的環形空間轉動，在離心力作用下，重晶石和其他大顆粒的固相物質飛向外筒内壁，從一種專門的可調節阻流嘴排出，或由以一定速度運轉的底流泵将飛向外筒内壁的重質鑽井液從底流管中抽吸出來，予以回收。調節阻流嘴開度或泵速可以調節底流的流量。而輕質鑽井液則慢速下沉，經過内筒的篩孔進入内筒體，由空心軸排出。這種分離機處理的鑽井液量較大，一般可回收82%～96%的重晶石。

圖3-13 轉筒式離心機工作示意圖

1—鑽井液；2—稀釋水；3—固定外殼；4—篩筒轉子；5—潤滑器；6一輕質鑽井液；7—重晶石回收；8—驅動軸

2.沉澱式離心機

如圖3-14所示，沉澱式離心機的核心部件是由錐形滾筒、輸送器和變速器所組成的旋轉總成。輸送器通過變速器與錐形滾筒相連，二者轉速不同。多數變速器的變速比為80∶1，即滾筒每轉80圈，輸送器轉一圈，因此，若滾筒轉速為1800r/min，輸送器的轉速是22.5r/min。其分離原理是∶待處理的加重鑽井液用水稀釋後，通過空心軸中間的一根固定輸入管、輸送器上的進漿孔，進入到由錐形滾筒和輸送器渦形葉片所形成的分離室，并被加速到與輸送器或滾筒大緻相同的轉速，在滾筒内形成一個液層。調節溢流口的開度可以改變液層厚度。在離心力的作用下，重晶石和大顆粒的固相被甩向滾筒内壁，形成固相層，由螺旋輸送器鏟掉，并輸送到錐形滾筒處的幹濕區過渡帶，其中大部分液體被擠出，基本上以固相通過滾筒小頭的底流口排出，而自由液體和懸浮的細固相則流向滾筒的大頭，通過溢流孔排出。

離心機滾筒有圓錐形和圓錐一圓柱形兩種，其輸送器有雙頭螺旋和單頭螺旋，如圖3-15所示。在結構和尺寸一定時，離心機的分離效果與沉降時間、離心力以及進口鑽井液量等因素有關。而沉降時間又取決于滾筒的大小、形狀及液層厚度。鑽井液在離心機中的時間通常是30～50s，時間越長，進口量越小，分離效果越好。

3.水力渦輪式分離機

水力渦輪式分離機結構如圖3-16所示。

待處理的鑽井液和稀釋水經漏鬥流入裝有若幹個篩孔渦輪的渦輪室。當渦輪旋轉時，大顆粒的固相攜同一部分液體被甩向渦輪室的周壁，并穿過其上的孔眼進入清砂室，聚積到底部;在離心壓頭的作用下，這一部分濃稠的鑽井液再經短管進入旋流器；通過旋流分離，加重劑等從回收出口排出，而輕質鑽井液則通過管線返入渦輪室；與此同時，渦輪室内的輕質鑽井液，則通過渦輪上的篩孔、上底孔闆孔及短管排出。常用離心機技術參數見表3-8、表3-9。

六、除氣器

除氣器用于除去混入鑽井液中的小氣泡（氣泡直徑小于1/16in），确保鑽井液有合理的密度，防止混氣鑽井液被重新循環到井底而導緻的井湧或者由于氣侵密度偏低而導緻不必要的添加重鑽井液，造成鑽井液密度高于設計密度。總之，除氣器能有效地控制鑽井作業中鑽井液的氣侵，安全有效地排除有毒氣體或可燃氣體。

選擇除氣器的主要根據是處理鑽井液的能力。除氣器的處理量指單位時間内除氣器處理鑽井液的數量，以m³/h計，一般在120～150m³/h。結構不同其除氣效率也存在差異，除氣效率一般在80%～95%。除氣效率随着鑽井液黏度的升高而下降。

除氣器安裝在沉砂罐和第一級旋流器之間，避免了當鑽井液中氣體含量過多時而導緻的離心泵壓力降低，甚至影響旋流器的工作。

除氣器有真空式、常壓式、離心式三種。

真空式除氣器是用真空泵吸入鑽井液，經薄膜紊流後分離出氣體，再由真空泵抽走。這種型号的除氣器效果良好，隻是體積偏大，比較笨重。

常壓式除氣器主要部件是離心泵和噴射罐。将氣侵鑽井液由離心泵送到噴射罐，在罐内形成高速薄層并甩向罐的内壁促使氣體破裂、分離、排出。其優點是體積較小，效果良好。

離心式除氣器由電動機、抽氣機、減速箱等組成。利用離心機分離原理将氣體分離出來，它是一種比較新的設備。

-End-