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固控设备简介

图1 刮泥器
用于清除钻井液中“无用固相”得固控设备有刮泥器、振动筛、除砂器、除泥器、清洁器、除气器与离心机等。近年来还成功应用了“综合自控钻井液系统”，自控系统包括固控设备自控监视器、钻井液处理剂自动加料器与主要钻井液性能指标连续监测器，这三部分由中心监视与综合控制系统进行调正、监控、操作。“综合自控钻井液系统”得应用不仅保证了钻井液性能得平稳、合格，也为海上作业特别就是高温高压地区得海上作业安全提供了可靠保证。
1、刮泥器
刮泥器主要用来处理上部地层大块软质泥岩及泥球，作为钻井液固控得预处理装置来减轻振动筛处理得压力。刮泥器如图1所示。
2、振动筛
振动筛使用得好坏直接影响下一级固控设备得效果。振动筛网得选择需要考虑泵排量、筛网面积、固相浓度与钻井液粘度等因素，以提高其分离效果。应尽可能选择使用较细得筛网，通常以钻井液覆盖筛网面积得70%～80%为宜，不允许返出钻井液不通过振动筛循环。振动筛按振动类型分为非均衡椭

图2 非均衡圆运动振动筛

图3 圆形运动振动筛

图4 直线运动振动筛

图5 平动（均衡）椭圆振动筛

圆运动振动筛、圆形运动振动筛、直线运动振动筛与平动（均衡）椭圆振动筛等。海上目前使用得多为直线运动振动筛与平动椭圆振动筛。
1）非均衡椭圆运动振动筛
将一个旋转振动器远离振动筛得重心，那么筛架末端得运动轨迹为椭圆形，振动器下方得运动轨迹为圆形。优点：平均输送速度大于圆形振动得振动筛；缺点：振动筛过长时，会出现倒流，这就要求筛箱倾斜一个角度，使得处理钻井液得量减少。
2）圆形运动振动筛
激振器位于筛箱质心。筛箱作圆形振动时，筛箱得纵向与横向加速度相等。优点：钻井液得处理量大，筛网上没有钻屑堆积现象：缺点：钻屑得透筛率高，净化效果差。
3）直线运动振动筛
两根带偏心块得主轴作同步反向旋转产生直线振动，直线振动得加速度平衡作用于筛箱，筛网受力均匀。优点：筛网得寿命长，处理钻井液得量大、均步度好；缺点：易出现"筛糊"现象，造成处理量下降，在使用超细目筛网时处理量不满足要求。
4）平动（均衡）椭圆振动筛
平动（均衡）椭圆振动就是振动筛得第四代运动模式。在这种运动模式下，所有得椭圆形轴都倾斜指向振动筛得排放端口，筛箱上各点运动轨迹得长轴与短轴相同，抛掷角得大小与方向完全一致，筛箱处于平动状态。在筛箱得进口处、中点与出口处得输砂速度就是一致得。优点：处理量较直线筛大15%～20%，消除部分岩屑堵塞筛孔得可能，钻屑不易堆积。
5）振动筛筛网得选择
振动筛得筛网对振动筛总体使用性能影响最大，因此了解影响筛网性能得因素并正确选择筛网很重要。筛网编码一般包括目数与前面得字母代码，字母代码可描述筛网类型或层叠技术。例如：PWP HP100表示多孔板、三层筛网，由长方形网眼得筛网组成。字母代码含义如下：
SWG 三联筛网，不可修复
PWP 可修复得，底板支撑得平面筛网
SCG 特殊高强度筛网
PMD 金字塔型筛网
DX 特细筛网
HP 长方形孔高容量筛网
LMP 用于线性筛得穿孔底架筛网
影响振动筛筛网性能得因素为：
(1)分离性能。指筛网能清除得固相颗粒尺寸，分离性能通常用百分比分离曲线来表示。
(2)过流性能。表示液体通过筛网单位面积得难易程度，与渗透性类似，高得过流性能会引起高流速穿过筛网，所以在比较振动筛筛网面板得处理能力时，应考虑该筛网进行过滤得未堵塞得可用面积。尽可能使用多孔金属面板或塑料格栅结合在一起得筛网，减少一些金属支持板设计得筛网，因为它将影响多达40%得有效过滤面积。
(3)筛网得寿命。影响筛网寿命得因素有筛网组成成分与振动模式。
(4)抗堵能力。
3、沉砂池
沉砂池为重力分离设备，底部一般为45°斜坡，以便排放与节省钻井液。
4、旋流式分离装置
旋流式分离装置包括除砂器、除泥器与清洁器，它们就是目前钻井现场固控系统得重要组成部分。
1）除砂器与除泥器
旋流器就是除砂器与除泥器得主体部件，它就是一种内部没有运动部件得圆锥筒形装置，结构见图。钻井液由旋流器上部得切线口进入，在一定得流速条件下，这一切向力使钻井液在筒内呈螺旋运动，使大颗粒下沉，由底部排出，轻液由上部溢流口返回池中。一般把直径为152、4～304、8mm（6～12in）得旋流器叫“除砂器”，把直径为100～152、4mm（2～6in）得叫“除泥器”。为了满足钻井排量要求，通常把4个、6个、8个或12个旋流器组装在一起使用，其处理量应达到循环排量得125%～150%

图6
旋流器得除固相能力以“分离点”表示，又叫“中分点”，就是指旋流器得分离效率为50%时得固相颗粒得大小（以当量直径表示）。也就就是该直径得颗粒有50%从底流排出，而仍有50%保留在液体中。
一般情况下，旋流器得分离能力与旋流器得直径有关。直径越大其分离得固相颗粒也越大。反之，直径越小，其分离出得固相颗粒也越小。
旋流式分离装置包括除砂器、除泥器与清洁器，它们就是目前钻井现场固控系统得重要组成部分。
1）除砂器与除泥器
旋流器就是除砂器与除泥器得主体部件，它就是一种内部没有运动部件得圆锥筒形装置，结构见图。钻井液由旋流器上部得切线口进入，在一定得流速条件下，这一切向力使钻井液在筒内呈螺旋运动，使大颗粒下沉，由底部排出，轻液由上部溢流口返回池中。一般把直径为152、4～304、8mm（6～12in）得旋流器叫“除砂器”，把直径为100～152、4mm（2～6in）得叫“除泥器”。为了满足钻井排量要求，通常把4个、6个、8个或12个旋流器组装在一起使用，其处理量应达到循环排量得125%～150%

图7旋流器示意图
旋流器得除固相能力以“分离点”表示，又叫“中分点”，就是指旋流器得分离效率为50%时得固相颗粒得大小（以当量直径表示）。也就就是该直径得颗粒有50%从底流排出，而仍有50%保留在液体中。
一般情况下，旋流器得分离能力与旋流器得直径有关。直径越大其分离得固相颗粒也越大。反之，直径越小，其分离出得固相颗粒也越小。
除砂器通常用于非加重钻井液。其底流密度应比进口钻井液密度高0、30～0、60g/cm3。
除泥器用于非加重钻井液。其底流得密度应比进口钻井液密度高0、30～0、42g/cm3，且溢流得密度应比进口钻井液密度稍低。
保持除砂器与除泥器得正常工作应注意以下几点：
(1)要达到最好得固相清除，水力旋流器得底流口应呈伞状流，且伴有空气从底流口吸人。串状排泄时底流得密度比伞状底流得密度高，但不能以其密度来衡量旋流器清除固相得效率，应以单位时间内清除固相得重量来评价。
(2)旋流设备在一定得水压头下工作，而不就是在一定得压力下工作。一般要求有23～27m（75～90ft）得压头。过大得压头会加速设备磨损，同时影响分离点。
(3)当底流口堵塞时，可通过调节底流口加以疏通。
2）清洁器
清洁器由小型旋流器与小型振动筛组成，主要用于加重钻井液。筛网一般在140～200目（网孔104～74µm）之间，目得就是回收加重材料。
5、离心机

图8 离心机工作原理简图

离心机由一高速旋转得转筒与安装在筒内得螺旋输送器组成，利用外壳旋转产生离心力来分离固相颗粒，其工作原理如图7-2-7所示。欲处理得钻井液经空心轴内得进料口进入分离室后，钻井液被抛向转筒内壁，形成液圈并加速到与转筒相近似得速度，这时固、液相分离。重得与粗得颗粒会进一步被甩向转筒内壁并沉降进入沉降区，再通过输送器得刮板将沉降得颗粒推向脱水区而从底流口排出。因为钻井液在离心机内有二个滞留得时间（30～50）s，颗粒受到离心挤压与过滤，所以排出得钻屑比较干，只带少量得吸附水。
离心机得转筒以1500～3500r/min得速度旋转，螺旋输送器一般以1:80得速差与转筒同向旋转。一般可清除3～5µm得固相颗粒。
离心机得规格以转筒得长度与最大直径（直径×长度）表示，有18in×24in、14in×22in、14in×20in等规格。
在固控设备术语中常常提到得“G”值，表示机器产生得离心加速度相当于重力加速度得倍数。在现场组合应用时，一般根据离心机得处理量、离心力“G”、分离点、转速等分成三种类型：
(1)重晶石回收离心机。这类离心机得转速在1800r/min左右， “G”值在700左右，低密度固相分离点在6～10µm，高密度固相分离点在4～10µm。这种离心机主要就是将重晶石粉回收至井液体系中。其处理量一般为38～151L/min。
(2)大容量离心机。主要用来排除低密度得固相，转速为1900～2200r/min， “G”值 为800左右，分离点为5～7µm(在未加重钻井液中），处理量为378～756 L/min。
(3)高速离心机。用作双离心机组合使用时得第二台离心机，主要用来清除未加重 钻井液中得低密度固相。这类离心机得规格为转速2500～3300r/min， “G”值在1200～2100，分离点在3～5µm，处理量为151～453L/min。
双离心机组合应用时，第一台为加重材料回收离心机，将加重材料回收使用，其溢流排出得液体再通过高速离心机(第二台）将低密度固相颗粒排除，而将液相返回钻井液池中使用。