钻井液固控系统

钻井液固控系统概述钻井液固控系统“钻井液固控系统”“泥浆罐循环系统”钻井液固控系统—概述篇钻井液固控系统—流程篇钻井液固控系统—设备篇绪论钻井液固控系统1．携岩2．冷却和润滑钻头及钻柱3．造壁，维持井壁稳定4．控制地层压力5.悬浮钻屑和加重材料，防止下沉6.获得地层和油气资料7.传递水功率钻井液固控系统概述篇—钻井液钻井液——凡钻进中一切有助于从井眼产生和清除钻屑的流体（液、气、液+气）。广义完井液——一切与产层接触的流体（各种盐水、聚合物溶液、钻井液、泡沫等）。狭义完井液——钻开油气层的钻井液。1、钻井液的定义。2、钻井液的功用。携带、悬浮岩屑控制压力形成泥饼破岩、清岩保护油气层传递水功率钻井液固控系统概述篇—“固控”1、钻井液固相控制的意义钻井液中的固相，按其作用可以分成两类：一类是有用固相，如彭润土、化学药品剂、重晶石粉等。另一类是有害固相，如钻屑(清水开钻，利用钻屑自然造浆者除外)、劣质彭润土、砂粒等。所谓钻井液固相控制，就是清除有害固相，保存有用固相，以满足钻井工艺对钻井液性能的要求。通常将钻井液固相控制称为固控。（1）、固相含量升高，钻速降低。（2）、固相含量高，形成的滤饼厚，容易引起压差卡钻。（3）、固相含量高，对油气层损害严重。2、固相对钻井的影响钻井液固控系统概述篇—“固控”现场统计数据表明:在低密度范围内钻井液固相含量每减少1％（相当于钻井液密度下降0.016g/m3），一般在软地层机械钻速可提高8％左右。可见搞好固控所获得的效益是十分显著的。钻井液固控系统概述篇—“固控”钻井液固控系统—流程篇钻井液固控系统的“五大流程”•1、钻井液固控设备五级净化流程。•2、加重泵加重流程。•3、泥浆枪流程。•4、钻井泵吸入流程。•5、钻井液固控系统水流程。其流程如下所示：1、钻井液固控设备五级净化流程。钻井液主要固控设备有振动筛、除气器、除砂器、除泥器和离心机等。井口（返出的钻井液）振动筛除气器除砂器除砂器离心机净化的钻井液钻井液固控系统—流程篇2、加重泵加重流程。加重泵加重流程需要的主要设备是加重泵、加重漏斗等。净化的钻井液离心式砂泵加重漏斗加重的钻井液钻井液固控系统—流程篇3、泥浆枪流程。加重泵泥浆枪（1）泥浆枪流程的功用：是依靠枪体喷嘴产生的高速液流，冲击钻井液贮罐底沉积的固相使其悬浮。同时，当搅拌器停机一段时间后，沉积的固相埋没叶轮而需要重新启用时,钻井液枪工作可消除搅拌器启动时的部分阻力矩，这就为搅拌器正常工作提供了可靠保证。（2）泥浆枪流程需要的主要设备:加重泵、泥浆枪等。钻井液固控系统—流程篇4、钻井泵吸入流程。净化的钻井液钻井泵井口添加化学药品的钻井液钻井泵的功用：净化的钻井液、加重的钻井液、添加化学药品的钻井液通过钻井泵注入井口。加重的钻井液钻井液固控系统—流程篇5、钻井液固控系统水流程。工业水罐清水泵泥浆罐（1）、钻井液固控系统水管路的功用：给钻井液固控系统提供水源。（2）水流程需要的主要设备是清水泵等。钻井液固控系统—流程篇钻井液固控系统设备篇-固控设备•振动筛(Shaleshaker)振动筛的技术水平主要反映在处理能力（处理量和分离粒度）、工作的稳定性．寿命的长短和操作的灵活性几个方面。振动筛的处理能力与振动筛的结构、运动轨迹、振动频率、振动强度、筛网面积和筛网的粗细有关。通常根据筛框的运动轨迹将振动筛分为圆筛、普通椭圆筛、直线筛、均衡椭圆筛四大类。圆型振动筛亦称自定中心振动筛，激振器位于筛箱质心。筛箱作圆形振动时，筛箱的法向和横向加速度相等，筛箱可以水平安装，筛网上没有堆积现象，相应地可以加大处理量，但这类筛子上的固相颗粒抛射角是筛子加速度的函数，当法向加速度为3—6倍重力加速度时，固相颗粒抛射角达70°—80°。这样陡的抛射角使得钻屑在下落时惯性大，易粉碎，相应地增大了砂粒的透筛率，对钻井液的净化不利。现场实践表明，圆型振动筛输砂速度小，透砂率高，当这种筛配用细目筛网时，又有处理量太小，筛网寿命太低等缺点。钻井液固控系统设备篇-固控设备普通椭圆筛又称非均衡椭圆筛,是在筛箱质心的正上方固定有激振装置。这种类振型的振动筛，横向振幅大于法向振幅，横向振幅与法向振幅之比值大于圆形振动的比值，所以，它的平均输送速度大于圆形振动的振动筛，影响了钻井液的处理效果。如果筛加长，还会出现倒流。因此，它要求筛箱倾斜一个角度，利用重力强行排砂，以免砂粒有朝后抛掷的倾向。由此而来，筛箱倾斜确实改善了砂粒的移动性能，但振动筛处理钻井液的量减少了，这正是普通椭圆筛的主要缺点。激振中心质心钻井液固控系统设备篇-固控设备直线振动筛两根带偏心块的主轴作同步反向旋转产生直线振动,直线振动的加速度平衡作用于筛箱，筛网受力均匀，其寿命明显优于圆形或椭圆振动筛的筛网；另外，由于钻井液受到的过筛阻力较小，使得处理钻井液的量和均步度均比圆型或椭圆振动筛大得多、好得多。但是直线筛也有它的弱点，由于直线筛振动方向不变，作用在卡入筛网孔里的颗粒上的加速度矢量不变(即沿着振动方向)，使得卡入的颗粒不易脱落，而出现“筛糊”现象，使得筛网的有效过流面积减小，造成处理量下降，而且当筛网目数增大时，筛糊现象会更严重。因而，直线筛在使用超细目筛网时，就不可能满足钻井液用量的要求。钻井液固控系统设备篇-固控设备均衡椭圆筛是近几年发展起来的一种新筛型，筛箱上各点的运动轨迹如图,所有椭圆的运动轨迹的长轴和短轴相同，抛掷角的大小和方向完全一致。筛箱处于平动状态。在筛箱的进口处、中点和出口处的输砂速度是一致的。均衡椭圆筛结合了圆型振动筛和直线振动筛的基本优点，即椭圆“长轴”是强化岩屑输送的分量，而“短轴”可促使岩屑在筛面上粘成一团的现象减少，消除部分岩屑堵塞筛孔的可能性。根据国外资料及现场试验结果表明，在一般情况下，均衡椭圆筛的处理量较直线筛大20-30%，是一种比较先进的钻井液振动筛，代表着当今钻井液振动筛的发展方向。JTZS—Ⅰ钻井液均衡椭圆振动筛钻井液固控系统设备篇-固控设备振动筛数量的选择为了使振动筛与钻机匹配，就必须考虑钻井泵的最大排量及钻进中产生的钻屑量，即：Q筛≥Q泵+Q屑(1)式中：Q筛——振动筛处理量，L/s;Q泵——钻井泵最大排量,L/s;Q屑——钻进中的钻屑量，L/s。由于不同钻机的机械钻速差异较大，单位时间内的钻屑量相对泵排量较小，振动筛采用双联或三联组成。故可将式(1)改写为：Q筛=Q泵n(2)对于双联式振动筛，更换筛网时，必有一单筛停止工作，另一单筛必须能够承担处理全部钻井液的任务，故对于双联筛，式中系数n=2。同理，三联振动筛进行上述作业时;必将有两个单筛承担处理全部钻井液的情况出现，故对于三联筛，n=3/2。钻井液固控系统设备篇-固控设备钻井泵型号单泵排量Q泵L/s双泵排量Q泵L/s所需振动筛处理量Q筛L/s振动筛数量(台)φ170钢套φ150钢套φ150钢套F-80031.3024.2448.4880～1002F-100034.5926.9353.8680～1002F-130046.54(φ180钢套)41.51(φ170钢套)83.02(φ170钢套)120～1503F-1600•钻井泵与振动筛的匹配钻井液固控系统设备篇-固控设备除砂器与除泥器都是由一组水力旋流器和一个处理旋流器底流并回收钻井液的小型超细网目振动筛组成。除砂器用来清除30-74μm的固相颗粒，除泥器用来清除l0-3Oμm的固相颗粒。旋流器中分粒度D50不但与旋流器的结构尺寸有关，而且也与钻井液浓度、密度和进液压力有关。常用旋流器工作范围分析旋流器名称小型旋流器除泥器除砂器旋流器规格英寸（mm）2（50.8）4（101.6）5（127）8（203.2）10（254）12（304.8）处理量（m3/h）2.8-3.78.4-10.718～2031～4080～100100～114中分粒度D50（μm）～7～10～20～30～36～50钻井液固控系统设备篇-固控设备ZQJ100×12除泥器ZQJ300×2除砂器钻井液固控系统设备篇-固控设备为了满足处理全部钻井液的要求，除砂器和除泥器必须由若干个旋流锥筒组成。为了保证旋流器正常工作，进液压力必须维持在0.25-0.35MPa这个范围内。除泥器因旋流锥筒多、管线长，进液压力应取较大值;除砂器因旋流锥筒少，管线短，进液压力应取较小值。进液压力的大小主要取决于砂泵匹配是否合理，因而砂泵的选择是至关重要的，砂泵扬程通常为4OmH2O左右，排量能与除砂器和除泥器所标定的处理量相等，即可满足使用要求。同时，在选用除砂器和除泥器时必须参考钻井泵的最大排量，以期达到匹配合理。这两种设备在使用时间上，无严格的界限，一般在钻浅地层和软地层时，钻井液中大颗粒钻屑含量高，二者必须同时使用;在钻探地层和硬地层时，若采用细网目振动筛，可直接使用除泥器来处理钻井液，这对钻井液的净化质量影响甚微，且非常经济。钻井液固控系统设备篇-固控设备•在现代钻井液处理系统中，旋流器的应用正在日趋减少,主要原因有:1.振动筛技术进步，处理范围扩大，所用的细筛网可以去除较细颗粒，完全可以代替除砂器．2.旋流器的分离性能受钻井液密度和粘度的影响很大。例100mm旋流器分离性能钻井液类型密度g/cm3粘度Pa·s中分点μm水基1.030.01265水基1.680.022155油基1.310.0242253.离心机的使用日益广泛，其分离特性也明显优于旋流器。钻井液固控系统设备篇-固控设备•离心机是离心分离设备，钻井现场常用的是以固液密度差作为分离基础的沉降离心机，主要用来清除钻井液中2~lOμm的固相物质，是最后一级钻井液固控设备。离心机(centrifuge)钻井液固控系统设备篇-固控设备•离心机分类及性能类型转速r/min离心力g处理量m3/h中分点μm重晶石回收型离心机1600～1800500～7002.3～94～7大处理量型离心机1900～220080023～455～7高速型离心机2500～30001200～210015～252～5钻井液固控系统设备篇-固控设备•应用离心机处理加重钻井液在加重钻井液中应用离心机的首要目的是控制粘度。因为在高粘度下，钻井速度较慢。控制粘度的方法是将引起粘度增加的超细颗粒固相和胶体通过溢流分离出来，排至废料池，而将含有大量重晶石的底流重新返回钻井液循环罐内。钻井液固控系统设备篇-固控设备•应用离心机处理非加重钻井液在末加重的低固相钻井液中，离心法是很有效的固液分离方法。用于这方面的离心机通常是大处理量型离心机，每小时能处理23~45m3的液体，处理3~4t固相。离心机将钻井液分离为溢液和底流两部分。底流中含有大量无用固相排到废浆池中;而贵重的液相再返回到循环罐中去。由于低固相钻井液所带来的巨大效益，因此，用离心机来清除非加重钻井液中的固相越来越普遍了。钻井液固控系统设备篇-固控设备•用离心机处理水力旋流器底流旋流器(除砂器、除泥器)底流含有较多的液体，将其送入离心机，离心机分离出的固体被排入废浆池，分离出的液体返回循用这一方法来回收储浆池中的水也是很有效的。也可以用沉降式离心机来清洁完井液。在此情况下，一般使用高处理量离心机从昂贵的完井液中清除无用固相，使得这些完井液得到重复利用。钻井液固控系统设备篇-固控设备•连续处理两种密度的钻井液对于非加重钻井液，主要目的是回收液相;对于加重钻井液，主要目的是回收加重材料，排出超细岩屑的颗粒，减小粘度。可在离心机的底流安装一个可调导流滑板，即可完成这一工作。钻井液固控系统设备篇-固控设备除气器用来清除气侵钻井液中的气体，其处理能力应达到全流量处理。除气器必须置于砂泵之前来处理钻井液。因为钻井液中含有气体时，离心砂泵将发生气蚀，气蚀不但使砂泵性能下降，产生噪音和振动，寿命缩短，严重时会使砂泵无法工作或损坏。除气器的功能有两点:一是保证钻井液性能相对稳定，防止井喷、井涌事故，确保钻井安全；二是保证旋流器能正常工作。在钻中深探井、气井和含气油井时，必须配备除气器。除气器分为两大类：常压式和真空式钻井液固控系统设备篇-固控设备除气器(Degasser)常压除气器常常被称为