【正文】 使用高處理量離心機(jī)從昂貴的完井液中清除無(wú)用固相，使得這些完井液得到重復(fù)利用。旋流器(除砂器、除泥器)底流含有較多的液體，將其送入離心機(jī)，離心機(jī)分離出的固體被排入廢漿池，分離出的液體返回循環(huán)使用，用這一方法來(lái)回收儲(chǔ)漿罐中的水也是很有效的。底流中含有大量無(wú)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。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23～45的液體，處理3～4固相?？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(guò)溢流分離出來(lái)，排至廢料池，而將含有大量重晶石的底流重新返回泥漿循環(huán)罐內(nèi)。在加重泥漿中應(yīng)用離心機(jī)的首要目的是控制粘度。二是轉(zhuǎn)速范圍為1900～2200的離心機(jī)，離心力為重力的800倍，對(duì)泥漿分離點(diǎn)為5～71，進(jìn)漿速度為23～45，這種離心機(jī)主要用來(lái)清除泥漿中的5～7的固相有害顆粒。它安裝在水力旋流器之后，分離旋流器不能分離的細(xì)小顆粒。由于轉(zhuǎn)鼓在高速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)進(jìn)入的泥漿一起旋轉(zhuǎn)，泥漿中的固相被甩到轉(zhuǎn)鼓壁上，由螺旋輸送器推向小端的卸料孔排出，清潔泥漿作為溢流從轉(zhuǎn)鼓大端的溢流口排出。螺旋輸送器在錐形筒轉(zhuǎn)鼓內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，錐形轉(zhuǎn)鼓同時(shí)同向旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速略高于螺旋輸送器。用來(lái)處理非加重泥漿時(shí)，可以除去2以上的有害固相；處理加重泥漿時(shí)，可以除去泥漿中的多余膠體，控制泥漿的粘度，回收重晶石，對(duì)保護(hù)油氣層、實(shí)現(xiàn)快速鉆井具有重要的作用。在鉆井作業(yè)中，一般都使用單泵供液，這樣，除砂器、除泥器的泥漿處理為： (43)式中：——除砂器(除泥器)處理量，；——鉆井泵最大排量，；則=125%≈58。無(wú)論是除砂器還是除泥器，都要保證能夠全部處理鉆井過(guò)程中的最大泥漿排量。除泥器因旋流錐筒多、管線(xiàn)長(zhǎng)，進(jìn)液壓力應(yīng)取較大值；除砂器因旋流錐筒少，管線(xiàn)短，進(jìn)液壓力應(yīng)取較小值。同時(shí)，保證旋流器正常工作，進(jìn)液壓力必須達(dá)到工作要求。除泥器的固相顆粒分離粒徑為8～44，因此4英寸的旋流器可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。表42 旋流器工作范圍表旋流器規(guī)格英寸()2(50)4(100)5(125)8(200)10(250)12(300)處理()1820314080100100114分離粒徑()71020303650從表42可知，不同直徑的旋流器的分離固相顆粒的粒徑是不同時(shí)。除砂器用來(lái)清除30～74的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，而且也與泥漿濃度、密度和進(jìn)液壓力有關(guān)。從理論上說(shuō)，當(dāng)旋流器的進(jìn)漿壓頭相同時(shí)，直徑越小的旋流器分離粒徑越小。但它們有一個(gè)不可替代的功用就是，在振動(dòng)篩無(wú)法使用的時(shí)候(比如振動(dòng)篩網(wǎng)糊篩或振動(dòng)篩損壞)，可以用它們來(lái)清除泥漿中本該由振動(dòng)篩清除的較大泥漿固相顆粒。從現(xiàn)場(chǎng)使用反映來(lái)看，除砂器、除泥器是固控工藝中使用效率最低的固控設(shè)備。如圖44反映了目前國(guó)內(nèi)外除砂器、除泥器使用的旋器分離固相顆粒的性能。底流口尺寸過(guò)大或過(guò)小對(duì)底流的排出均不利。旋流器的處理量與自身直徑的平方成正比，溢流中的固相粒也隨直徑的增大而增大。習(xí)慣上稱(chēng)內(nèi)徑大于150的，只能分離較粗砂粒的旋流器為除砂器，內(nèi)徑150至70的，能分離較細(xì)固相顆粒的旋流器為除泥器。除砂器、除泥器的核心部件—水力旋流器是根據(jù)離心沉降分離原理設(shè)計(jì)的固液分離設(shè)備，它分離固相的能力與本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)、進(jìn)漿壓力和泥漿特性有關(guān)。旋流器的名義尺寸越大，所除掉的固體顆粒越粗，所需要的工作壓力越小，泥漿的處理量越大。圓筒的一側(cè)有一切向入口，即進(jìn)漿口，筒的中心有一渦流導(dǎo)管，伸出器頂，為溢流口，下部為圓錐形，底部開(kāi)口為底流口，底流口直徑大小可調(diào)。(1)除砂器、除泥器的性能分析除砂器、除泥器的結(jié)構(gòu)均為平衡式水力旋流器，結(jié)構(gòu)原理如圖43所示。除泥器主要適用于固體含量較低的非加重水基泥漿，有效分離粒徑為8～40，若用于處理油基泥漿時(shí)，有效分離粒徑則增大為40～50。除砂器與除泥器的工作原理是一樣的，都是由一組水力旋流器和一個(gè)處理旋流器底流并回收泥漿的小型超細(xì)網(wǎng)目振動(dòng)篩組成。 除砂器、除泥器除砂器，就是用于清除泥漿中砂子顆粒的一種分離設(shè)備。表4l為目前鉆井隊(duì)在用的鉆井泵型號(hào)及排量情況對(duì)照表。故可將上式改寫(xiě)為： (42)對(duì)于雙聯(lián)式振動(dòng)篩，更換篩網(wǎng)時(shí)，必有一單篩停止工作，另一單篩必須能夠承擔(dān)處理全部泥漿的任務(wù)，故對(duì)于雙聯(lián)篩，式中系數(shù)。為了使振動(dòng)篩與鉆機(jī)匹配，就必須考慮泥漿泵的最大排量及鉆進(jìn)中產(chǎn)生的鉆屑量，即： (41)式中：——振動(dòng)篩處理量，； ——泥漿泵最大排量，： ——鉆進(jìn)中的鉆屑量。根據(jù)新型泥漿固控系統(tǒng)(即ZYK160型泥漿固控系統(tǒng))的設(shè)計(jì)要求，配備的泥漿振動(dòng)篩的固相分離粒徑最小為74的要求，振動(dòng)篩應(yīng)能安裝200目的篩網(wǎng)。圖42 分離曲線(xiàn)圖從圖42中可以看出，振動(dòng)篩篩網(wǎng)的目數(shù)不同，篩分的固相顆粒的粒徑也是不同的。振動(dòng)篩分離鉆屑的能力由它的主要工作部件—篩網(wǎng)決定，所以某種振動(dòng)篩的性能好壞，從現(xiàn)場(chǎng)使用者的角度來(lái)看，很大程度上是由該篩實(shí)用篩網(wǎng)目數(shù)、篩網(wǎng)的面積決定的。(2)振動(dòng)篩的選用振動(dòng)篩的使用性能主要反映在處理能力、工作的穩(wěn)定性、壽命的長(zhǎng)短和操作的靈活性等幾方面，振動(dòng)篩的處理能力與振動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)軌跡、振動(dòng)頻率、振動(dòng)強(qiáng)度、篩網(wǎng)面積和篩網(wǎng)的目數(shù)有關(guān)系。篩網(wǎng)振動(dòng)頻率對(duì)清除固相顆粒的效果影響較大，篩網(wǎng)振動(dòng)頻率一般為1200～2500，增加振動(dòng)篩的篩網(wǎng)頻率可以使泥漿與篩網(wǎng)的接觸機(jī)會(huì)增加，細(xì)砂不易沉積在篩網(wǎng)上，可以使篩網(wǎng)的通過(guò)能力增加，提高分離效果。振動(dòng)篩篩網(wǎng)網(wǎng)目的大小一般根據(jù)鉆井作業(yè)的需要而選擇，粗篩網(wǎng)為18～20目，較細(xì)篩網(wǎng)一般為50～80目，也有采用200目，甚至更細(xì)的網(wǎng)目。振動(dòng)篩是一種過(guò)濾性的機(jī)械分離設(shè)備，相對(duì)于其它機(jī)械分離設(shè)備，其單位成本所能獲得的固體排除量最大，是一種經(jīng)濟(jì)、高效率的分離設(shè)備。電機(jī)通過(guò)皮帶輪帶動(dòng)由偏心塊(偏心軸)等部件構(gòu)成的激振器旋轉(zhuǎn)，迫使篩框在垂直縱平面內(nèi)做諧振動(dòng)或準(zhǔn)諧振動(dòng)。圖41為普通振動(dòng)篩的工作原理簡(jiǎn)圖。(1)振動(dòng)篩的性能分析振動(dòng)篩按結(jié)構(gòu)可分為矩形振動(dòng)篩和圓形振動(dòng)篩，目前矩形振動(dòng)篩使用最廣，它的主要特點(diǎn)是整個(gè)篩箱呈矩形，通過(guò)隔振彈簧安裝在矩形底座上，篩箱的運(yùn)動(dòng)呈二維平面運(yùn)動(dòng)。 泥漿固控設(shè)備 振動(dòng)篩振動(dòng)篩是固控系統(tǒng)中最重要的凈化設(shè)備，作為泥漿的第一級(jí)凈化，其作用是將從井口返出的泥漿中大于70的較大顆粒除去，并且不產(chǎn)生破碎，以便下一級(jí)凈化設(shè)備對(duì)泥漿進(jìn)一步凈化。(3)聚合物絮凝劑的加量要想達(dá)到好的絮凝效果，絮凝劑的加量一定要合適。②架橋：由于絮凝劑的分子鏈較長(zhǎng)，分子鏈上有多個(gè)吸附基團(tuán)，所以一條長(zhǎng)鏈上可以同時(shí)吸附多個(gè)粘土顆粒，這一作用過(guò)程就是長(zhǎng)鏈分子在粘土顆粒問(wèn)的架橋作用。(2)有機(jī)聚合物絮凝劑的作用機(jī)理有機(jī)聚合物絮凝劑對(duì)泥漿中固體顆粒的絮凝作用分三個(gè)步驟。：只絮凝鉆屑和劣質(zhì)土，而不絮凝膨潤(rùn)土的聚合物絮凝劑，如合適水解度的部分水解聚丙烯酰胺。下面簡(jiǎn)要介紹有機(jī)聚合物絮凝劑。 化學(xué)絮凝60年代末期國(guó)外將聚合物絮凝劑引入泥漿中，不分散低固相聚合物優(yōu)質(zhì)泥漿得到應(yīng)用，從而使鉆井速度大幅度提高。 利用機(jī)械設(shè)備清處固相通常用于泥漿固相分離的設(shè)備有振動(dòng)篩、旋流分離器、離心機(jī)三大類(lèi)。與稀釋法比替換法可以減少清水和處理劑的用量，對(duì)原有泥漿性能影響也較小。這種方法既造成浪費(fèi)，有不安全，盡量不用。然而清水的加圖會(huì)使泥漿的性能改變，為了保證原來(lái)的性能，還需要加入適量的處理劑。這是可以加清水稀釋泥漿。但是，當(dāng)泥漿粘度稍大(如大于20)特別是具有切力時(shí)，顆粒下沉速度便顯著變慢，在它們尚未下沉至池底就被沖離大池子進(jìn)入泥漿槽和上水池，而起不到清除固相的作用。如果在情況允許的條件下，向泥漿中加入高分子絮凝劑，那么泥漿中的巖屑和劣質(zhì)粘土就不分散并絮凝成團(tuán)簇絮凝狀，而加快固體顆粒的沉降速度。第4章 固相控制方法及設(shè)備 固相控制方法 大池子沉淀這種方法現(xiàn)場(chǎng)使用較為普遍。由于屏蔽帶的存在，阻止了固相顆粒以及濾液的進(jìn)一步侵入，從而達(dá)到保護(hù)油氣層的目的。一般認(rèn)為，如果顆粒直徑與孔喉直徑的比值大于，則顆粒是不易進(jìn)入儲(chǔ)集層的，這時(shí)會(huì)在井壁上形成泥餅；如果顆粒直徑與孔喉直徑的比值在~之間，則會(huì)造成淺部堵塞；如果顆粒直徑小于孔喉直徑的，則顆粒會(huì)進(jìn)入儲(chǔ)層深處。顯然，壓差越大，作業(yè)時(shí)間越長(zhǎng)，造成的固相損害就越嚴(yán)重。(2)施工作業(yè)參數(shù)。實(shí)踐表明。影響固相損害的外因有以下三點(diǎn)：(1)固相顆粒的濃度。影響固相損害的內(nèi)因是儲(chǔ)集層孔喉的尺寸與分布、裂縫的寬度與分布情況。有的固相顆粒是為了達(dá)到某一目的而加入的，如加重劑、橋堵劑和壓裂支撐等；有的因相顆粒是無(wú)意混入而又不易除去的，如巖屑、雜質(zhì)和鐵銹等。圖32 泥漿中固相含量相同是泥漿類(lèi)型對(duì)鉆速的影響 泥漿固相對(duì)油氣層的損害固相損害是指固相顆粒在油氣層的滲流通道中造成堵塞而使?jié)B透率下降的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)得出，小于1顆粒對(duì)鉆速影響為大于1顆粒的13倍。砂子、重晶石等惰性固相對(duì)鉆速影響較小，鉆屑、低造漿率的劣質(zhì)土的影響居中，而高造漿率粘土的影響最大。泥漿固相含量在7%()以下時(shí)，鉆速提高很快；而超過(guò)7%時(shí)，降低固相含量提高鉆速的效果就不明顯。從統(tǒng)計(jì)得出固相含量每降低1%，鉆速至少可以提高10%(如圖31)。人們通過(guò)大量研究工作總結(jié)出泥漿固相含量對(duì)鉆速影響的三條規(guī)律。五十年代后期開(kāi)始發(fā)現(xiàn)泥漿固相含量高給鉆井帶來(lái)的一系列危害，并對(duì)泥漿中的固相進(jìn)行了許多研究工作。 固相含量對(duì)鉆井的影響多年以來(lái)，人們千方百計(jì)地想把井打快，因?yàn)榫虻每炀涂梢允广@井成本降低，還能避免許多井下復(fù)雜情況，使油田盡早投入開(kāi)發(fā)和開(kāi)采。(7)泥漿性能不穩(wěn)定，粘度、切力高，流動(dòng)性不好，易發(fā)生粘土侵和化學(xué)污染。(5)含砂量高，鉆頭、鉆具和機(jī)械設(shè)備嚴(yán)重磨損、先期報(bào)廢，使鉆井不能順利進(jìn)行。(3)泥餅厚，質(zhì)地松散，摩擦系數(shù)高，失水量大，造成地層膨脹、縮徑、剝落坍塌，導(dǎo)致起下鉆遇阻遇卡，易發(fā)生粘附卡鉆和井塌卡鉆。分散泥漿固相含量高，顆粒細(xì)小，有許多危害，表現(xiàn)為：(1)泥漿固相含量高比重高、機(jī)械鉆速降低，鉆頭壽命縮短，使鉆井速度下降。而這些固體的水化分散作用一直不斷地進(jìn)行著，顆粒變得越來(lái)越細(xì)小，使泥漿中膠體顆粒增加。第3章 高固相含量對(duì)鉆井的影響 高固相含量的危害長(zhǎng)期鉆井實(shí)踐得出，泥漿中固相含量的多少以及這些固體的性質(zhì)和類(lèi)型對(duì)于鉆井速度和井下安全是一個(gè)要害問(wèn)題。因此，要在維持良好的泥漿性能的前提下，盡可能降低泥漿中膠體顆粒的含量。(3)使泥漿中維持適當(dāng)數(shù)量的小于2的肢體顆粒。因此要保持泥漿固相含量低和膠體含量低必須解決以下問(wèn)題：(1)使鉆頭鉆碎的巖屑和粘土，在井內(nèi)由井底帶至地面的整個(gè)過(guò)程中不水化、不分散。(2)有害固體：(或稱(chēng)無(wú)用團(tuán)體)是指巖屑、劣質(zhì)粘土和砂粒，它們的顆粒直徑皆大于10。(2)惰性固體：這些固體不溶于水，在水中也不水化分散，如重晶石、石灰石、砂等。根據(jù)泥漿中固體的性質(zhì)可將其區(qū)分為兩大類(lèi)。平衡壓力鉆井部?jī)H僅是一種防噴、漏的措施，它對(duì)井底凈化，提高鉆速，以及減小泥漿對(duì)油層的侵害，提高油井產(chǎn)量等方面，仍然具有重要的意義。影響井底凈化的因素較多，從泥漿本身來(lái)說(shuō)，比重輕，剪切稀釋能力大，固相含量少，最初瞬時(shí)失水大等，有利于保持井底凈化。如果泥漿液流不能及時(shí)清掃井底巖屑，保持井底凈化，就造成重復(fù)切削，降低井底鉆頭的破碎效率。(3)冷卻和沖洗鉆頭，清掃井底巖屑。(2)穩(wěn)定井壁：井壁穩(wěn)定，井眼規(guī)則是優(yōu)質(zhì)快速鉆井的重要基礎(chǔ)條件，也是泥漿措施的基本立足點(diǎn)。當(dāng)接單根或臨時(shí)停止循環(huán)時(shí)，泥漿又能把井眼內(nèi)的鉆屑懸浮住，不至于很快下沉，防止塵沙卡鉆。泥漿的主要功用如下：(1)攜帶和懸浮鉆屑。目