固控那些事兒——華揚油氣
作者：西安華揚油氣設備有限公司 發布日期：2020-04-27
固控設備用于分離處理鉆井液中巖屑、泥砂等顆粒，維持鉆井液性能以及儲存循環鉆井液。配有加重混合裝置、灌注裝置和化學藥劑加注裝置。用于改善鉆井液的物理和化學性能，以滿足鉆井工作的需要。
==固相的分類==
有用固相和有害固相有用固相：泥漿中必須使用的固相，如膨潤土粉、化學處理劑、加重劑等?有害固相：有用固相以外的固體，如鉆屑、劣質粘土、砂粒等。
高密度固相和低密度固相：
LGS-低比重固相含量，無用固相及非加重泥漿材料引起的固相?HGS---高比重固相含量，加重材料引起的固相。
· 減少了泵的維修時間?延長了鉆頭壽命
· 降低了鉆井液費用?有利于鉆井液性能的維護
· 保證鉆井液在流變性控制、防塌能力，潤滑性能、巖屑攜帶、防漏堵漏等方面都具有良好的性能。
· 保證井下安全，提高鉆速，縮短鉆井周期，節約鉆井總成本具有重要的意義。
·
鉆井液中的固相得不到清除，會在鉆井液中水化分散，再通過機械破碎愈變愈細，表面積無限增大，最終導致一系列的問題。泥漿中小于1微米的膠體顆粒比大于1微米的粗顆粒對鉆速的影響大12倍，所以使用不分散體系的鉆速比使用分散體系快的多。
因此搞好固相的控制是世界上各大石油公司都非常重視的問題，都不惜花大量的錢研究制造各種固控設備。國際上各大泥漿公司先后不斷推出了新的泥漿體系，新的藥品，其發展方向和思路，都是朝著固相的控制方向發展前進的。泥漿有最初的細分，逐步發展到今天的聚合物不分散的控制型泥漿體系，可以說只要一天不停止石油鉆井作業，固相的研究與控制就不會停止。
=固相控制=
固相控制方法1.機械法
采用固控設備清除有害固相
2.稀釋法(置換法)
稀釋法就使通過向鉆井液中加水或稀膠液，達到降低固相濃度的目的。
3.化學絮凝法
加入適量的絮凝劑，使小顆粒變成大顆粒，然后用機械法去掉。
固相控制設備
固相控制設備主要包括：沉砂池、振動篩、除泥器、除砂器、離心機、清潔器。
==振動篩==
振動篩使用的好壞直接影響下一級固控設備的效果。泵排量、篩網面積、固相濃度、鉆井液粘度、密度等因素影響振動篩網的選擇以及分離的效果。應盡可能選擇使用細的篩網。性能先進的振動篩使用的最小篩網可達325目至460目。一般原則是以鉆井液覆蓋篩網面積的70～80為合適。除特殊情形外(如加入堵漏材料)，不允許返出鉆井液旁通振動篩循環。振動篩的類型:
普通橢圓篩、圓型振動篩、直線振動篩、均衡橢圓篩。
普通橢圓篩
普通橢圓篩又稱非均衡橢圓篩,是在篩箱質心的正上方固定有激振裝置。這種類振型的振動篩，橫向振幅大于法向振幅，橫向振幅與法向振幅之比值大于圓形振動的比值，所以，它的平均輸送速度大于圓形振動的振動篩，影響了鉆井液的處理效果。如果篩加長，還會出現倒流。因此，它要求篩箱傾斜一個角度，利用重力強行排砂，以免砂粒有朝后拋擲的傾向。由此而來，篩箱傾斜確實改善了砂粒的移動性能，但振動篩處理鉆井液的量減少了，這正是普通橢圓篩的主要缺點。
圓型振動篩
圓型振動篩亦稱自定中心振動篩，激振器位于篩箱質心。篩箱作圓形振動時，篩箱的法向和橫向加速度相等，篩箱可以水平安裝，篩網上沒有堆積現象，相應地可以加大處理量，但這類篩子上的固相顆粒拋射角是篩子加速度的函數，當法向加速度為3~6倍重力加速度時，固相顆粒拋射角達70°~80°。這樣陡的拋射角使得鉆屑在下落時慣性大，易粉碎，相應地增大了砂粒的透篩率，對鉆井液的凈化不利。現場實踐表明，圓型振動篩輸砂速度小，透砂率高，當這種篩配用細目篩網時，又有處理量太小，篩網壽命太低等缺點。
直線振動篩
直線振動篩是由兩根帶偏心塊的主軸作同步反向旋轉產生直線振動, 直線振動的加速度平衡作用于篩箱，篩網受力均勻，其壽命明顯優于圓形或橢圓振動篩的篩網；另外，由于鉆井液受到的過篩阻力較小，使得處理鉆井液的量和均步度均比圓型或橢圓振動篩大得多、好得多。
但是直線篩也有它的弱點，由于直線篩振動方向不變，作用在卡入篩網孔里的顆粒上的加速度矢量不變(即沿著振動方向)，使得卡入的顆粒不易脫落，而出現“篩糊”現象，使得篩網的有效過流面積減小，造成處理量下降，而且當篩網目數增大時，篩糊現象會更嚴重。因而，直線篩在使用超細目篩網時，就不可能滿足鉆井液用量的要求。
均衡橢圓篩
均衡橢圓篩是近幾年發展起來的一種新篩型，篩箱上各點的運動軌跡如圖,所有橢圓的運動軌跡的長軸和短軸相同，拋擲角的大小和方向完全一致。篩箱處于平動狀態。在篩箱的進口處、中點和出口處的輸砂速度是一致的。
均衡橢圓篩結合了圓型振動篩和直線振動篩的基本優點，即橢圓“長軸”是強化巖屑輸送的分量，而“短軸”可促使巖屑在篩面上粘成一團的現象減少，消除部分巖屑堵塞篩孔的可能性。根據國外資料及現場試驗結果表明，在一般情況下，均衡橢圓篩的處理量較直線篩大20~30%，是一種比較先進的鉆井液振動篩，代表著當今鉆井液振動篩的發展方向。
==除砂器/除泥器==
除砂器與除泥器都是由一組水力旋流器和一個處理旋流器底流并回收鉆井液的小型超細網目振動篩組成。除砂器用來清除30~74μm的固相顆粒，除泥器用來清除l0~30μm的固相顆粒。旋流器中分粒度D50不但與旋流器的結構尺寸有關，而且也與鉆井液濃度、密度和進液壓力有關。一般情況下，旋流器的分離能力與旋流器的直徑有關，直徑愈大其分離的顆粒也越大。反之直徑愈小，其分離出的固相顆粒也愈小。
如152.4~304.8mm(6~12英寸)的旋流器稱為“除砂器”，分離點約為40微米，把50.8~152.4mm(2~6英寸)的旋流器叫做“除泥器”，分離點約為15微米。
清潔器由除泥器與細網振動篩組成，篩網一般在140~200目(網孔104~74微米)之間，目的是回收部分通過旋流器排出的液體、重晶石等。一般不建議清潔器用于非加重鉆井液。若在非加重鉆井液中使用清潔器，則可關掉振動篩而讓旋流器的底流全部排掉。
為了滿足處理全部鉆井液的要求，除砂器和除泥器必須由若干個旋流錐筒組成。為了保證旋流器正常工作，進液壓力必須維持在0.25~0.35MPa這個范圍內。除泥器因旋流錐筒多、管線長，進液壓力應取較大值;除砂器因旋流錐筒少，管線短，進液壓力應取較小值。
進液壓力的大小主要取決于砂泵匹配是否合理，因而砂泵的選擇是至關重要的，砂泵揚程通常為40mH2O左右，排量能與除砂器和除泥器所標定的處理量相等，即可滿足使用要求。同時，在選用除砂器和除泥器時必須參考鉆井泵的最大排量，以期達到匹配合理。
這兩種設備在使用時間上，無嚴格的界限，一般在鉆淺地層和軟地層時，鉆井液中大顆粒鉆屑含量高，二者必須同時使用;在鉆探地層和硬地層時，若采用細網目振動篩，可直接使用除泥器來處理鉆井液，這對鉆井液的凈化質量影響甚微，且非常經濟。
==離心機==
離心機是離心分離設備，鉆井現場常用的是以固液密度差作為分離基礎的沉降離心機，主要用來清除鉆井液中2~10μm的固相物質，是最后一級鉆井液固控設備。離心機的規格以鼓的長度和最大直徑表示：有18×24英寸、14×22英寸、14×20英寸(直徑×長度)等規格，也有以處理量來做為規格的，一般的國產離心機處理量為40方/小時或60方/小時。離心機的轉鼓以1500~3500轉/分(r/min)旋轉。螺旋輸送器一般以1:80的速差和轉鼓同向旋轉。一般可清除2~3微米的固相顆粒。用于加重和非加重鉆井液。
應用離心機處理加重鉆井液
在加重鉆井液中應用離心機的首要目的是控制粘度。因為在高粘度下，鉆井速度較慢。控制粘度的方法是將引起粘度增加的超細顆粒固相和膠體通過溢流分離出來，排至廢料池，而將含有大量重晶石的底流重新返回鉆井液循環罐內。
應用離心機處理非加重鉆井液
在末加重的低固相鉆井液中，離心法是很有效的固液分離方法。用于這方面的離心機通常是大處理量型離心機，每小時能處理23~45m3的液體，處理3~4t固相。離心機將鉆井液分離為溢液和底流兩部分。底流中含有大量無用固相排到廢漿池中;而貴重的液相再返回到循環罐中去。由于低固相鉆井液所帶來的巨大效益，因此，用離心機來清除非加重鉆井液中的固相越來越普遍了。
==除氣器==
除氣器用來清除氣侵鉆井液中的氣體，其處理能力應達到全流量處理。除氣器必須置于砂泵之前來處理鉆井液。因為鉆井液中含有氣體時，離心砂泵將發生氣蝕，氣蝕不但使砂泵性能下降，產生噪音和振動，壽命縮短，嚴重時會使砂泵無法工作或損壞。除氣器的功能有兩點：一是保證鉆井液性能相對穩定，防止井噴、井涌事故，確保鉆井安全；二是保證旋流器能正常工作。在鉆中深探井、氣井和含氣油井時，必須配備除氣器。除氣器分為兩大類：常壓式和真空式
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