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固控设备的分离点

2015年12月31日
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| Categories: 固控设备文章

分离点(cut point)用于表明固控设备在给定时刻的分离特性。在分离点数据评价中,不仅要考虑固控设备的性能,好要考虑钻井液的性能。分离点曲线可根据收集的数据绘制而成,它表征在收集数据的某一确定的时刻,某特定尺寸的固相通过固控设备或被固控设备清除的几率。因此,分离点曲线是固相物理性质(如密度)、固相粒径分布以及固相设备自身状况(如密封能力)和钻井液性能的函数。

所有固控设备的分离点都可以被测定比较从固控设备中排出的不同尺寸固相的质量流速和相同尺寸固相进入设备的质量流速即可得到。当测试特定的固控设备时,应知道固控设备的注入流速和固控设备排出和底流流速。显然,设备排出质量流速的总和必须等于设备的注入质量流速。通常,排出流的部分被废弃,而另一部分留在钻井液中。在测量各种液流的固相大小之前,应先校验是否满足质量平衡方程,即体积流速平衡和质量流速平衡。
固控设备仅清除了进入设备的钻井液中的一部分固相,例如,除泥器中4英寸旋流器处理钻井液能力大50gal/min,但只能清除大约1gal/min固相物质。排出的固相物质占处理量的比例很小,以至于很难测量保留下液体与注入流的差别。所以为了得到更精确的注入固相浓度,用排出液流中固相的浓度加上底流中固相的浓度来计算注入流中的固相浓度。
为了确定注入流特定尺寸固相的质量流速和废弃流中相同尺寸颗粒的质量流速,需要测量流速和固相浓度。尽管废弃体积流速一般相对较低,但测量注入流速要求使用流速计或计量泵。
对于钻井液振动筛来说,振动筛注入流速等于钻井液在井眼环空的速率。可以控制钻井液泵排量以提供精确的注入流速。钻井时,将钻井泵从吸入泥浆罐移到加重泥浆罐,测量钻井液加重泥浆罐的下降速度。加重泥浆罐中的钻井液含有液体和气体。因此,必须从加重泥浆罐时所吸抽取钻井液体积中减去气体的体积。气体体积分数由加压钻井液和非加压钻井液之差除以加压钻井液的体积,乘以100得到。如果除泥器或钻井液离心机由砂泵作为供浆泵,就需用其他类型的流速计来精确测定流速。流速计可以用刻度的大容器和秒表来代替。由于离心式砂泵底流中颗粒含量很高,所以很难测量设备底流体积流速。在容器内部划好标定线以供体积测量。向泥浆罐中注入大量水,并把泥浆罐和安装在泥浆罐顶部的离心机相连。当泥浆罐中的钻井液流入钻井液离心机时,秒表开始计时,可以观测水位的变化。两线之间已知体积除以时间得出排放体积速率。底流或高密度钻井液典型样品用于底流密度测量。取信测量的质量和体积流量平衡后,就可确定废弃和底流中的颗粒尺寸。
测量钻井液振动筛和除泥器注入流和排放流的速率需要更大的容器,不能直接称量或测量他们的体积。留在钻井液的必须用典型样品确定不同尺寸颗粒的质量。
对于钻井液离心机和除泥器来说,必须使用精确到微米级的仪器来测量固相的尺寸。钻井液振动筛可使用筛网来测量,因为分离点范围在美国测量实验协会(ASTM)确定的筛网级别之内。径粒不同测量所需仪器也不同,测量小直径颗粒必须选用更精确的实验设备,实验室需用激光仪。
废弃钻井液样品含有的固相和液相。对于钻井液振动筛的废弃流来说,留在ASTM测试筛网上的颗粒质量可通过称量干燥后的固相直接测量。对于除泥器底流和钻井液离心机的底流(重钻井液)废弃液流来说,必须用固相的密度来确定颗粒的质量分数。
利用一系列钻井液标准振动筛,通过测定注入流和废弃流、底流中固相颗粒大小,就可以测量钻井液振动筛的分离点。注入流和废弃流底流的流速一旦确定,各股流每种筛网排放液中颗粒的质量流速与注入液中相同尺寸颗粒的质量流速是有区别的。
用此方法,注入液流样品仅仅是总液流中一小部分,因为误差可能会导致质量不守恒。更好的方法是用废弃液流和底流作为样本,将两种液流中颗粒的分布结合起来建立更精确的分离点曲线。这种方法可以用于注入液流流速远大于废弃液流速的固控设备。
取固控设备中废弃液和底流样品进行分析。测量所有液流的密度。废弃液流的体积流速通过将所有废弃液至于容器(该容器是钻井液振动筛废弃段的工作状态完好的部分沟槽)中的办法来测量。废弃液的质量流速除以废弃液的密度或钻井液的密度,即为废弃液的体积流速。现场钻井固控设备的排量即为注入体积流速。注入质量流速由钻井液的液相清洗多余的钻井液,彻底烘干筛分样本,测量即为注入体积流速。注入质量流速由钻井液钻井液密度乘以循环流速计算。用一系列尺寸分布广泛的筛分湿样本,用钻井液的液相清洗多余的钻井液,彻底烘干筛分的样本,测量筛下的固相颗粒的质量,计算注入废弃流和底流的流速。为确定筛网分离点曲线,废弃液流中特定尺寸颗粒的量必须与进入筛网相同尺寸颗粒的量相比较。虽然可以收集所有的废弃液流,也可以确定所有废弃的特定尺寸颗粒的质量。但是,在废弃液流被收集期间,试图手机筛网的所有流体是不切实际的。例如,如果现场井眼中循环流量是500加仑/分钟,手机废弃样品3.5分钟,那么通过钻井液振动筛排出流应是1750加仑。如果钻井液密度为9.2lb/gal,那么,就意味着16100lb钻井液通过钻井液振动筛。3.5分钟内钻井液振动筛处理的总固相为113.75加仑(1750加仑的6.5%)。以为收集和筛分如此大量的固相是不切实际的,所以通过钻井液振动筛底流氧泵作为样本,来确定通过钻井液振动筛的颗粒浓度和大小分布是比较实际的。必须测量底流样本的流速和每种筛网固相的质量,以上干固相的流速只用于计算,而不是用于特定的时间内收集所有颗粒的原因。
与每种筛布对应的注入流质量流速也可以确定,底流筛布的废弃液流和注入流的流速,确定固控设备中废弃固相的百分数。固相大小与清除的固相百分数建立分离点曲线。
分离点曲线显示了各种尺寸的固相进入固控设备和被固控设备清除的分数。例如,D50分离点是Y轴上50%的点与分离点X轴上相对应的颗粒尺寸的交点。这个分离点表示注入固控设备的颗粒尺寸有50%机会通过设备,有50%的机会被排除设备。通常固相分布曲线被标示为分离点曲线是不正确的。分离点曲线表明被分离的不同尺寸颗粒的分级,他们在很大程度上依赖于钻井液参数,并表明在手机数据时刻固控设备的工作性能。固控设备的分离点取决于设备的性能和钻井液的性能。
接下来分布介绍分析粒径大小的方法和用分离点曲线计算分离点。然后,以钻井液振动筛为例介绍数据如何收集和处理,从实例中获许多的有用信息。这种方法最适用于钻井液振动筛分离点分析,由于钻井液振动筛筛网不可能很细,所以分析至API400目筛网即可。
绘制除泥器除砂器中旋流器和钻井液中离心机分离点曲线应使用非筛分方法。大约635目筛网测量固相颗粒大小是筛分分析的极限。

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除砂器常见故障排除

2015年12月28日
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| Categories: 固控设备文章

 

钻井液除砂器为固控系统流程中的二级固控设备。可分离45~74微米之间的固体颗粒,并保证处理后的泥浆被下一级的设备更好的处理。
了解除砂器常见故障、产生原因及解决办法可以让我们更好的使用除砂器净化泥浆。

故障一:排出口粘结,液体和固相粘结。
产生原因:固相超载。
解决方法:降低固相含量:增加除砂旋流器数量,检查振动筛是否筛布损坏,检查振动筛旁通是否关闭,降低ROP。

故障二:液体损失过大。
产生原因:
A.供液压头过低:1.入口部分堵塞;2.供液泵内有空气;3.泵速过慢;4.叶轮尺寸太小;5.泵排出管线有节流;6.泵转向错误;7.管线内固体沉积。
B.喷嘴太大。
C.内筒或喷嘴磨损:1.长期高压下工作;2.正常磨损;3.入口安装错误。

解决方法:
A.增大供液压头:1.供液泵入口安装滤网;2.调整更正;3.如果柴油机驱动,提高泵速;4.加大叶轮尺寸;5.检查管路;6.调整转向;7.清洁管线,在靠近吸入端安装蝶阀。
B.降低喷嘴尺寸。
C.纠正方法:1.降低泵速或降低叶轮尺寸;2.重新安装喷嘴;3.重新安装。

故障三:除砂旋流器喷嘴不出液,可能情况是喷嘴堵塞或入口压力过高。
产生原因:泥浆太脏,固控设备工作不连续;除砂旋流器内泥浆干结;振动筛筛布破裂或振动筛旁通;泵速过快;叶轮尺寸过大;节流阀位置错误。

解决办法:关掉设备,疏通喷嘴堵塞物,拆开上部法兰除掉堵塞物。检查振动筛筛布,调大喷嘴,循环时启动设备。如果柴油机驱动,降低泵速,减小叶轮尺寸,调节阀开启度。

 

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泥浆罐中挡板的内部构成

2015年12月23日
| 没有评论
| Categories: 固控设备文章

在建造固控系统泥浆罐时的一个重要考虑就是如何安置罐内部管道系统,如果把管线安置不合适,就不可能使固控系统和系统中的固控设备有效工作。对于任何类型的泥浆罐罐体,安装管道的最好建议就是凭借常识和经验,仔细想想,管线对罐体里流动形式有什么影响,泥浆的流动线路应当不被管道或是结构支撑部件阻碍。

1.圆形泥浆罐的挡板

对于一个圆形或圆柱形泥浆罐来说,挡板是十分重要的。挡板将旋转运动转换为流态,以利于颗粒的悬浮和保持液体的均质性。同时挡板也有利于阻止漩涡的形成。对于这两种情况,挡板都能提高泥浆流动的小刘。泥浆罐的挡板宽度应当在罐直径的1/12~1/10的范围内,并且成90度。挡板和离泥浆罐罐壁的距离越短,效率越高。挡板和罐壁之间的距离最好为直径的1/72~1/60。

1.方形泥浆罐的挡板

适当设计的方形泥浆罐中钻井液与循环泥浆罐中被挡住的泥浆有相似的优良悬浮性。方形和矩形泥浆罐中罐的棱角能引导流体与圆形容器中挡板同样的运动。但是,随着方形泥浆罐体的长和宽比率的增加,泥浆罐远端产生空白地带的机会也随着增加。在长罐体中点有策略的安装挡板将会中和这个负面效应,当比率超过1.5:1时,建议使用两个或两个以上的泥浆搅拌器。
在每个叶轮上安装挡板,以便增加搅拌作用和阻止空气涡流。典型的钢盘挡板有1/2~3/4英寸厚,12英寸宽并且从泥浆罐底部延伸到搅拌叶片顶端以上至少6英寸处(大约1~2cm厚,30cm宽并且向上延伸15cm)。4个挡板被安装到搅拌器轴线90度的位置上,罐的4个角连接着搅拌轴(图1)。对有两个或者更多的搅拌器的矩形罐来说,泥浆罐被分成假想的方形罐和一个指向各个角落的挡板。

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泥浆搅拌器的筛选和安装

2015年12月22日
| 一条评论
| Categories: 固控设备文章

发挥泥浆搅拌器的性能必须经过适当的设计和正确的安装,不正确的参数设计和不正确的安装将导致泥浆搅拌器性能变差。

1、泥浆搅拌器的设计参数

正确设计泥浆搅拌器必须了解以下参数:

(1)钻井液泥浆罐和机箱的尺寸;
(2)机箱形状;
(3)机箱性能(固相清除、测试、吸取、存储和小段塞/段赛);
(4)预计最大的钻井液密度。
一旦这些信息确定,设计就集中在泥浆搅拌器的叶轮尺寸和型号以及所需要功率大小等方面。对泥浆搅拌器来说,流动形态有径向流和轴向流两种基本类型。
泥浆搅拌器的径向流叶轮,与在钻井工业中所使用的一样,是典型的由低碳钢制造的(使用不锈钢的较少,但在特定的情形下可以使用),在泥浆搅拌器减速机的轴上垂直安装着矩形叶片(通常每个搅拌器叶轮3或4个叶片)。在正方形和矩形钻井液泥浆罐里,正确设计的径向流在流体碰到罐壁时会产生轴向流,但是对所有的正方形和矩形泥浆罐而言,都会有一些死角和死点。彻底的清除这些泥浆罐的死点是不切实际的,然而设计的当的泥浆搅拌器
,可以减少这些死点,从而忽略死点的存在。泥浆搅拌器叶轮当安装在罐底部3~6英寸的位置。如果搅拌器叶轮所处位置离底部太远,流体将不能彻底搅拌钻井液泥浆罐底部,因而产生死点。死点不仅减少钻井液的可用体积(从而减少有效的循环体积),而且还使用重晶石或者其他有用固体颗粒沉淀,增加钻井液成本。另外,当起下钻或者把钻井液从一种类型改变为另一种类型时,沉降的固体颗粒将增加清洗钻井液泥浆罐的时间和费用。因此再三
强调好的搅拌效果源于正确的泥浆搅拌器设计和恰当的搅拌器叶轮安装。
在较深的钻井液泥浆罐或者在同一轴上有两个或者更多的泥浆搅拌器叶轮,罐底部的叶轮轴都应当被固定。泥浆搅拌器的稳定器一般为短管,足够大的内径容下搅拌轴而不妨碍泥浆搅拌器旋转。稳定器管内有一些排水孔,垂直焊接到一个体积很小的平面钢盘上,平板则固定在灌底,或者稳定器被直接焊接在泥浆罐底。稳定器将限制轴承侧向在和过度,能够延长泥浆搅拌器中减速器输出轴和油封的寿命,在这种情况下对阻止轴变弯也有帮助。
在轴的长度选择上轴向流叶轮比径向流叶轮更加灵活。安装设置通常认为轴向流叶轮距泥浆罐底部2/3~3/4叶轮直径处比较好。泥浆搅拌器的叶轮合适位置将充分利用罐体的几何尺寸使从叶轮处来的流体发生偏斜,从而使流体沿着底部并且靠着罐壁流动。叶轮轴在较深的罐体中应当被固定。
由于轴向流叶轮在罐体中所处的位置较高,因此必须保持较高的液面来阻止泥浆形成漩涡(见图1)和防止钻井液中包裹空气。如果轴向流叶轮安装得太低,泥浆罐底部会受到冲刷,导致泥浆罐底部的磨蚀严重。不恰当安装泥浆搅拌器的叶轮的另一个结果会使表面钻井液不能有效搅拌,泥浆的均质性较差。

泥浆搅拌器

可变倾角叶轮(波面或可变面叶轮)有别于平板和轴向流叶轮,其搅拌器叶轮上含有多个接触角。与轴向或径向流叶轮相比,可变倾角叶轮驱动相同数量的泥浆需要的功率更小。因此,可变倾角叶轮可以采用更大的叶轮片或者更小的减速机/电机组件,或者采用更高的大转矩的减速器,而减速器的电机比径向轴或轴向叶轮更小。可变倾角叶轮通常用在超大体积的罐体中,因为当泥浆通过接触叶片表面时能给予更有效的搅拌,而剪切力传递较小。钻井
液泥浆体系的某些泥浆罐需要剪切力,而其他罐体则不需要。当处理一些新配置的泥浆或者加重钻井液泥浆罐或者胶液泥浆罐体时,剪切力可以加速这一混合过程,并使之均匀。可变倾角叶轮类型的泥浆搅拌器主要用于钻井液长期储存的罐体,比如大容量储罐,不需要强剪切力。泥浆搅拌器的波面型叶轮另外一个好处是排出一定量的泥浆所需功率更小,因此最适合不需要强剪切力的泥浆罐。
无论泥浆搅拌器是径向、轴向或者波面叶轮,叶轮的安装位置和参数设计都极其重要,如果所有的设计和安装的过程都正确,但搅拌器叶轮的位置不正确,结果也会使泥浆搅拌器的性能前功尽弃。所以,一定要仔细阅读泥浆搅拌器的说明书中的设计参数和安装位置。
2、泥浆罐的外形对泥浆搅拌器性能的影响
当泥浆搅拌器被安装在对称的圆形或者方形泥浆罐体上时(从上部看)运转最佳。圆形泥浆罐体很理想,有很多原因,最主要就是固体颗粒可沉淀的死角更少。
圆形泥浆罐体与中心排水管或清洗装置(泥浆枪)安装在一起,罐体更易清洁,并且需要的洗涤液比矩形泥浆罐或正方形泥浆罐体更少。由于是对称的形状,因此钻井液泥浆的混合最彻底,搅拌效果最佳。但是,圆形泥浆罐也有些缺点,他们不能更有效的利用空间,与矩形或方形罐比起来,同样的容积占用的空间更大。圆形罐体需要挡板阻止罐体本身旋转和促进液体悬浮,不好安装,以及成本高。
3、泥浆罐罐体和钻井液舱尺寸对泥浆搅拌器性能的影响

恰当的泥浆搅拌器尺寸设计建立在搅拌大量液体的基础上。因此,知道泥浆罐罐体的尺寸很有必要。大多数情况下,除了沉砂池,其他所有罐体都需要泥浆搅拌器。一些固控系统将沉砂池转变为活动的钻井液舱,这就更需要钻井液泥浆搅拌器了。考虑到许多系统都在泥浆罐体上安装了钻井液振动筛,而很少或没有为泥浆搅拌器流出空间,这样就会出现问题。如果泥浆罐罐体设计时出现这样的问题,就需要重新设计为泥浆搅拌器划定空间同时不妨碍
钻井液离心机等固控设备的正常工作。当然,也可以使用泥浆枪。

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除泥器的安装维护

2015年12月21日
| 一条评论
| Categories: 固控设备文章

 

除泥器是泥浆固控系统的第三级净化设备,是根据颗粒沉降原理设计而成的,其分离介质钻井液通过砂泵产生一定的压力和速度,沿旋流器内壁螺旋进入,较粗的颗粒在离心力和重力的作用下沿旋流器内壁螺旋下沉,从底流口排出,落在下面的细目振动筛上分离,其余介质沿旋流器螺旋上升。

除泥器安装调试:

1、除泥器应安装在除砂清洁器之后,即二号罐尾,底座须安放平稳。

2、除泥器进出口与其他设备的联接管线采用软管线,且尽可能减少长度和拐弯。

3、筛网的张紧度要合适,张紧后的筛网应平整无皱。

4、振动电机每1500~2500小时注一次润滑脂,每个轴承注油量5~10ml。

除泥器维护及保养:

1、检查以确认正确的连接和密封部分;

2、旋流器长期停用时须用清水循环清洗,防止旋流器内积存干砂。

3、维修或更换磨损,渗漏和损坏的漩流筒。

4、除泥器停机后应清洗筛网,以免泥沙干固,下次无法使用。清洗筛网时,严禁用锨拍打, 用其他硬物刷刮筛面,以保证筛网的使用寿命。

5、检查喷嘴是否损坏。检查漩流筒内部腔体,如有必要,更换损坏部件。

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