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泥浆搅拌器的设计及其结构特点

2016年3月15日
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| Categories: 固控设备文章

泥浆搅拌器的设计要点

泥浆搅拌器,结构坚固,皮实可靠,尺寸紧凑。泥浆搅拌器的高宽比近似为1:1,因此重心较低,稳定性好,在叶轮遇到一个瞬时的冲击负荷时,比较安全。

泥浆搅拌器由于装有结构简单而强度高的单极蜗轮蜗杆减速器,所以他运转平稳,均匀。涡轮传动装置承受冲击和振动的能力比相应规格的螺旋齿轮二级减速装置高50%以上。当速比达到60:1和80:1时,涡轮传动装置的效率较低。但是,新型涡轮传动装置的减速比为20:1,实践证明,它具有极高的效率,并且显示出其他型式的齿轮传动装置所没有的优点。

为了使泥浆罐中的泥浆搅拌均匀,根据液流流谱证明:恶论的叶片倾斜60度时,轴向和径向的流量相等。当液体接触到叶片时,它就被迫向下运动到灌底,然后沿罐壁向上返回。这种运动使顶部和底部的泥浆不断的混合,以使罐内各部分的泥浆具有相同的浓度。当泥浆泵入井内,这有助于消除由于轻、重泥浆不均而引起操作上的难题。

在深度等于或小于48英寸(约等于1.2米)的泥浆罐中,即可使用平直的涡轮叶片,也可使用曲线形涡轮叶片。对于较浅的泥浆罐,将叶轮安装在轴的下部位置,也可以进行充分的搅拌。若在泥浆罐上焊装合适的挡板,涡轮型式的叶轮就会产生径向的液流和少量的轴向液流。当泥浆搅拌器在很深的泥浆罐中运转时,可以在一根轴装上两个叶轮,同样能令人满意地工作。但是,多数的泥浆搅拌器推荐安装有60度倾角的叶轮叶片。用户的经验证明,这种搅拌器在其适用范围内能混合的十分均匀。

搅拌器中电动机规范

全部采用防爆T型机座,3相230~460V,1150转/分,频率60赫兹;或者采用3相190~380V,958转/分,频率50赫兹.电动机用弹性联轴节与减速机直接相连。在连接轴的上方装有坚固的钢质护照。

泥浆搅拌器的规范

实心的低碳钢轴用刚性连轴节与减速机相连。为了调节叶轮的高度,在轴的下部开有键槽。轴的直径范围为38.1毫米到88.9毫米之间,具体随型号而定。轴的实际长度由用户确定

如何计算泥浆搅拌器的尺寸和数量

在现在使用的设备中,很有可能有75%的泥浆搅拌器安装得不恰当,造成这种情况的原因不是不了解正确确定尺寸的方法,就是不懂得合理选定尺寸的重要性。

每一种搅拌器计算出的合理搅拌量与给定的功率及叶轮直径有关。叶轮能够达到的搅拌范围与泥浆比重的关系和所需功率都是可以用计算来确定的。
下面的资料室正确选定搅拌器尺寸的依据:

1.泥浆罐的长度、宽度、高度和隔舱尺寸

2.每个隔舱的用途,例如作沉淀罐、段塞泥浆罐、真空除气器用罐等

3.预先确定最重的泥浆比重。如果不知道确切的数值,可假定是20磅/加仑(2.4克/立方厘米)的泥浆。

4.设备动力的电压和频率

5.陆地还是海洋设备?如果是陆地设备,那么在设备的搬运会和泥浆罐一起搬运吗?

在取得尽可能多的资料后,可以用下面提供的曲线图,来取定比较恰当的搅拌器尺寸的近似值。

正确选择泥浆搅拌器的尺寸,第一步先查出在曲线图右边的罐的宽度。然后沿着横线在图的左边有一相应的叶轮直径推荐值。叶轮尺寸与泥浆比重以及所需的马力有关,可以简单地从叶轮直径按照水平线引到预先确定的泥浆比重曲线上,此时再找到这一点右边最靠近的粗曲线,记下粗曲线上部所需要的功率值。如果所选择的泥浆比重不符合图中所示的那三条曲线,那就选用比重相近而又较高的那一条曲线。

泥浆罐被划分为几个工作范围简图…

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固控设备的分离点

2015年12月31日
| 没有评论
| 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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泥浆罐中挡板的内部构成

2015年12月23日
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| 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
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| 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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固控设备中搅拌设备的优点与欠缺

2015年12月19日
| 一条评论
| Categories: 固控设备文章

固控设备中的泥浆搅拌器、泥浆枪和泥浆罐承担着搅拌泥浆的作用。泥浆搅拌器、泥浆枪和泥浆罐结构设计是否合理对固控系统处理泥浆起着重要作用。
泥浆搅拌器是固液混合设备,主要用于石油矿场钻井泥浆循环系统。该系列产品采用摆线针轮减速机,具有传动平稳,性能可靠,噪声小,占用面积小,使用寿命长等特点。钻井液循环系统中由于搅拌机搅拌叶轮的搅拌作用,使钻井液在循环罐中产生周向流,径向流和轴向流,以防钻井液固相颗粒在循环系统中沉积,使循环钻井液性能稳定。
钻井液泥浆枪主要用于钻井泥浆循环系统中,同时该设备也可与钻井液泥浆剪切泵配套使用,防止泥浆在钻井泥浆罐中沉淀的一种专用工具。该固控系统泥浆枪结构简单,操作灵活,使用方便,是一种理想的固控系统 。泥浆枪用于提供泥浆罐中泥浆的补充混合或预混合,取决于使用的数量和罐的大小。最好用于罐的角落里防止固体沉淀,泥浆搅拌器置于罐的中央。 在泥浆系统中泥浆枪也补用作于仓与仓之间的泥浆输送,像输送罐仓。泥浆枪能够旋转使操作人员最大限度的提高泥浆枪的效率。
泥浆枪可以安装用于搅拌盲区来辅助泥浆搅拌器工作。圆形的泥浆罐基本上可以消除这些盲区,但需要泥浆枪和它们的支持构件(砂泵、管线、阀门等)构成一个合理的罐体。
另外,球形的泥浆罐设计与正方体或长方体的泥浆罐设计还有以下特点:
1、容易清洗;
2、有额外的空间放置管道和泵;
3、不需要进一步划区,因为每个容器都有它自己的分隔空间;
4、对称的设计,能够保证泥浆混合良好。
正方形或长方形的泥浆罐对泥浆搅拌器来讲有搅拌盲区,所以必须使用泥浆枪,在大多数情况下,应当选择合适的泥浆搅拌器充分搅拌泥浆罐内部,并且应当正确地安装泥浆枪以消除搅拌盲区。

泥浆搅拌器的优点

1、泥浆搅拌器的各种齿轮箱和叶轮组合可以适应大多数需要;
2、在又深又大的泥浆罐中效率高;
3、搅拌器能够根据设计需要产生合适的剪切力;
4、搅拌泥浆能够暴露更多的泥浆与大气接触,从而帮助冷却钻井液泥浆,从而提高钻井效率。
5、泥浆搅拌器分为立式和卧式,能够在各种不同环境下使用,节省空间。

泥浆搅拌器的欠缺

1、不能混合不同泥浆罐中的钻井液泥浆,也不能在两个泥浆罐之间转移钻井液;
2、较高的投入费用。同钻井液泥浆枪相比,显然泥浆搅拌器的费用要高一些;
3、泥浆搅拌器比泥浆枪需要更多的空间;
4、泥浆搅拌器比泥浆枪质量大;
5、需要电力供应;
6、在搅拌容器为长方形泥浆罐或正方形泥浆罐时,泥浆搅拌器的搅拌会存在盲区;
7、在一些环境下使用时,泥浆搅拌器可能需要安装隔板。

泥浆搅拌器

钻井液泥浆枪的优点

1、钻井液泥浆枪比泥浆搅拌器的投入费用低;
2、在能满足足够泵功率的前提下可以使用钻井液吧;
3、流动可以集中于某一特定区域来降低盲区;
4、泥浆枪的重量比泥浆搅拌器要轻;
5、可以提高剪切率;
6可以用于转移和混合罐体与隔舱之间的钻井液。

钻井液泥浆枪的欠缺

1、如果单独使用钻井液泥浆枪、将需要许多把钻井液泥浆枪,泵和管线,从而提高投入成本;
2、钻井液泥浆枪表面的高压喷嘴可使钻井液充气;
3、泥浆枪喷嘴的磨损会导致高速流动,需要更大的功率;如果喷嘴不及时更换,可能导致电机超载。
4、如果固相已经沉淀,钻井液泥浆枪直接射向堆积物,固相段塞可能堵塞泵,锥形罩或者钻井液离心机。
5、泥浆枪的使用会对固控设备中的泥浆罐和相关构件的要求增加。

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