第6章 循环系统

第六章循环系统第一节循环系统简介功能：循环泥浆泥浆的功能：冲洗井底携带岩屑平衡地层压力冷却与润滑钻头保持井眼的稳定提供井下动力泥浆流程：泥浆罐→泥浆泵→管汇→水龙头→钻具→钻头→环空→井口→泥浆处理系统→泥浆罐组成钻井泵钻井液净化、处理调配装置。振动筛除气器除砂清洁器除泥清洁器离心机循环罐搅拌器第二节钻井泵（泥浆泵）钻井泵的主要作用是循环泥浆，有双缸双作用泵、三缸双作用泵、三缸单作用泵等，目前基本上使用三缸单作用泵。型号：双缸泵：NB8-600（双缸双作用泥浆泵，第8此设计，600hp）三缸泵：SL3NB-1300A变型代号额定输入功率（马力）三缸单作用钻井泵胜利技术规范型号3NB-8003NB-9003NB-10003NB-13003NB-1600输入功率kW5886617359561176工作压力MPa32.331.334.334.334.3最大排量L/s34.834.24046.651.8重量t1416182030一、工作原理曲柄旋转，通过连杆、活塞杆，带动活塞往复运动。吸液：活塞向动力端运动，缸内形成真空，吸入阀开，排出阀关，吸液；排液：活塞向液力端运动，缸内压力升高，吸入阀关，排出阀开，排液二、结构组成往复泵：曲柄滑块机构动力端：曲柄，连杆，十字头（动力—液力分界）液力端：液缸，活塞，活塞杆，阀室（阀箱），吸、排阀，吸、排管。三、分类按缸数分：单缸双缸三缸泵按作用方式分：单作用（往复一次，一吸一排。）双作用（往复一次，两吸两排。）按缸的布置方式：卧式、立式按活塞形式分：活塞泵、柱塞泵四、基本参数压力：泵排出口单位面积上所受的液体力，用p表示，单位MPa。流量：单位时间内泵排出或吸入的液体量。体积流量单位：L/s、m3/s，用Q表示；重量流量单位：N/s，用QG表示。泵的排量：曲柄转一周泵排出或吸入的液体量。gQQG理论平均流量①单作用泵理论平均流量（m3/min）iFSnQth双作用泵理论平均流量SnfFiQth)2(实际平均流量实际流量小于理论流量实际平均流量泵的充满度系数：1往复泵的泵阀总是迟关、晚开吸入时有气体和余隙容积存在使吸入时未充满液缸泵的容积效率：v密封处高能液体漏失，能量损失流量系数：=1v实际流量thQQ功率泵的输入功率：单位时间内动力机传到往复泵主动轴的能量(做功)，即输入功率Na；转化功率：单位时间内由机械能转化为液体能的那部分功率，Ni；有效功率，泵的输出功率，N。效率机械损失：容积损失水力损失泵的效率（0.75~0.9）aiiaiiaimNQgHNQpNNhvmaNNvivQQQQQhihhHHHH泵速：单位时间内活塞或柱塞往复次数，称冲数n，单位：min-1。冲程S：活塞在缸内移动的距离S=2r，r—曲柄半径五、工作特性泵特性：流量与压力特性曲线往复泵在开泵前必须将排出阀门管路特性当井深一定时，泵的管路损失H管仅是泵流量的函数，可表示为：——与管线结构（即井深）和输送介质性质有关的系数，当两者一定后，则为定值。2QH管联合工作特性泵与管路组成一个输送系统时，泵的特性曲线与泵的管路特性曲线按相同的比例绘制在同一个直角坐标系中，称为联合工作特性曲线。泵在管线上工作时，必须严格地遵守两个定律，即质量守恒和能量守恒定律。质量守恒，即Q泵=Q管=Q；能量守恒，即H泵=H管=H。泵的工况点或工作点泵与管路组成一个输送系统时，泵的特性曲线与泵的管路特性曲线的交点就称为泵的工况点或工作点。临界特性曲线换缸套五、三缸单作用活塞泵工作原理流量曲线结构组成动力端:曲柄滑块机构传动轴总成曲轴连杆总成十字头总成机座（泵壳）润滑：飞溅强制(2)液力端泵头活塞-缸套总成介杆-密封总成泵阀空气包安全阀T形泵头第三节固控系统泥浆循环使用，需要净化处理。目的：降低泥浆固相含量，提高泵、钻头、钻具寿命。固相颗粒减少1%，钻头寿命延长7～10%，提高钻速29%。组成净化设备：振动筛、除气器、除砂器、除泥器（三除一筛）、离心机其他：砂泵、剪切泵、搅拌器、喷枪、循环罐，配料装置振动筛是钻井液固控系统中第一级设备，用于分离出上返泥浆中较大固粒（岩屑）。主要组成：筛箱（筛架）、筛网、隔振弹簧、激振器。基本原理（惯性振动筛）：由主轴和偏心块（激振器），旋转时产生周期性的惯性力（离心力），迫使筛箱、筛网和弹簧作简谐振动，使泥浆液固分理。(1)振动筛要求①振动筛的筛箱应具有合理的运动轨迹，如圆、椭圆、直线等。②配备的振动筛能够处理从井眼返出的全部钻井液。③振动筛具有运转平稳、工作可靠，启动和停止过渡时间应小于60s。④振动筛整机平均无故障运转时间不少于3000h。⑤为保证振动筛的性能要求，振动筛整机动态特性检测应符合要求。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。处理能力的影响因素：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。发展方向：高速、细目、多层振动筛种类按结构形式：单筛、双联筛、三联筛按筛网安装型式：单层、双层、叠层按激振轴数量：单轴圆运动振动筛双轴惯性运动振动筛直线型椭圆型特点圆周运动：可实现低频率大振幅要求；结构简单，成本低运移方便易维修保养。椭圆运动：有一个旋转着的加速度矢量，筛面上的物料极易分散，堵塞孔的可能性小；抛掷角陡峭，物料输送速度低，处理量小，要求筛架有向下倾角，克服固相后抛。直线运动：钻屑在筛面上运动规则，排屑流畅；筛面可水平设置，整体高度低；筛网加速度和作用力均匀，方向一定，可采用超细筛网，寿命长；这种振动筛处浆量大，质量高，可多层筛网易损件，用不锈钢丝编制而成。以“目”为单位，网孔数/英寸。方孔：例，12目筛网，每英寸12孔。表示为12×12。矩形孔：80×40，表示每英寸一边有80孔，另一边40孔。筛网规格：1500mm1120mm1800mm1120mm2400mm1120mm型号清除气侵钻井液中的气体。在钻中深探井、气井和含气油井时，必须配备除气器。要求：处理能力应达到全流量处理。必须置于振动筛之后砂泵之前两种类型：大气式和真空式。作用：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；保证旋流器能正常工作。防止离心砂泵将发生气蚀（2）除气器（3）除砂器与除泥器除砂器、除泥器在固控工艺流程中处于振动筛之后,它们的主要用途是将通过振动筛后还混在钻井液体系中的更微小的（74~105μm）固相颗粒清除出来。上部是一个圆柱蜗壳，下部是一个锥形壳，圆柱壳的侧面，有一切向钻井液入口管，顶部装有出口溢流管。圆锥壳底部是排砂孔，分离出来的砂、泥以及少量的液体由此排除。结构工作原理离心泵打入压力泥浆（切向进入旋流器）在旋流器中产生离心力。质量大的固相颗粒离心力大，甩到旋流器内壁，靠重力作用下旋，下口排除砂、泥。质量小的随液体螺旋上升溢出。rmvFt/2除砂器：锥内径（大头锥筒圆柱部分的内径）6～12”，清除大于70m和50%大于40m砂粒；除泥器：锥内径2～5英寸,清除大于40m和50%大于15m砂粒。清洁器一体机加重泥浆处理深井、超深井用加重泥浆。回收重晶石（2～60m）结构：旋流器+振动筛上部旋流器：内径4～5”；下部振动筛：150～200目（网眼小）原理：来自振动筛的泥浆，由砂泵打入清洁器旋流器底流小目振动筛，清除74～105m颗粒；保留小于74m颗粒。1－振动筛处理过的泥浆；2－清洁泥浆；3－水力旋流器；4－细目振动筛；5－排出的固体颗粒；6－筛网底流；7－泥浆返回循环系统钻井液离心机是固控设备中固液分离的重要装置之一，一般情况下安装在系统的最后一级，用于分离1.5~12μm细粒和胶体固相，降低或控制钻井液密度和粘度。离心机滚筒有圆锥形和圆锥＋圆柱形两种。（4）离心机作用回收非加重钻井液中的液体和化学药剂；处理加重液可除去钻井液中多余的胶体，控制钻井液粘度，回收重晶石；处理旋流器底流，可回收液相，减少淡水和油的浪费处理废弃钻井液，防止污染环境种类沉淀式：锥形滚筒滚筒式：柱状滚筒水力涡流式分离机待处理的加重泥浆，送入输送器上的进浆孔，进入由锥形滚筒和输送器蜗形叶片所形成的分离室，并被加速到与输送器或滚筒大致相同的转速，在滚筒内形成一个液层。调节溢流口的开度，可以改变液层厚度。由于离心力的作用，重晶石和大颗粒的固相被甩向滚筒内壁，形成固相层，由螺旋输送器输送到锥形滚筒处的干湿区过渡带，通过滚筒小头的底流口排出，而自由液体和悬浮的固相颗粒则流向滚筒的大头，通过溢流孔排出。1—V形胶带；2—液力联轴器；3—电动机；4—加料管；5—转鼓；6—螺旋输送器；7—行星差速器工作原理待处理的泥浆稀释，从外壳左上方由计量泵输入后，由于内筒旋转的作用，泥浆在内、外筒之间的环形空间转动，在离心力作用下，重晶石和大颗粒的固体物质飞向外筒内壁，通过一种专门的可调节的阻流嘴排出，或由一定速度运转的底流泵将飞向外筒壁的重泥浆从底流管中抽吸出来，予以回收。调节阻流嘴开度或泵速可以调节底流量。而轻质泥浆则慢速下沉，经过内筒的筛孔进入内筒体，由空心轴排出。处理泥浆量大，可以回收重晶石82～96%。滚筒式水力涡流式待处理的泥浆稀释后经上部漏斗，流入带有筛孔涡轮的涡轮室；当涡轮旋转时，大颗粒的固相携同一部分液体被甩向涡轮室的周壁，并穿过其上的孔眼进入清砂室，聚集到底部，在离心压头的作用下，浓稠的泥浆再经短管进入旋流器；通过旋流分离，加重剂等从回收出口排出，而轻质泥浆则通过管线返入涡轮室；涡轮室内的轻质泥浆，则通过涡轮上的筛孔、上底板的孔及短管排出。稀释进液回收加重剂排除稀浆（6）搅拌器功能：用于连续不断地搅拌由粉状膨润土、重晶石粉等配制的钻井液，使之均匀混合；另一方面使从井口返回的固相颗粒与钻井液均匀混合，使除砂器、除泥器和离心机设备达到最佳清除固相的效果。技术参数