废弃钻井液固液分离技术研究

3决策信息与产业经济CHANYEJINGJI固液分离模拟试验装置工作原理下图1所示即为固液分离模拟试验装置工作流程图：图1：固液分离模拟试验装置工作流程示意图具体工作流程如下：钻井液由压力泵送入图中的螺旋入料口，再用高压注入（7）压滤罐内，充满罐体，此时在旋流效应的作用下，一部分密度相对较大的钻井液颗粒会产生一个惯性，惯性的方向朝下及压滤罐内壁，然后下沉到（10）沉降区；在这个过程中，会有一部分大固相颗粒则被旋离压滤罐子中心区域，其主要目的是降低压滤顺中大固相颗粒率，改善过滤效果，延长压滤器滤网的使用寿命。另外一部分钻井液颗粒则会受压力差的作用进入压滤器进行过滤，其中颗粒半径较大的会被（6）压滤器滤网节流阻挡，透过滤网的滤液会流经（5）中心管，受到压滤罐内外压差的作用，再由端口流出罐体进行回收利用。在整个压滤过程中，图中（3）自同步双电机会产生周期激励作用，促进（6）滤网振动，且具有一定的周期性，再加之滤网本身呈锥型，其与水平面形成60度的倾角，在其振动作用下滤网面上所沉积的文/吴彦伟废弃钻井液是一种胶态悬浮体，也是石油钻井工业的主要污染源，所以研制有效的固液分离设备，可以减少甚至消除废弃钻井液对环境的污染，改善油田环境保护的效果。本文就提出一种结构简单、能耗低且分离效率高的固液分离模拟试验装置。废弃钻井液固液分离技术研究废弃钻井液固液分离技术研究2决策信息与产业经济CHANYEJINGJI固相颗粒受到沿滤网表面的切向分力，基于特定的动力学参数条件，颗粒会沿着滤网面下滑落入（10）自由沉降区；这个过程中，滤网表面还会有很多颗粒形成抛掷运动，距离上滤网表面落入自由沉降区。此外，下滤网表面所粘结的固相颗粒受到惯性激振力的作用后，会被从下滤网面抖落，此时压滤罐内外的大气压差不会对其产生合力作用，所以一部分固相颗粒受到综合重力的作用下自由沉降至沉降区。上述过程中，固相颗粒沿着滤网面进行向下的滑动与跳动，所以滤网表面不会形成固相颗粒的堆积，防止形成滤饼堵塞滤网，保证了过滤效果；并且过滤过程中待处理的钻井液会沿着滤网面的切向相对流动，形成低剪切十字流过滤效应。此外，在该钻井液固液动压分离模拟装置下端，还设置了一个螺旋排屑机构，即岩屑后处理机，其主要作用是把从泥浆中分离出的岩屑固相颗粒从压滤罐中排出，再将液体回收到泥浆槽，从而进入下一个钻井循环。废弃钻井液固液分离装置单元部件设计分析本文所提出的试验机一共包括三个系统模块，即激振系统、动压分离系统以及循环系统，下面进行分别介绍。◎激振系统本装置激振系统采用的是双电机自同步单自由度激振器方案，在确定该方案前对各种激振器的优缺点进行全面分析，并深入研究固控组对振动筛双电机自同步激振器的相关理论，最终确定采用该方案。因为其具备下列显著优势：首先系统中未采用齿轮或皮带等传动装置，简化了设备结构，应用过程便于润滑，后续进行设备日常的维护与保养也比较方便；其次，其驱动装置选择双激振电机，安装方便，且后续维护工作也得以简化；最后，选择这种激振方案为后续试验机装置实现通用化、系统化、标准化生产打下坚实的基础。具体而言，激振机构包括两大部分，即动力源与激振器，其中将动力源电机设置于钻井液固液分离装置正上方中心管的两侧位置，激振器在电机的带动下产生周期激振，中心管再带动压滤器进行周期振动，最终钻井液可以在动态的条件下被压滤罐进行压滤处理。◎循环系统整个循环系统以压力泵为动力源，因此压力泵要能保证系统运行所需的流量及压力等参数要求，并具备理想的泵特征曲线，压力泵保持在1-2个大气压比较理想；此外，循环系统还包括其它泥浆槽、泥浆输送管线以及辅助过滤装置等机构。◎动压分离系统整个钻井液固液分离装置中，动压分离系统最为复杂，其主要组成部分包括螺旋入料机构、压滤器、中心管、压滤罐、螺旋排屑机构、弹性支撑底座、蝶阀总成等基本部件，此外还包括压力显示及报警装置等辅助部件。下面对主要部件进行介绍：1.参照旋流器的原理设计出螺旋入料口，当压力泵把高压泥浆注入压滤罐后，螺旋入料口会促使其形成螺旋流，螺旋入料口的相关参数，包括螺旋升角、螺距、旋流半径等，要结合钻井液的特性来设计，要保证大密度固相颗粒产生向及向压滤罐内壁方向的初速度，要求大颗粒在向下沉降的过程中不断向四周扩散，其主要目的是减少压滤罐中心区域大固相颗粒的含量，以提高过滤效率。小固相颗粒会继续悬浮于钻井液中，其在受到钻井液的脉动、压滤罐内外压差的作用后，被随时补充至压滤区被过滤掉。2.滤网架机构，其位于压滤罐内部位置，是整个过滤器的主体结构，整个滤网架机构包括多个部件，主要有铰链、搭耳、上下环箍、外环与辐条、双层滤网等，还包括一些其它的胶垫及螺母等。整个过滤器主体结构一共包含四个滤网架，它们由中心管串联在一起。单个滤网架设计为锥型、双层的形状，主要目的有两个，一是扩大有效