工業用離心機種類很多,但是用于鉆井液循環系統的離心機主要是沉降式離心機( decanting centrifuge) 。其主要的功能: 一,選擇性的分離加重鉆井液中的膠體和超細顆粒,以提高鉆井液的流動性; 二,清除非加重鉆井液中的細微顆粒。離心機主要處理鉆
井過程中振動篩、除砂除泥器無法凈化的小顆粒固相( 細顆粒、膠體和超細顆粒) ,清除有害的固相并保留有益的固相( 如重晶石) ,提供能夠滿足鉆井工藝要求的鉆井液。故隨著鉆機對鉆井液循環系統性能要求越來越高,鉆機中離心機的配備也越來越廣泛。
鉆井液中固相的危害
在鉆井液循環系統中,固相顆粒的顆粒表面積和顆粒濃度是導致鉆井液性能下降的主要原因,鉆井液中大直徑的固相顆粒破碎后形成小顆粒會造成固相的表面積之和增大,黏度上升,最終導致或加劇井眼失穩。宏觀上鉆井液中固相大于 6%時,細顆粒固相與粗顆粒固相對鉆速的影響幾乎一致,但是當固相小于 6%時,粗顆粒固相比細顆粒固相對鉆速的影響要高得多。而相同體積的固相時,尺寸小于 1 μm 的細顆粒會提高鉆井液的粘度。
在非加重鉆井液中,適量的固相含量一般不會對鉆井液產生影響。對水基鉆井液來說,一般要求鉆屑含量應該在 5%以下,8%以上就會被認為過量; 非水基鉆井液中鉆屑體積濃度可以高達 12%。但當水基鉆井液密度高于 9.6 lb /gal 或非水基鉆井液密度高于9.2 lb /gal 時,就需要對鉆井液加重,在加重鉆井液中由于固相含量更高,固相問題更加嚴重,過大的細顆粒及膠體濃度造成泥餅質量降低,機械鉆速降低,扭矩增加、摩阻和卡鉆幾率增加,導致井下情況復雜。
離心機的原理及應用
離心機有兩個旋轉總成: 轉鼓和螺旋退料器。主電機經三角膠帶和主帶輪拖動轉鼓高速旋轉; 與其相聯的差速器殼體和差速器輸入軸的旋轉運動( 由輔電機拖動) 經過行星齒輪傳動的差速器合成一個新的轉速傳給螺旋推料器,使推料器獲得一個滯后轉鼓的差轉速,于是轉鼓與螺旋推料器構成了一副具有微小差轉速、同向高速旋轉的分離———輸送機構。當鉆井液從進料管被連續送入機內時,經加速從進料孔進入轉鼓內在比重力大幾百甚至上千倍的離心力作用下,轉鼓內形成一環形液池,固相顆粒沉降到轉鼓內壁形成沉渣,由于螺旋葉片與轉鼓的相對運動,沉渣被推動到轉鼓的小端從排渣孔排出。內環被澄清的液相則通過螺旋形通道經溢流管排出,從而實現固———液相連續分離的生產過程。
離心機產生的相當于 400 ~ 3 000 倍的重力加速度。是利用“斯托克斯定律”作為主要的理論依據。離心機分離主要是依靠固相顆粒的質量,因此在低粘度的溶液中顆粒的沉降速度較快,重顆粒比輕顆粒沉降速度快。
結 論
隨著部分地區石油資源的枯竭,油公司不得不開發一些地質復雜、開采難度大的油田,這就使得離心機對鉆井液處理要求越來越高。在國外,往往很多高端用戶,在采購固控系統時,是不采購離心機,其原因在于離心機的使用是一項重要的泥漿服務,由專業的泥漿服務公司來完成。由此可見,循環系統中離心機的配置與流程設計是極為重要的。