钻井液振动筛的应用与发展水平

目前国内有单轴续性式（即普通椭圆筛和圆型振动筛＿和双轴惯性式（即双轴直线振动筛和双轴平动椭圆筛）两类振动筛，根据国内振动筛发展情况，提出高轨迹钻井液振动筛设想，国外已向细目（２００目以上）振动筛和大筛网（３ｍ＾２以上）振动筛发展。振动筛筛网国内外都有单层，叠层和粘结式筛网，最近国外又发展一种波纹锥形网，今后，钻井液振动筛应在细筛网，双层振动筛和振动筛的运动学方面的加强研究。     

双激振电动机均衡椭圆运动振动筛动力学分析

双激振电动机均衡椭圆运动振动筛是美国SWACO公司近几年开发的一种新结构椭圆振动筛 ,其结构特点是两个激振电动机的纵向轴线与筛箱的纵向轴线成α角 ;与筛箱的水平面成 β角。对这种振动筛的动力学分析表明 ,其筛箱上各点的椭圆运动轨迹与筛箱质心的运动轨迹完全相同 ,椭圆轨迹的长轴是常数 ,短轴随α角的大小而变化。在美国的两次现场对比试验表明 ,这种均衡椭圆振动筛处理的钻屑更干燥 ,能多回收昂贵的钻井液 ,降低钻井成本 ,且在相同条件下比直线振动筛具有更大的钻井液处理量。     

新型钻井筛研制要点

介绍了近年来二维钻井振动力筛研制的新发展，着重说明了双轴惯性振动筛力心的重要性，新型激振器在单轴惯性振动筛中的应用和共振振动筛中弹簧概率特征的计算等问题。     

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双轴自同步平动椭圆振动筛比强迫同步的平动椭圆筛结构简单，噪音小，维护保养方便，且处理量比自同步直线振动筛大。它是继强迫同步的平动椭圆筛和自同步直线振动筛之后的钻井振动筛的又一主流筛型。建立了双轴自同步平动椭圆振动筛的运动方程，从激振轴的转矩方程出发，得到了其自同步条件；利用振动筛的稳定性扰动方程得到了同步稳定运转条件。建立了双轴自同步平动椭圆振动筛的力心理论和利用力心理论设计的方法。结果表明：双电机驱动的椭圆振动筛能够实现自同步稳定运转，且两电机的驱动力矩之差、摩擦力矩之差及参振质量对质心的转动惯量越小，同步性越好；大激振轴回转中心和筛箱质心运动的椭圆长轴方向间的距离与筛箱质心和该激振轴回转中心到质心椭圆长轴方向的垂线间的距离之差越小，振动筛的运动稳定性越好，当激振力的力心与参振质量的质心重合时，就能实现平动椭圆运动。     

钻井筛处理量的数学建模和试验研究

钻井筛的处理量是由钻井液中固相和液相的各自含量决定的。引入固相-筛网干涉系数和筛网固相载荷系数。来计算钻井液中临界、大尺寸固相颗粒对处理量的影响；在综合考虑固相运移速度、钻速、井眼尺寸、钻井液流量、固相的粒度分布和筛孔面积等参数对处理量影响的基础上。建立了钻井筛处理量的实用计算模型。现场试验表明，该计算模型具有较高的精度。对钻井筛的选用具有指导作用。     

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双轴变椭圆振动筛的主要特点是筛面抛掷指数从泥浆入料端到出料端 由大到小递减，在泥浆入端具有较大的抛掷指数，能有效地提高固液分离速度，减少钻井液沿筛面的流程分布；出料端抛掷指数较小，可减少岩屑颗粒的硫碎和透筛量；同时，岩屑沿筛面的运移速度基本保持不变，可保证岩屑顺利排除，并避免了平动筛在出料端输送能力过剩。因此提高了振动筛的处理能力。文章介绍了该筛的工作原理，筛面运动参数的仿真，讨论了力心与质心的相对位置关系对筛面运动规律的影响。给出的结论可以直接指导双轴变椭圆振动筛的设计和研究。     

单轴椭圆型振动筛动力特性的理论分析

单轴椭圆型振动筛是一种结构简单和使用维修方便的钻井液固控设备。常规的单轴椭圆型振动筛具有完全对称的结构，工作状况常常不能令人满意。从理论上对非对称单轴椭圆型振动筛进行了探讨，给出了非对称单轴椭圆型振动筛筛面上各点的运动轨迹、速度及加速度，并对固相颗粒在筛面上的运移机理作了分析。指出尽管非对称单轴椭圆型振动筛更有利于钻屑的排出，运动更趋合理，但在进行结构设计时，激振中心的偏离位置不能超过极限状态，否则会导致钻屑后退。     

复合轨迹振动筛的工作原理及计算机模拟

为了提高钻井液振动筛的工作效率,设计了一种复合轨迹振动筛。根据钻井液振动筛动力学的基本原理,分析了该筛的工作原理,并采用计算机模拟对其筛面运动进行分析。模拟计算结果表明筛面上各点可实现不同的直 线运动轨迹,且在筛箱入口端有较大的抛掷指数,以加速钻井液中固相和液相的分离,在出口端有较大的输送速度,以加速把固相岩屑输送出筛面,防止固相岩屑透筛。该筛可提高振动筛钻井液的处理能力和分离效果;设计时激振力作用线应向筛箱入口端移动,且不能超过极限位置,同时,激振力作用线不能向筛箱出口端移动。     

自同步直线振动筛的研制与应用

目前,国内所使用振动筛多为单轴惯性振动筛,其运动轨迹为圆形或准圆形。该筛结构简单,但其筛分效率低,筛网使用寿命短,并且钻井液损失量大。     

钻井液振动筛传动方式初探

钻井液振动筛大都为惯性振动筛，按筛箱振动型式分有圆型振动筛、直线型振动筛和椭圆型振动筛。由于激振器与筛箱一起参振，激振器与动力机之间必须采用常规的万向节或柔性带实现动力传递。为克服常规的万向节、柔性带传动的传动链长、结构复杂和易损坏等缺点，提出采用胶带直接驱动代替常规的万向节或柔性带传动，并在激振器胶带轮和传动方式上作一定改变，便可满足使用要求。这种传动方式具有传递可靠和结构简单等优点，已成功地应用于2ZZS－T直线型振动筛上，使用效果良好。     

钻井筛筛分模型及计算机仿真

利用流体力学的基本原理,对钻井筛筛面上钻井液的流动特点进行了研究;在综合考虑有关参数对钻井筛筛分影响的基础上,建立了钻井筛的筛分模型,给出影响钻井筛处理量有关因素之间的定量关系;运用平均值法对筛分方程的求解进行了探讨;应用有限差分方法建立了筛分方程的仿真模型,并编写了钻井筛处理量的计算机仿真程序。室内台架模拟试验结果表明,建立的筛分模型具有较高的仿真精度。该筛分模型在评价钻井筛筛分性能和筛网选择方面将是很有用的。     

GW—1双轴平动椭圆钻井液振动筛的研制

研制的GW— 1钻井液振动筛由筛箱、筛箱倾角调节机构、筛底座、激振器、支架、电器系统和钻井液进入系统组成。该筛应用平动椭圆振动理论 ,在先进的Pre软件上完成设计。结构设计中参照国外先进振动筛的有关结构 ,便于与国际接轨。全面的动态特性检测、应力检测及现场工业性试验表明 ,GW— 1钻井液振动筛单筛处理量达到 5 0L/s ,使钻井液中含砂量降低2 0 %～ 30 % ,使用细目筛网达到 12 0目 ,筛分效果好 ,运转平稳可靠 ,可满足不同钻井工艺的要求 ,具有很好的推广应用前景。     

泥页岩三轴试验及其井壁稳定性研究

在钻井过程中,泥页岩井眼最容易发生井壁失稳,经常出现井壁的坍塌、剥落掉块以及缩径等问 题,严重的影响施工进度,造成巨大的经济浪费。而泥页岩井壁稳定性研究的基础就是要准确求出相应 的岩石力学参数,根据试验得出的岩石力学参数才能较好的进行力学性质分析并确定出钻井液密度安全 窗口。采用三轴岩石力学试验机进行泥页岩三轴试验,根据试验得出的静态弹性模量、泊松比、抗压强 度、内聚力、内摩擦角等岩石力学特性参数,对泥页岩井壁进行了力学分析,并求出了包括坍塌压力和 破裂压力在内的钻井液密度安全窗口,为该工区的井壁坍塌问题找到了原因。     

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本文提出双轴惯性振动筛力心的概念,并就如何实现平动椭圆轨迹和平动椭圆振动筛分析计算中的问题作了讨论。     

套管磨损正交试验及其影响因素的极差分析

为了确定正压力、转速、钢级和钻井液等因素对套管磨损的影响程度,建立了磨损-效率模型来预测井下套管的磨损,通过套管磨损四因素三水平正交磨损试验,测量了正交表中给定正压力、转速、钢级和钻井液类型下套管的磨损效率和摩擦因数,同时通过试验数据的极差分析得出了减少套管磨损的优化的水平搭配方案。分析结果表明,使套管磨损性能最佳的试验条件为正压力200 N,转速60 r/min,钢级为N80,钻井液类型为油基钻井液;钻井液类型对套管磨损效率的影响因素最大,套管钢级的影响次之,转速再次之,正压力的影响最小。     

钻井液振动筛动态强度的试验研究

通过应用多点应变电测技术,找出了钻井液直线振动筛筛箱侧板的高应力区位于激振横梁和筛箱侧板的连接部位,其最大应力σ 和激振力P的关系为σ=α_0+α_1P;激振横梁危险截面靠近横梁中部,其上最大弯曲正应力σ、激振转带n、激振力P之间的关系为:σ=b_0+b_1n+b_2P,所得结果对研究钻井液振动筛的动态特性及改进结构设计具有参考价值。     

川西须家河组致密储层力学特性的试验研究

川西须家河组2段气藏属于低渗低孔致密深层气藏,地层压力和破裂压力高。破裂压力影响因素虽然十分复杂,但岩石力学特征作为其中一种直接影响因素,也是十分重要的。通过实验室常规岩石密度孔隙度测定、三轴强度试验和钻井液对岩石变形和破裂特性影响等破裂模拟试验数据,得知须2段岩石抗压强度、弹性模量和泊松比都比较大,岩石经钻井液浸泡后,塑性有所增加,直接使水平应力增大,从而增大了破裂压力值。破裂试验结果对研究区储层压裂改造具有重要的指导意义。     

椭圆钻井液振动筛的技术改进与试验

椭圆钻井液振动筛是我国最早生产的振动筛,由于其传动结构笨重而复杂,故障率高,功率消耗大,工作噪声大。据此,对这种振动筛进行了改进,取消了胶带传动结构,改成电动机直接驱动筛箱激振器,实现了振动做功,提高了振动筛的技术性能,降低了能耗。2种振动筛的对比试验表明,改进后的振动筛较改进前节能37.5%,噪声降低30.2%,激振力、抛掷指数和处理能力等各项技术指标也都有明显提高。     

固液分离机颗粒运移及钻井液透筛过程研究

固液分离机是一种结合了负压系统的新型振动筛,负压系统在振动筛内提供气流从而产生压差,可以加快岩屑上流体的去除,减少有害气体排放,目前关于固液分离机的理论研究较少。为此,对固液分离机运动与颗粒受力进行分析,基于运动学及流体力学研究固液分离机筛面上固相颗粒的运动状况及钻井液的透筛流动过程,建立了固液分离机处理量及处理效果的数学模型。以筛面固相颗粒运移速度和钻井液透筛流速作为表征固液分离机性能的指标,通过仿真计算探究固相颗粒运移速度和钻井液透筛流速的影响因素。研究结果表明:提高传送带速度可以提高固相颗粒运移速度;提高固液分离机的激振频率、振动幅度和负压可以提高钻井液透筛流速,钻井液黏度的增加会导致透筛流速减小。研究结果可为固液分离机的设计及现场应用提供一定的参考。     

多功能煤储层钻井液动态污染评价系统

多功能煤储层钻井液动态污染评价系统是一种模拟煤储层真三轴应力条件下的钻井液对煤储层的侵入、以及侵入储层的深度和程度,同时还可以进行各种真三轴应力条件下的煤储层各向异性特征研究的实验仪器,属煤层气钻井液保护与伤害评价测试技术研究领域。该评价系统具有测量煤层煤心在各向异性应力条件下渗透率变化以及在真三维压力状态下煤储层钻井液动态污染前后的渗流变化规律的功能;能模拟正压差、负压差、平衡钻井过程中的钻井液动态污染过程,实现煤储层污染过程和渗流测试过程一体化,避免多次装夹煤样产生应力效应;适用于煤储层气液两相渗透率测试,解决了目前评价实验中常用的伪三轴夹持器不能在3个轴向上加载不同轴压的问题以及流体驱替实验、钻井液污染试验、气液两相驱替试验要单独进行的缺陷,具有流程清晰、操作方便、实验软件模块化、实验数据标准化等特点。