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固控设备简介用于清除钻井液中“无用固相”的固控设备有刮泥器、振动筛、除砂器、除泥器、清洁器、除气器和离心机等。
近年来还成功应用了“综合自控钻井液系统”，自控系统包括固控设备自控监视器、钻井液处理剂自动加料器和主要钻井液性能指标连续监测器，这三部分由中心监视和综合控制系统进行调正、监控、操作。
“综合自控钻井液系统”的应用不仅保证了钻井液性能的图1刮泥器平稳、合格，也为海上作业特别是高温高压地区的海上作业安全提供了可靠保证。
1.刮泥器刮泥器主要用来处理上部地层大块软质泥岩及泥球,作为钻井液固控的预处理装置来减轻振动筛处理的压力。
刮泥器如图1所示。
2.振动筛振动筛使用的好坏直接影响下一级固控设备的效果。
振动筛网的选择需要考虑泵排量、筛网面积、固相浓度和钻井液粘度等因素，以提高其分离效果。
应尽可能选择使用较细的筛网，通常以钻井液覆盖筛网面积的70%〜80%为宜，不允许返出钻井液不通过振动筛循环。
振动筛按振动类型分为非均衡椭图2非均衡圆运动振动筛图3圆形运动振动筛图4直线运动振动筛图5平动（均衡）椭圆振动筛圆运动振动筛、圆形运动振动筛、直线运动振动筛和平动（均衡）椭圆振动筛等。
海上目前使用的多为直线运动振动筛和平动椭圆振动筛。
1）非均衡椭圆运动振动筛将一个旋转振动器远离振动筛的重心，那么筛架末端的运动轨迹为椭圆形，振动器下方的运动轨迹为圆形。
优点：平均输送速度大于圆形振动的振动筛；缺点：振动筛过长时，会出现倒流，这就要求筛箱倾斜一个角度，使得处理钻井液的量减少。
2）圆形运动振动筛激振器位于筛箱质心。
筛箱作圆形振动时，筛箱的纵向和横向加速度相等。
优点：钻井液的处理量大，筛网上没有钻屑堆积现象：缺点：钻屑的透筛率高，净化效果差。
3）直线运动振动筛两根带偏心块的主轴作同步反向旋转产生直线振动，直线振动的加速度平衡作用于筛箱，筛网受力均匀。
优点：筛网的寿命长，处理钻井液的量大、均步度好；缺点：易出现"筛糊"现象，造成处理量下降，在使用超细目筛网时处理量不满足要求。
固控设备基础知识目录一、固控设备的定义与分类 (2)1.1 固控设备的定义 (3)1.2 固控设备的分类 (4)1.2.1 根据使用场合分类 (5)1.2.2 根据工作原理分类 (6)二、固控设备的性能参数 (7)2.1 控制精度 (8)2.2 稳定性 (9)2.3 耐久性 (10)2.4 扩展性 (11)三、固控设备的选购与安装 (13)3.1 选购固控设备的原则 (14)3.2 安装固控设备的步骤 (15)四、固控设备的操作与维护 (16)4.1 设备的操作方法 (18)4.2 设备的日常维护 (19)4.3 设备的故障排除 (20)五、固控设备的应用领域 (21)5.1 石油化工行业 (22)5.2 矿产开发行业 (25)5.3 建筑工程行业 (26)5.4 环保工程行业 (27)六、固控设备的发展趋势与创新 (28)6.1 发展趋势 (30)6.2 创新方向 (31)一、固控设备的定义与分类即固体控制设备的简称，主要用于固体物料的生产、加工、处理及存储过程中的控制与管理。
其目的是确保固体物料的质量稳定、提高生产效率、降低生产成本并保障生产安全。
固控设备是指用于固体物料处理流程中的一系列设备，包括用于破碎、筛分、混合、输送、储存等环节的设备。
这些设备通过自动化控制和智能化管理，实现对固体物料处理过程的精确控制。
固控设备种类繁多，根据其功能和应用领域的不同，主要可分为以下几类：破碎设备：用于将大块固体物料破碎成所需粒度的设备，如破碎机、碎煤机等。
筛分设备：用于将固体物料按粒度进行分级筛选的设备，如振动筛、滚筒筛等。
混合设备：用于将两种或多种固体物料混合均匀的设备，如搅拌机、拌料机等。
输送设备：用于固体物料在不同工序间的输送，如皮带输送机、螺旋输送机等。
在实际应用中，这些固控设备可以根据具体需要进行组合和配置，形成完整的固体物料处理系统。
通过对这些设备的合理配置和使用，可以实现固体物料处理过程的自动化、智能化，提高生产效率，降低生产成本，为企业创造更大的价值。
固液分离装置的结构
固液分离装置是用于将固体颗粒与液体分离的设备，其结构可
以根据具体的应用和工艺要求而有所不同。
一般来说，固液分离装
置的基本结构包括以下几个部分：
1. 进料口，固液混合物通过进料口进入固液分离装置，可以是
单一的进料口，也可以根据需要设计成多个进料口。
2. 分离设备，分离设备是固液分离装置的核心部分，常见的分
离设备包括离心机、过滤机、沉降池等。
离心机利用离心力将固体
颗粒与液体分离，过滤机则通过滤网或滤布等过滤介质将固体颗粒
截留，沉降池则利用重力使固体颗粒沉淀到底部。
3. 固体收集装置，分离后的固体颗粒需要进行收集，固体收集
装置可以是底部的收集斗、输送带或者其他形式的固体收集装置。
4. 液体排出口，分离后的液体需要从固液分离装置中排出，液
体排出口通常位于分离设备的上部或侧面。
5. 清洗装置（可选），对于一些需要连续使用的固液分离装置，
可能需要设计清洗装置，用于定期清洗分离设备，以保证设备的正常运行。
总的来说，固液分离装置的结构主要包括进料口、分离设备、固体收集装置、液体排出口以及可选的清洗装置。
不同的固液分离装置在结构上会有所差异，但以上提到的部分是其基本结构。
固相控制设备的合理使用与维护保养提高钻井速度是二连项目组2006年的重点工作，这一目标的实现是一项系统工程，除了需要强化组织与管理工作，优选钻头及钻井参数，确保钻井生产高效协调运行外，还必须强化钻井施工过程中的各项技术措施，从钻井液技术角度而言，合理的投入对提高钻井液质量，降低钻井液的粘度、切力、比重，使钻井液具有较低的水眼粘度，可以充分发挥钻井液的水力破岩、携带钻屑、清洗井底的作用，也是提高钻井速度的有效途径之一钻井液的粘度、切力以及水眼粘度的高低都与钻井液中的固相含量和分散程度有关，要想保持钻井液性能的优良稳定，保证钻井施工的安全、顺利，达到提高钻井速度的目的，搞好钻井液的固相控制具有决定性的意义。
因此除了在钻井液的维护处理上要合理使用抑制剂控制钻屑颗粒的分散外，搞好固相控制，降低钻井液中固相含量是提高钻井速度，降低钻井成本，保障井下安全的重要工作，也是钻井液技术管理工作中最为重要的方面之一。
一、各级固相控制设备的作用目前我公司普遍使用的是三级净化设备，即振动筛、除砂器和离心机。
如何使用好这些固控设备，发挥其最大功效是我们搞好固相控制工作的基础。
根据工作原理的不同各级固控设备清除固相颗粒的粒径不同，振动筛主要清除74微米以上的固相颗粒，除砂器清除的粒级范围在10-74微米之间，而离心机可以分离2-5微米以上颗粒。
振动筛根据使用的筛布目数的不同能够清除的钻屑粒径存在着很大的差别，使用40目的筛布只能清除381微米以上的颗粒，60目筛布能清除234微米以上的颗粒，80目筛布可以清除178微米以上的颗粒，200目的筛布才可以清除74微米以上的固相颗粒。
目前存在的主要问题是现用的振动筛震动力和震动频率不够，使用的筛布较粗，致使大量的粗钻屑颗粒进入到钻井液灌中循环并进一步分散从而加重了后面除砂器和离心机的工作压力和设备的磨损，同时由于除砂器和离心机工作能量的限制，都不能达到全排量的对钻井液进行处理，使固相控制达不到要求。
固控设备的分离点
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约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。
