New Progress in Shale Shaker for Drilling Fluid

ＮｅｗＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＳｈａｌｅＳｈａｋｅｒｆｏｒＤｒｉｌｌｉｎｇＦｌｕｉｄＺｈａｎｇＭｉｎｇｈｏｎｇ（ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＰｅｔｒｏｌｅｕｍＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｃｈｏｎｇ）Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｈａｌｅｓｈａｋｅｒ，Ｄｒｉｌｌｉｎｇｆｌｕｉｄ...

负压振动筛原理及在油基钻井液钻屑减量中的应用

经过几十年的发展,振动筛性能有很大提高,但其对钻屑的脱液能力已达极限。40年来,应用于钻井固控,效果不明显。十多年前,经过尝试与高频低幅振动相结合的真空过滤技术应用于钻井固控时,钻屑的脱液能力显著提高,排放钻屑体积大幅减小。近年来,多种负压振动筛在国内钻井中开展了应用试验。经过对常规振动筛复合负压过滤的负压振动筛的原理、主要技术参数、现场应用与国内外类似技术的对比分析及现场应用表明,所使用的负压振动筛的处理量、钻屑含液率、钻屑排放减少量、筛网寿命、能效、设备成本、使用经济效益等都均有明显优势。负压振动筛的应用对节能减排和实现“碳中和”具有重要作用,其逐渐替代常规振动筛,将是钻井固控技术发展的必然趋势。

基于树莓派和视觉图像的钻井振动筛倾角调节系统

目前,我国的钻井振动筛均采用人工监测筛面固液分离状态和手动调节筛面倾角的方式进行操作,无法实现自适应工作,常常出现钻井液“跑浆”现象。针对这一问题,提出了一种基于树莓派和视觉图像的钻井振动筛倾角调节系统。该系统以树莓派及专用摄像头、电机驱动板和2台步进电机为硬件平台,搭载基于OpenCV和改进AlexNet模型开发的图像识别软件,用于实现钻井振动筛的筛面固液分离状态视觉检测与筛面倾角自动调节。首先,根据钻井振动筛固液分离过程中液相终止线的位置特征,将采集的筛面图像分为正常、少浆和跑浆状态三种类别,并构建筛面图像数据集。然后,使用TensorFlow平台搭建基于迁移学习的AlexNet模型,以实现钻井振动筛的筛面固液分离状态的自动识别。最后,基于识别结果,由树莓派的GPIO(general purpose input/output,通用型输入/输出)接口控制2台步进电机同步工作,以实现钻井振动筛的倾角调节。结果表明,所设计的倾角调节系统对筛面固液分离状态的识别准确率达到97.33%,响应时间约为1.5 s,可满足钻井振动筛的倾角调节要求。该倾角调节系统设备体积小,成本低,且便于调试与维护,可有效提高钻井振动筛的自动化水平。

变椭圆振动筛筛分性能的数值模拟研究

钻井液振动筛作为一级固相控制设备,常存在“筛堵”“筛糊”和“跑浆”等问题,而通过改变“力心”和质径积比值等参数来得到合理的变椭圆振动轨迹,可以较好解决这些问题。针对变椭圆轨迹振动筛的结构参数改变要求,研究其对振动轨迹和颗粒行为的影响,并基于离散元法(Discrete Element Method)的耦合多体系统动力学(Dynamics of Multi-body System)研究方法,对变椭圆振动筛本体和物料颗粒进行联合分析求解;分析了变椭圆振动筛力心位置和偏心块质径积比值对振动轨迹、物料颗粒运移速度和透筛率的影响。结果表明:振动筛在力心与质心的距离在100~150 mm,偏心块质径积比值在10∶7左右,入料端最大椭圆倾角在60°~65°时,变椭圆振动筛可以达到较好的筛分性能。研究结论可为变椭圆振动筛的设计提供理论支持。

钻井液振动筛性能参数的虚拟测试系统

钻井液振动筛的工作性能是与其动态性能参数紧密相关的,国家标准规定每台出厂的振动筛必须进行动态试验,经检测合格方可出厂。为此,应用LabVIEW软件开发了钻井液振动筛性能参数的虚拟测试系统。该系统由传感器、信号放大器、数据采集卡、虚拟仪器等组成,可完成振动信号实时采集、处理和分析。对SDZS型钻井液振动筛的动态性能参数进行了测试和分析,结果表明该系统性能可靠、操作简便、易维护,如增加部分仪器,该系统还可用于机械设备的故障诊断、结构动态分析、机械阻抗的测量等。

ZS6B型钻井液直线振动筛及其应用实践

在ZS6A型直线振动筛基础上改进而成的ZS6B型直线振动筛 ,更适合我国钻井工艺的实际情况 ,能够满足连续钻进的工艺要求。这种新型振动筛采用较大功率、较大激振力的振动电动机提高工作参数 ,并改变了电动机的安装型式 ,提高了电动机的使用寿命 ,使得振动筛处理量更大 ,筛分效果更好 ,排砂更为流畅 ,振动平稳 ,隔振效果好 ,噪音小。其下部板式叠层粘接筛网的安装角度布置合理 ,更有利于提高排砂效果。对板式叠层粘接筛网中六方孔形筛板以及筛网、筛板、筛框的粘接工艺也进行了重大改进 。

自同步平动椭圆振动筛的理论研究

对新研制的双激振电动机驱动平动椭圆振动筛做了理论研究 ,建立了自同步平动椭圆筛的力学模型 ;通过对该型筛的动力学分析 ,确定了平动椭圆筛力心 ,并用解析法证明了力心的唯一性。该型筛的电动机位置和其内部结构完全不同于美国BEM振动筛 ,它通过调节上、下偏心块的夹角 ,可实现力心与筛箱质心的重合 ,从而也形成平动椭圆振动轨迹。与GW - 1型和BEM型平动椭圆振动筛相比 ,该型筛节省占地面积 ,噪声小 ,运转平稳 。

筒式网振动筛固相运移动力学研究

介绍了一种用于钻井液振动筛的新型筒式结构筛网 ,这种筛网工作时与筛箱一起振动 ,同时还绕自身轴线作为旋转运动 ,具有自洁作用 ,可大大提高筛分效率。为了定量分析固相颗粒在筒式筛网上的运移规律 ,对固相颗粒在筒式筛网上的受力情况进行了分析 ,建立了固相运移动力学模型 ,提出了筒式筛网的抛掷指数、抛掷运移速度及其计算方法 ,讨论了筒式筛网的旋转角速度对固相运移速度的影响 ,给出了旋转角度的极限值计算公式。理论计算结果与试验结果吻合较好。

基于DEM的钻井振动筛筛面固相颗粒运移规律

基于软球模型和Hertz-Mindlin接触模型建立了钻井振动筛的DEM分析模型,结合三维离散元分析软件EDEM对固相颗粒群在筛面上的运移过程进行仿真。选取了6种不同粒径颗粒,针对固相颗粒在筛面上的抛掷运动、运移速度及透筛率进行了分析。分析结果表明,固相颗粒在筛面主要通过抛掷运动来实现向前运移,且抛掷指数是一个动态变化值;随着振动筛工作的进行,颗粒运移速度逐渐趋于一个稳定值,粒径对运移速度的影响很大,粒径越小,运移速度越小;透筛率在颗粒入口处最大,且沿着筛面逐渐降低,因此在入口处应该让颗粒通过抛掷运动尽快向前运移,以减少颗粒堆积情况,降低透筛率。

负压钻井振动筛的动力特性分析

在传统钻井振动筛的筛面下引入负压腔,设计了一种新型钻井振动筛。通过压差作用提高钻井振动筛的工作性能和钻井液的处理量。文中建立了筛箱振动模型,推导了加载负压后筛箱的运动轨迹。建立了在负压、非淹没条件下岩屑颗粒的受力模型,得到了负压钻井振动筛筛网上岩屑颗粒的抛掷运动规律。通过研究负压下不同大小岩屑颗粒抛掷运动的起跳情况,对负压参数进行优化。当负压压差为126Pa时,负压钻井振动筛具有较好的抛掷效率和工作性能。

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。

钻井液振动筛的应用与发展水平

目前国内有单轴惯性式（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。国外已向超细目（２００目以上）振动筛和大筛网（３ｍ２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化筛网、双层振动筛和振动筛的运动学方面加强研究。

ZS6B型直线振动筛动力学性能描述

ZS6B型线性振动筛采用双电机反向自同步旋转作为激震源,实现筛箱振型为线性振动。根据该振动筛的工作原理,得出了筛箱运动位移、速度和加速度等运动方程。文章还分析了该振动筛动力学性能。重点讨论了筛箱振幅与其他参数之间的相互影响关系,为设计、使用和制造振动筛奠定了基础。

板式叠层粘接筛网及其压紧装置的改进

分析了老式钩边筛网及其张紧装置存在的缺点 ,介绍了一种新型板式叠层粘接筛网 ,该筛网主要由 3层不同目数的筛网、筛板及金属筛框组成 ,大大提高了筛网的使用寿命和筛分效果。分析了早期板式叠层粘接筛网用压紧装置的结构特点以及现场应用过程中存在的问题 ,对其结构进行了较大的改进 ,用 1根M 2 0螺纹拉杆代替原来的U形螺栓 ,拉杆拉紧压舌后部 ,使得压舌前部压紧筛网 ,调节拉杆上部的盲螺母 ,可以调节压舌前部对筛网的压紧力。经现场应用证明 ,板式叠层粘接筛网和改进后的压紧装置寿命大大提高 ,完全能够满足钻井液振动筛连续工作的要求。

旋转滚筒振动筛的研制

旋转滚筒振动筛集滚动、振动及旋转等运动于一体 ,筒式筛网由具有一定几何形状的特制不锈钢细筛网组成 ,从而提高了除砂效果。现文介绍了其结构、原理与现场试验情况 ,该旋转滚筒振动筛已获得国家专利 (ZL 9320 82 82 .3)

钻井振动筛固相颗粒运动规律

固相颗粒的运动规律对钻井振动筛的处理量有很大的影响。用固液两相流动理论和紊流理论研究了固相颗粒在淹没状态下的悬浮运动和推移运动规律;建立了钻井液悬浮粒度的计算公式;讨论了固相颗粒实现抛掷运动和悬浮运动的条件,并对起跳后的固相颗粒在钻井液中的运动情况进行了分析。实例计算表明,钻井液沿筛面流动时,沿程各断面处所能悬浮颗粒的粒度是有限的。那些小于悬浮粒度的固相颗粒,将在紊流垂直脉动速度的作用下,作悬浮运动;而那些大于悬浮粒度的固相颗粒,将沉降在筛面上,然后随液流以滑动、滚动及抛掷跳跃的形式运动;且作抛掷跳跃运动的颗粒跳不出钻井液层。固相颗粒的悬浮运动和推移运动,有利于钻井液透过筛网,从而提高筛网处理液相的能力。

振动轨迹对钻井振动筛固相运移的影响

基于考虑颗粒表面粘附力的JKR（Johnson-Kendall-Roberts）理论接触模型,建立钻井振动筛的离散元分析模型,针对固相颗粒群在直线和椭圆轨迹筛面上的运移过程进行对比仿真研究。结果表明：直线振动筛颗粒的运移速度略大于椭圆型的;颗粒碰撞次数呈现周期性变化,并且椭圆振动筛的碰撞次数大于直线振动筛的;不同颗粒呈现明显的分层,粒径大的颗粒容易运动到上层,粒径小的颗粒容易运动到底层;受颗粒表面钻井液黏滞阻力的影响,颗粒粒径与筛孔孔径比为0.4~0.6的颗粒透筛率最大,颗粒粒径与筛孔孔径比小于0.4的小颗粒更容易形成颗粒团,阻碍这类颗粒的透筛。

筒式筛网振动筛颗粒群运移模型

通过研究筒式筛网上固相颗粒的运移规律 ,可为筒式筛网振动筛的动力学参数选择和结构设计提供指导。根据筒式筛网非淹没区固相运移的实际情况 ,在拟流体假设基础上 ,建立了固相运移颗粒群模型 ,并给出了模型求解方法。在筒式筛网筛筒转速n =8 6r/min下 ,得到颗粒群的平均运移速度试验值为 0 0 90 17m/s ,而其计算值为 0 110 6m/s,表明试验装置的计算结果与试验结果能够吻合。提出的颗粒群运移模型对筒式筛网振动筛的进一步研究具有较大的参考价值。

钻井液振动筛固相运移动力学分析

在推导钻井液振动筛按圆、直线和平动椭圆三种运动轨迹振动方程的基础上，分析了钻井液固相颗粒在非淹没状态下相对于振动筛面做后滑、抛掷、静止和前滑四种状态下的运移动力学条件，即固相颗粒速度和位移的动力学方程。按方程仿真计算得到的固相颗粒运移速度与实测的运移速度相比，相对误差小于15％，吻合较好。综合分析认为，钻井液固相颗粒在平动椭圆振动筛的运移速度高于直线振动筛，在直线振动筛上的速度又高于圆型振动筛。

双轴变椭圆钻井振动筛工作原理及仿真

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 ,在泥浆入料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 ,可减少岩屑颗粒的破碎和透筛量 ;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。