提升鉆井液振動(dòng)篩篩分效果探討

高曉軍，劉瀟涵

（川慶鉆探工程有限公司長慶鉆井總公司，陜西西安 710021）

0 引言

隨著石油鉆井工藝技術(shù)的不斷更新，環(huán)保要求的日益嚴(yán)峻，對(duì)鉆井液固相控制系統(tǒng)的要求也越來越高。鉆井液振動(dòng)篩作為泥漿固控系統(tǒng)的一級(jí)處理設(shè)備，主要用來清除鉆井液中較大的有害固相顆粒，實(shí)際上鉆井液中70%以上的有害固相是由振動(dòng)篩分離的，因此其運(yùn)行效果好壞直接影響后面幾級(jí)固控設(shè)備的處理效果和使用壽命，也直接影響著鉆井安全和鉆速。

振動(dòng)篩篩分效果作為其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)之一，本文結(jié)合近幾年長慶區(qū)域鉆井隊(duì)使用振動(dòng)篩故障統(tǒng)計(jì)及上井技術(shù)維護(hù)處理總結(jié)，從振動(dòng)篩選型、電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向、篩布目數(shù)、維護(hù)保養(yǎng)等方面進(jìn)行分析、探討，以提升鉆井液振動(dòng)篩的篩分效果。

1 振動(dòng)篩選型

為了使振動(dòng)篩與鉆機(jī)匹配，就必須考慮鉆井泵的最大流量及鉆進(jìn)中產(chǎn)生的鉆屑量，即Qs≥Qp+Qc。其中，Qs、Qp、Qc分別為振動(dòng)篩處理量、鉆井泵最大流量和鉆進(jìn)中的鉆屑量。

由于不同鉆機(jī)的機(jī)械鉆速差異較大，單位時(shí)間內(nèi)的鉆屑量相對(duì)泵流量較小，振動(dòng)篩采用雙聯(lián)或三聯(lián)組成，因此Q篩＝Q泵×n。對(duì)于雙聯(lián)式振動(dòng)篩，更換篩網(wǎng)時(shí)必有一單篩停止工作、另一單篩必須能夠承擔(dān)處理全部鉆井液的任務(wù)，所以雙聯(lián)式振動(dòng)篩中的系數(shù)n=2。同理，三聯(lián)振動(dòng)篩進(jìn)行上述作業(yè)時(shí)，必將有兩個(gè)單篩承擔(dān)處理全部鉆井液的情況出現(xiàn)，故對(duì)于三聯(lián)振動(dòng)篩而言，n=

2 各類型振動(dòng)篩電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向

依據(jù)激振電機(jī)的偏心力矩使篩箱產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)軌跡，主要分為直線運(yùn)動(dòng)、圓形運(yùn)動(dòng)或平動(dòng)橢圓型運(yùn)動(dòng)、雙軌跡運(yùn)動(dòng)鉆井液振動(dòng)篩。

2.1 直線運(yùn)動(dòng)振動(dòng)篩

直線振動(dòng)篩采用自同步雙電機(jī)激振，工作時(shí)兩臺(tái)電機(jī)同步反向旋轉(zhuǎn)形成一個(gè)純直線的激振力，從而實(shí)現(xiàn)鉆井液的分離，有利于鉆井液固相的輸送。例如，長慶區(qū)域使用較多的有華油一機(jī)S250 振動(dòng)篩、長慶石油裝備CQ-2L 振動(dòng)篩（圖1）。

圖1 直線振動(dòng)篩示意

2.2 平動(dòng)橢圓振動(dòng)篩

平動(dòng)橢圓振動(dòng)篩的兩個(gè)激振電機(jī)軸在同一個(gè)平面上呈一定的夾角，并與中軸面成鏡像關(guān)系，反向同步旋轉(zhuǎn)。平動(dòng)振動(dòng)軌跡采用了合理的橢圓度，固相呈滾動(dòng)方式向前快速移動(dòng)，具有處理量大、不易糊篩、鉆屑不易破碎、篩網(wǎng)使用壽命長等特點(diǎn)，在國內(nèi)外油田得到了廣泛應(yīng)用。例如，長慶區(qū)域主要使用的有華油一機(jī)S250-22GA 振動(dòng)篩、長慶機(jī)械總廠GW-2 振動(dòng)篩（圖2）。

圖2 平動(dòng)橢圓振動(dòng)篩示意

2.3 雙軌跡振動(dòng)篩

直線和平動(dòng)橢圓振動(dòng)篩，經(jīng)過調(diào)試出廠后的振動(dòng)篩只能以一種振動(dòng)軌跡運(yùn)行，振動(dòng)力的大小難以調(diào)節(jié)，很難滿足復(fù)雜井的鉆井作業(yè)要求，就出現(xiàn)雙軌跡振動(dòng)篩，可以實(shí)現(xiàn)直線和平動(dòng)橢圓振動(dòng)。例如，長慶區(qū)域使用的濮陽共振GZS/S 雙軌跡鉆井液振動(dòng)篩如圖3 和圖4 所示。

圖3 雙軌跡振動(dòng)篩示意

圖4 直線軌跡和橢圓軌跡

依據(jù)篩箱數(shù)目，振動(dòng)篩又可以分為單聯(lián)振動(dòng)篩、雙聯(lián)振動(dòng)篩和三聯(lián)振動(dòng)篩。

3 篩布目數(shù)選擇合理

篩網(wǎng)目數(shù)主要參照泵排量，根據(jù)廠家設(shè)計(jì)和現(xiàn)場使用總結(jié)歸納見表1。

表1 鉆井泵與振動(dòng)篩匹配表

根據(jù)現(xiàn)場使用選擇，如果出砂量大，泥漿溢出多，考慮篩網(wǎng)目數(shù)過大造成，相反，如果出砂量小則是篩網(wǎng)目數(shù)過小造成的，一些本應(yīng)分離的固體流入泥漿會(huì)降低振動(dòng)篩的篩分效果。

4 振動(dòng)篩傾角調(diào)整合適

可根據(jù)顆粒大小、泥漿黏度、進(jìn)漿量或泵排量、泥漿含沙類型（如泥巖、礫巖、砂巖等）、篩網(wǎng)目數(shù)和種類等調(diào)整振動(dòng)篩傾角：①減小篩箱傾角（當(dāng)篩箱傾角≥2°），在不影響鉆進(jìn)、地層穩(wěn)定等因素的條件下可適當(dāng)增加泵排量，但必須征求工程技術(shù)人員意見（多臺(tái)振動(dòng)篩使用時(shí)應(yīng)減少設(shè)備使用數(shù)量）；②增大篩箱傾角，在不影響鉆進(jìn)、地層穩(wěn)定等因素的前提下，可以適當(dāng)減少泵排量。

多臺(tái)振動(dòng)篩使用時(shí)，會(huì)增加設(shè)備使用數(shù)量。當(dāng)多臺(tái)振動(dòng)篩同時(shí)使用時(shí)，會(huì)因?yàn)楸门帕窟^高、篩網(wǎng)孔堵塞、篩網(wǎng)目數(shù)不匹配等因素造成設(shè)備跑漿，這樣就需要更換篩網(wǎng)或減小泵排量。

（1）如果不允許停泵、減小泵排量，應(yīng)打開其中一臺(tái)振動(dòng)篩錄井罐內(nèi)的底部閥，向沉降倉直排一部分并保證其他設(shè)備處理量正常。

（2）關(guān)閉這臺(tái)設(shè)備的進(jìn)漿閥，待篩內(nèi)泥漿全部處理完畢后停止設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，更換粗一級(jí)目數(shù)篩網(wǎng)。需要注意的是，篩網(wǎng)更換完畢后應(yīng)運(yùn)行該臺(tái)設(shè)備2 min。

（3）關(guān)閉底部閥，增大這臺(tái)設(shè)備進(jìn)漿量，調(diào)節(jié)角度，直到其他設(shè)備能正常工作。

（4）如果仍舊稍微跑漿、所有設(shè)備傾角已經(jīng)調(diào)整到極限，按照上述步驟繼續(xù)更換粗目數(shù)篩網(wǎng)。當(dāng)?shù)撞块y在向罐內(nèi)直排泥漿時(shí)，除砂器應(yīng)保持工作狀態(tài)。

5 振動(dòng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)

振動(dòng)電機(jī)是動(dòng)力源與振動(dòng)源結(jié)合為一體的激振源，振動(dòng)電機(jī)的工作原理是在轉(zhuǎn)子軸兩端各安裝一組可調(diào)偏心塊，利用軸及偏心塊高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力得到激振力，具有利用率高、能耗小、噪聲低、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。振動(dòng)電機(jī)的激振力可以無級(jí)調(diào)節(jié)，使用方便，石油鉆井用泥漿振動(dòng)篩篩分泥漿常用的隔爆振動(dòng)電機(jī)型號(hào)有MVE、VLB、YBZ、YBZQ 等。

在使用過程中應(yīng)注意以下兩方面的事宜：

（1）在運(yùn)轉(zhuǎn)前先檢查防護(hù)罩連接可靠：兩端偏心塊應(yīng)為鏡像，潤滑油的添加應(yīng)滿足軸承彈子室的2/3，不宜過多，如果用量過多則有可能引起軸承過熱，并導(dǎo)致軸承過早失效；潤滑脂的標(biāo)號(hào)應(yīng)一致，嚴(yán)禁混用，防止?jié)櫥?；確保密封良好，嚴(yán)防電機(jī)受潮，導(dǎo)致絕緣降低而燒毀線圈繞組；杜絕金屬零件或碎屑等異物侵入電機(jī)內(nèi)，損傷電機(jī)定子線圈絕緣性能，進(jìn)而造成相間或匝間短路、電機(jī)定子線圈燒毀等。

（2）運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的監(jiān)測及檢查：①電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)10～20 min 后查看振動(dòng)效果及電機(jī)是否有異響或較大雜音；②運(yùn)轉(zhuǎn)幾小時(shí)后監(jiān)測每根導(dǎo)線的線電流，如果超過銘牌額定值則應(yīng)減小偏心配重設(shè)定值，直至正常運(yùn)行時(shí)線電流不超過額定值；如果電機(jī)三相線電流出現(xiàn)不平衡，相間電流差超過10%或大線電流超過額定電流時(shí)，應(yīng)及時(shí)停機(jī)檢查；③電機(jī)軸承位溫度應(yīng)滿足低于“環(huán)境溫度+65 ℃”的要求；④使用8 h 后應(yīng)再次檢查各緊固螺栓扭矩，必要時(shí)擰緊，如圖5 所示。

圖5 電機(jī)平衡塊角度一致

6 注重檢查維護(hù)

（1）當(dāng)一臺(tái)振動(dòng)篩可滿足需要時(shí)，兩臺(tái)振動(dòng)篩可以交替使用，以延長設(shè)備使用壽命。

（2）中間停用時(shí)，應(yīng)及時(shí)用水沖洗并用毛刷清洗篩網(wǎng)雜物，切忌使用尖銳硬物以避免損壞篩網(wǎng)。

（3）完鉆后徹底沖洗各部分。

（4）起下鉆時(shí)應(yīng)關(guān)閉振動(dòng)篩電源，應(yīng)關(guān)閉緩沖箱內(nèi)的左右兩閥門，打開底部鉆井液進(jìn)篩槽中的直通閥門，關(guān)閉振動(dòng)篩進(jìn)口端的插板，使鉆井液短路，不能進(jìn)入振動(dòng)篩。

（5）每天檢查振動(dòng)篩上所有的螺母、螺栓是否連接可靠。尤其是振動(dòng)電動(dòng)固定螺栓。

（6）經(jīng)常檢查篩網(wǎng)固定螺栓是否有松動(dòng)現(xiàn)象，保證篩網(wǎng)螺栓上緊時(shí)用力均勻并要適當(dāng)拉緊篩網(wǎng)，如果松緊不適、不均勻?qū)⒋蟠笥绊懞Y網(wǎng)的使用壽命。

（7）電機(jī)每月加注二硫化鉬鋰基脂一次，注油時(shí)應(yīng)防止異物進(jìn)入油孔。

（8）當(dāng)升降機(jī)構(gòu)的手壓液壓泵中的機(jī)油減少時(shí)，油泵將不能正常工作，應(yīng)注入10 號(hào)機(jī)油。

（9）搬遷運(yùn)輸時(shí)固定好篩箱，防止劇烈振動(dòng)，盡量水平放置。

7 提升效果評(píng)估

從2021 年年初起，共上井處理振動(dòng)篩故障26 隊(duì)次，其中涉及篩分效果不良的20隊(duì)次，如圖6 所示。

圖6 振動(dòng)篩篩分不良原因統(tǒng)計(jì)

在修共28 臺(tái)振動(dòng)篩，其中雙聯(lián)22 臺(tái)、三聯(lián)6 臺(tái)。通過液壓缸修理以便于調(diào)整篩箱傾角，激振電機(jī)修理及平衡塊角度調(diào)整，篩箱整體焊修，以及篩布合理選擇，出廠振動(dòng)篩合格率100%，滿足長水平段水平井使用要求。

8 結(jié)論

在鉆井隊(duì)振動(dòng)篩故障處理及在廠修理中，從電機(jī)的修理、平衡塊角度調(diào)整以及篩箱角度調(diào)整、篩布目數(shù)選擇等，均提升振動(dòng)篩的篩分效果。