旋流除砂机理研究及自动旋流除砂器的开发.pdf

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1、34探矿工程(岩土钻掘工程)2008年第11期旋流除砂机理研究及自动旋流除砂器的开发张学强，鄢泰宁(中国地质大学(武汉)，湖北武汉430074)摘要：旋流除砂技术是利用离心力从泥浆中分离固相成分的技术，可广泛应用在地质钻探、有色、冶金工业及石油天然气工业领域。研制开发的自动旋流除砂器弥补了传统除砂器固相成分分离效果不佳、排砂口易堵的缺陷，显著提高泥浆或矿浆的净化质量与除砂效率，且能自动排堵，降低了除砂工作的时间消耗和成本。关键词：旋流除砂技术；自动旋流除砂器；泥浆；除砂效率中图分类号：P634．3文

2、献标识码：A文章编号：1672—7428(2008)11—0034—03ResearchonCycloneDesandingTechniqueandDevelopmentofAutomaticCycloneDesander／ZHANGXue—qiang，YANTai—ning(ChinaUniversityofGeosciences，WuhanHubei430074，China)Abstract：Cyclonedesandingtechniqueisseparatingsolidphasefromd

3、rillingmudbycentrifugalforce，itcanbeusedingeologicalprospecting，petroleumandgasindustryandmetallurgicalindustry．Automaticcyclonedesanderadoptscyclone—separatingtechnique；retrievesthedefectsoftraditionaldesander，suchasunsatisfiedsolidphaseseparatingeffe

4、ctandun-dertlowchannelblocking．Sopurifyingqualityofdrillingmudanddesandingeficiencyarelargelyimproved，theblockingareacanbeautomaticalybrokenwithlessworkingtimeandcost．Keywords：cyclonedesandingtechnique；automaticcyclonedesander；drillingmud；desandingefic

5、iency1旋流除砂器结构及除砂原理简介旋流除砂器是一种利用离心沉降原理将非均相入混合物中具有不同密度的相分离开来的机械分离设备。旋流除砂器的基本构造为一个分离腔、一个入口和2个出口(见图1)。分离腔多为柱一锥形。入口一般采用切向人口。出口多为轴向出口，分布在旋流除砂器的两端。靠近进料端的为溢流口，远离进料端的为底流口(排砂口)。钻井液通过泥浆泵从切向入口注入旋流除砂器，并在旋流除砂器腔内高速旋转，产生几千倍于重力场的离心力场。在离心力的作用下，密度大的固相被甩向四周，并顺着壁图1旋流除砂器工作原理

6、及结构示意图面向下运动，作为底流由底流口排出；密度小的钻井液被带到中间并向上运动，最后作为溢流由溢流口排出。这样，用旋流除砂器就达到了净化钻井液体的目的。2内部泥浆流态及二次除砂能力通过除砂原理可知，泥浆在旋流器腔内做螺旋运动，在除砂器自身结构的影响下，在其向下运动的过程中，逐渐改变运动方向，最终形成围绕中心线向上旋升的内旋流体，从溢流口排出。因此，在除砂器锥形腔内，存在2股反向螺旋流(见图2)，一股是靠图2内旋流体在除砂器中的运动状态收稿日期：2008—06—06作者简介：张学强(1984一)，男

7、(汉族)，河北沧州人，中国地质大学(武汉)硕士在读，钻井工程专业，研究方向为钻井工艺，湖北省武汉市鲁磨路，asd71192000@yahoo．an。2008年第11期探矿工程(岩土钻掘工程)35近旋流器壁向下旋流的外旋流；另一股是位于锥体通常在旋流除砂器轴线附近会出现一种旋涡状中心向上旋流的内旋流。这两股旋流流向相反，使气柱(图2)，它是由于旋流除砂器轴线附近压力降其交界处产生了循环流(闭环流)。循环流把其外到负值，空气从底流口流人而致。空气柱的直径大侧(靠近锥体内壁)附近的泥浆流卷进来，在其内侧约

8、为溢流口的0．6倍。以上盖流的形式把它们推人内旋流。卷入内旋流的由于空气柱的出现，在旋流除砂器腔内出现了泥浆，一部分随着内旋流体排出溢流口，另一部分以液相区和气相区。在整个液相区，流体的切向速度下盖流的形式通过循环流进入外旋流。实际上，循呈准自由涡，进入气相区后，气体运动则为强制涡，环流在外旋流和内旋流之间起着中介交流场的作见图3(a)。轴向流体则是在器壁附近向下，在某一用。在这种交互过程中，内旋流在旋升中不断地把半径处转而向上一直延续到轴线，在流体方向改变更细小的砂