摘要:影響離心機(jī)分離性能的參數(shù)比較多,這些參數(shù)都不是獨(dú)立的而是相互影響,、相互制約的,必須綜合分析確定,。文章分析了沉降區(qū)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)離心機(jī)分離性能的影響,并給出了結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇范圍,為進(jìn)一步設(shè)計(jì)鉆井液高速離心機(jī)提供了參考,。

    關(guān)鍵詞:鉆井液;離心機(jī);沉降;結(jié)構(gòu)參數(shù);分析

　　離心機(jī)作為一種鉆井液固控設(shè)備,合理地設(shè)計(jì)和使用,可有效地控制鉆井液的密度,清除鉆井液中的有害固相,對(duì)提高機(jī)械鉆速,提高后續(xù)設(shè)備的使用壽命、節(jié)約泥漿藥品用量、保護(hù)油氣層等方面具有重要意義。我國(guó)從90年代中期才開始使用中速離心機(jī),并認(rèn)識(shí)到離心機(jī)在鉆井液固相控制中的巨大作用,特別是在一些特殊工藝井中作用更大。隨著鉆井工藝難度的加大,對(duì)固控的要求不斷提高,僅有中速離心機(jī)還不能很好地解決當(dāng)今鉆井液固相控制問(wèn)題,。要適應(yīng)新型鉆井工藝技術(shù)的發(fā)展,提高鉆井液固控水平,必須提高離心機(jī)的性能,尤其必須發(fā)展大排量、可靠性高的高速離心機(jī),。影響離心機(jī)性能的因素非常多,而結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇是其中非常重要的方面,必須根據(jù)離心分離過(guò)程的要求和經(jīng)濟(jì)性原則綜合平衡各項(xiàng)因素而進(jìn)行選擇,。本文將重點(diǎn)分析鉆井液高速離心機(jī),沉降區(qū)結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇及影響因素,為進(jìn)一步設(shè)計(jì)高速離心機(jī)奠定基礎(chǔ)[1-2]。

    　轉(zhuǎn)鼓半錐角α的分析

    轉(zhuǎn)鼓半錐角α是離心機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中zui為重要的一個(gè)參數(shù),其敏感性zui大,。這是因?yàn)殡x心機(jī)在分離有密度差的固液物料（鉆井液中固相與液相）時(shí),分離出來(lái)的沉渣被螺旋輸送器沿轉(zhuǎn)鼓錐面推出液池,然后經(jīng)過(guò)錐面干燥段（脫水區(qū)）后由出渣口排出,。由于離心機(jī)進(jìn)行固液分離時(shí)轉(zhuǎn)速較高,因此沉渣沿錐面移動(dòng)時(shí)將受到與離心力成正比的反向流動(dòng)力作用,。這與河流相似,河床窄的地方水流急,而河床寬的地方水流緩。如果轉(zhuǎn)鼓錐段的錐角大,將產(chǎn)生沉渣回流現(xiàn)象,螺旋推料器無(wú)法輸渣,。

    從離心機(jī)排渣過(guò)程可知,沉降在離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)側(cè)的沉渣被沿轉(zhuǎn)鼓錐端推向出料口時(shí),由于離心力的作用,受到向下滑移的回流力作用,。半錐角越大,沉渣受離心力擠壓越大,螺旋推力的扭矩越大,葉片磨損越大,甚至產(chǎn)生沉渣回流現(xiàn)象而導(dǎo)致螺旋推料器無(wú)法排渣。如果半錐角小,其有效沉降面積減小,降低離心機(jī)的使用性能,。

    如圖1所示,液池深度ｈ和排渣口半徑ｒ3一定時(shí),半錐角α增大,干燥區(qū)長(zhǎng)度ＬＧ=（ｒ1-ｒ3）/ｔｇα（即沉渣脫離液面到排渣口之間的距離）就較短,其脫水時(shí)間變短,沉渣含水率升高;反之,如果錐角小,則干燥區(qū)長(zhǎng)度長(zhǎng),脫水時(shí)間長(zhǎng),沉渣的含水率就低,。另外,半錐角的大小還影響著離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓有效長(zhǎng)度和長(zhǎng)徑比,在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)半徑與排渣口半徑一定情況下,半錐角越小,轉(zhuǎn)鼓越長(zhǎng),長(zhǎng)徑比越大,制造越困難。因此,設(shè)計(jì)離心機(jī)時(shí),在保證分離條件和使用性能的情況下,應(yīng)該選取較大的半錐角,。
式中,β為螺旋葉片的升角;δ1為沉渣沿鼓壁滑動(dòng)方向與垂直于轉(zhuǎn)鼓軸線的徑向平面間的夾角;α為螺旋輸送器半錐角;λ1,、λ2分別為沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁和螺旋葉面的摩擦角;ｆ1、ｆ2分別為沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁和螺旋葉面的摩擦因數(shù);Ａ∑為當(dāng)量沉降面積;ｒ2,、ｒ1分別是轉(zhuǎn)鼓內(nèi)半徑和液池表面半徑;ｒｓ為螺旋內(nèi)筒的外半徑;ｇ為重力加速度;ω表示轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)角速度;其余為結(jié)構(gòu)參數(shù)Ｌ1,、Ｌ2。
 

      根據(jù)公式（1）～（3）并以ＬＷ500×1200-Ｎ型鉆井液高速離心機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)為例,可以計(jì)算出排渣效率ＥＰ和沉降面積ＡΣ與半錐角α的關(guān)系如圖2～4所示,。隨著轉(zhuǎn)鼓半錐角α的逐漸增大,沉渣沿鼓壁滑動(dòng)方向角δ1逐漸減小,排渣效率和轉(zhuǎn)鼓沉降面積也隨之減小,單位時(shí)間內(nèi)排出的沉渣量也將減小,因此轉(zhuǎn)鼓半錐角不易太大,。隨著轉(zhuǎn)鼓半錐角α的逐漸減小,沉渣沿鼓壁滑動(dòng)方向角δ1逐漸增大,排渣效率和轉(zhuǎn)鼓沉降面積也隨之提高,單位時(shí)間內(nèi)排出的沉渣量也將增加,但干燥區(qū)長(zhǎng)度延長(zhǎng),脫水時(shí)間長(zhǎng),沉渣的含水率就低,也容易造成排渣不暢而發(fā)生堆積堵塞現(xiàn)象,因此轉(zhuǎn)鼓半錐角不易太小。

    由于輸渣是離心機(jī)正常工作的必要條件,因此*設(shè)計(jì)必須首先滿足輸渣條件,。為了避免螺旋推料器無(wú)法輸渣這個(gè)問(wèn)題,對(duì)于難分離物料（即密度差較小或粘性較大的鉆井液）,轉(zhuǎn)鼓半錐角應(yīng)降低到8°以內(nèi),以便降低錐段沉渣的回流速度,。對(duì)普通的物料,半錐角應(yīng)在10°以內(nèi),這樣就使沉渣能夠輸送,在鉆井液離心機(jī)設(shè)計(jì)中,一般轉(zhuǎn)鼓半錐角選擇在8°～10°之間,Ｅｐ值的選擇不宜低于85%,δ1值至少要大于45°,能達(dá)到Ｅｐ>90%,δ1>50°。
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