国外新型钻井振动筛研究进展.pdf

2 O 1 1 年 第 4 0卷 第 3 期第 7 2页 石油 矿 场 机械 OI L F I EL D E QUI PMEN T 文 章 编 号 1 0 0l 一 3 4 82 2 01 1 0 3 0 07 2 05 国外新型钻井振动筛研究进展 王宏伟 ， 刘 军 ， 刘继 亮 1 ． 中 国 石油 集 团 钻 井 工 程 技术 研 究 院 ， 北 京 1 0 0 1 9 5； 2 ． 中 国石 油天 然 气 集 团 公 司 ， 北 京 1 0 0 0 0 9 摘要 随着钻井施工工艺水平的不断提高、 钻井新技 术不断应用和钻井液体 系的不断完善 ， 对钻井 振动 筛的要 求也越 来越 高 ， 使 得钻 井振动 筛技 术水平得 到 了快速发展 ， 近几年 国外 出现 了许 多新 产 品和新技 术 。分析研 究 了 NOV B r a n d t公 司的恒 定抛 掷 指数 控制 技 术振 动 筛 、 M I S WACO 公 司 的双轨 迹振 动 筛及 De r r i c k公 司、 M I S WACO公 司、 Ax i o m P r o c e s s公 司的最新产 品和技 术 。 关键词 振动 筛； 双轨 迹 ； 恒 定抛掷 指数 中 图分 类号 TE9 2 6 文献标识 码 A De v e l o p me n t o f Ne w Fo r e i g n S ha l e S h a k e r s W ANG Ho n g we i 。 LI U J u n 。 。 L I U J i l i a n g 1 ． CNPC Dr i l l i n g Re s e a r c h I n s t i t u t e ， Be i j i n g 1 0 0 1 9 5 ， C i n a； 2 ． C h i n a Na t i o n a l Pe t r o l e u m Co r p o r a t i o n， Be i j i n g 1 0 0 0 0 9 ， Ch i n a Abs t r a c t W i t h t he c o n t i nu o us i mp r ov e m e nt o f t h e l e ve l o f d r i l l i n g p r o gr a m ， t h e i n c r e a s i ng a p pl i c a t i o n o f n e w d r i l l i n g t e c hno l o g i e s ， a n d t h e g r a d ua l pe r f e c t i o n o f d r i l l i ng f l u i d s y s t e m ， ne w t e c h no l o g i e s o f t he s ha l e s ha k e r ha ve be e n r e qu i r e d， r e s ul t i ng i n r a pi d d e v e l o p m e nt i n t h i s a r e a ． Ne w pr o d u c t s a n d t e c h no l o gi e s ha ve be e n de v e l o pe d ov e r s e a s， s u c h a s NOV Br a ndt c or p o r a t i o n’S s ha l e s ha ke t h a t e mpl o y s Co ns t a n t G Co nt r o l t e c h no l o g y， a n d M I S W ACO c o mpa ny’ S s h a l e s h a ke r t ha t e m p l o ys d ua l mo t i o n t e c h no l o gy ．Th e l a t e s t p r od u c t s a nd t e c hn o l og i e s o f t he NOV Br a n dt c o r p or a t i o n， De r r i c k c o r po r a t i on， M I SW ACO c omp a ny， a nd Ax i o m Pr o c e s s c o mpa ny a r e i n t r o d uc e d． Ke y wo r ds s ha l e s ha ke r ； d ua l mo t i o n t e c h no l o gy； c on s t a n t G 钻井振 动筛承 担着对井 底返 回地面 钻井液 中有 害 固相 的初 次清 除工作 ， 是 固控 系统 中的关键设 备 ， 其 主要 目的是 充分 回收钻 井液 和尽可能 多地清 除大 的固相颗粒 。随着 钻井施 工工艺 水平 的不断提 高和 钻井 液体系 的不断 完 善 ， 对钻 井 振 动筛 的 要求 也 越 来越 高 。特别 是从 2 0世 纪末 到 2 1 世 纪 初期 ， 在 高 油价 的刺激下 ， 全球石 油天 然气勘探 开 发加大投 入 ， 钻井 振动筛技 术水平 得 到 了快 速发 展l 1 。 。 。本 文 分 析研 究 了美 国 NOV B r a n d t 公 司 、 美 国 D e r r i c k公 司 、 法 国 S c h l u mb e r g e r 旗 下 的 M I S WAC O 公 司 、 英 国 Ax i o m P r o c e s s公 司的最新 产 品和技术 。 1 K i n g C o b r aⅡ双轨迹振动筛 目前 ， 国内外 惯性 单 轴或 多 轴振 动 筛通 常都 只 能实现 单一 的圆 振型 、 或 直 线振 型 、 或 椭 圆振 型 ， 难 以满足 工程实 际 的需 要 。N0V B r a n d t 公 司研 制 的 Ki n g C o b r a 1 I 眼镜 蛇王 Ⅱ 型 双轨迹 振 动筛 如 图 1 较好 地解决 了这 个 问题 ， 该 振 动筛 主要 用 于海 洋 钻井平 台 ， 采 用 4块 预 紧 式筛 网 ， 筛 网总 面 积 3 ． 1 m ， 前 端筛 网主要 用 于 干燥 岩 削 。4块 筛 网 的倾 角 收 稿 日期 2 0 1 0 0 9 1 4 作者简 介 王 宏伟 1 9 6 5 ， 男 ， 山东潍坊 人 ， 高级工程 师 ， 主要从 事钻 井机 械装备 研究 ， E ma i l w a n g h o n g we i d r i c n p c 第 4 O卷第 3期 王宏伟 ， 等 国外新型钻井振动筛研究进展 分别 为 0 。 、 5 。 、 5 。 和 5 。 ， 筛 箱 倾 角 采 用 气 动 调 整 ， 调整 范 围为 2 。 。配 备 2台 1 ． 8 4 k W 2 ． 5 h p 的交流变频激振 电机。抛掷指数有正常 、 高和最大 3个 挡位 ， 其 值 分 别 为 6 ． 1 、 6 ． 7和 7 ． 3 。外 形 尺 寸 长 宽 高 3 1 5 6 mm1 7 7 8 mm1 6 2 5 ． 6 mm， 质量 2 6 1 3 k g 。 Ki n g C o b r a 1 I 型振 动筛有 直 线 运动 、 椭 圆振 动 2种轨迹 ， 采 用 交 流 变 频 和 随 动 控 制 技 术 ， 可通 过转换 旋钮 实现 相互 转换 ， 以适 应不 同工 况 的需要 。 图 1 Ki n g C o b r a 1 1 振动筛 筛箱 调整 有手 动和 自动 2种模 式 。 自动 模式 提 高 了筛 网的性 能和 处 理 钻 井液 的效 率 ， 将 振 动 筛 的 运转 工 作 情 况 调 整 在 最 佳 点 状 态[ 2 ] 。其 主 要 特 点 如下 1 筛 箱倾 角 自动调 整功 能 自动模 式采 用 自 动 控 制 技 术 Au t o ma t e d S h a k e r C o n t r o l ， 简 称 AS C u 。AS C技术 使用 超声 波声 纳系 统采 集筛 箱 内的液 面高度 ， 并 与设定 参数 进行 比较 ， 从 而实现 筛 箱倾 角 自动调 整 ， 使钻 井 液 进 入 端 的 残 留钻 井 液 接 近最 优值 。 2 自动增 强 功 能 当筛 箱 倾 角 达 到 最 高点 ， 且筛 箱 内的液 面高 度超 出最 优 值 时 ， 激 振 电机 自动 增加 转速 ， 从 而 在相应 挡 位上 增 加最 高 可 达 2 1 的 激 振力 ， 以保 证钻 井液 出砂 的稳 定性 ， 增加 的激 振力 维 持一 定 的时 间后 自动恢 复正 常 。 2 V S M 多层 平动椭 圆振动筛 VS M 多层 振 动 筛 如 图 2 是 NoV B r a n d t 公 司 在 VS M 3 0 0振 动 筛 基 础 设 计 的新 一 代 振 动 筛 。 该振 动筛 由过 流筛 网 、 主 筛 网 和 次级 主 筛 网 3层筛 网组成。筛 网采用气动压紧固定， 气源压力 5 5 2 ～ 6 2 1 k P a 8 0 ～ 9 0 p s i 。过 流 筛 网倾 角 2 。 ， 筛 网 面 积 1 ． 9 1 m ； 主筛 网和次级主筛网倾角均为 7 。 ． 筛 网面积 均为 2 ． 4 4 m 。配备 2台 2 ． 9 4 2 k w 4 h p 电 机 驱 动 ， 4 台 激 振 器 。外 形 尺 寸 长 宽 高 2 6 31 mm 1 8 7 0 mm 1 7 35 mm 图 2 VS M 多 层 平 动 椭 圆振 动 筛 VS M 多层 平动椭 圆振动筛 主要 特点 如下 1 VS M 多层 振 动 筛 首 次使 用恒 定 抛 掷指 数 控 制技 术 C o n s t a n t G C o n t r o l ， 简 称 C G C 。该 技 术 实 时测量 筛箱 加速度 ， 当负载 增加 时 ， 激 振 电机 会 自动调 整转速 ， 保 持激 振力 不变 ， 从 而提升 振动筛 的 处理 能力 。 2 VS M 多层 振 动筛配 备柔 性流体 模块 时 ， 通 过滑 动手 动分 流器 的气 动 单 钳板 可 实 现 振 动筛 串 、 并联 2种 运行模 式 之 问 的 快速 转 换 ① 在 串联模 式 下 ， 主筛 网可高 效 回收重 晶石 等有用 的材 料 ， 次级 主 筛 网为筛分 更 细 或轻 质 的 固相颗 粒提供 了更 大 的 筛 网 面积 ； ② 并联 模式 下 ， 振动 筛使用 双倍 于 串联 模 式 的细 筛 网 ， 主要 用 于 中、 下 部 井段 。主筛 网和次 级 主 筛 网的 目数 相 同 ， 可 调式 挡板 使钻井 液在 主 、 次 筛 网的流量相等， 从而优化了筛 网的使用效率 。 3 应用 合成 材料 提高 了筛箱 的动力／ 质量 比 ， 在无 需增 加激 振 电机 功 率 的前 提 下提 高 了振 动筛抛 掷指 数等级 。 4 通 过应 用 C GC技 术 和筛 网面积 的增加 ， 处 理 能 力 比 VS M 3 0 0提 高 2倍 ， 而 2 4 4 7 k g的质 量与 VS M 3 0 0的 2 4 3 6 k g基 本相 当 。 3 D P 6 0 0双池振动筛 D P 6 0 0系列双 池振 动 筛 如 图 3 是 D e r r i c k 公 司 2 0 0 6年开 始 研发 的直 线 振动 筛 ， 于 2 0 0 8年第 1季度 推 出 ， 旨在 用 相 近 的 安装 面积 使 现 有 振 动筛 性能提 高 5 O 。该 系列振 动 筛共 有 D P 6 1 6 、 D P 6 1 8 、 D P 6 2 6和 D P 6 2 8四 种 型 号 ， 其 中 D P 6 1 6和 DP 6 1 8为单 层振 动筛 ， D P 6 2 6和 DP 6 2 8为 双层 振 动筛 。主要 技术参 数 如表 1 。 7 4 。 石 油 矿场 机 械 2 0 1 1年 3 月 振 动轨 迹 长 外形尺寸／ ra m宽 高 质 量 ／ k g 筛 网 筛 网数量 主筛 网粗筛网 AP I R P l 3 C筛 网净面积／ m。 直 线 3 1 8 1 1 88 9 1 72 4 2 27 9 主 筛 网 粗筛 网 6 2 4 2． 7 3 ． 47 1 ． 1 1 0目 直线 3 9 O O 1 8 8 9 1 7 2 7 2 65 2 主筛网粗筛网 8 3 2 3 ．6 4． 6 3 1 ． 4 9 1 0目 图 3 D P 6 2 8双池振动筛 D P 6 0 0系列振动 筛主要结 构特 点如下 1 D P 6 0 0系 列 振 动筛 使 用居 中技 术 迫 使 钻 井液流 向两侧 的主 筛 网 中部 ， 使 通过 主 筛 网 的钻 井 液流量 实现 了最 大化 ， 提高 了处 理 能力 ， 较 D e r r i c k 公司 的 F I C 5 1 4 振 动筛提 高处理 能力 l 1 9 。 2 筛箱倾 角调整 机构采 用近程 或远程 液压驱 动 ， 倾角 调整范 围 1 。～ 7 。 。 3 粗筛 网采用模 块设 计 ， D P 6 1 6与 D P 6 2 6 、 D P 6 1 8与 D P 6 2 8可快 速转化 。D P 6 2 6 、 D P 6 2 8通 过 增加粗 筛 网， 提高 了振 动筛 的处理 能力 、 减 少 了主 筛 网的负载 ， 延 长 了筛 网 的使用 寿命 。另外 ， 粗筛 网 模 块还可 回收 防 堵 漏 钻 井液 材 料 ， 从 而节 约 了钻 井成 本 。 4 主筛 网采用 单 边 气动 压 紧 系统 固定 ， 每块 筛 网 由 4套 筛 网压 缩 装置 固定 ， 并有 1套 单 独 的手 动 锁紧 和释放气 源机构 。压 紧系统有 自动 防故 障装 置 ， 即使气 压 泄漏 ， 压 紧机 构 仍 可 继 续 持 续 一 段 时 间 ， 以保证振 动筛仍 可继续 工作 一定时 间 。 5 配备 了 2台 1 ． 8 4 k W 2 ． 5 h p 、 1 7 5 0 r ／ ra i n 的 S u p e r G 3长筒 式激振 电机 ， 电机 采用 内置 式 润滑 系 统 ， 有效地 减少 了摩 擦 、 磨 损 ， 降低 了噪音 。 4 MD 一 3双轨迹振动筛 S c h l u mb e r g e r 旗 下 M I S WA C O公 司 的 MD - 3 双轨迹振 动筛 如 图 4 主要 适 用 于安 装 面 积 小 、 钻 井液 固相分离 性能 要 求 高 的钻 机 ， 特别 适 合 于深 水 海洋钻 井平 台在钻 遇多个 不 同压力 层 和井眼稳定 性 变 化大 的钻井施 工作业 j j 。 图 4 MD - 3 双轨迹振动筛 MD 一 3 振 动筛 主要特 点为 1 3 层 筛 网结 构 ， 每 层 安装 6块 筛 网 。筛 网 的标 准 配置 模 式 是顶 层 为过 流 筛 网 ， 筛 网 面积 2 ． 4 m 。 ，A P I 筛 网净 面积 1 ． 5 T i t 。 ； 中部 和 下部 筛 网为 主 。 戡 一 一 一 一 啪。 戡 一 一 一 ～ 蝴 。 弼 ～ 一 第 4 O卷第 3 期 王宏伟 ， 等 国外新 型钻井振动筛研究进展 筛 网 ， 筛 网总面 积 4 ． 7 m ， AP I 筛 网净 面积 2 ． 9 I T 1 。 为在各 种地层 条 件下辅 助输 送较 重 和粘性 钻井 液 固 相 ， MD 一 3振 动筛 在 安 装 粗筛 网 的筛 箱 内设 计 有 喷 雾 装置 。 2 配 置 2台 2 ． 7 2 k W 3 ． 7 h p 、 额 定 转 速 1 8 0 0 r ／ mi n的长 筒 式激 振 电 机 ， 采 用 斜 坡 式 布置 。 该振 动筛 有 2种椭 圆运 动 模 式 一 种是 渐 进 椭 圆 振 动 ， 抛 掷 指 数 6 ． 3 ， 该 模 式 不 适 合 钻 井 液 的快 速 处 理 ； 另一 种 是 平 动椭 圆振 动 ， 抛 掷 指 数 7 ． 2 ， 主 要 用 于提高振动筛的处理能力和排砂速度。 3 筛 网使用钻 机气 源 的空气 压力 固定 。筛箱 倾角采用气动液压在线 调整 ， 上部筛箱倾角调整 范 围一1 。 ～ 3 。 ； 2个 主筛 箱 共 用 1套 倾 角 调整 机 构 ， 调整 范 围4 。 ～ 8 。 。 4 设计 有 钻 井液 蒸 气 抽 吸 罩 ， 可 减 少钻 井 液 及其 蒸 汽 对 操 作 人 员 的 伤 害 ， 并 可 防 止 钻 井 液 的 外 溅 。 5 尺 寸 小 。振 动 筛 外 形 尺 寸 长 宽 高 2 5 8 4 mm1 9 6 7 mm 1 7 2 0 mm。由于振 动筛 安 装 面积 与 B E M一 6 5 0型 振动筛 基本 相 当 ， 可将 现有 安 装 B E M一 6 5 0型 振 动筛 的振 动 筛房 进 行 简单 改 造 后 安装 MD 一 3型振 动筛 ， 便 于海 洋 钻 井 平 台 振 动 筛 的 技术 升级 。 6 筛 箱 由 合 成 材 料 制 造 ，整 机 质 量 为2 9 2 6 k g 。 5 AX - 1平动椭圆振动筛 Ax i o m P r o c e s s公 司 的 AX 1平 动 椭 圆振 动 筛 如 图 5 主 要 应 用 于 海 洋 钻 井 平 台 ， 该 振 动 筛 于 2 0 0 1年进 行 概念 设 计 ， 2 0 0 5年 投 人工 业 应 用 ， 现 部 分 海洋 钻井 平 台使 用该 型号更 换 NOV B r a n d t 公 司 的 VS M 3 0 0型振动 筛 。 图 5 AX 1 平动椭圆振动筛 AX 一 1 振 动筛 主要特 点 为 1 AX 一 1 振 动筛 为 3层筛 网结 构 ， 筛 网 由过 流 筛 网 、 中问筛 网 和底 部 筛 网 组 成 。过 流筛 网倾 角 2 。 ， 中问和 底部 主筛 网倾 角均 为 7 。 ， 每 层安 装 6块 筛网， 筛 网面积均为 2 ． 0 1 m 。筛网采用气动 固定 ， 气 源压力 5 5 2 ～6 2 l k P a 8 0 ～9 0 p s i 。 2 过流 筛 网与 中间筛 床之 间设计 有导 流盘 ， 2 个 主筛 网之 间设计 有 隔流板 。 3 通过 改变 振动 筛分 流器插 板 的位置 可实 现 串、 并 联 2种操 作模 式 的转 换 ① 在 串联模 式 下 ， 钻 井液 依次 流经 3层 筛 网， 经 过 流 筛 网处 理 后 的钻 井 液通 过导 流盘进 入 中间 主筛 网 ， 筛 分 后 的 钻井 液 经 隔流板 进入 分 流器 ， 然 后进 入底 层 主筛 网 ， 串联模 式 可安装 3 0 0目细 筛 网 ， 可获 得较 好 的固相分 离效 果 ； ② 在 并联模 式下 ， 经 过 流 筛 网处 理 后 的钻 井液 先 进 人 中间主筛 网 ， 一部 分 钻 井 液经 中间 主筛 网筛 分 后 通 过 隔流板 进入 分 流器 排 出 ； 另 一 部 分 钻井 液 通 过 分 流器进 入底 部 主筛 网 。 4 振 动筛筛 网面 积 大 ， 处 理 能 力是 常 规 双层 振 动筛 的 2 倍 。 5 配置 2台5 k W 6 ． 8 h p 激振 电机 ， 通 过皮 带 驱 动 振 动 筛 激 振 器 ， 电 机 转 速 范 围 1 4 4 5 ～ 1 9 4 0 r ／ mi n。 6 结构紧凑 。外形尺寸 长 宽 x高 3 1 0 1 mm 1 8 7 0 mm1 7 3 0 mm， 可 直 接 安 装 在 No V 公 司 VS M 1 0 0 、 VS M 1 2 0或 V S M 3 0 0振 动筛 的安 装 撬上 ， 整机 质量 为 3 2 3 6 k g 。 6 结论 以上新产品体现了钻井振动筛技术在以下 3个 方 面 的发 展趋 势 。 1 向多 振动 轨迹 方 向发展 。钻井 振动筛 在振 动 轨迹方 面大 致经历 普通 椭 圆振动筛 、 圆形 振 动筛 、 直线振 动筛 和平 动椭 圆振 动 筛 4个 发展 阶段 1 7 ] ， 目 前正 向多 轨迹方 向发 展 ， 如单 型号 同时 有直 线 和 平 动椭 圆振动 轨迹 。 2 向 自动化 控 制方 向发展 。 自动化控 制技术 的运用 ， 如在筛箱倾角 自动调整 、 筛箱抛掷指数恒定 强 度和 自动优 化振 动筛 在 线 数 量方 面等 ， 大 大 地促 进 了振动 筛性 能 的提高 。 3 向高 筛 网面积方 向发展 。 由单层 筛 网 向多 层筛网发展 ， 增加筛网的有效面积， 提高振动筛工作 效率 。 7 6 石 油 矿场 机 械 2 0 1 1年 3月 参考 文 献 [ 1 ] 徐倩 ， 邓嵘 ， 李艳萍 ， 等． 2种新型钻井 振动筛[ J ] ． 石 油 矿 场 机 械 ， 2 O 1 0， 3 9 8 5 3 - 5 6 ． [ 2 ] 侯勇俊 ， 申永强 ， 田英 ， 等． 基于运动合成原理 的三 电 机 自同步椭 圆振动筛 同步稳定性研究 [ J ] ． 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h a k e r c o n t r o l [ J ] ． Wo r l d O i l ， 2 0 0 5 ， 2 2 6 1 2 9 3 9 5 ． Ka t i e M a z e r ov ．Tr i pl e d e c k s h a l e s h a ke r ， mo bi l e pr o c e s s i ng t r u c ks pus h s o l i ds c o nt r ol c ap a c i t y， e f f i c i e n c y． Dr i l l i n g c o n t r a c t o r ， 2 0 1 0 9 ／ 1 O 9 2 9 8 ． J e r r y Gr e e n b e r g ． S o l i d s c o n t r o l S h a l e s h a k e r ma k e r s p u s h a d v a n c e s i n p o w e r ， e f f i c i e n c y ， a u t o ma t i o n [ J ] ． Dr i l l i n g c o n t r a c t o r ， 2 0 0 7 9 ／ 1 0 2 9 3 3 ． Ar c t i c Di r e c t o r y ．M I Swa c o t o ut s M 【 l 3 s ha l e s ha ke r [ J ] ． P e t r o l e u mn e w s ， 2 0 1 0 ， 1 5 1 2 1 0 1 1 ． De n ni s De nn e y ．Te c hn ol o gy a p pl i c a t i o ns Sma l l Fo ot p r i n t S h a l e S h a k e r [ J ] ． J P T， 2 O 1 0 2 2 l 一 2 2 ． 胡 欣 峰 ， 侯 勇俊 ， 张 明 洪． 平 动 椭 圆钻 井 振 动 筛 研 究 的 新进展[ J ] ． 石油机械 ， 2 0 0 4 ， 3 2 1 2 5 3 5 5 ． 下期 目次预告 顶驱钻 井 柔性 钻柱动 力 学特 性分析 水平 井弯 曲段 套管 下入 可行 性分析 独立 式不压 井作业装备技 术发展 油套 管粘扣和 泄漏 失效分析 综述 固井过程 套 管 串屈 曲变形分析 1 4 0 MP a压 裂 泵 液 缸 强 度 及 寿 命 预 测 分析 连 续油 管检 测技 术综述 深水铺 管船 储缆 绞车排 缆 器受力和运 动 分析 水下采 油树 内部 输 油管道 应 力分析 海洋钻 井平 台桥 式起 重机 设计 油井管 空心轻质 爬行 器设 计研 究 核磁 共振 测 井仪 刻度 系统机械 结构设 计 防喷 器控 制 装 置 液 压 油 强 制 过 滤 系统 设 计 姜 民政 等 马建 民等 王永 昌等 邓 勇刚等 王励斌 等 强晓光 等 杜 勇等 郑 学成 等 余传谋 等 李建雄 等 抽 油机地 面 分效率试验 研 究 可 自适 应膨胀 防砂 筛管性 能评 价研 究 螺 杆 泵试 验 转 速 和 温 度 对 水 力 特 性 的 影 响 基 于金属磁 记 忆效应 的钻机起 升 滑轮 无 损 检 测 水 平 井裸 眼选择性 分段 压裂 完井技 术及 工 具 调 流控水 筛管在 冀 东油田水平 井的应 用 研 究 有 杆泵减 载 器在 深抽 井 中的应 用 自润 滑 自旋 转 型抽 油 杆扶 正 器研 制 与 应 用 防污染 带压注灰 装置设 计及应 用 抽 油泵 强制 闭合 固定 阀在 大斜度 井段 的 应 用