自动化泥浆循环净化装置机械设计

康小勇

（漳州市古雷水务发展有限公司，漳州 363215）

目前，绿色发展已经成为时代发展的标杆。绿色勘探理念的提出，能够降低对生态产生的影响，实现资源和生态保护的共赢。现场钻探施工开展过程中，对设备和技术要求相对较高，特别是在石油钻井中，目前已经实现标准化与系统化[1]。由于领域和施工环境不同，需要合理使用勘探设备，防止出现工作参数与结构不匹配的现象，最终才能满足设备小型化要求。本文研究过程中，主要针对机械化智能化要求，结合施工技术条件与施工环境完成了设计与研发，同时对部件选配进行了优化设计，最后考察了现场应用的可靠性。

1 装置组成结构与工作原理

自动化泥浆循环装置结构如图1所示。

图1 自动化泥浆装置结构示意图

在设备中，将3个储存仓作为储存泥浆设备，保证泥浆在设备管线中的运行稳定性。设备采用的泥浆循环净化方法为：首先，泥浆会在短时间内通过管道，并且与清水之间进行混合配置，之后一起汇入配浆仓；其次，在新泥浆被抽出设备之后，钻井设备会持续向上返出泥浆，上返的泥浆需要对大颗粒沉淀进行清理，最终完成筛选净化[2-3]；最后，在筛选完成后泥浆会进入净化仓2，净化仓2和配浆仓3之间互相连接，持续参与循环，最终保证钻进效率。配浆仓与净化仓分别设置在储存设备附近，需要使用装载搅拌设备完成泥浆净化，并及时筛选泥浆，以确保最终均匀控制，并确保泥浆时刻拥有稳定状态和性能。在净化仓底部需要安装加热装置，防止在寒冷环境下使用时出现冷冻情况，以满足系统运行标准，同时符合水文地质要求。从电气系统控制角度来看，需要合理使用泥浆泵和振动筛选方式，最终完成开关控制，以确保线路集成效果，同时需要使用接线箱完成面板控制，以实现远端操控[4]。

2 装置设计特点

在了解现场施工特点和需求的情况下，需要保证自动化泥浆循环系统的设计质量。在设计过程中，需要确保口径大于325 mm，并且使用振动筛选以及地埋的方式完成泥浆分离，以确保泥浆处理效果，同时为装置平衡运转创造良好条件。使用装置的过程中，需要合理平衡施工现场，以降低设备运行维护成本，最终满足设备运行效果，达到设备的理想设计效果。在电气系统设计中，需要重视断路器、继电器以及编程控制系统的使用情况，从而满足设备集成效果。在系统设计中，还需要重视设备连接情况，以确保振动和加热效果，同时使用搅拌器完成联动控制[5]。为了保证设备符合现场作业要求，控制系统需要具备防水、防尘以及防爆效果。在考察现场环境之后，需要设定防爆等级，防护等级要在IP54之上。选择控制系统时，需要重视可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的特点，将温度控制在合理范围内，以保证设备在合理温度和防爆范围内稳定运行。

另外，电气控制系统设计过程中，远端设计系统主要分为自动和手动两种类型。在手动模式的影响下，需要得到控制面板的支持，按钮开关和控制继电器之间有着直接联系，保证了开关的控制效果。在自动模式影响下，需要设置净化仓、清水仓以及配浆仓等开关，在液位达到上限或者下限时输入PLC系统中，通过了解程序逻辑，完成继电装置合理控制。远程控制系统面板如图2所示。

图2 远端控制系统面板

为达到自动化设计要求，需要考虑设备的可移动性，以确保运输便捷，实现可拆卸的设计目标。在使用运输装置进行吊装的过程中，需要节省吊装材料，降低人力负担，节省占地资源和占地成本。在使用运输装置过程中，需要考察设备适应能力和越野能力，根据现实情况完成卡车内部调整，在设备内部添加循环净化系统。工作开展中需要实现净化系统和运载系统的分离。

3 关键组成部分以及设计

3.1 储存浆液部件选型设计

在设计过程中需要明确口径参数，才能精准计算出泥浆储存量，从而满足泥浆储存容积需求。确定每米实际泥浆用量Q时，可根据钻孔体积V和孔径d得出计算公式：

在最大孔径达到750 mm时，可以得出每米的泥浆用量为0.5 m3。通过计算每台设备最小泥浆储备量，并充分考虑地层遗失问题，从而得出最小储备数值。

3.2 泥浆泵选型设计

在施工现场钻进需求量逐渐增加的情况下，一定要满足单一泥浆工作需求，通过了解现场供电情况，选用符合标准的电机和泥浆泵，最终选择电机的功率需要在7.5 kW之上，从而满足水文地质工作需求，提升原有设备的功率，最终得出参数如表1所示。

表1 自动泥浆循环装置技术参数

3.3 振动筛选类型设计

本文在设计过程中需要合理应用振动筛，该设备的外形如图3所示。在振动筛设计过程中，需要确保泥浆泵和处理量之间保持一致，且外形方面需要和口面匹配，过滤面积需要达到1.8 m3。

图3 振动筛外形

4 现场实验

在自动化泥浆循环净化装置组装完成后，通过室内清水泥浆完成循环测试，并对设备稳定性进行全方位验证。现场实验工作开展的目的为，将施工目标确定为50 m深的水文地质井，泥浆现场实验开展中包含多个设备功能验证，此时需根据不同环境特点找出泥浆性能差异，并通过固定前后泥浆含量完成对比分析，从而评价装置实现净化的效果。

在进行现场钻探试验的过程中，需要针对所有施工设备与对应的配套技术进行全面校验，并保证各项施工工艺选择的正确性，使所有钻探施工作业标准均能够符合相关要求。在此基础上，还需要保证所有的配套工程都能够稳定运行，以发挥出设备自身应有的作用。然后根据机械设备的智能化水平与实际作业效率，以专用的轻便化、模块化、集成化、小型化等水准更高的技术完成泥浆净化工作，从而保证装置的各个组合结构都能够与其他配件处于协调状态，以及不同构件之间的匹配性和试验各方面的可靠性。最后根据现场的具体情况，分析工程施工的具体需求，确定最大井深、最大口径以及最大成井口径，并继续进行作业。该装置中电气控制系统的主要结构为断路器、容纳电源、继电器、PLC等，设备控制柜和装载控制面板中的60A接线端子采用一进八出集线箱的形式。借助各个不同工作装置之间的线路连接作用，能够进一步实现对渣浆泵、振动筛、砂泵、加热装置和2个搅拌器等相关部件的近端直接开关操作和远端联调操作。另外，为保证设备能够满足现场恶劣条件下的使用要求，系统控制柜还需要采用防爆、防水、防尘类型的控制柜，并根据现场实际情况，选择与之相对应的防爆、防水、防尘等级，确保防护等级大于等于IP54。经现场实验，该设备的使用状况良好，能够满足勘探钻探的需求。

5 结论

本文主要针对自动化泥浆循环净化装置的机械设计进行深入研究，通过对该装置的研究得出以下结论。

第一，自动化泥浆循环净化系统需要通过模块化方式，逐渐减轻自身设备质量，同时在集成高度方面需要遵循一体化设计思路，以降低设备占地资源，缩短作业时间，提升施工效率。

第二，运用PLC系统完成装置自动控制，能够保证设备平稳作业，同时在节省大量人力资源的背景下降低施工风险。