提升钻井液振动筛筛分效果探讨

高晓军，刘潇涵

（川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司，陕西西安 710021）

0 引言

随着石油钻井工艺技术的不断更新，环保要求的日益严峻，对钻井液固相控制系统的要求也越来越高。钻井液振动筛作为泥浆固控系统的一级处理设备，主要用来清除钻井液中较大的有害固相颗粒，实际上钻井液中70%以上的有害固相是由振动筛分离的，因此其运行效果好坏直接影响后面几级固控设备的处理效果和使用寿命，也直接影响着钻井安全和钻速。

振动筛筛分效果作为其关键技术指标之一，本文结合近几年长庆区域钻井队使用振动筛故障统计及上井技术维护处理总结，从振动筛选型、电机旋转方向、筛布目数、维护保养等方面进行分析、探讨，以提升钻井液振动筛的筛分效果。

1 振动筛选型

为了使振动筛与钻机匹配，就必须考虑钻井泵的最大流量及钻进中产生的钻屑量，即Qs≥Qp+Qc。其中，Qs、Qp、Qc分别为振动筛处理量、钻井泵最大流量和钻进中的钻屑量。

由于不同钻机的机械钻速差异较大，单位时间内的钻屑量相对泵流量较小，振动筛采用双联或三联组成，因此Q筛＝Q泵×n。对于双联式振动筛，更换筛网时必有一单筛停止工作、另一单筛必须能够承担处理全部钻井液的任务，所以双联式振动筛中的系数n=2。同理，三联振动筛进行上述作业时，必将有两个单筛承担处理全部钻井液的情况出现，故对于三联振动筛而言，n=

2 各类型振动筛电机旋转方向

依据激振电机的偏心力矩使筛箱产生的运动轨迹，主要分为直线运动、圆形运动或平动椭圆型运动、双轨迹运动钻井液振动筛。

2.1 直线运动振动筛

直线振动筛采用自同步双电机激振，工作时两台电机同步反向旋转形成一个纯直线的激振力，从而实现钻井液的分离，有利于钻井液固相的输送。例如，长庆区域使用较多的有华油一机S250 振动筛、长庆石油装备CQ-2L 振动筛（图1）。

图1 直线振动筛示意

2.2 平动椭圆振动筛

平动椭圆振动筛的两个激振电机轴在同一个平面上呈一定的夹角，并与中轴面成镜像关系，反向同步旋转。平动振动轨迹采用了合理的椭圆度，固相呈滚动方式向前快速移动，具有处理量大、不易糊筛、钻屑不易破碎、筛网使用寿命长等特点，在国内外油田得到了广泛应用。例如，长庆区域主要使用的有华油一机S250-22GA 振动筛、长庆机械总厂GW-2 振动筛（图2）。

图2 平动椭圆振动筛示意

2.3 双轨迹振动筛

直线和平动椭圆振动筛，经过调试出厂后的振动筛只能以一种振动轨迹运行，振动力的大小难以调节，很难满足复杂井的钻井作业要求，就出现双轨迹振动筛，可以实现直线和平动椭圆振动。例如，长庆区域使用的濮阳共振GZS/S 双轨迹钻井液振动筛如图3 和图4 所示。

图3 双轨迹振动筛示意

图4 直线轨迹和椭圆轨迹

依据筛箱数目，振动筛又可以分为单联振动筛、双联振动筛和三联振动筛。

3 筛布目数选择合理

筛网目数主要参照泵排量，根据厂家设计和现场使用总结归纳见表1。

表1 钻井泵与振动筛匹配表

根据现场使用选择，如果出砂量大，泥浆溢出多，考虑筛网目数过大造成，相反，如果出砂量小则是筛网目数过小造成的，一些本应分离的固体流入泥浆会降低振动筛的筛分效果。

4 振动筛倾角调整合适

可根据颗粒大小、泥浆黏度、进浆量或泵排量、泥浆含沙类型（如泥岩、砾岩、砂岩等）、筛网目数和种类等调整振动筛倾角：①减小筛箱倾角（当筛箱倾角≥2°），在不影响钻进、地层稳定等因素的条件下可适当增加泵排量，但必须征求工程技术人员意见（多台振动筛使用时应减少设备使用数量）；②增大筛箱倾角，在不影响钻进、地层稳定等因素的前提下，可以适当减少泵排量。

多台振动筛使用时，会增加设备使用数量。当多台振动筛同时使用时，会因为泵排量过高、筛网孔堵塞、筛网目数不匹配等因素造成设备跑浆，这样就需要更换筛网或减小泵排量。

（1）如果不允许停泵、减小泵排量，应打开其中一台振动筛录井罐内的底部阀，向沉降仓直排一部分并保证其他设备处理量正常。

（2）关闭这台设备的进浆阀，待筛内泥浆全部处理完毕后停止设备运转，更换粗一级目数筛网。需要注意的是，筛网更换完毕后应运行该台设备2 min。

（3）关闭底部阀，增大这台设备进浆量，调节角度，直到其他设备能正常工作。

（4）如果仍旧稍微跑浆、所有设备倾角已经调整到极限，按照上述步骤继续更换粗目数筛网。当底部阀在向罐内直排泥浆时，除砂器应保持工作状态。

5 振动电机正常运转

振动电机是动力源与振动源结合为一体的激振源，振动电机的工作原理是在转子轴两端各安装一组可调偏心块，利用轴及偏心块高速旋转产生的离心力得到激振力，具有利用率高、能耗小、噪声低、寿命长等优点。振动电机的激振力可以无级调节，使用方便，石油钻井用泥浆振动筛筛分泥浆常用的隔爆振动电机型号有MVE、VLB、YBZ、YBZQ 等。

在使用过程中应注意以下两方面的事宜：

（1）在运转前先检查防护罩连接可靠：两端偏心块应为镜像，润滑油的添加应满足轴承弹子室的2/3，不宜过多，如果用量过多则有可能引起轴承过热，并导致轴承过早失效；润滑脂的标号应一致，严禁混用，防止润滑脂失效；确保密封良好，严防电机受潮，导致绝缘降低而烧毁线圈绕组；杜绝金属零件或碎屑等异物侵入电机内，损伤电机定子线圈绝缘性能，进而造成相间或匝间短路、电机定子线圈烧毁等。

（2）运转过程中的监测及检查：①电机运转10～20 min 后查看振动效果及电机是否有异响或较大杂音；②运转几小时后监测每根导线的线电流，如果超过铭牌额定值则应减小偏心配重设定值，直至正常运行时线电流不超过额定值；如果电机三相线电流出现不平衡，相间电流差超过10%或大线电流超过额定电流时，应及时停机检查；③电机轴承位温度应满足低于“环境温度+65 ℃”的要求；④使用8 h 后应再次检查各紧固螺栓扭矩，必要时拧紧，如图5 所示。

图5 电机平衡块角度一致

6 注重检查维护

（1）当一台振动筛可满足需要时，两台振动筛可以交替使用，以延长设备使用寿命。

（2）中间停用时，应及时用水冲洗并用毛刷清洗筛网杂物，切忌使用尖锐硬物以避免损坏筛网。

（3）完钻后彻底冲洗各部分。

（4）起下钻时应关闭振动筛电源，应关闭缓冲箱内的左右两阀门，打开底部钻井液进筛槽中的直通阀门，关闭振动筛进口端的插板，使钻井液短路，不能进入振动筛。

（5）每天检查振动筛上所有的螺母、螺栓是否连接可靠。尤其是振动电动固定螺栓。

（6）经常检查筛网固定螺栓是否有松动现象，保证筛网螺栓上紧时用力均匀并要适当拉紧筛网，如果松紧不适、不均匀将大大影响筛网的使用寿命。

（7）电机每月加注二硫化钼锂基脂一次，注油时应防止异物进入油孔。

（8）当升降机构的手压液压泵中的机油减少时，油泵将不能正常工作，应注入10 号机油。

（9）搬迁运输时固定好筛箱，防止剧烈振动，尽量水平放置。

7 提升效果评估

从2021 年年初起，共上井处理振动筛故障26 队次，其中涉及筛分效果不良的20队次，如图6 所示。

图6 振动筛筛分不良原因统计

在修共28 台振动筛，其中双联22 台、三联6 台。通过液压缸修理以便于调整筛箱倾角，激振电机修理及平衡块角度调整，筛箱整体焊修，以及筛布合理选择，出厂振动筛合格率100%，满足长水平段水平井使用要求。

8 结论

在钻井队振动筛故障处理及在厂修理中，从电机的修理、平衡块角度调整以及筛箱角度调整、筛布目数选择等，均提升振动筛的筛分效果。