钻井除砂器是一种利用旋流分离原理的机械设备。它通过离心力将钻井液中密度较大的固体颗粒(如钻屑、砂粒)与液体分离开来,从而净化钻井液。
在钻井过程中,钻头破碎地层岩石会产生大量不同尺寸的钻屑。这些钻屑混入钻井液(泥浆)中,会严重影响泥浆的性能,如增加密度、粘度,磨损钻井设备,降低机械钻速,甚至引发卡钻等复杂情况。因此,必须及时将它们清除。
工作原理:旋流分离
除砂器的核心工作原理是离心沉降。其工作流程如下:
进料:被泥浆泵吸入的、含有钻屑的钻井液在一定的压力下,从除砂器侧面沿切线方向进入锥形旋流器的进料口。
旋流产生:钻井液在圆筒段和锥形段内高速旋转,形成强烈的螺旋流。在离心力的作用下,密度较大的固体颗粒被甩向旋流器的内壁。
分离:
底流(排砂口):在离心力和自身重力的共同作用下,沿内壁旋转向下的固体颗粒从锥体底部的细小出口(底流口)排出。排出的通常是较粗的颗粒和少量液体,形态像“伞”状。
溢流(排液口):经过净化的、相对清洁的钻井液以及大部分液体,在旋流器中心形成一个向上的内旋流,从顶部的中心管(溢流管)排出,返回循环系统继续使用。