旋流除砂機理研究及自動旋流除砂器的開發(fā).pdf

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1、34探礦工程(巖土鉆掘工程)2008年第11期旋流除砂機理研究及自動旋流除砂器的開發(fā)張學強，鄢泰寧(中國地質(zhì)大學(武漢)，湖北武漢430074)摘要：旋流除砂技術是利用離心力從泥漿中分離固相成分的技術，可廣泛應用在地質(zhì)鉆探、有色、冶金工業(yè)及石油天然氣工業(yè)領域。研制開發(fā)的自動旋流除砂器彌補了傳統(tǒng)除砂器固相成分分離效果不佳、排砂口易堵的缺陷，顯著提高泥漿或礦漿的凈化質(zhì)量與除砂效率，且能自動排堵，降低了除砂工作的時間消耗和成本。關鍵詞：旋流除砂技術；自動旋流除砂器；泥漿；除砂效率中圖分類號：P634．3文

2、獻標識碼：A文章編號：1672—7428(2008)11—0034—03ResearchonCycloneDesandingTechniqueandDevelopmentofAutomaticCycloneDesander／ZHANGXue—qiang，YANTai—ning(ChinaUniversityofGeosciences，WuhanHubei430074，China)Abstract：Cyclonedesandingtechniqueisseparatingsolidphasefromd

3、rillingmudbycentrifugalforce，itcanbeusedingeologicalprospecting，petroleumandgasindustryandmetallurgicalindustry．Automaticcyclonedesanderadoptscyclone—separatingtechnique；retrievesthedefectsoftraditionaldesander，suchasunsatisfiedsolidphaseseparatingeffe

4、ctandun-dertlowchannelblocking．Sopurifyingqualityofdrillingmudanddesandingeficiencyarelargelyimproved，theblockingareacanbeautomaticalybrokenwithlessworkingtimeandcost．Keywords：cyclonedesandingtechnique；automaticcyclonedesander；drillingmud；desandingefic

5、iency1旋流除砂器結(jié)構(gòu)及除砂原理簡介旋流除砂器是一種利用離心沉降原理將非均相入混合物中具有不同密度的相分離開來的機械分離設備。旋流除砂器的基本構(gòu)造為一個分離腔、一個入口和2個出口(見圖1)。分離腔多為柱一錐形。入口一般采用切向人口。出口多為軸向出口，分布在旋流除砂器的兩端。靠近進料端的為溢流口，遠離進料端的為底流口(排砂口)。鉆井液通過泥漿泵從切向入口注入旋流除砂器，并在旋流除砂器腔內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生幾千倍于重力場的離心力場。在離心力的作用下，密度大的固相被甩向四周，并順著壁圖1旋流除砂器工作原理

6、及結(jié)構(gòu)示意圖面向下運動，作為底流由底流口排出；密度小的鉆井液被帶到中間并向上運動，最后作為溢流由溢流口排出。這樣，用旋流除砂器就達到了凈化鉆井液體的目的。2內(nèi)部泥漿流態(tài)及二次除砂能力通過除砂原理可知，泥漿在旋流器腔內(nèi)做螺旋運動，在除砂器自身結(jié)構(gòu)的影響下，在其向下運動的過程中，逐漸改變運動方向，最終形成圍繞中心線向上旋升的內(nèi)旋流體，從溢流口排出。因此，在除砂器錐形腔內(nèi)，存在2股反向螺旋流(見圖2)，一股是靠圖2內(nèi)旋流體在除砂器中的運動狀態(tài)收稿日期：2008—06—06作者簡介：張學強(1984一)，男

7、(漢族)，河北滄州人，中國地質(zhì)大學(武漢)碩士在讀，鉆井工程專業(yè)，研究方向為鉆井工藝，湖北省武漢市魯磨路，asd71192000@yahoo．a(chǎn)n。2008年第11期探礦工程(巖土鉆掘工程)35近旋流器壁向下旋流的外旋流；另一股是位于錐體通常在旋流除砂器軸線附近會出現(xiàn)一種旋渦狀中心向上旋流的內(nèi)旋流。這兩股旋流流向相反，使氣柱(圖2)，它是由于旋流除砂器軸線附近壓力降其交界處產(chǎn)生了循環(huán)流(閉環(huán)流)。循環(huán)流把其外到負值，空氣從底流口流人而致?？諝庵闹睆酱髠?cè)(靠近錐體內(nèi)壁)附近的泥漿流卷進來，在其內(nèi)側(cè)約

8、為溢流口的0．6倍。以上蓋流的形式把它們推人內(nèi)旋流。卷入內(nèi)旋流的由于空氣柱的出現(xiàn)，在旋流除砂器腔內(nèi)出現(xiàn)了泥漿，一部分隨著內(nèi)旋流體排出溢流口，另一部分以液相區(qū)和氣相區(qū)。在整個液相區(qū)，流體的切向速度下蓋流的形式通過循環(huán)流進入外旋流。實際上，循呈準自由渦，進入氣相區(qū)后，氣體運動則為強制渦，環(huán)流在外旋流和內(nèi)旋流之間起著中介交流場的作見圖3(a)。軸向流體則是在器壁附近向下，在某一用。在這種交互過程中，內(nèi)旋流在旋升中不斷地把半徑處轉(zhuǎn)而向上一直延續(xù)到軸線，在流體方向改變更細小的砂