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提高钻井液固液分离效率和粒度的稳定性,简化现有固控设备和系统,降低钻井成本,减少泥浆和钻屑、泥饼对环境的污染,保护生态平衡,适应低压(沙漠、海上、泡沫)钻井等是新型钻井工艺技术对固控系统的要求。因此人们希望能研制出结构简单、分离效率高,能耗低的钻井液固控系统。 本文研究了一种采用多层锥型滤网,由双电机自同步激励,利用大气压差,综合旋流、沉降、十字流和达西过滤机理,实现连续操作、封闭式的钻井液固液动压分离模拟试验装置,并进行了以下开拓性的工作: 1.对双电机实现自同步直线激振的进一步分析和推导,给出自同步原理和同步性条件;建立了模拟试验装置中压滤器的振动模型,对其动态特性进行了理论分析和计算。 2.分析了沉降理论、达西理论、十字流过滤理论以及旋流分离理论,根据钻井工艺特点和钻井液的特殊物理性质,对相关参数进行了重新探讨;结合试验研究和现场测试的结果,利用沉降理论提出了一个新的水力旋流器分离模型。 3.在本论文前期工作(1、2)的基础上,应用西南石油学院固控研究组的各项理论成果及专利技术,创造性的提出了钻井液固液动压分离模拟试验装置的结构方案;建立了该试验装置及其零部件的三维模型,绘制了二维图纸,进行了试验机的加工和试验,对理论分析进行了论证。 4.从锥型滤网面上固相颗粒的受力分析着手,对颗粒群在滤网上、下表面的运移规律及动力学特征进行了分析;讨论了颗粒的抛掷运移、切向相对滑动条件。 5.从颗粒在钻井液中的受力情况出发,分析了颗粒在压滤状态下的抛掷指数和起抛条件,以及起抛以后在钻井液中的运移规律。 本文的研究工作属于中国石油天然气集团公司项目“动态激励压滤机”先期研究工作的部分内容。理论分析和试验结果表明,本文对钻井液固液动压分离模拟试验装置相关工作机理的研究,以及在模拟试验装置结构设计中的应用是可行的,对“动态激励压滤机”后期的研究工作具有一定的参考、指导意义。