新型鉆井液循環管匯濾清器結構分析

王 臣，王 皓，張志敏，王可佳，李向敏，周小剛

（1.渤海石油裝備制造有限公司石油機械廠，河北滄州 062552；2.華北油田公司工程技術研究院，河北滄州 062552；3.華北油田公司經濟技術研究院審計中心，河北滄州 062552）

0 引言

濾清器是鉆井液循環管匯的主要部件之一，安裝于鉆井液循環管匯管體中，通常位于立管和地面管匯交匯的三通處，用于過濾從泥漿泵打入鉆井液循環管匯中的泥漿，去除直徑較大的雜質，是鉆井液進入井眼前的最后一道屏障。隨著各大鉆井公司的水平井、復雜井鉆探數量增多，對鉆井液的要求也越來越高，要求鉆井液中雜質的體積越來越小，這就要求濾清器的濾孔盡可能小。因此，需要提出一種結構更合理、更適用、濾孔小、通過面積大、射流不損傷管體的濾清器。

1 傳統鉆井液循環管匯結構及不足

傳統的鉆井液循環管匯濾清器主要有兩種：一種是在管體上打濾孔，鉆井液從濾清器內孔流入，經過濾孔從濾清器外壁流出；另一種是在與鉆井液流動方向垂直放置一塊擋板，在擋板上打濾孔。上述結構存在以下3 個缺點。

（1）濾清器內外壓差較大，如果使用上述結構1（即在管體上打濾孔）時，泥漿通過濾孔后形成具有一定能量的高速射流，以射流沖擊的形式作用于高壓管匯管壁，從而對鉆井液循環管匯管壁造成損傷。

（2）射流沖擊力是指射流在鉆井液循環管匯作用的面積上的總作用力的大小。濾孔出口處的射流沖擊力Fj可以根據動量原理計算得出：

式中 Fj——射流沖擊力，kN

ρd——鉆井液密度，g/cm3

Q——通過濾孔的鉆井液流量，L/s

A0——濾孔出口截面積，cm2

由式（1）可知，濾孔截面積越小，射流沖擊力越大，對管壁損傷越嚴重，因此傳統結構的濾清器濾孔不宜過小，不僅對較小的雜質起不到過濾效果，而且如果雜質進入井眼，對斜井、水平井等復雜井的影響極大。

（3）濾清器壓力降是指泥漿流過濾清器濾孔以后鉆井液壓力降低的值。當泥漿排量和濾清器濾孔尺寸一定時，根據能量方程可以計算壓力降：

式中 △pb——濾清器壓力降，MPa

C——濾孔流量系數，與濾孔的阻力系數有關，C 的值總是小于1

如果濾孔出口面積用濾孔當量直徑表示，則濾清器壓力降△pb計算公式為：

式中 dne——濾孔當量直徑，cm

di——濾孔直徑（i=1，2，…，z），cm

Z——濾孔個數[1]

由上式可知，濾孔個數越少，濾清器壓力降越大，當使用上述結構2（即放置擋板）時，雖然濾清器前后形成射流方向與液流方向平行，解決了射流損傷管體的問題，但通過面積大大減小，濾清器前后壓力損失嚴重。

2 新型鉆井液循環管匯結構及原理[2]

2.1 結構

新型鉆井液循環管匯濾清器自前至后依序設有連為一體的濾網、排液孔和扶正套，濾網為前部直徑小，后部直徑逐漸變大的圓筒狀，在該濾筒壁上設有內外貫通的濾孔，濾筒前部外徑小于安裝在其中的由壬或連接管內徑，濾筒后端和扶正套的外徑與安裝在其中的連接管體內徑緊密吻合，在濾筒和扶正套之間設有供過濾后的鉆井液排出的數個排液孔，在濾筒的前端設有帶水平透孔的擋板（圖1）。

圖1 新型鉆井液循環管匯濾清器結構

2.2 使用原理

將鉆井液循環管匯濾清器安裝在鉆井液循環管匯地面管匯和立管交匯的三通處，前后設有連接的由壬。扶正套保證濾清器在鉆井液循環管會內居中位置，濾網與由壬壁之間的間隙適中且均勻，鉆井液從濾網外周通過濾孔和擋板透孔進入濾網內腔，并能防止較大雜質通過間隙流過濾網。濾網設計為前細后粗，且濾網上的濾孔和液流方向成40°～50°的夾角，可以充分減小鉆井液流過濾孔的阻力，減小壓力損失。同時，鉆井液從濾清器外向濾清器內流動，射流形成在濾清器內部；對稱傾斜設計的濾孔可將與液流方向垂直的射流抵消，同時加大與液流方向平行射流的流速，既避免了射流損傷管壁，又加快了通過濾孔后液流的流速，減小了壓力損失[3]；通過扶正套的限位，可將排液孔正對立管，液流通過濾孔后由排液孔流入立管完成整個過濾過程。新型鉆井液循環管匯使用原理如圖2 所示。

圖2 新型鉆井液循環管匯使用原理

3 應用情況

（1）新型鉆井液循環管匯濾清器通過調整鉆井液流經濾清器的方向，使原本對管體有害的射流問題得到解決，因此，濾孔大小不再受射流限制，可大大縮小濾孔直徑，減小過濾雜質體積，同時避免鉆井液循環管匯管壁受射流傷害。

（2）該結構通過調整濾網表面角度以及濾網和擋板上濾孔的角度，大大減小壓力損失，增加通過面積。

（3）該濾清器結構簡單，拆裝方便，現場工作人員可自行拆裝。