負(fù)壓振動(dòng)篩鉆井液流動(dòng)及氣液分離數(shù)值模擬

負(fù)壓振動(dòng)篩是一種新型的固液分離設(shè)備，對(duì)鉆屑表現(xiàn)出了出色的隨鉆干燥效果。然而，對(duì)于該設(shè)備的鉆井液流動(dòng)規(guī)律、空氣和鉆井液透過(guò)篩網(wǎng)后的氣液分離機(jī)理以及效率等基礎(chǔ)理論方面，迄今尚未進(jìn)行深入的研究。為此，采用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法，建立了負(fù)壓振動(dòng)篩的三維瞬態(tài)兩相流篩分仿真模型；通過(guò)歐拉-歐拉多相流模型（VOF）和多孔介質(zhì)模型，系統(tǒng)研究了負(fù)壓作用時(shí)篩網(wǎng)上鉆井液的流動(dòng)規(guī)律和篩網(wǎng)下的壓力分布特性。同時(shí)，探討了負(fù)壓對(duì)振動(dòng)篩的處理量、鉆井液透篩速度以及氣液分離效率的影響。研究結(jié)果表明：在相同振動(dòng)條件下，負(fù)壓振動(dòng)篩的透篩速度提高了87%，處理量增加了18%；在負(fù)壓為-10 kPa時(shí)，分離效率達(dá)到95.8%。隨著負(fù)壓值的增大，氣液分離效率下降；排氣管道高度升高，氣液分離效率增大。所得結(jié)論可為負(fù)壓鉆井液振動(dòng)篩的研發(fā)與應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

負(fù)壓振動(dòng)篩；鉆井液流動(dòng)；氣液分離；CFD；VOF；多孔介質(zhì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TE927

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI： 10.16082/j.cnki.issn.1001-4578.2024.12.005

基金項(xiàng)目：四川省科技計(jì)劃重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目“沙漠鉆井液隨鉆高效回收關(guān)鍵裝備研究及應(yīng)用”（2022YFQ0064）。

Numerical Simulation on Drilling Fluid Flow and Gas-Liquid

Separation of Negative Pressure Shale Shaker

Hou Yongjun1" Du Lei1" Sun Lin2

（1.School of Mechanical Engineering，Southwest Petroleum University；2.No.3 Drilling Engineering Company，CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited）

Negative pressure shale shaker is a new type of solid-liquid separation equipment，and it exhibits excellent drying while drilling effect on drilling cuttings.However，there has been no in-depth research on the basic theoretical aspects such as the drilling fluid flow law of the equipment and the gas-liquid separation mechanism and efficiency after the air and drilling fluid have passed through the screen.In this paper，the computational fluid dynamics （CFD） method was used to build a 3D transient two-phase flow screening simulation model of negative pressure shale shaker.Then，the Euler-Euler multiphase flow model （VOF） and porous media model were used to systematically study the flow pattern of drilling fluid on the screen and the pressure distribution characteristics below the screen under the action of negative pressure，and explore the influence of negative pressure on the treatment capacity of shale shaker，drilling fluid sieving speed and gas-liquid separation efficiency.The results show that under the same shaking conditions，the sieving speed of the negative pressure shale shaker is increased by 87%，and the treatment capacity is increased by 18%.When the negative pressure is -10 kPa，the separation efficiency reaches 95.8%.As the negative pressure increases，the gas-liquid separation efficiency decreases.As the height of the gas exhaust duct increases，the gas-liquid separation efficiency increases.The conclusions provide theoretical guidance for the development and application of negative pressure shale shakers.

negative pressure shale shaker；drilling fluid flow；gas-liquid separation；CFD；VOF；porous media

0" 引" 言

傳統(tǒng)的鉆井振動(dòng)篩在常壓下工作，完全依靠振動(dòng)作用實(shí)現(xiàn)鉆井液的透篩和巖屑在篩面的運(yùn)移。在篩網(wǎng)孔徑大于0.075 mm后，振動(dòng)篩的處理量很小，排出的鉆屑含液量高，高含液巖屑等廢棄物的直接排放將對(duì)地下水和周邊生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染［1-3］。通過(guò)增大篩分面積和提高振動(dòng)篩振動(dòng)強(qiáng)度，可使傳統(tǒng)振動(dòng)篩的處理能力增大，但受固控系統(tǒng)罐面空間、篩網(wǎng)壽命等限制，處理能力的增大幅度有限，尤其是鉆屑干燥能力很難增強(qiáng)。為此，國(guó)內(nèi)外研究者開(kāi)展了雙頻振動(dòng)篩分［4］、真空過(guò)濾篩分［5］、負(fù)壓振動(dòng)篩分［6-7］等鉆井液固液分離方法的研究。

侯勇俊，等：負(fù)壓振動(dòng)篩鉆井液流動(dòng)及氣液分離數(shù)值模擬

M.J.DERRICK等［8］提出在傳統(tǒng)振動(dòng)篩的篩網(wǎng)下交替施加負(fù)壓抽吸和正壓反吹的鉆井液振動(dòng)篩分方法，但正壓反吹時(shí)，高壓氣流只能對(duì)局部篩網(wǎng)吹掃，無(wú)法實(shí)現(xiàn)清掃篩網(wǎng)的作用，反而使系統(tǒng)復(fù)雜化。而采用壓縮空氣噴射形成真空時(shí)，能耗大，形成大量液霧，尤其是使用油基鉆井液時(shí)，具有較大的安全隱患［9-13］。

侯勇俊等［12-13］提出了采用負(fù)壓風(fēng)機(jī)抽吸形成篩網(wǎng)下的負(fù)壓，并在篩網(wǎng)下的負(fù)壓室中直接進(jìn)行氣液分離的負(fù)壓振動(dòng)篩；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和應(yīng)用表明其處理量大、鉆屑干燥效果好、能耗低、無(wú)安全隱患。現(xiàn)有報(bào)道中，以各種負(fù)壓振動(dòng)篩分方法的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)較多［14-15］。對(duì)負(fù)壓振動(dòng)篩的基礎(chǔ)理論研究方面，侯勇俊等［16］基于傳統(tǒng)的單顆粒模型研究了負(fù)壓作用下篩網(wǎng)上的固相運(yùn)移規(guī)律。李文霞［17］提出了鉆井液在負(fù)壓鉆井液振動(dòng)篩上的流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型。YIN P.等［18-19］研究了脈動(dòng)負(fù)壓作用下篩網(wǎng)上固相的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。周思柱等［20］研究了正負(fù)交替的脈沖壓力作用下篩網(wǎng)上固相的運(yùn)動(dòng)特性。雷廳［21］對(duì)循環(huán)篩網(wǎng)負(fù)壓振動(dòng)篩的鉆井液流動(dòng)開(kāi)展了數(shù)值模擬研究。

已開(kāi)展的負(fù)壓振動(dòng)篩的鉆井液流動(dòng)數(shù)值模擬，將篩網(wǎng)下方視為一個(gè)壓力均勻分布的出口，透過(guò)篩網(wǎng)的氣液均從該出口流出，這與實(shí)際工況差異較大。筆者針對(duì)負(fù)壓氣液分離一體化的振動(dòng)篩，建立了三維仿真模型，考慮負(fù)壓不均勻分布的情況，對(duì)鉆井液的流動(dòng)狀態(tài)、負(fù)壓腔中的氣液分離效率等開(kāi)展了數(shù)值模擬研究，以期為負(fù)壓振動(dòng)篩的研發(fā)和推廣應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

1" 負(fù)壓振動(dòng)篩工作原理

負(fù)壓振動(dòng)篩工作原理如圖1所示。負(fù)壓風(fēng)機(jī)在篩網(wǎng)下的真空盤(pán)中形成一定的負(fù)壓，篩網(wǎng)上方的鉆井液與空氣的混合物在壓力的作用下快速透過(guò)篩網(wǎng)進(jìn)入真空盤(pán)。進(jìn)入真空盤(pán)中的混合物進(jìn)行氣液分離，分離后的空氣從篩箱側(cè)板上的通道通過(guò)柔性軟管，進(jìn)入液霧分離器后排入大氣（路徑如圖1中綠色箭頭所示）；分離后的鉆井液在重力作用下沉降到下部，通過(guò)自動(dòng)排液裝置排出（路徑如圖1中藍(lán)色箭頭所示）。

2" 數(shù)值模擬

圖2為負(fù)壓振動(dòng)篩流體域模型。該模型由5個(gè)流體域構(gòu)成，分別是篩網(wǎng)上部的篩箱、篩網(wǎng)、篩網(wǎng)下部的常壓腔室和負(fù)壓腔室，以及負(fù)壓腔兩側(cè)的排氣管。根據(jù)相仿原理將篩網(wǎng)縮小至實(shí)際尺寸的1/4，其尺寸分別為：長(zhǎng)500 mm、寬250 mm、高4 mm。

由于鉆井振動(dòng)篩采用的篩網(wǎng)孔徑普遍達(dá)到0.075 mm及以上，鉆井篩網(wǎng)的鋼絲編織結(jié)構(gòu)和幾何形狀復(fù)雜且數(shù)量龐大，要建立篩網(wǎng)的實(shí)際幾何模型并劃分網(wǎng)格難度較大。筆者采用了多孔介質(zhì)模型模擬篩網(wǎng)，篩面上的巖屑對(duì)鉆井液的透篩流動(dòng)具有一定的干涉作用，因此假設(shè)其在篩面上均勻分布，并將其對(duì)鉆井液的透篩流動(dòng)的影響合并到篩網(wǎng)的多孔介質(zhì)模型中考慮。

多孔介質(zhì)模型實(shí)際上是一種分布阻力模型，通過(guò)在動(dòng)量方程中引入阻力源項(xiàng)，使得流體在流經(jīng)多孔介質(zhì)區(qū)域時(shí)遇到流動(dòng)阻力，從而產(chǎn)生壓力損失。根據(jù)Darcy定律［22］，多孔介質(zhì)區(qū)域動(dòng)量的源項(xiàng)Si為：

Si=-μαui+12C2 ρuui（1）

式中：Si為動(dòng)量源項(xiàng)，Pa/m；α為滲透率，μm2;C2為慣性阻力系數(shù)，mm-1；μ為黏度，Pa·s；ui為速度，m/s；u為速度的模，m/s；ρ為密度，kg/m3。

當(dāng)流動(dòng)情況為層流時(shí)才會(huì)考慮滲透率的影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式［23］可得：

C2=10.98（Ap/Af）2-1t（2）

式中：t為多孔板的厚度，mm;Ap/Af為多孔板的面積與孔的面積之比，無(wú)量綱。

選擇將鉆井液中的固相顆粒視為平鋪在篩網(wǎng)上的均布顆粒層。這種簡(jiǎn)化方法避免了復(fù)雜的實(shí)際篩網(wǎng)模型和網(wǎng)格劃分的挑戰(zhàn)，同時(shí)可更專(zhuān)注地研究氣液兩相在篩網(wǎng)上的流動(dòng)行為。顆粒層的阻力系數(shù)可以用半經(jīng)驗(yàn)公式確定，黏性阻力系數(shù)和慣性阻力系數(shù)分別為：

1α=150（1-ε）2ε3Dp2

C2=3.5（1-ε）ε3Dp（3）

式中：Dp為顆粒粒徑，取0.1 mm；ε為篩網(wǎng)的孔隙率，無(wú)量綱，取0.34。

2.1" 邊界條件和求解設(shè)置

如圖2所示，將計(jì)算模型的鉆井液入口定義為速度入口velocity-inlet，速度大小為1.9 m/s。模型的所有出口定義為壓力出口pressure-outlet，其中出口1、2和3的工作壓力（表壓）為0，出口4為負(fù)壓出口（0～3 s表壓為0，3 s之后為-10 kPa）。鉆井液在篩面上的流動(dòng)為自由液面，采用VOF作為計(jì)算模型［24-25］。首相設(shè)置為空氣；次相設(shè)置為鉆井液，其密度為1 180 kg/m3，黏度為0.015 Pa·s。采用瞬態(tài)仿真，設(shè)置時(shí)間步長(zhǎng)為1×10-4 s，收斂精度為1×10-5，壓力速度耦合算法為PISO，壓力離散格式為PRESTO！，動(dòng)量、湍流動(dòng)能以及湍流耗散率均采用二階迎風(fēng)格式，體積分?jǐn)?shù)采用幾何重構(gòu)格式。

2.2" 篩網(wǎng)運(yùn)動(dòng)方程

振動(dòng)篩的篩箱整體做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方程為：

X=Asin（2πωt）

Y=Acos（2πωt）（4）

式中：A為篩網(wǎng)運(yùn)動(dòng)的振幅，取0.002 m；ω為篩網(wǎng)運(yùn)動(dòng)的角速度，取157 rad/s；t為運(yùn)動(dòng)時(shí)間，s。

2.3" 網(wǎng)格劃分與驗(yàn)證

網(wǎng)格采用多面體網(wǎng)格，多面體網(wǎng)格通常具有更好的計(jì)算效率和精度［26］。面網(wǎng)格尺寸選擇4 mm。在多孔介質(zhì)（篩網(wǎng)）附近的流體域和排氣管內(nèi)的流體域，由于尺寸對(duì)流動(dòng)的影響較大，并且流場(chǎng)也比較混亂，為了提高計(jì)算精度，對(duì)這2部分網(wǎng)格進(jìn)行局部加密，面網(wǎng)格尺寸選擇1 mm。

網(wǎng)格的無(wú)關(guān)性驗(yàn)證結(jié)果如表1所示。當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量超過(guò)535 284時(shí)，篩網(wǎng)上下面的壓降趨于一個(gè)穩(wěn)定值，網(wǎng)格數(shù)量的增加不影響計(jì)算結(jié)果，因此后續(xù)的分析中采用網(wǎng)格數(shù)量為535 284。

李文霞［17］推導(dǎo)了鉆井液在篩面上的流動(dòng)方程，并利用特征線法得到了鉆井液在篩面上各個(gè)位置的沿篩面流動(dòng)的速度。這里通過(guò)仿真模擬得到的鉆井液沿篩面流動(dòng)速度與文獻(xiàn)［17］具有一樣的趨勢(shì)。

3" 結(jié)果分析

3.1" 處理量

圖3為各出口的鉆井液流量情況。從圖3觀察到，在0～3 s階段，即振動(dòng)篩的所有篩網(wǎng)均處于常壓工作狀態(tài)時(shí)，存在鉆井液“跑漿”的現(xiàn)象。這表明在這個(gè)時(shí)間段，進(jìn)入振動(dòng)篩的鉆井液流量超過(guò)了振動(dòng)篩的處理能力。在3 s后，施加負(fù)壓，此時(shí)產(chǎn)生抽吸作用，導(dǎo)致出口2對(duì)應(yīng)篩網(wǎng)的透篩量增加，“跑漿”現(xiàn)象消失。

在t=3.8 s時(shí)，篩網(wǎng)上的自由液面呈現(xiàn)明顯的“弓形效應(yīng)”，篩網(wǎng)兩側(cè)壁面位置的鉆井液流程最長(zhǎng)，但距離出口3還有一段距離，這確保了在振動(dòng)速度周期性變化的過(guò)程中，振動(dòng)篩不會(huì)出現(xiàn)“跑漿”的情況。在負(fù)壓狀態(tài)下，振動(dòng)篩的處理量為入口進(jìn)入的鉆井液流量，為4.5 L/s；而在常壓下，相同振動(dòng)篩的極限處理量為3.8 L/s。可以看出，負(fù)壓作用后，振動(dòng)篩的處理量增加了18%，這表明負(fù)壓對(duì)振動(dòng)篩的性能有顯著的改善作用。

3.2" 鉆井液分布狀態(tài)

圖4為鉆井液在不同時(shí)刻沿篩面的自由液面分布圖。從圖4可以看到，隨著時(shí)間的推移，篩面上的鉆井液逐漸增多，并最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的分布狀態(tài)。在3 s之前，即振動(dòng)篩處于無(wú)負(fù)壓狀態(tài)，相當(dāng)于傳統(tǒng)模式的振動(dòng)篩。此時(shí)，鉆井液完全覆蓋了整張篩網(wǎng)。在3 s之后，由于負(fù)壓的作用，“跑漿”的鉆井液逐漸減少，最終在3.8 s時(shí)達(dá)到了穩(wěn)定的分布狀態(tài)。

圖5為在1.4、1.8、2.8和3.8 s時(shí)刻的中間截面上，沿著篩面長(zhǎng)度方向鉆井液層的厚度變化。從圖5可以發(fā)現(xiàn)：在篩網(wǎng)上方的流體域中，鉆井液從入口進(jìn)入后，在重力和初始速度的作用下沖擊篩網(wǎng)，形成了一個(gè)鉆井液層較薄的區(qū)域；隨后，在其后方形成了一個(gè)鉆井液層較厚的區(qū)域。圖5的點(diǎn)A（140.1，21.4）、B（122.9，23.6）、C（126.0，26.8）、D（125.0，25.0）分別代表了相應(yīng)時(shí)刻篩網(wǎng)上鉆井液厚度最厚的點(diǎn)。即使在同一位置，鉆井液層的厚度也隨著時(shí)間不斷變化。

圖6為負(fù)壓腔內(nèi)鉆井液在垂直于x方向截面上的分布。在負(fù)壓腔內(nèi)，鉆井液受到兩側(cè)負(fù)壓的抽吸，導(dǎo)致其向兩側(cè)聚集。然而，在排氣管道前的截面（x=300 mm和x=320 mm），負(fù)壓腔內(nèi)鉆井液向兩側(cè)聚集較少;而在排氣管的中間截面（x=375 mm和x=385 mm），該聚集現(xiàn)象較為明顯。這一觀察表明負(fù)壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和排氣管的位置對(duì)于負(fù)壓腔內(nèi)鉆井液的分布產(chǎn)生了影響：在排氣管道前，由于可能存在較小的負(fù)壓，鉆井液在這個(gè)區(qū)域的聚集較為有限；在排氣管的中間位置，負(fù)壓更為明顯，造成鉆井液更集中地向兩側(cè)聚集。這些結(jié)果對(duì)于理解和優(yōu)化負(fù)壓振動(dòng)篩的性能具有重要意義。

圖7為鉆井液沿著篩面流動(dòng)的速度曲線。從圖7可以看到：隨著沿著篩網(wǎng)的距離增加，在3 s內(nèi)，即傳統(tǒng)振動(dòng)篩上，鉆井液的流動(dòng)速度逐漸減小；而在3.8 s時(shí)，即轉(zhuǎn)化為負(fù)壓模式后，鉆井液的流動(dòng)速度先減小再增大。這是因?yàn)殂@井液抵達(dá)負(fù)壓區(qū)域附近后，篩網(wǎng)下方已經(jīng)形成了低壓區(qū)，增大了這一區(qū)域的鉆井液流動(dòng)速度，表明負(fù)壓系統(tǒng)對(duì)篩網(wǎng)上鉆井液的流動(dòng)產(chǎn)生了顯著的影響。

3.3" 鉆井液透篩流動(dòng)速度

為研究負(fù)壓對(duì)鉆井液透篩的影響，在中間面選擇了出口對(duì)應(yīng)篩網(wǎng)上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)1（260，0，-125）、2（300，0，-125）、3（340，0，-125）。在有負(fù)壓作用和無(wú)負(fù)壓作用下，透篩速度（垂直方向）隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖8所示。從圖8可見(jiàn)，鉆井液的透篩流動(dòng)呈周期性變化。

在常壓時(shí)（見(jiàn)圖8a），3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最大透篩速度幾乎相同，為0.24 m/s（波峰值）。這是因?yàn)楹Y網(wǎng)的振動(dòng)為平動(dòng)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的液面高度較小，鉆井液的透篩速度主要由篩網(wǎng)的振動(dòng)決定，各點(diǎn)的自由液面高度差異對(duì)透篩速度影響很小。

在負(fù)壓作用下（見(jiàn)圖8b），鉆井液的最大透篩速度為0.45 m/s（波谷值），與無(wú)負(fù)壓作用相比提高了87%。此外，越靠近負(fù)壓腔室空氣出口的區(qū)域，鉆井液的透篩速度越大。值得注意的是，圖8顯示鉆井液的透篩速度出現(xiàn)了大于0的情況，這是因?yàn)殂@井液附著在篩網(wǎng)上，篩網(wǎng)的振動(dòng)不足以克服這種黏附作用。當(dāng)振動(dòng)篩向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆井液具有正向速度，此時(shí)尚未透過(guò)篩網(wǎng)。特別是在常壓振動(dòng)篩上，這種現(xiàn)象最為明顯，而負(fù)壓振動(dòng)篩的負(fù)壓作用加大了克服黏附作用的能力，這種現(xiàn)象并不顯著。

3.4" 壓力分布

圖9為流場(chǎng)穩(wěn)定后篩網(wǎng)下的壓力分布情況（t=5 s）。其中0～250 mm部分對(duì)應(yīng)第一張篩網(wǎng)（下部為出口1），250～500 mm對(duì)應(yīng)第二張篩網(wǎng)（下部為出口2）。當(dāng)篩網(wǎng)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，篩網(wǎng)的速度大于鉆井液自由落體的速度，可能導(dǎo)致鉆井液和篩網(wǎng)之間的短暫分離。對(duì)于細(xì)目篩網(wǎng)或者致密的多孔介質(zhì)，篩網(wǎng)下的液體可能暫時(shí)堵住篩網(wǎng)網(wǎng)孔，形成第一張篩網(wǎng)下的局部負(fù)壓，而第二張篩網(wǎng)下的負(fù)壓主要分布在篩網(wǎng)兩側(cè)。

圖10展示了第二張篩網(wǎng)下方的壓力隨時(shí)間的變化情況。在負(fù)壓系統(tǒng)剛開(kāi)始作用的較短時(shí)間內(nèi)，篩網(wǎng)下的靜壓力會(huì)發(fā)生一個(gè)突變，最大值可達(dá)到-635 Pa。隨后，負(fù)壓逐漸減少，并最終維持在-205 Pa左右。這是因?yàn)樨?fù)壓作用后覆蓋在篩網(wǎng)上的鉆井液逐漸減少，空氣透過(guò)篩網(wǎng)的區(qū)域增大，所以該篩網(wǎng)下的負(fù)壓呈現(xiàn)這樣的變化規(guī)律。

3.5" 鉆井液分離效率

圖11為出口4在不同負(fù)壓下，液相體積分?jǐn)?shù)所占的百分比。從圖11可以看到，鉆井液從出口4被吸出是隨機(jī)的，但隨著施加的負(fù)壓增大，出口4處鉆井液的含量會(huì)增加。在-10 kPa下，出口4處液相體積分?jǐn)?shù)的平均值為4.2%（即分離效率為95.8%），而在-15 kPa時(shí)則增至9.0%。

圖12展示了不同壓力和排氣管道高度下的鉆井液分離效率。其中定義出口2的液相體積占出口2與4液相體積之和的百分比為鉆井液的分離效率。從圖12可以看到，隨著負(fù)壓的增大，鉆井液的分離效率降低。然而，隨著排氣管道高度的增加，鉆井液的分離效率卻提高。因此，在一定負(fù)壓下，通過(guò)適當(dāng)增加排氣管道的高度可以提高鉆井液的分離效率。這些結(jié)果對(duì)于優(yōu)化負(fù)壓振動(dòng)篩的設(shè)計(jì)和操作參數(shù)具有指導(dǎo)意義。

4" 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

圖13為2種條件下鉆井液振動(dòng)篩應(yīng)用效果。從圖13可以看到：沒(méi)有負(fù)壓作用時(shí)，篩面上排出的鉆屑中含有大量的鉆井液，并伴隨有部分“跑漿”現(xiàn)象；在有負(fù)壓作用時(shí)，篩面上排出的鉆屑較為干燥，鉆井液回收效果好。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的效果驗(yàn)證了數(shù)值分析結(jié)果。

5" 結(jié)論及建議

（1）相較于常壓模式，負(fù)壓模式能夠有效防止鉆井液振動(dòng)篩出現(xiàn)“跑漿”問(wèn)題，并顯著提升振動(dòng)篩對(duì)鉆井液的處理量，模型中負(fù)壓模式的處理量提高了18%。

（2）負(fù)壓振動(dòng)篩的透篩速度呈現(xiàn)周期性變化，最大透篩速度比無(wú)負(fù)壓時(shí)顯著增加，增幅達(dá)87%，使振動(dòng)篩具備更強(qiáng)的克服鉆井液黏附作用的能力。這對(duì)提高振動(dòng)篩對(duì)排出鉆屑的干燥能力具有重要作用。

（3）篩網(wǎng)下方的壓力分布并不均勻。在開(kāi)始施加負(fù)壓時(shí)，篩網(wǎng)下方觀測(cè)點(diǎn)的壓力會(huì)突然降低至-635 Pa而后隨著篩面上鉆井液逐漸透過(guò)篩面，負(fù)壓穩(wěn)定在-205 Pa。

（4）系統(tǒng)的氣液分離效率會(huì)隨著負(fù)壓值的增大而減小，隨著排氣管高度的增加而增加。因此在負(fù)壓值一定時(shí)，可以考慮提高負(fù)壓系統(tǒng)的高度來(lái)增加氣液分離的效率。

（5）排氣管高度一定時(shí)，出口負(fù)壓在-10～-15 kPa時(shí)，排出的空氣中液相體積分?jǐn)?shù)為4.2%～9.0%。建議在排出管出口設(shè)置氣霧分離裝置，尤其是使用油基鉆井液時(shí)，能減少出口外空氣中的油霧含量，確保井場(chǎng)安全。

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第一侯勇俊，教授，博士生導(dǎo)師，生于1967年，2002年畢業(yè)于西南石油大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事石油機(jī)械方面的研究工作。地址：（610500）四川省成都市。email：hyj2643446@126.com。

2024-06-23任" 武