智能振動篩固控 自動化時代即將到來 （下）
時間：2016-08-04 16:06
來源：
作者:編譯 / 李智鵬 許京
2015 年 在 Eagle Ford 頁巖區(qū)塊的一個鉆井作業(yè)現(xiàn) 場，多頻振動篩進行了現(xiàn)場 使用，證實了其回收更干巖 屑的能力，在 13 天的使用期 間，新款振動篩在一臺老式 FSI振動篩的旁邊同時運轉(zhuǎn)， 新振動篩能去除帶油巖屑的 50% 帶油量。Zaxxon 公司 鉆井 液 主 管 Hiltl 先 生 說： “振動篩未來的發(fā)展應放眼 于全自動振動篩。目前，標 準的振動篩需要一名服務人員進行 維護運行， 這些設(shè)備屬于啞巴設(shè)備” 。
研發(fā)全自動振動篩 ProdiG
鉆井液服務商正在研發(fā)一種能 自行操作的振動篩，利用實時測量 工具采集數(shù)據(jù)，如采集密度、流量、 固體顆粒尺寸分布和流變學參數(shù)， 無需人工介入。ProdiG 是一款能 接收流量計數(shù)據(jù)或在線泥漿性能的 振動篩，可采集塑性粘度、泥漿比 重、顆粒尺寸分布等數(shù)據(jù)，并配有 內(nèi)部傳感器，以監(jiān)視運動狀態(tài)、重 力大小、振動角度、篩板角度、振 動頻率和篩目上固體顆粒的瞬時重 量。用于鉆井液凈化的 ProdiG 振 動篩仍在開發(fā)中，預計這款振動篩 將是一款全自動振動篩。2015 年 12 月，生產(chǎn)商在南德克薩斯州對該 振動篩進行一次現(xiàn)場試驗，目的是 驗證振動篩是否能在鉆進期間無需 人工介入的情況下實現(xiàn)自動運轉(zhuǎn)處 理鉆井液，并計劃 2016 年中期進 行商業(yè)發(fā)布。 自 2013 年 開 發(fā) 以 來，ProdiG 振動篩使用了 24 個實時通道的數(shù) 據(jù)輸入，如泥漿流量、密度、流變 學和機械鉆速，自動調(diào)整振動篩設(shè) 置，如頻率、重力和傳送速率，這 些調(diào)整由一個內(nèi)置的可編程控制器 （PLC）計算機進行控制?？删幊?控制器使用算法編程，優(yōu)化振動篩 性能。PLC 計算的數(shù)據(jù)被用來控制 多個馬達。這些馬達是用來控制振 動篩動作的。Hiltl 先生說：“所有 我們正在做的是對振動篩進行編程， 使振動篩能辨別在什么情況下該做 什么。”目前，該公司仍在對 運行在振動篩 PLC 計算機上 的算法做進一步工作，使控制 振動篩的計算程序能滿足各 種工況下的自動控制要求。 ProdiG 振動篩將包含一 個類似于汽車巡航控制系統(tǒng) 的反饋裝置。理想情況下， 僅在更換篩目和其它日常維 護工作時振動篩才需要人工 介入，在振動篩出現(xiàn)技術(shù)故 障時，如軟件故障，振動篩 可能由人工進行操作，振動篩的性 能診斷也能從振動篩內(nèi)置的 PLC 計 算機傳送到司鉆控制臺。振動篩最 好能在配備數(shù)據(jù)采集的鉆井現(xiàn)場運 行，但也能作為一臺單獨的振動篩 進行運轉(zhuǎn)。如果你的鉆機確實沒有 任何數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，那只是一臺獨 立的振動篩而已，你能對振動篩的 某個輸入編程讓其起作用。在這種 情況下，振動篩會通過其內(nèi)置傳感 器僅僅依靠讀取屬性的方式來運行， 如流量和泥漿比重，或經(jīng)初步建設(shè) 后讀取加裝在鉆井現(xiàn)場的外置傳感 器數(shù)據(jù)。液流振動篩和烘干振動篩 在陸上鉆井和海上鉆井都能使用。 由于這款振動篩與該公司其它標準 振動篩的機械部分完全相同，所以 除了計算編程外，沒有在 ProdiG 振動篩配件方面做什么設(shè)計工作。
可靠性、靈活性
提高固控性能 對于 Elgin 公司來說，可靠性 是 2015 年 OTC 市 場 展 出 的 這 款 Hyper-G 雙運動變速振動篩設(shè)計 的首要目標。石油公司向著更深、 更快和更長位移的鉆井技術(shù)方向發(fā) 展，需要能應對這些挑戰(zhàn)的設(shè)備， 不能應對這種工況的設(shè)備則變得不 可靠和不受信任。Elgin 公司總裁 Anderson 先生說道：“當涉及到 固控和鉆井液管理時，根本目標是 膠質(zhì)固體的管理，盡最大可能減少 鉆井液中不斷增長的膠質(zhì)固體的體 積。第二個目標是實現(xiàn)靈活性。石 油公司想要一個能應對各種工況和 挑戰(zhàn)的多功能設(shè)備”。新的四篩板 Hyper-G 振動篩可用作一臺液流或 烘干振動篩。自 2014 年展出的一臺 原型機模型以來，該公司在設(shè)計上 已做了幾項改進，包括一個單點頂 起系統(tǒng)、一個正在申請專利的、意 在保護后液流管襯墊的篩目傾瀉瀑 布設(shè)計、以及一個新設(shè)計的控制系 統(tǒng)，便于重力和運動的控制。 Hyper-G 振 動 篩 的 頂 起 系 統(tǒng) 有 兩 個 軸 承， 軸 承 用 在 旋 轉(zhuǎn) 臂 的 支點與旋轉(zhuǎn)臂之間兩個帶有系繩 的 2,000 磅 齒 輪 的 千 斤 頂。 頂 起 系統(tǒng)在振動篩后側(cè)底部使用了一個 旋轉(zhuǎn)手輪，當液體穿行在振動篩篩 目上方時，旋轉(zhuǎn)手輪能調(diào)整振動篩 藍的角度，使巖屑能更好的分離， 而不是采用一個復雜的機械裝置來 做這件事。頂起系統(tǒng)簡單化也會有 個別部件存在斷裂風險，唯一可能 斷裂的部件是螺旋千斤頂，多數(shù)標 準的振動篩有一年的預期壽命，然 而由于設(shè)計的頂起系統(tǒng)的螺旋千斤 頂沒有被施加總重量，Elgin 預計 Hyper-G 振動篩螺旋千斤頂?shù)念A期 壽命大約為五年。 為了提高可靠性，該系統(tǒng)已經(jīng)加 入了正在申請專利的篩目瀑布技術(shù)。 振動篩篩藍上一系列固定每塊篩目 的重疊篩目板能讓鉆井液持續(xù)流向 下一塊篩目而不直接接觸篩目襯墊， 最終目的是減少襯墊磨損，這種磨 損可能會導致固體巖屑污染回到泥 漿循環(huán)罐，造成巖屑旁露的一個主 要部位是篩目后面篩藍與襯墊之間 的空隙。Anderson 先生說：“我們 所做的是設(shè)計振動篩在巖屑通過時 不能讓巖屑實際接觸到篩目或襯墊 的背面。”
能回收鉆井液的振動篩
瀑布技術(shù)保護每個篩目的固定 位置，讓鉆井液越過后襯墊的位置 落到部分重疊的篩目上，這會大大 降低巖屑落入襯墊與篩藍之間、繞 過 篩 目 的 可 能 性， 通 過 給 振 動 篩 后 襯 墊 加 裝 保 護 避 開 鉆 井 液， 瀑 布系統(tǒng)能延長篩目襯墊的使用壽 命。振動篩上最靈活的設(shè)備是一個 重新設(shè)計的可變級變頻控制系統(tǒng)， 這款設(shè)備的開發(fā)能更好的控制重 力、線性運動和平衡橢圓運動，以 750~1,000gpm（每分鐘加侖數(shù)） 之間的一個最大流量，振動篩的重 力現(xiàn)在可以在 4、6、8 個重力級之 間進行調(diào)整，而不需要停止振動篩 的運行。此外，運動可以在線性運 動和平衡橢圓運動之間進行切換， 無需停止鉆井液的流動。 2014 年 秋， 在 Marcellus 頁 巖開發(fā)中進行了試驗性應用，新振 動篩與 Elgin 的標準振動篩相比較 了 90 天， 新 款 Hyper-G 振 動 篩 表現(xiàn)出提高鉆井液回收率 30% 的顯 著效果，而且降低鉆井液維護成本 50%，超越了一臺標準的三板式振 動篩。
氣動真空系統(tǒng)回收鉆井液
鉆井液是一種昂貴的產(chǎn)品，每 桶 高 達 300 美 元。 鉆 井 液 每 天 都 有很大一部分伴隨或包裹著鉆出的 巖屑作為廢物被傾瀉掉，即使在鉆 井液流出端配置了先進的振動篩也 無 法 完 全 解 決。 針 對 這 一 挑 戰(zhàn)， M-I SWACO 公司在 2015 年 4 月 推出了篩目脈沖流和巖屑分離器裝 置。目前，這款設(shè)備的氣動系統(tǒng)被 改造成兩個振動篩平臺，即 M-I SWACO MONGOOSE PRO 系 列 振動篩和 National Oilwell Varco King Cobra 系列振動篩。 篩目脈沖系統(tǒng)的組件部分是一 個小的控制面板和復合器件板，復 合器件板安裝在振動篩下面傾瀉端 抖動篩的最后一塊篩目處。真空助 力技術(shù)使用鉆機或一臺獨立的空氣 壓縮機提供壓縮空氣，產(chǎn)生的抽吸 力能破壞鉆井液的表面張力，拉回 巖屑上殘余的鉆井液，將巖屑上攜 帶的鉆井液與巖屑分離。抽吸能通 過控制面板設(shè)置脈沖為開和關(guān)，一 定程度上能讓巖屑在振動篩上方連 續(xù)行進。通過這種方法，該系統(tǒng)將 鉆井液從巖屑和篩目表面分離，這 部分鉆井液流回振動篩，返回泥漿 池。2014 年，在 Woodford 頁 巖 盆 地的現(xiàn)場試驗中使用該系統(tǒng)，成功 回收額外油基鉆井液 285 桶，節(jié)省 鉆井液費用近 45,600 美元。
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