钻井液除气设备及其重要性

钻井液处理设备是井控设备中的重要组成部分。钻井液处理设备配备是否齐全，工作性能是否良好，将直接影响着钻井液乃至整口井的质量。

钻井液处理设备主要由以下主要设备组成：振动筛、除砂器、除泥器、除气器、加重装置、自动灌泥浆装置、砂泵与搅拌器、钻井液枪等。

除气器是井控作业中必不可少的重要设备。

钻井过程中在钻遇油、气层时，钻井液可能被气侵。而气侵钻井液如不能得到及时的处理，轻者会造成密度下降或使钻井泵效率下降而导致钻井液断流、量越来越少；重者，气侵钻井液形成恶性循环，使井内液柱压力急剧下降，很容易引起井涌、乃至井喷。另外在处理钻井液过程中某些处理剂也可能发生反应，生成气体，使钻井液性能变坏。因此，在钻预探井或高压油气井时必须配备除气器。当钻井液中含有气体时，可先经气体分离器脱掉气侵钻井液中的大气泡，然后将其送入真空除气器或钻井液槽池进一步脱气，使其有效地恢复其密度，以利于安全地进行平衡压力钻井，同时有利于迅速地排除溢流，避免盲目加重而带来加重剂的大量浪费或把地层压漏。

除气器依其结构或工作原理不同，可分为：初级除气器、常压除气器、真空除气器、离心真空式除气器。

1.初级除气器

初级除气器又叫液——气分离器。

（1）功用

在钻井过程中出现井涌时，采用节流压井措施对井内含气钻井液进行替换。钻井液气体分离器就是用来处理节流管汇替换出来的含气钻井液，除去钻井液中的空气与天然气回收初步净化的钻井液。

（2）结构与工作原理

常用钻井液气体分离器的结构如图2-9-3所示。

其工作原理是：从井内经节流管汇的汇管返出的含气钻井液，从切向进入分离器总成的旋流体，根据沉降、减压、膨胀原理，部分气体从钻井液中分离出来，经初次分离后的钻井液，按分离板布置的流动方向经分离板，表面积增大，并在分离板上分散成薄层使气体暴露在钻井液的表面，气泡破裂，从而使钻井液和气体得到进一步分离。分离出的气体从分离器顶部经排气管引至远离井口75m以外点燃烧掉。

图2-9-3　钻井液—气体分离器

安装在分离器中部的液位控制机构通过二位三通阀来开关进入气动蝶阀的气源，保证分离器内保持一定的液面高度，控制气体从排液管排出，同时避免含气钻井液直接从排液管进入钻井液池。液位控制机构由一个浮球，二位三通机控行程阀、偏心轮、连杆机构等组成。当分离器内的液位达到一定高度时，气体进入气动蝶阀，气动蝶阀开启，液体从分离器内排除。当分离器内液位降到一定高度，偏心轮离开二位三通阀，此阀关闭，气源中断，气动蝶阀随之关闭，停止排液。

清洗、维修罐体时，可用罐体底部的排污阀排出污物或沉渣。(www.xing528.com)

图2-9-3钻井液—气体分离器，钻井液通过一根U形管线回到循环罐。除气器内钻井液面的高度，可通过U形管的高度增减来控制。

分离器的工作压力等于游离气体由排出管线排除时的摩擦阻力。分离器内始终保持一定高度的液面，如果上述摩擦阻力大于分离器内钻井液柱的静液压力，将造成“短路”，未经分离的混气钻井液就会直接排入振动筛。

2.真空除气器

（1）作用

钻井过程中钻井液气侵时除掉钻井液中的气体，恢复钻井液原密度和粘度，克服由于钻井液气侵造成的各种不良影响。

（2）结构和工作原理

图2-9-4为国产NCQ2-3.7/2.3真空除气器结构及工作流程示意图。

图2-9-4　NCQ2-3.7/2.3真空除气器结构示意图

1.钻井液池；2.气浸钻井液；3.井液阀；4.井液管；5.放空阀；6.伞板；7.安全阀；8.气体；9.斜板；10.液控机构；11.气管；12.水箱及循环水；13.真空泵；14.排液阀；15.砂泵；16.出液管；17.排污管；18脱气钻井液。

工作时气侵钻井液在罐内外压差的作用下，通过进液阀被送到罐的顶部入口，进入罐内以后，由上到下通过伞板和二层斜板，被摊成薄层，其内部的气泡被暴露到表面，气液得到分离，气体往上被真空泵的吸入管吸出而排往大气中，脱气后的钻井液下落聚集在罐的底部，由安装在底部的砂泵送回净化系统供钻井使用。

安装在罐中的液位控制机构是为限制罐内液位高度而设计的，它由一个浮球、连杆机构及进气阀组成。当罐内液位超过设计允许高度时，浮球被浮起，在连杆机构的作用下，进气阀被打开。此时真空泵的吸入口与大气相通，从而使罐内压力升高，这样罐内外压差减小，进入罐内的钻井液流量减少，液面随之降低，进气阀又自动关闭，液位控制机构就是通过进气阀的关开来控制罐内外的压差，调节进入罐内钻井液的流量，从而达到出液量平衡和罐内液位的相对恒定。

罐顶部的放空阀是用来调节罐内真空度和清洗罐内部而设计的。当罐内真空度过高时，适当打开放气阀，调节到适当的真空度。

罐内顶部出气口设计有进气安全阀，是为防止液面达到罐的顶部进入真空泵而设计的。

该真空除气器处理钻井液密度1.24～2.38g/cm3，除气后的钻井液密度恢复在97%～99.4%之间，处理钻井液量为120m3/h。其气室容积为3.7m3，砂泵扬程为23m水柱。