离心机的正确使用和误用

离心机把处理液分成两束：溢流(流出物或轻相)，含有大量液体和*细的固相物质；底流（泥饼或重相），它是由大而粗的固体颗粒和浸湿这些固体颗粒的液体组成的。当没有溢流时，随着保持较大的固体颗粒（期望的重晶石和低比重固体颗粒）并把它们重新返回到钻井液中，“传统离心机”去除了由重晶石和低比重固体颗粒以及大多数液体组成的有害超细颗粒和胶质粒子。

虽然固体颗粒的成份（特别是用干馏法测量的成份）是有用的参数，但固体对流变性和失水的不利影响是颗粒总表面积的函数，而不是固体颗粒含量本身。粒子平均尺寸越小，表面积越大。遗憾的是，在粒子尺寸方面干馏法什么也没有告诉我们。

这与固体颗粒表面积的增加相对应。钻井液中的固相物质受到粒子尺寸逐渐减少的影响，即使固体颗粒的含量保持不变，这对钻井液质量也会产生非常不利的影响。我们都已经观察到井眼条件是如何随时间变差的。当泥浆老化和它的固体颗粒变得更细时，人们认为井眼条件的恶化主要是因为泥浆中固体颗粒表面积的增加引起的。

去除胶质粒子和超细的固体颗粒除了降低塑性粘度和稀释要求外，还将提高渗透率和泥饼质量，从而减少扭矩和阻力。这改善了井眼条件，减少了卡钻的风险。

对传统加重钻井液来说用离心机的经济合理性是根据认识回收较大的重晶石颗粒产生的节约为基础的。然而，这并不是*重要的好处。当不使用离心机时，细颗粒的浓度趋于变高，泥浆质量就会变差。这常常会增加井眼处理费用问题，与重晶石回收过程的节约相比这可能是一个更大的经济因素。实际上，较细的重晶石颗粒在溢流中被除掉，这对总重晶石的存在可能是一个重要部分。用“快速而受污“的重晶石回收概念证明离心机出租是简易的，虽然有缺陷，但是计算已经妨碍对离心机分离钻井液的真正好处的理解。

新型离心机的使用

目前使用离心机处理钻井液多数情况下是有效益的，但使用不当会影响生产。错误使用离心机的一个例子是连续使用两台离心机的做法，**台离心机用于“回收重晶石”，**台用于“废弃钻屑”。**步是传统的分离，使底流返回到在用钻井液系统。安排**台离心机高速旋转，排出低比重固体颗粒，使“干净”的液体返回到钻井液中，而不是排出溢流。

这个过程不能进行，千万不能！不能工作！它是在以下两个错误假设的基础上工作的。

l    **台离心机可从低比重固体颗粒中分离出重晶石；

l    **台离心机能产生不含固体颗粒的液体返回到钻井液中。

这两种假设都是不正确的，都忽略了沉积物的物理性质。更进一步说，这个过程假设分离加重液体的目的是去除低比重固体颗粒，实际上它不能。目的是去除胶质和近胶质固体颗粒，这些固体颗粒对钻井液的性能非常不利，与它们的比重关系不大。

通过增加重力来加速离心沉淀，这可用斯托克斯定律来描述。它叙述了沉淀速度与沉淀粒子和周围液体之间密度��差异成正比，与液体的粘度成反比，这是一种数学表示方法，我们的直觉认为这是正确的，即较重的粒子在较轻的粘度小的液体中沉降得较快。

通常所用的重晶石加重钻井液含有的重晶石和钻屑颗粒直径范围在1-20微米之间。假设重晶石和低比重固体颗粒的平均比重为4.2和2.6, 相应地，重晶石颗粒的质量约等于含有50%较大的低比重固体颗粒的质量。例如：如果大多数小于6微米的重晶石颗粒剩余在溢流中，那么大多数小于9微米的低比重重晶石颗粒也将留在溢流中。在底流中发现较大的颗粒包括重晶石和钻屑。这样，我们不能从低比重钻屑中分离重晶石。我们可以从较轻（较小）的粒子中分离出重的（较大）粒子。

让我们考虑一下一系列分离过程是怎样发生的。假设“重晶石回收”装置产生8微米的重晶石碎屑。**个装置产生4微米的碎屑，大多数大于8微米的重晶石碎屑和大于12微米的低比重固体颗粒在**阶段返回到泥浆中，在**阶段，剩下的大于4微米 的重晶石颗粒和大于6微米的低比重固体颗粒被排出，*细的，*损害性的材料返回到泥浆中。

两种中切点不管是那一种是在它们中间被去除的材料。这些成份包括在完全可接受尺寸范围内的重晶石粒子和低比重固体颗粒，这种固体颗粒太大，不能增加粘度，太细以致于不能很好地研磨。所有*细的固体颗粒（包括重晶石和岩屑）返回到泥浆体系中，假设平均颗粒尺寸递减，泥浆质量降低。粒子尺寸的减少增加了粘度和稀释需求。随着井壁泥饼质量递减，促进井眼条件的恶化。

然而，被排出的更坏的期望尺寸的重晶石必须用清洁的重晶石替换。其中30%可能是小于6微米的粒子；10%-15%可能期望成为胶体（<2微米）。这更进一步减少了平均粒子尺寸，加速泥浆质量的下降。

两个阶段的离心过程通过增加稀释需**昂贵的和有害的。它增加了泥浆成本和钻井废弃物量。即使是*坏的，它实际上降低了钻井液质量。这个工业连续使用离心机每年浪费数百万美元，相信我们正在**阶段“回收重晶石，在**阶段排出钻屑。”

分离昂贵的泥浆

当分离费用高的油基或合成基钻井液时，溢流经常返回到泥浆体系中，而含有较大固体颗粒和期望的重晶石的底流被排出，用好的重晶石替代，因为它含有胶体和近胶体粒子，所以可增加粘度。如果我们给出一些希望用离心机完成的东西，这种荒唐将不允许。

当一些人认为液相成本太高以致于不能被排放，固体颗粒的去除是有益的。要记住有问题的固体颗粒是*细的粒子，产生粘度效应问题。当保留细小颗粒不能缓和所产生的问题时，就要排放维持泥浆比重所需要的固体物质，而不减轻问题，这样只能使问题恶化。当需要排放费用高的液体时，*好选用传统的离心机，但它难以吸收。由于胶体浓度会增加问题的严重性，当液体不用长期使用时，没有必要使用传统的离心机。然而，当胶体确实存在问题时（他们常常这样），传统的离心机是恢复钻井液质量的*好办法。

对于费用极高的液体，证明使用**过滤装置清洁“cent rate”现场的经济性将是有益的。但是，“centrate”不能用离心机清洁。没有实际的现场方法用来从流体中去除在流体中悬浮的胶质粒子。

对粘性的油基和合成基钻井液来说，具有胶体性质的不下沉的固体颗粒可能较大（10-15微米），必须通过稀释或传统的离心机来控制他们的浓度，“centrate”被排放。因为废弃物*少的原因，*好选用后一过程。必须为排放液的储存做准备工作，直到它要么合理地处理，要么再处理作为填充液重新利用或用于另一口井。

用离旋流分离器排出

用非加重钻井液来减少钻井废弃物的量是一种越来越普遍的做法。它常常是有益的。但是，如果返回液的质量不合适，它可能是有害的，而它常常是这样。只有返回液中固体颗粒的浓度小于泥浆中期望固体颗粒浓度的两倍，它才起作用。如果浓度较高，那么，这种做法导致废弃量增加，而不是减少。因此，必须监控返回到钻井液体系中液体的固体颗粒含量。

分离非加重钻井液的合理性

在钻屑浓度已知时，准备抵消加入一桶钻屑的新钻井液体积之间的关系可用下列公式来表示：桶=（100—%）%；式中%=期望钻屑的浓度。

为了提供稳定井眼和*大的机械钻速，许多作业者把钻屑的体积浓度限制在5%，因此，每桶加入的固体颗粒将要求准备19桶新钻井液，在7%的钻屑浓度下，每桶固相颗粒需加入13.3桶稀释剂。

了解每桶钻井液的成份和成本，以及处理过量钻井液每桶费用外，我们可以很容易地计算去除钻屑的成本效益。如果配制和处理泥浆的成本分别是10美元/桶和5美元/桶，相应地，每桶稀释剂的总成本是15美元。如果我们把钻屑的体积含量控制在5%，去除每桶固体颗粒成本将减少285美元（15美元/桶*19桶）。运用手头上的这个数值，很容易确定使用离心机是否经济有效。因此，即使对于非加重钻井液，多台离心机的使用常常证明是正确的。

分离加重钻井液的合理性

如果进行某种假设与胶体的*大允许浓度有关，同样的方法可以用来计算从加重钻井液中去除固体颗粒的经济效益。如果我们假设在油基钻井液中期望的*大浓度是5%，在油基钻井液或合成基钻井液中我们可以允许8%，那么，去除每桶固体颗粒取消了19桶稀释剂的水基钻井液和11.5桶稀释剂的油基和合成基钻井液的需求。了解每桶新钻井液的成本，我们便可以计算去除这些固体颗粒的经济效益，很容易确定使用离心机是否经济。

结论

分离加重钻井液的目的是去除胶体或近胶体粒子，不能去除低比重固体颗粒。胶体是非常细的粒子以致于它们不能在纯净水中沉降。因此，它们不能通过离心法分离。分离溢流返回到钻井液体系中总是含有返回的胶体; 因此，总是潜在地损害这种粒子。用上面提到的费用合理方法表明用加重和非加重钻井液进行钻井作业总能从合理使用一台或多台离心机而得到更大效益。