隨著(zhù)石油勘探開(kāi)發(fā)工作的發(fā)展，鉆井深度不斷增加，鉆遇地層日益復雜，特別是近幾年國內外新型鉆井技術(shù)的發(fā)展（如深井、超深井、水平井、欠平衡鉆井技術(shù)等），對鉆井液凈化與固控提出了更嚴格的要求。目前，我國現有的鉆井液固控系統主要由鉆井液振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、鉆井液離心機等組成的三級或四級凈化系統，其總重量達50t，總電力消耗接近300kW。隨著(zhù)鉆井工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，現有鉆井液固控系統已經(jīng)不能很好地滿(mǎn)足現代鉆井技術(shù)發(fā)展的需要，也無(wú)法滿(mǎn)足競爭日益激烈的國際鉆井市場(chǎng)的需求，研制新的固控設備、組建新的固控系統十分必要。筆者探討固控設備技術(shù)現狀及新型固控系統研發(fā)，希望對國內相關(guān)設備的研發(fā)和創(chuàng )新具有借鑒作用[1]。
1系統技術(shù)現狀
1.1國外
目前，國外固控系統的理論和設備研究水平較高，有的廠(chǎng)家可以根據室內分析數據與計算機計算結果，改變固控流程，指導鉆井液處理，并可以通過(guò)計算機自動(dòng)定量控制各種固控設備。
在固控設備技術(shù)領(lǐng)域，英國ThomasBroadbent&Son’sLtd.公司及美國Derrick公司、Brandt公司和SWACO公司是比較有代表性的司。英國B(niǎo)roadbent公司的鉆井液固控系統是5臺雙層雙聯(lián)直線(xiàn)鉆井液振動(dòng)篩（上層為8~80目篩網(wǎng)，下層150目以上篩網(wǎng)目）與1臺變頻調速大處理量鉆井液離心機（滾筒直徑508mm）組合而成。美國SWACO公司新型鉆井液固控系統包括4臺鉆井液振動(dòng)篩、1臺真空除氣器、1臺鉆井液清潔器、2臺鉆井液離心機（1臺中速鉆井液離心機、1臺高速鉆井液離心機等。美國B(niǎo)randt公司的成套固控系統包括2臺ATL-CS細目直線(xiàn)鉆井液振動(dòng)篩、1臺ATL-DRYER-16/2干燥機、1DG10除氣器、2臺HS-3400型鉆井液離心機，可處理加重或非加重鉆井液。Derrick公司推出的固控系統包括鉆井液分配器、4~5臺超細目直線(xiàn)鉆井液振動(dòng)篩、1臺除氣器、2臺鉆井液離心機。
可以看出，國外固控系統已經(jīng)發(fā)展為以鉆井液振動(dòng)篩為核心的兩級系統，即多臺細目或超細目直線(xiàn)鉆井液振動(dòng)篩與中高速大排量鉆井液離心機組合而成，且已非常成熟，取代了傳統的耗能高、系統可靠性低、維護保養工作量大的多級固控系統。
1.2國內
國內固控系統大多是在引進(jìn)國外技術(shù)的基礎上進(jìn)行國產(chǎn)化，使之適合我國鉆井工藝的需要。各油田又根據地區性特點(diǎn)推出各具特色的固控系統，我國當前主要以NG4型固控系統為主，該系統主要由鉆井液振動(dòng)篩、除砂器、除泥器和鉆井液離心機等組成，可以將鉆井液中的固相含量控制5%~8%。目前，這種三級或四級固控系統普遍存在以下問(wèn)題。
（1）公稱(chēng)直徑200~300mm旋流除砂器只能達到80~120目篩網(wǎng)的篩分效果，公稱(chēng)直徑120~125mm旋流除泥器也只能達到100~200目篩網(wǎng)的篩分效果。同時(shí)，由于細目篩網(wǎng)易破損，大多數采用低目數篩網(wǎng)，鉆井液中占固相顆粒80%的細顆粒不能被高效清除，鉆井液凈化效果大大降低，固相含量高，影響后續設備或高端儀器的使用。
（2）砂泵給鉆井液施加的壓力以及旋流器內部的摩擦導致巖屑更加細化，將其清除更加困難。
（3）砂泵能耗高，排量200m3/h的砂泵電機功率在55~75kW，如果同時(shí)使用除砂器和除泥器，耗能大于100kW。此外，砂泵軸的密封件易損壞，導致漏失鉆井液，且設備管理維修不便。
（4）隨著(zhù)鉆井工藝技術(shù)的發(fā)展，現有多級固控系統不能很好地滿(mǎn)足諸如水平井、欠平衡井、大位移井、深井和超深井等復雜結構井、特殊工藝井等新型鉆井工藝的需要。
（5）固控系統中的易損件壽命較短，頻繁更換，不僅使得鉆井成本增加，而且大大影響鉆井施工的連續順利進(jìn)行，特別是鉆井液振動(dòng)篩篩網(wǎng)、旋流器篩網(wǎng)、砂泵軸封等易損件，與國外相比仍有較大差距。
（6）固控設備加工質(zhì)量差，可靠性不高，固控系統產(chǎn)品沒(méi)有形成系列化、標準化，科研設計能力尤其是理論研究仍落后于國外。
2新型固控設備
2.1 新型直線(xiàn)鉆井液振動(dòng)篩
鉆井液振動(dòng)篩是由井口返出鉆井液的第一級常規固控設備，也是目前唯一能全流量處理、耗能最低的固液分離設備。目前，大多數國產(chǎn)鉆井液振動(dòng)篩的缺點(diǎn)是：振型不合理，影響鉆井液振動(dòng)篩整機性能，特別是處理量、篩網(wǎng)壽命和過(guò)濾精度，不能滿(mǎn)足新型鉆井工藝技術(shù)的發(fā)展要求；篩網(wǎng)壽命較短，更換不方便，不能滿(mǎn)足連續鉆進(jìn)的工藝要求；透篩能力不強，易發(fā)生“糊篩”和“跑鉆井液”的現象，且篩網(wǎng)目數不高，導致許多細小固相顆粒仍然存在于鉆井液循環(huán)系統中；鉆井液振動(dòng)篩隔振裝置采用金屬螺旋彈簧隔振，隔振效果不好，整機噪音大，工作不平穩；調節和適應性能差，鉆井液振動(dòng)篩篩箱坡角和激振力不能根據鉆井工藝的實(shí)際要求進(jìn)行調節；開(kāi)機、停機共振時(shí)間較長(cháng)，對整機損害較大，尤其是對隔振系統易損件的影響較大；在我國出國施工的鉆機招投標時(shí)，國產(chǎn)鉆井液振動(dòng)篩性能無(wú)法得到國外承包商的認可，不得已采用進(jìn)口鉆井液振動(dòng)篩，但其價(jià)格高，配件供應不及時(shí)，服務(wù)不到位，甚至影響到國外市場(chǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。據此，利用我國鉆井液鉆井液振動(dòng)篩理論研究?jì)?yōu)勢，研制開(kāi)發(fā)先進(jìn)的國產(chǎn)鉆井液鉆井液振動(dòng)篩，特別是研制符合現代鉆井工藝、有著(zhù)較高可靠性和較強處理能力的線(xiàn)性鉆井液振動(dòng)篩就顯得尤為迫切和重要。
鉆井液固相控制技術(shù)是保證正常鉆井工藝技術(shù)實(shí)施的關(guān)鍵，已成為直接影響安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井和保護油氣層的重要因素，是實(shí)現現代化鉆井的重要手段之一。
