摘要
钻井液在石油钻井中扮演的角色越来越重要，是影响钻井速度、钻井能耗、维护井筒稳定的关键因素。但是，随着钻井深度的不断增加、地层地质条件越来越复杂，携带钻屑的钻井液对环境的污染也越来越严重。提高钻井液钻屑去除能力、提高钻井液回收和循环效率、实现钻井液零排放和钻屑无害化处理已经成为当今石油工程的关键问题。真空筛分过滤技术应用于钻井液处理与传统振动筛相比有更高的液相回收效率，使得钻屑含湿率更低，减少了钻井液的外溢，降低了钻屑无害化处理成本，同时也可以及时清除钻井液中的有机挥发物和侵入的气体。目前，基于真空过滤原理的泥浆筛正在钻井泥浆设备行业悄然兴起。 真空泥浆筛在实际应用过程中容易出现筛网堵塞，导致真空压差增加，可流动气流量减少，筛分效率降低，严重影响真空泥浆筛的使用性能，堵塞严重的情况下会导致生产停滞。本研究针对真空筛分过程中出现的筛网堵塞问题，基于真空过滤理论，采用实验和数值仿真相结合的研究方法，研究真空筛分过程中筛网的堵塞形式和堵塞形成机理，揭示影响真空筛分过程的堵塞因素及其影响规律，旨在为降低真空泥浆筛筛网堵塞的设计及应用，提高真空筛分设备的处理效率奠定一定的研究基础，促进真空泥浆筛的发展。 本文针对真空泥浆筛在应用过程中出现筛网堵塞的问题，采用实验和数值仿真相结合的方法对真空筛分过滤过程中筛网堵塞机理及相关影响因素进行研究，具体内容和结论包括： （1）建立真空筛分过滤实验装置。通过对真空带式泥浆筛样机进行合理简化，搭建了真空筛分过滤实验装置进行真空筛分过滤实验，并对堵塞机理进行研究。 （2）针对真空泥浆筛筛分过滤过程中易发生堵塞问题，采用数值模拟的方式进行研究。以真空筛分过滤实验装置为对象简化建立计算模型，采用EDEM-Fluent耦合方法模拟真空筛分过程中气固两相流动，分别以不同气流量、不同颗粒浓度、不同颗粒粒径配比以及不同颗粒性质为计算条件，输出气固两相在筛分过程中的流动状态、静压分布、颗粒堆积以及真空度的变化结果。最终得到：无论颗粒浓度和颗粒粒径配比如何改变，都存在不同程度的筛网堵塞现象。堵塞程度随着气流量以及颗粒浓度的增加而增大，主要由于气流量和颗粒浓度的增加，气流和颗粒间的相互挤压作用，颗粒间孔隙会逐渐被压紧，气流过筛压降越高，反映出筛网堵塞程度越来越严重；2）当改变易透筛颗粒占比时，易透筛颗粒占比越大，部分细小颗粒在气流作用下穿过筛网网孔，筛网堵塞所需要的时间越长，颗粒堆积增长相对缓慢；3）当计算对象是粘性颗粒时，颗粒堆积总量以及真空度数值都比干颗粒要高，因为在同等条件下粘性颗粒堆积更紧密，且因为粘性的作用部分已经透过筛网的颗粒也会与堵塞颗粒形成粘结堵塞。 （3）利用真空筛分过滤实验装置，对三种不同参数情况进行组合分析来探究堵塞成因。三种参数分别为：5种不同颗粒粒径混合比例、5种不同颗粒量、3种不同筛网目数。实验结果表明：1）无论实验对象为干颗粒或是颗粒与水的混合物，最终150目筛网堵塞最为严重，且主要堵塞形式为颗粒卡在筛网孔内，形成嵌入式堵塞。2）干颗粒条件下含颗粒处理筒内透气率较好，颗粒在筛网表面主要存在形式为颗粒堆积，颗粒间没有形成粘结，筛网堵塞程度也较低。但是在湿颗粒条件下，颗粒在水的作用下会形成粘结，而且筛网表面也会形成水膜导致颗粒吸附在筛网表面，导致透气率降低，筛网堵塞程度增加。3）在相同颗粒总量的条件下，选用5种不同粒径混合比例样品进行实验，结果表明细小颗粒量含量越高，含颗粒处理筒的透气性越差，堵塞程度越大。4）选用相同目数的筛网、相同粒径混合比样品进行实验，结果表明颗粒物总量越大，筛网和颗粒层的透气率越小，其中透气率的变化与颗粒层厚度大致呈线性关系，筛网堵塞程度随颗粒物总量的增加而增加。
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