“固控设备”是石油和天然气钻井作业中使用的一套关键系统，其核心功能是清除钻井液（泥浆）中不需要的固体颗粒（岩屑），同时尽可能保留和回收有用的钻井液成分。

为什么需要固控设备？

在钻井过程中，钻头破碎地层岩石会产生大量的钻屑（固体颗粒）。这些钻屑会混入循环使用的钻

井液中。如果不及时清除这些固体颗粒，会导致一系列严重问题：

钻井液性能恶化：

粘度升高： 细小颗粒增加粘度，导致泵送困难，能耗增加。

滤失量增加： 颗粒堵塞井壁泥饼的能力下降，导致更多水分渗入地层，可能引起井壁不稳定（坍塌、

缩径）。

润滑性变差： 增加钻具与井壁、钻具之间的摩擦，可能导致卡钻。

切力变化： 影响钻井液悬浮岩屑的能力。

密度难以控制： 多余固相会增加钻井液密度，可能压裂薄弱地层或需要额外稀释，增加成本和废

液量。

磨损设备： 坚硬的固体颗粒会严重磨损钻头、钻柱、泥浆泵缸套和活塞、阀门等设备，缩短寿命，

增加维修更换成本。

降低钻速： 高固相含量的泥浆在井底形成“垫层效应”，降低钻头对地层的有效破碎效率，导致

机械钻速下降。

增加卡钻风险： 钻屑在井眼环空中堆积或在钻具周围形成厚泥饼，容易造成卡钻事故。

增加处理成本： 被污染的钻井液需要不断稀释或替换，产生大量废浆，增加泥浆材料成本和废浆

处理成本及环保压力。

固控设备的主要目的：

维持钻井液性能： 清除有害固相，保持钻井液的设计密度、粘度、滤失性等关键参数稳定。

提高钻速： 减少“垫层效应”，提高机械钻速。

延长设备寿命： 减少磨损，保护昂贵的钻具和泵等设备。

降低钻井成本： 减少泥浆稀释和补充量，降低泥浆材料费；减少设备维修更换费；缩短钻井周期。

降低事故风险： 减少卡钻等井下复杂情况的发生。

环境保护： 减少废弃钻井液的产生量，便于后续处理。

常见的固控设备（通常按处理颗粒大小和处理顺序排列）：

振动筛：

功能： 第一道也是最主要的固控设备。利用振动和筛网分离从井口返出的钻井液中较大的钻屑

（通常>74微米）。

原理： 泥浆流经高速振动的细目筛网，液体和小于筛孔的颗粒通过筛网，大颗粒岩屑留在筛网上被

排出。

除砂器：

功能： 处理经过振动筛的钻井液，清除中等大小的颗粒（通常15-74微米）。

原理： 利用旋流器产生离心力。泥浆切线进入锥形旋流器，高速旋转产生离心力场，较重的固体颗

粒被甩向锥壁下滑到底部排出，较轻的液体和细颗粒从顶部溢流管排出。

除泥器：

功能： 处理经过除砂器的钻井液，清除更细小的颗粒（通常5-15微米）。

原理： 与除砂器原理相同（也是旋流器），但使用的旋流器尺寸更小，锥度更大，能分离更细的颗粒。

钻井液清洁器：

功能： 通常是除砂器和除泥器溢流的组合处理设备（通常是细目振动筛），用于回收被旋流器带走

的加重材料（如重晶石）。

原理： 将除砂器/除泥器的底流（含较多重晶石和细颗粒的稠浆）泵送到一台细目振动筛上。重晶石

和较粗颗粒被筛网截留回收回循环系统，更细的颗粒和液体通过筛网被废弃。

离心机：

功能： 处理经过前面设备的钻井液或用于特殊处理（如清除超细颗粒、回收重晶石、处理废弃泥浆）。

能分离非常细小的颗粒（通常2-5微米及以下）。

原理： 利用转鼓高速旋转产生强大的离心力场（比重力大几百到几千倍），根据密度和粒径的不同，

将钻井液分离成：

底流（重相）： 高密度的固体（如重晶石、较粗颗粒）。

溢流（轻相）： 低密度的液体和超细颗粒（胶体）。

类型： 常见有倾注式离心机和沉降式离心机。前者主要用于清除超细颗粒以降低粘度；后者主要用

于从废弃泥浆或低固相泥浆中回收重晶石。

除气器：

功能： 严格来说主要处理气体，但也常被归入固控系统。用于清除侵入钻井液中的有害气体（如甲

烷、硫化氢），防止气侵导致井喷、降低泥浆密度、影响泵效等。

原理： 通过真空、离心或搅拌等方式使气体从泥浆中分离逸出。

固控系统：

在实际钻井现场，这些设备通常串联或并联组合使用，形成一个完整的固控系统（也称为泥浆清洁

系统）。钻井液从井口返出后，依次流经振动筛 -> 除砂器 -> 除泥器 -> 离心机（根据需要），

最后清洁的钻井液流回泥浆罐，准备再次泵入井内。除气器通常在振动筛之后处理含气泥浆。

总结：

固控设备是钻井作业中不可或缺的“肾脏”和“净化器”。它们通过物理分离方法（筛分、沉降、离

离），高效地清除钻井液中有害的固体钻屑，维持钻井液的最佳性能和稳定性，从而保障钻井作业

的安全、高效、经济和环保进行。选择合适的固控设备组合并正确操作维护，对优化钻井过程至关

重要。

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