分离加重材料时离心机的自适应控制研究

2008/5/4/15:58 来源：西南石油大学机电工程学院作者：张晓东李　俊

    摘要：通过对加重材料的研究，建立数学模型，确定出分离加重材料时离心机的分离粒度；设计变频全自动闭环控制系统，根据钻井液的粘度、密度及工作时离心机的负载扭矩、振动的变化，通过实时数据采集，将其数据反馈给单片机；针对采集到的数据，用单片机中编制的Ｃ＋＋程序进行判断，控制系统发出相应的处理指令，输出变频器频率和供浆泵流量，达到随着钻井液性能及离心机参数的变化，加重材料得到最有效分离的目的。

    离心机作为一种钻井液固控设备，在钻井作业中有着非常重要的作用，它一方面能清除非加重钻井液的固相，另一方面还能从加重钻井液中分离加重材料［１］。但离心机的工作受多个参数的影响，例如：滚筒转速和扭矩、螺旋输送器转速和扭矩、钻井液供料量、钻井液性能、钻井液稀释程度、液体中固相的含量、聚合物残留程度等。改变其中任一个参数，都将影响离心机的分离效果。此外，断电、潜在的技术故障等都将危及离心机的安全。

    一、分离加重材料时离心机分离粒度的确定

    本文给出的方案为两台离心机合用，第一台采用可调速离心机，设定好其分离粒度，用来分离加重材料，第二台用来清除有害固相［２］。

    粒度确定过程为：当直径为ｄｃ（分离粒度）的粒子被全部分离，即分离效率ＥＴ＝１，大于ｄｃ尺寸的粒子所需的沉降时间小于直径为ｄｃ粒子的沉降时间ｔｃ，而小于ｄｃ尺寸的粒子所需的沉降时间大于ｔｃ。因此，从ｄ１（加重材料中最小的粒度值）到ｄｃ间的粒子所能沉降下来的数量是按ｔｃ／ｔｘ的比例确定的，而ｄｃ到ｄｍ（加重材料中最大的粒度值）的粒子则是百分之百沉降下来。式（２）中ａ为分布特性系数，对应分离效率为５０％时的粒度值。

     则分离总效率为：



     由表１可知，随着离心机分离粒度的减小，离心机加重材料分离率提高，但分离加重材料中无用固相的含量也随着增加，经过振动筛后，根据加重材料与岩屑比重之间的关系，同时根据硬地层３３μｍ以下的固相颗粒为８１９％［３］，因此综合确定出离心机的分离粒度为２０μｍ，这时加重材料的分离效率达８０％以上。

    二、分离加重材料时全自动闭环控制系统的设计

    １离心机工作系统设计出既能优化离心机工作，又能保障离心机安全运行的自动检测、控制系统.

    电动机４６驱动泵４４，将罐４０中的钻井液经管４２、流量计４８、密度计５０和粘度计５２，输送进离心机处理。

    保护开关３８ａ与连接器３８相连。若齿轮箱超扭矩运行，保护开关３８ａ将切断电源，停止电动机工作。

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