岩屑甩干机是钻井液废弃物处理领域中“钻井液不落地”系统重要的配套设备,在海洋钻井平台使用过程中,常出现刮刀磨损严重、分离效率低、分离后固相含湿量高等问题。

为了解决上述问题,本文从磨损理论、结构参数、颗粒性质等方面出发,首先建立弯、直刮刀岩屑甩干机模型进行冲蚀磨损分析及疲劳分析,根据分析结果选取弯刮刀岩屑甩干机进行分离效率研究。然后对影响弯刮刀岩屑甩干机分离效果的相关因素进行参数优化。

*后通过仿真验证得出较优参数组合,对岩屑甩干机的后续研究具有重要意义。具体研究工作有以下几个方面:

(1)调研WSM-01 36”型岩屑甩干机现场使用情况,离心分离设备研究现状及岩屑甩干机应用现状等问题,确定研究的必要性和重要性。

(2)了解冲蚀磨损研究进展及磨损机理,在岩屑甩干机结构特点和工作原理基础上,对离心分离场中的颗粒进行受力分析,找出磨损规律。(3)在刮刀冲蚀磨损研究现状的基础上,运用Fluent软件研究直、弯刮刀岩屑甩干机磨损分布及粒径、流量、速度对刮刀冲蚀磨损影响。结果表明:不论是直刮刀岩屑甩干机还是弯刮刀岩屑甩干机,刮刀大端磨损较为严重;当粒径为40μm时,刮刀磨损率*高,当粒径大于70μm后,磨损率趋于稳定;随着颗粒质量流量和冲击速度的增加,刮刀磨损率相应增加,当冲击速度在5m/s-7.5m/s之间时,两种叶形刮刀磨损都相对较小;弯刮刀不论是磨损率还是疲劳寿命都优于直刮刀。

(4)确定弯刮刀岩屑甩干机作为分离效率分析对象,运用Fluent软件从间隙、半锥角等方面分析结构参数和操作参数对分离效率影响。结果表明,岩屑甩干机分离效率各参数较优范围出现在刮刀与筛网间隙3mm-5mm之间、转子半锥角25-27.5°之间、固相体积分数40%以上、粒径0.07mm以上、转速800rpm-1000rpm之间、转速差12rpm-20rpm之间。

(5)运用Minitab软件正交分析影响分离效率相关参数,将影响*大的三个参数进行响应面分析,经过多参数间的交互和优化后,得出较优参数组合,并进行仿真验证。结果表明:优化后的弯刮刀分离效率提高了 16.65%,达到了 89.95%;底面出口含湿量降低了 7.38%,降至 5.55%。