针对长期以来对钻井液振动筛的研究侧重于动力学方面,而不注重动态筛分过程,特别是关于平衡椭圆运动振动筛的筛分机理研究不够的现状,本文对椭圆运动钻井液振动筛的筛分机理及优化设计进行了深入研究。对筛分过程的研究表明,水平筛网垂直方向加速度明显大于-9.8m/s~2并处于上行阶段才容易产生液体透筛流动,垂直方向加速度越大,液体透筛速度越大;一个振动周期中包括液体透筛段、颗粒抛掷段和过渡段,加速度椭圆上部对应于筛网上行的区段为主要的液体透筛区;激振力幅相同时,与正循环激振工况相比,逆循环椭圆筛液体透筛速度较大,颗粒向后抛掷明显,向前输运速度较小;颗粒向后抛掷能够诱导颗粒团聚,减少颗粒透筛,并将嵌入筛孔的颗粒带出,实现筛网的自清洁,使振动筛外排钻屑干度高、处理量大。根据流体流动的基本理论,建立了包括振动源项的钻井液振动筛多相流动数学模型,首次模拟了透过真实结构运动筛网的流动,得到了液体透筛的静态和动态压降系数,发现筛网与流体同向运动时筛网压降系数较大,液体不易透筛,而逆向运动时筛网压降系数较小,易于液体透筛。根据透筛段的压降系数,提出了基于平均压降系数的全筛流动计算方法,得到了气液两相分布和液相终止线。从动能定理出发,针对筛面润湿颗粒状况提出颗粒团聚的不等式判据,创建了基于不等式判据的功量判别团聚模型和滚动包容团聚模型,分析了碰撞颗粒团聚和毛细结合态团聚体粘附捕捉的机理,预报了可形成颗粒团的单颗粒极限尺寸,解释了筛面上颗粒团尺寸分布,并首次提出诱导颗粒团聚技术是突破钻井液振动筛分瓶颈的关键。对侧装电机振动筛进行了动力学计算,研究了关键参数与筛箱应力强度的关系,分析了弹簧动刚度对振动筛运行平稳度的影响,提出了振动筛运行平稳度量化评价方法,并开发了基于动刚度的复合弹簧非线性设计方法,改变了过去一直沿用的振动筛弹簧单参数设计理念。应用逆循环激振模式及高频小振幅的理念,设计了典型的侧装电机钻井液振动筛,现场试验表明逆循环激振平衡椭圆筛处理量比同规格直线筛高30%以上,排出钻屑干度高出20%左右,其筛分效果也明显优于正循环激振椭圆筛,与理论结论一致,从而填补了钻井液筛分领域的理论和技术空白,为钻井液固控技术的发展提供了坚实的理论和设备支撑。