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由于在欠平衡钻井过程中钻井液液柱压力小于地层孔隙压力,地层流体会进入井眼经钻井液循环系统返至地面,对钻井设备、钻井现场人员以及环境造成危害,所以需要对欠平衡钻井过程中返出的钻井液进行必要的处理。常规欠平衡钻井应用于不含硫化氢等有害物质的地层中,因此从井内返出的钻井液可通过常规地面分离系统进行分离;对于含有硫化氢或易挥发的烃类物质的地层,钻井液在欠平衡钻井过程中必须使用密闭循环钻井系统进行循环分离。密闭循环钻井系统是在含硫地层实施欠平衡钻井作业的必配装备,它可使钻井液在密闭条件下得到分离,同时使分离的废物及有害物质得到妥善处理。国内还没有掌握密闭循环钻井核心技术,并且缺乏四相分离器等关键装备,加上国外的技术垄断,更加大了破解高含硫压力敏感性储层钻井技术的难度。基于此,需要开展以液气分离器与密闭振动筛为核心装备的密闭循环钻井系统研究。本文针对以液气分离器与密闭振动筛为核心装备的密闭循环钻井系统中,振动筛内硫化氢等气体逸散至大气对人员和环境造成危害的问题,提出密闭振动筛气体抽离方案,以硫化氢气体为研究对象,计算了振动筛分的过程中硫化氢气体的析出量,分析了振动筛内温度、压力及振动筛振动特性对钻井液气液分离的影响;为实现硫化氢的高效率抽离,优化设计了密闭振动筛气体抽离系统方案;分别采用理论分析与数值模拟方法,分析了密闭振动筛气体抽离系统的抽离压力对钻井液振动筛的处理量的影响。开展的密闭振动筛内气体抽离研究,为解决含硫地层的欠平衡钻井难题提供了一种可行的技术手段。主要工作如下:(1)计算不同液气分离器内压和不同振动筛内压下的硫化氢气体析出量,分别采用MATLAB仿真计算分析了钻井液温度、振动筛内压力对气液分离的影响,采用Fluent模拟振动筛振动特性对气液分离过程的影响,研究钻井液振动筛分过程中气体析出钻井液的规律。(2)使用Fluent对振动筛内硫化氢气体抽离过程进行数值模拟,使用Designexpert设计振动筛气体抽离数值模拟试验方案。根据数值模拟各组试验的硫化氢抽离效率结果,建立振动筛内气体抽离效率的响应面模型,并结合单目标优化方法,对模型进行寻优计算与分析,得到了抽离效率最优的抽离系统方案。(3)根据流体力学基本原理,建立振动筛内负压时钻井液在筛网上流动与透筛的运动方程和连续性方程。使用Fluent建立筛网上端负压时振动筛流场模拟,对比密闭振动筛内负压状态下钻井液振动筛的钻井液流动理论与数值模拟结果,验证数值模拟方法的准确性。采用数值模拟方法,分析了密闭循环系统的振动筛气体抽离系统对振动筛钻井液处理量的影响,验证抽离系统方案的可行性。