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一、钻井工程:什么是固控系统
钻井固控系统是指：专门为钻机钻采过程中配套的一整套泥浆固体颗粒控制系统。他由多个固控设备组成，包括：泥浆振动筛，泥浆清洁器，真空除气器，除砂器，除泥器，中速离心机，高速离心机，泥浆搅拌器，泥浆搅拌罐，射流混浆器，砂泵及其他泵类等。
钻井固控系统的主要作用是为了在钻井过程造浆制浆，为钻井工程提供润滑，携带岩屑，降低安全风险等问题。
ZJ40钻机固控系统ZJ50Z钻机固控系统
二、固相控制
8.3.1固控设备（图8.12至图8.14；表8.1）
图8.12F-1600HL泥浆泵
图8.13美国DERRICK公司固控系统（振动筛、除砂器、除泥器）
图8.14离心机
表8.1FL-1600泥浆泵的技术参数
8.3.2固相含量控制设计
（1）钻井液振动筛GNZS系列钻井液振动筛是用于钻井泥浆净化系统一级固控设备，该振动筛吸取国内外同类产品的设计经验和先进技术，采用进口的激振电机。该钻井液振动筛可以根据需求实际改造成双联或三联。同时该设备也可作为泥浆清洁器的底流振动筛用。该钻井液振动筛具有振动强度高、筛分面积大、筛箱角度可调、结构紧凑、性能卓越、性价比高等优点。如图8.15所示。
图8.15钻井液振动筛
该钻井液振动筛参数如表8.2所示。
表8.2钻井液振动筛技术参数
GNZS系列直线振动筛广泛应用于石油钻井、冶金、建材、化工、耐火、水泥、陶瓷、粮食、食品等各行各业中，用于对各种物料不同程度的分级作业。它可用于流水线作业中，实现自动化。
GNZS系列直线振动筛与其他类型的振动筛相比具有以下特点：
1）体积小，重量轻，结构简单，安装方便，维修容易。
2）噪声小，耗能少，效率高，造价低。
3）筛分精度高，无粉尘污染，有利于环境保护。
4）可更换多种振动筛筛网，使用寿命长。
（2）钻井液除砂器
ZQJ系列旋流除泥器是处理钻井液的二、三级固控设备，根据旋流器直径的大小不同，分为除砂器和除泥器。一般6in以下的旋流器组合称为除泥器，是钻井作业中的三级固控设备，常用的是5in和4in旋流器，主要用于分离钻井液中粒度为15～47μm的固相颗粒。根据要求的处理量大小，选择几组旋流器组合成除泥器。冠能固控的旋流除泥器广泛应用于石油钻井，水平定向钻井的旋流除泥分离。如图8.16所示。
该旋流除砂器参数如表8.3所示。
钻井液除砂器由进液管、排砂锥斗和排砂口构成，排砂锥斗内，设有旋转构件，旋转构件的筒壁开有分离窗，旋转构件的上部筒壁、一组锥形槽和进液管构成钻井液上升构件，除砂器的叶片布置在旋转构件的内底，排砂调节器控制排砂量。钻井液由进液管进入旋转构件，经叶片离心旋转，液体上升到分离窗处时砂粒与钻井液分离，砂粒经分离窗排到排砂锥斗内，分离后的钻井液进入到上升构件，钻井液由锥形槽的排液口进入钻井液槽内。排砂锥斗内的砂粒，经排砂调节器控制的排砂口排出。
图8.16旋流除砂器
表8.3旋流除砂器技术参数
（3）钻井液除泥器
旋流除泥器是处理钻井液的二、三级固控设备，根据旋流器直径的大小不同，分为除砂器和除泥器。一般6in以下的旋流器组合称为除泥器，是钻井作业中的三级固控设备，常用的是5in和4in旋流器，主要用于分离钻井液中粒度为15～47μm的固相颗粒。根据客户要求处理量的大小，选择几组旋流器组合成除泥器。冠能固控的旋流除泥器广泛应用于石油钻井，水平定向钻井的旋流除泥分离。如图8.17所示。
该旋流除泥器参数表8.4所示。
钻井液除泥器，分离能力高，分离粒度范围广；旋流器底流口呈带压伞状“湿底”排砂使分离区内的颗粒能迅速排出，减少了底流口堵塞的概率；先进的小型两筛网泥浆振动筛处理量大，噪声小，筛网寿命长；对称的进液机构使旋流分配合理、工作稳定。
（4）钻井液离心机
LW系列钻井液卧式螺旋卸料沉降离心机（DecantingCentrifuge）是针对石油钻井液的特点，设计的固液分离专用设备，可在全速运转下完成进料、离心沉降、卸料等各道工序，主要用于回收重晶石，清除细小固体，降低钻井液的固体含量，控制钻井液的密度、黏度，保证钻井液的性能以及对快速钻井均有重要作用。钻井液卧式螺旋卸料沉降离心机是利用离心沉降原理对钻井悬浮液进行分离，悬浮液由进料管经螺旋推料器中出液孔进入转鼓，在离心力的作用下固相颗粒被推向转鼓内壁，通过螺旋推料器上的叶片推至转鼓小端排渣口排出，液相则通过转鼓大端的溢流孔溢出。如此不断循环，以达到连续分离的目的。沉降型离心机属于卧式螺旋离心机范畴，全称卧式螺旋沉降型离心机。如图8.18所示。
图8.17旋流除砂器
表8.4旋流除泥器参数
钻井液离心机参数如表8.5所示。
LW系列油田离心机由主机、供液系统和控制系统三大部分组成，大容量离心机同高速离心机配套使用，可以实现三筛、两机固控系统方案，从而简化了固控系统，减少用点功率，提高了净化效率。卧式螺旋离心机具有其他离心机不可比的优点：
1）对物料的适应性较大，能分离的固相粒度范围广0.005～2mm，在固相粒度大小不均时也能照常分离。
图8.18钻井液离心机
表8.5钻井液离心机相关参数
2）能自动、连续、长期运转，维修方便，能够进行封闭操作。
3）单机生产能力大，结构紧凑，占地小，操作费用低。
4）可以实现远程自动化控制。
8.3.3钻屑体积变形分析
8.3.3.1井下状态分析
在井下10000m处主要为岩浆岩，5000m处有为沉积岩。深层的岩浆岩主要有花岗岩、闪长岩、辉长岩、橄榄岩等。深层沉积岩有砂岩、灰岩、白云岩、石灰岩等。
根据海姆假说：在岩体深处的初始垂直应力与其上覆岩体的重力成正比，而水平应力大致与垂直应力相等。而对于5000m及10000m属于深部，地应力计算应该遵循海姆假说。
在不考虑地层的构造应力，仅考虑自重应力的情况下（岩石密度取2.6g/cm3（2.5～2.8g/cm3），钻井液密度取1.3g/cm3）岩石应力为：
科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（中册）
钻井液应力为：
科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（中册）
地温计算，地壳的近似平均地热梯度是每千米25℃，这里取每百米3℃，地表取为0。
科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（中册）
8.3.3.2温度和压力对岩石弹性模量的影响
（1）自重应力及高围岩压力对岩石弹性模量影响
1）岩石抗压强度：三轴等压强度>三轴不等压强度>单轴抗压强度，所以深部地层岩石的抗压强度要较单轴情况下大很多。
2）岩石的变形：三轴等压下变形<三轴不等压变形<单轴抗压变形。
所以三向高应力条件下，抗压强度大很多，变形要较小，因此，在三向高应力下弹性模量可取单轴下的2～3倍，见图8.19。
图8.19砂岩不同围岩下应力应变
（2）温度对弹性模量影响（图8.20，图8.21）
图8.20温度对砂岩及石灰岩弹性模量的影响
图8.21温度对花岗岩等弹性模量的影响
因此，300°时弹性模量可略取常规下的80%，150°下可取常规下的90%。
8.3.3.3岩屑变形量计算
（1）选取岩石弹性模量，见表8.6。
表8.6部分岩石的弹性模量
所以，粗略的岩浆岩的弹性模量可取80GPa，沉积岩的弹性模量可取40GPa。
（2）确定岩石线弹性系数，见表8.7。
表8.7部分岩石的线膨胀系数
因此，岩石的一般线膨胀系数可取2×10-6/℃。
（3）体积变形计算
变形包括应力变化引起的变形和温度变化引起的变形两方面。应力变形又可分为两部分，第一部分为岩石钻碎后的体积变形，第二部分为岩屑上浮过程中应力变化引起的体积变形，
第一部分：
科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（中册）
第二部分，无论在井下10000m还是5000m，上浮过程中压力变化分别为130MPa和65MPa。因此，在此过程中的总体体积变形与第一部分相同，同为0.3%
温度变形计算。假设钻井液到达地面后温度为70°，温度引起的体积膨胀系数取3倍，则
科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（中册）
中国共产党人的精神谱系丨载人航天精神
原创2021-09-16 10:15·中国军号
来源：学习军团·解放军新闻传播中心融媒体我们注重传承优良传统，发扬特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献的载人航天精神，彰显了坚定的中国特色社会主义道路自信、理论自信、制度自信、文化自信，为坚持和发展中国特色社会主义增添了强大精神力量。——习近平
载人航天，梦想闪耀在太空■解放军报记者谭靓青王凌硕通讯员邓孟郑伟杰在数百公里高的太空遥望地球，是怎样的迷人景象？渤海湾、黄河入海口、长江入海口……蓝白色的地球上，祖国各种标志性的地理位置清晰可辨。这一幕，来自9月7日中国载人航天工程办公室发布的一条高清视频——神舟十二号航天员在轨拍摄的“从太空看地球”。视频中，航天员汤洪波变身Vlogger，带着观众来了一场沉浸式的太空之旅。“今天是第一次如此明确地，清晰地看到北京，好开心。”空间站里，汤洪波和大家分享着喜悦。与此同时，数百公里外的地面上，网友们纷纷感慨：“这可以称得上是拍摄海拔最高、运动速度最快的Vlog了。”坐地日行八万里，巡天遥看一千河。千年之前古人的梦想，在今天变为现实。梦想成真背后，是值得永载史册的中国载人航天工程。载人航天事业是人类历史上最为复杂的系统工程之一。当今世界，发展载人航天是国家综合国力的直接体现。今年，距离中国第一艘载人航天飞船神舟五号成功发射、第一位航天员杨利伟首次遨游太空仅仅过去了18年。18年，中国实现了从载人航天到空间站时代的跨越。在这一跨越巨大的征程中，我国航天工作者不仅创造了非凡的业绩，而且铸就了“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”的载人航天精神。今天，让我们走近一个伟大的梦想，走近一群人熠熠发光的青春芳华。一次青春与时间的角力初秋时节，记者来到浩瀚的巴丹吉林沙漠深处。一片绿洲像一颗璀璨的明珠，镶嵌在古老的弱水河畔。远远望去，发射塔架巍巍矗立，酒泉卫星发射中心就坐落在这里。酒泉卫星发射中心是我国组建最早、规模最大的综合性航天发射中心，也是我国目前唯一的载人航天发射场。今年6月17日9时22分，长征二号F遥十二运载火箭托举着神舟十二号载人飞船，以一往无前之势冲入澄澈霄汉。随后，飞船成功进入预定轨道，并完成太阳翼展开。这是中国空间站阶段首次载人飞行任务，是中国载人航天史上又一壮举。遨游宇宙太空，难忘启程之艰。在酒泉卫星发射中心历史展览馆的序厅，左右各有一根立柱雕塑，一侧为古代飞天，一侧为载人航天。两根立柱遥相呼应、交相辉映，寓意着中华民族千年的飞天梦想在这里成为现实。63年前，一群年轻人准备去莫斯科航空学院学习。大部分人获得批准，只有一位20多岁的年轻人未能如愿，因为他的专业是导弹总体设计。他的名字叫戚发轫，后来成了钱学森的学生。当时的他并没有气馁，而是在这条路上坚定地走了下去。直到1992年9月21日，中央决策实施载人航天工程，59岁的戚发轫担任神舟飞船总设计师。我国航天事业起步晚、基础薄，相比美俄有着数十年的差距，中国载人航天工程该走怎样的发展道路？工程首任总设计师王永志说：“我们要横空出世，一起步就要赶超到位。”“赶超”的时间是用一代代航天人的青春换来的。回想起艰苦攻关的岁月，戚发轫说：“我们白天做晚上做，星期天星期六也做，过年过节也做。”轻描淡写的话语背后，是无数航天人奋斗不息的日日夜夜。1996年，中国空间技术研究院准备试制神舟飞船相关产品。为了赶上任务的进度，全国五一劳动奖章获得者王连友所在班组需要在10天内完成飞船金属壳体的组合加工。当时，专为此次任务引进的设备刚组建好，外方技术人员认为中国工人不可能在短时间内掌握设备操作能力，加工大型复杂产品。然而，王连友和工友们24小时吃住在机床边，硬是抢在节点前完成了加工任务。面对各种艰苦环境的考验，广大航天工作者在戈壁大漠、浩瀚海洋和科研院所默默奉献着青春年华：在荒凉的戈壁滩上建起了国际一流的发射场，规模宏大、充满现代科技气息的航天城也拔地而起，高技术集成的指挥控制中心、先进的航天测控网开始启用……1999年11月20日6时30分，我国第一艘无人飞船神舟一号自酒泉卫星发射中心发射升空，并于次日凌晨成功返回，不仅顺利返回主着陆场，而且离预定着陆点只有几公里。“神舟飞船采用三舱设计的同时，进行了改进和重大技术创新。用时这么短，简直不可思议。”这一幕，让当时的俄罗斯专家忍不住赞叹。时至今日，“神一”仍然常常被戚老挂在嘴边：“我对‘神一’最有感情。因为‘神一’是从无到有，风险很大，成功了很不容易。”加速！赶超！中国航天用短短七年走完了发达国家用三四十年走过的路。铺就这条追赶之路的，正是一代代航天人的青春芳华。一面面飘扬在太空的五星红旗身着中国自主研制的新一代“飞天”舱外航天服，航天员刘伯明成功开启天和核心舱节点舱出舱舱门。将近3小时后，航天员刘伯明、汤洪波先后从天和核心舱节点舱成功出舱，并完成在机械臂上安装脚限位器和舱外工作台等工作。期间，在舱内的航天员聂海胜配合支持两名出舱航天员开展舱外操作。这一天，是2021年7月4日。距离刘伯明上一次太空之旅，已经过去了13年。13年前，在神舟七号的首次出舱活动任务中，刘伯明和战友翟志刚、景海鹏经历了一次惊心动魄的考验：打开舱门之时，轨道舱突然响起刺耳的火灾警报声。刘伯明沉着地将国旗递给了自己的战友翟志刚。通过电视信号，全世界观众见证了这面由科技人员绣织而成的五星红旗在太空飘扬。这是中国历史上第一次太空漫步。返回后，三名航天员道出了当时的想法：“如果回不来了，就把这舞动国旗的画面，作为我们的永别吧。”幸运的是，警报原来是仪表出现误报，只是虚惊一场。“航天员是载人航天活动的先锋，他们随时准备牺牲自己的生命。”一位老航天人曾在日记中这样说，“最让人感动的是，有那么多年轻人为了这个牺牲的机会，用尽所有力气去努力。”至今，中国人民解放军航天员大队已经诞生23年，来自五湖四海的航天员为了同一个梦想，汇聚在一起。千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金。成为航天员的道路上有普通人难以想象的艰难险阻，苏联航天员列奥诺夫曾形象地称其为“上天的阶梯”——低压缺氧训练，航天员相当于以每秒15米的速度，被提升至海拔5000多米的唐古拉山。冒着氮气在血管中形成气泡甚至气栓的危险，他们的训练每次都要持续30分钟以上。超重耐力训练，航天员要在时速100公里旋转的离心机里，承受40秒的8倍重力加速度，呼吸变得异常困难。但他们手边请求暂停的红色按钮，23年从未按下。如今，记者来到北京航天城的载人航天展览馆。在展馆的显著位置，记者驻足于一面五星红旗前，不禁想起当年那个特殊的历史时刻。2003年，航天员杨利伟乘神舟五号飞船，在茫茫太空，将五星红旗和联合国旗帜一同庄严展示于太空。杨利伟第一次天地往返；翟志刚第一次出舱行走；刘旺第一次手控对接，打出漂亮的“太空十环”；王亚平第一次太空授课，为广大青少年播下科学和梦想的种子；景海鹏和陈冬第一次中期驻留，顺利叩开中国空间站时代的大门；聂海胜、刘伯明、汤洪波第一次进入天和核心舱，进驻中国人自己的空间站……一面面飘扬在太空的五星红旗，展现了一个历史悠久又朝气蓬勃的大国形象，表达着一个不畏艰难、百折不挠的民族的雄心壮志。一个温暖的“太空家园”近期，一条“太空出差三人组”的新闻刷屏网络。转眼已近中秋佳节，近400公里外的航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波的“出差进度条”已经超过三分之二。看到这个新闻，我国载人航天工程总设计师周建平的心情，一如10年前的那个傍晚一样难以平静。2011年9月29日，我国在酒泉卫星发射中心将自主研制的首个目标飞行器“天宫一号”发射升空，标志着中国载人航天飞行迈出意义非凡的一步。望着远处的发射塔架，周建平一时有些失神。这是一次需要勇气和担当的抉择。按照我国载人航天工程“三步走”战略部署中原本的计划安排，此次发射本来不在计划之列。但随着2008年神舟七号乘组完成太空行走任务，中国载人航天的工程能力和技术储备已达到更高水平。沿袭10多年前制定的方案推进，可能错过创新赶超的重大机遇。中国航天不能再错过超越的机会。10年之后，2021年4月29日，随着空间站天和核心舱在海南文昌发射场成功发射，中国已经迈入“第三步”载人航天新征程。这一天，酒泉卫星发射中心工程师柳晗拿出一张特殊的合影。照片上，一个小女孩站在一面五星红旗前笑得灿烂。这个小女孩是柳晗的女儿，为她拍摄照片的是柳晗。如今，柳晗已经参加过几十次卫星发射任务和4次载人航天发射任务，实现了他的夙愿。早在1958年，柳晗的爷爷柳焕章、奶奶张淑娟就跟随志愿军，从朝鲜前线转战茫茫戈壁，为首枚东风导弹和首颗人造卫星“东方红一号”做基础建设。不仅是爷爷奶奶，柳晗的父亲柳林、母亲韩丽玲也一直战斗在航天发射第一线。为了太空上的中国“家园”建设，许许多多像柳晗一样的航天人放弃了与家人的团聚。从1992年到2021年，29年峥嵘路，“神五”“神六”“神七”，直到“神十二”，“单人单天”“多人多天”“太空漫步”，再到建立我们温暖的“太空家园”……有外媒评价：“短短几十年，中国已经从航天领域的‘新手’晋升到‘大师’，这简直是个奇迹。”其实，人类任何的伟大壮举，都不能没有精神作支撑。在圆梦太空的实践中，中国航天人铸就了伟大的载人航天精神。有人比喻称，“如果说中国载人航天工程是一艘飞船的话，在无数推进器中，载人航天精神无疑是动力最强劲的一个。”奔赴星空的旅途上，“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”的载人航天精神宛若我们心中的一颗“长明星”。这星光不会随时间流逝而磨灭。灿烂星光下，是一代代航天人夜以继日的青春。时空穿越发射场上的警示钟■奉青玲解放军报记者王凌硕在酒泉卫星发射中心载人航天发射场垂直总装测试厂房西北角，威严矗立着一座警示钟。来到发射场工作18年，从一个新人成长为载人航天任务0号指挥员，发射场工程师邓小军记不清自己是第几次来到这个警示钟前了，只记得那个铭刻在心头的故事——2000年12月31日下午3时7分，神舟二号飞船发射的前几天，船箭组合体即将垂直转运至发射工位，一岗技术人员与试验队二岗指挥操作失误，造成了船箭组合体与厂房工作平台发生了挤压。那次火箭被撞后，全国各地的相关专家第一时间赶往发射场，参与火箭补救工作，一线工作人员更是二十四小时待命。四天四夜，大家对火箭进行了全面的测试检查。最终神舟二号飞船选择在第二个发射窗口实施发射，比原计划整整推迟了四天。“我们搞载人航天的，稍不留神，就会或多或少地出现失误。即便是极小的失误，对载人航天事业来说，都有可能是一场灾难。”抚摸着警示钟，邓小军遗憾地说，“因为一个小小的失误，我们付出的代价无法用金钱来衡量。”神舟五号飞船成功发射后，酒泉卫星发射中心发射测试站在垂直总装测试厂房西北角铸起了一座警示钟。此后，新来的科技人员入职前都要来到这里，站在警示钟前，接受上岗前的第一堂课。对航天人来说，成功是差一点点的失败，失败是差一点点的成功。从入职第一次见到警示钟到现在，邓小军深深领悟了“质量就是生命”这条载人航天准则。“每当放松警惕，出现麻痹大意时，我都会想起这座警示钟，警醒自己。”邓小军说。在今年的神舟十二号任务中，在火箭总检查数据比对分析时，技术总体部门工程师滕云万里，发现火箭二级一个压力参数比正常大气压力值高了0.036MPa，便提出进行复查。最后经过查证，证明相关产品是合格的，但发射场慎之又慎，还是换掉了该产品，以保证整体性能达到更好的状态，确保飞船不带一丝隐患上天。最终，神舟十二号飞船搭载着三名航天员顺利飞向太空。又是一天清晨，新一轮的朝阳从发射场冉冉升起，警示钟披上了一层金色的外衣，提醒着来来往往的科技人员，踏踏实实走好每一步。（学习军团·解放军新闻传播中心融媒体出品）【WINDRISES MINIPROGRAM PROMOTION】尊享直接对接老板
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