การพัฒนาและการประยุกต์ใช้เครื่องสั่นแบบเชิงเส้นแบบซิงโครนัสด้วยตนเอง

ผู้เขียน: Mao Guozhong, Zhao Baozhong (บริษัทขุดเจาะแม่น้ำเหลืองแห่งสำนักงานบริหารปิโตรเลียม Shengli)

ปัจจุบัน เครื่องสั่นตะแกรงส่วนใหญ่ที่ใช้ในประเทศจีนเป็นเครื่องสั่นตะแกรงแบบแกนเดี่ยว ซึ่งมีวิถีการเคลื่อนที่เป็นวงกลมหรือเกือบวงกลม เครื่องสั่นตะแกรงชนิดนี้มีโครงสร้างเรียบง่าย แต่ประสิทธิภาพในการกรองต่ำ อายุการใช้งานของตะแกรงสั้น และมีการสูญเสียน้ำหล่อเย็นสูง ตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา ได้มีการทดลองและวิจัยเกี่ยวกับเครื่องสั่นตะแกรงเชิงเส้นแบบซิงโครนัสในตัว อย่างไรก็ตาม เนื่องจากรูปแบบโดยรวมของเครื่องสั่น วิธีการยึดตะแกรง ประสิทธิภาพของอีลาสโตเมอร์และมอเตอร์ไม่เป็นไปตามมาตรฐาน เครื่องสั่นตะแกรงจึงมีขนาดใหญ่ ประสิทธิภาพการทำงานไม่เสถียร และอายุการใช้งานของตะแกรงสั้น จนถึงปัจจุบัน ยังไม่มีการนำเครื่องสั่นตะแกรงเชิงเส้นแบบซิงโครนัสในตัวที่ประหยัดและใช้งานได้จริงมาใช้ ในต่างประเทศมีงานวิจัยเกี่ยวกับเครื่องสั่นตะแกรงเชิงเส้นแบบซิงโครนัสในตัวมากมาย บริษัทหลายแห่งได้นำตะแกรงสั่นเชิงเส้นแบบซิงโครนัสแบบติดตั้งเองมาใช้อย่างต่อเนื่อง เช่น บริษัท Derrick ในสหราชอาณาจักร และบริษัท KEM-TRON ในสหรัฐอเมริกา ตะแกรงสั่นเชิงเส้นแบบซิงโครนัสแบบติดตั้งเองได้กลายเป็นอุปกรณ์สำคัญสำหรับการประมูลโครงการขุดเจาะในต่างประเทศ ปัจจุบันตะแกรงสั่นเชิงเส้นส่วนใหญ่ที่ใช้ในประเทศจีนเป็นสินค้านำเข้า ซึ่งส่วนใหญ่นำไปใช้กับแท่นขุดเจาะนอกชายฝั่งและทีมขุดเจาะบ่อลึกบนบก จากผลการใช้งาน พบว่าประสิทธิภาพในการทำให้บริสุทธิ์และความสามารถในการบำบัดของของเหลวขุดเจาะสามารถตอบสนองความต้องการด้านการออกแบบได้ แต่ตะแกรงต้องเปลี่ยนบ่อยครั้ง และตะแกรงนำเข้ามีราคาแพง ดังนั้นจึงเป็นเรื่องเร่งด่วนที่จะต้องพัฒนาตะแกรงสั่นเชิงเส้นแบบซิงโครนัสแบบติดตั้งเองที่มีประสิทธิภาพสูงและอายุการใช้งานยาวนาน ซึ่งเหมาะสมกับสถานการณ์การขุดเจาะภายในประเทศในปัจจุบัน บริษัท Yellow River Drilling ได้นำส่วนประกอบยืดหยุ่นแบบผสมมาใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการกรอง และได้ปรับปรุงโครงสร้างตะแกรงสั่นในหลายด้านเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของตะแกรงสั่นเชิงเส้นแบบซิงโครนัสแบบติดตั้งเอง
หลักการทำงาน
อุปกรณ์กระตุ้นการสั่นสะเทือนแบบซิงโครนัสตัวเองที่มีมอเตอร์สองตัวแสดงอยู่ในรูปที่ 1

โรเตอร์นอกรีตสองตัวมีมวล และ ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์สองตัวตามลำดับ หมุนในทิศทางตรงกันข้ามรอบจุดและบนกล่องด้วยรัศมีและความเร็ว แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางของโรเตอร์ทั้งสองคือ และแรงปฏิกิริยาของสปริงรองรับคือ และ สำหรับกล่องกรองเพื่อให้เกิดการสั่นสะเทือนเชิงเส้น อันดับแรกคือ , , , นั่นคือ แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง
ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 1 ในทุกตำแหน่ง แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางของโรเตอร์นอกรีตจะหักล้างกัน ดังนั้น ทุกครั้งที่โรเตอร์หมุนหนึ่งวงกลม แรงกระตุ้นแบบลูกสูบจะถูกสร้างขึ้นในแนวตั้ง ทำให้กล่องกรองเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงแบบลูกสูบ หากคุณสมบัติของมอเตอร์ทั้งสองตัวในระบบเท่ากัน ความแข็งและการหน่วงของจุดรองรับแต่ละจุดเท่ากัน และไม่มีความแตกต่างของเฟสเมื่อเริ่มต้นใช้งาน บล็อกนอกรีตทั้งสองจะทำงานพร้อมกันภายใต้สภาวะที่เหมาะสม ในการทำงานจริง การทำงานแบบซิงโครนัสไม่สามารถทำได้ตลอดเวลา เนื่องจากตัวกระตุ้นการสั่นสะเทือนทั้งสองถูกติดตั้งบนฐานในมุมที่กำหนด มุมเฟสเริ่มต้นของตัวกระตุ้นการสั่นสะเทือนทั้งสองจึงไม่เท่ากันเนื่องจากแรงโน้มถ่วง และจะมีความแตกต่างของเฟสหลังจากเริ่มต้นใช้งาน ในขณะนี้ แม้ว่าแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่เกิดจากการหมุนและการหมุนเหวี่ยงจะเท่ากัน แต่เนื่องจากมุมที่ต่างกันในทิศทางแนวตั้ง ส่วนประกอบในทิศทางแนวนอนและแนวตั้งจึงต่างกัน จึงเกิดแรงที่ไม่สมดุลขึ้น ทำให้กล่องกรองเคลื่อนที่และแกว่งไปตามสปริงรองรับ การเคลื่อนที่และการแกว่งนี้เองที่ทำให้เกิดและเคลื่อนที่ตามกัน เนื่องจากมีแรงเฉื่อย ความต่างเฟสจึงค่อยๆ ลดลง และในที่สุดความต่างเฟสจะกลายเป็นศูนย์ เข้าสู่สภาวะเสถียรและบรรลุสภาวะซิงโครนัสในอุดมคติ
คุณสมบัติโครงสร้างและพารามิเตอร์ประสิทธิภาพ
2.1 โครงสร้าง
โครงสร้างของตะแกรงสั่นเชิงเส้นแบบซิงโครนัสด้วยตนเองแสดงอยู่ในรูปที่ 2

ในรูปที่ 2 โครงสร้างปรับสมดุลและควบคุมการไหลประกอบด้วยใบพัดนำทางและแผ่นปรับสมดุลการไหล ส่วนกลางของกล่องกรองเป็นโครงสร้างโครงพร้อมคานขวาง ตัวกระตุ้นการสั่นสะเทือนตั้งอยู่ตรงกลางคานขวางในมุมที่กำหนด กลไกปรับมุมถูกติดตั้งที่ด้านซ้ายและด้านขวาของส่วนหน้าของกล่องกรองเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของอนุภาคกรองและการเคลื่อนที่ที่แตกต่างกัน ตาข่ายกรองแบบขอบตะขออัดแรงดึงชั้นเดียวถูกยึดติดแบบสองทิศทางด้วยแผ่นกดขวาง 6 แผ่นและโครงอัดตามยาว แผ่นกดเชื่อมต่อกับกล่องกรองด้วยสลักเกลียวป้องกันการหลุดออกพิเศษ สลักเกลียวและแผ่นกดได้รับการออกแบบให้สอดและหมุนได้ 90° ซึ่งสะดวกในการเปลี่ยนตาข่ายกรอง วิถีการเคลื่อนที่ของอุปกรณ์นี้เป็นแบบเส้นตรง และมีโครงสร้างขนานหน้าจอคู่ (สแตนด์บาย) ซึ่งมีข้อดีคือ ประสิทธิภาพการคัดกรองที่สูง ความสามารถในการประมวลผลขนาดใหญ่ ความสามารถในการใช้ตาข่ายหน้าจอที่ละเอียดมาก และตาข่ายหน้าจอมีอายุการใช้งานยาวนาน
2.2 คุณสมบัติ
(1) วิถีการเคลื่อนที่ของกล่องกรองเป็นแบบเส้นตรง ทำให้เศษวัสดุที่เจาะได้เคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวของตะแกรง และการกำจัดเศษวัสดุก็เป็นไปอย่างราบรื่น มุมของกล่องกรองสามารถปรับได้ ซึ่งเหมาะสำหรับอนุภาคกรองที่แตกต่างกัน และให้ประสิทธิภาพการกรองที่ดี
(2) การนำโครงสร้างควบคุมและปรับการไหลของของเหลวเจาะมาใช้ช่วยลดการกัดเซาะของตาข่ายกรอง
(3) การใช้ตะแกรงอัดแรงและกลไกการยึดตะแกรงสองทางทำให้การเปลี่ยนตะแกรงทำได้สะดวกและรวดเร็วยิ่งขึ้น ขณะเดียวกันก็ช่วยยืดอายุการใช้งานของตะแกรง ตะแกรงที่มีความละเอียดมากกว่า 200 ตาข่ายสามารถใช้งานได้โดยไม่ทำให้รูตะแกรงอุดตันและไม่เกิดการรั่วไหลของน้ำยาเจาะ
(4) การใช้สปริงพิเศษทำให้มีความปลอดภัย ทนทาน และมีระดับเสียงรบกวนต่ำ
2.3 พารามิเตอร์ประสิทธิภาพ
ขนาดตาข่าย : (2 ชิ้น) ;
แอมพลิจูด: ;
ความถี่ในการกระตุ้น: ;
ความสามารถในการประมวลผล: ;
น้ำหนัก: ;
แรงที่น่าตื่นเต้น: .
สถานการณ์การทดสอบภาคสนาม
3.1 เวลล์ หยิง45 - X9
หลังจากการทดลองผลิตต้นแบบที่ประสบความสำเร็จ ได้มีการทดสอบครั้งแรกในบ่อ Ying45 - X9 ซึ่งเป็นบ่อแบบมีทิศทาง มีความลึก 2,500 เมตร เริ่มใช้งานตะแกรงสั่นเมื่อความลึกบ่ออยู่ที่ 780 เมตร ลักษณะของชั้นหินส่วนใหญ่เป็นหินโคลน และความหนืดสูงสุดของของเหลวเจาะอยู่ที่ 50 วินาที นับตั้งแต่เริ่มใช้งานตะแกรงสั่นจนกระทั่งเสร็จสิ้นการขุดเจาะ ตะแกรงสั่นทำงานเป็นเวลา 210 ชั่วโมง มีการเปลี่ยนตะแกรงสั่น 5 ชิ้นในชั้นล่าง แบ่งเป็น 2 ชิ้น ขนาด 60 เมช และ 3 ชิ้น ขนาด 40 เมช ระยะเวลาใช้งานเฉลี่ยอยู่ที่ 42 ชั่วโมง ตะแกรงสั่นที่เปลี่ยนส่วนใหญ่มาจากตะแกรงหมายเลข 2 และตะแกรงของตะแกรงหมายเลข 1 และ 3 อยู่ในสภาพดี ตะแกรงสั่น 2 ชิ้น ขนาด 175 เมช ถูกนำมาใช้ในชั้นบน และไม่เสียหาย ตะแกรงสั่นทำงานได้อย่างเสถียร และกลไกควบคุมการปรับมุมและการไหลให้สมดุลก็ทำงานได้ตามปกติ สิ่งนี้พิสูจน์ได้ว่าโครงสร้างพื้นฐานของตะแกรงสั่นสามารถใช้งานได้จริงและสามารถใช้ตะแกรงละเอียดได้ ปัญหาที่มีอยู่คืออายุการใช้งานของตะแกรงสั้น จากการวิเคราะห์พบว่าสาเหตุหลักมาจากความแข็งแรงโดยรวมของกล่องตะแกรงไม่เพียงพอ และการสั่นสะเทือนของตะแกรงและกล่องตะแกรงไม่สามารถเกิดขึ้นพร้อมกันได้อย่างสมบูรณ์
3.2 บ่อน้ำ Wang24 - X30
การทดสอบตะแกรงสั่นครั้งที่สองดำเนินการในหลุมเจาะทิศทาง Wang24 - X30 ความลึกของหลุมที่เสร็จสมบูรณ์คือ 2,325 เมตร เริ่มใช้งานตะแกรงสั่นเมื่อความลึกของหลุมอยู่ที่ 750 เมตร ใช้งานไปทั้งหมด 192 ชั่วโมง เปลี่ยนตะแกรงสั่นสามชิ้น ขนาด 40 เมช ความหนาแน่นของของเหลวเจาะคือ 0.5 และความหนืดสูงสุดคือ 55 วินาที ระยะเวลาใช้งานเฉลี่ยของตะแกรงสั่นคือ 64 ชั่วโมง และส่วนประกอบอื่นๆ ทำงานได้ตามปกติ ซึ่งพิสูจน์ได้ว่าการปรับปรุงตะแกรงสั่นได้ผลดี สาเหตุของความเสียหายของตะแกรงสั่นสองชิ้นในครั้งนี้เกิดจากปัจจัยจากมนุษย์ กล่าวคือ สกรูยึดตะแกรงสั่นหลวมและไม่สามารถตรวจพบได้ทันเวลา ส่งผลให้เกิดการสะสมของทรายและตะแกรงสั่นเสียหายก่อนเวลาอันควร จากการทดสอบบ่อทั้งสอง พบว่าตะแกรงสั่นยังต้องปรับปรุงในรายละเอียดต่างๆ เช่น การติดตั้งอุปกรณ์ทางเข้าของของเหลวเจาะ การยึดตะแกรง และความแข็งแรงของกล่องตะแกรง ดังนั้นจึงได้เพิ่มโครงสร้างตะแกรงคู่ขนาน ตาข่ายตะแกรงชั้นเดียว กลไกการยึดตะแกรงสองทาง และกล่องบัฟเฟอร์แบบรวม
3.3 บ่อน้ำ Jiao5 - X281
หลังการปรับปรุง ได้มีการทดสอบตะแกรงสั่นในบ่อเจาะทิศทาง Jiao5 - X281 ความลึกของบ่อที่เสร็จสมบูรณ์คือ 2,560 เมตร วงจรขนาดเล็กเริ่มต้นที่ 750 เมตร และชั้นหินด้านบนส่วนใหญ่เป็นหินโคลน ความหนืดสูงสุดของของเหลวเจาะคือ 60 วินาที ตะแกรงสั่นทำงานเป็นเวลา 130 ชั่วโมง โดยใช้ตะแกรงแบบมีขอบตะขอขนาด 60 ตาข่าย โดยไม่ต้องเปลี่ยนใหม่ ไม่เกิดการรั่วไหลของของเหลวเจาะ และไม่มีการอุดตันของรูตะแกรง เนื่องจากการแสดงผลของน้ำมันและก๊าซไม่ดี จึงมีการเติมบ่อและเจาะใหม่ ตะแกรงสั่นใช้งานต่อไปอีก 120 ชั่วโมง ตะแกรงถูกใช้งานเป็นเวลารวม 250 ชั่วโมงโดยไม่เกิดความเสียหาย หลังจากนั้น ตะแกรงสั่นถูกใช้งานในบ่อ Guangbei9 - 16 เป็นเวลา 168 ชั่วโมง ตะแกรงหมายเลข 1 ถูกใช้งานเป็นเวลารวม 418 ชั่วโมง และตะแกรงหมายเลข 2 ถูกใช้งานเป็นเวลา 380 ชั่วโมง ในบ่อน้ำมันกวง 3 - X28 ตะแกรงถูกใช้งานเป็นเวลา 102 ชั่วโมงและทำงานได้ตามปกติ ณ เดือนตุลาคม พ.ศ. 2545 ได้มีการติดตั้งตะแกรงสั่นเชิงเส้นแบบซิงโครนัสด้วยตนเองมากกว่า 80 เครื่องในแหล่งน้ำมันเซิ่งลี่ หัวเป่ย ต้าชิง เหลียวเหอ และแหล่งน้ำมันอื่นๆ โดย 64 เครื่องอยู่ในแหล่งน้ำมันเซิ่งลี่ ตะแกรงเหล่านี้ถูกนำไปใช้กับบ่อน้ำมันมากกว่า 1,000 บ่อ รวมถึงบ่อแนวนอน 38 บ่อ บ่อทดสอบทางวิทยาศาสตร์ 6 บ่อ และบ่อแบบมีทิศทาง 62 บ่อ นอกจากนี้ยังได้ติดตั้งในบ่อเสว่กู่ 1 และเสว่กู่ 2 โดยร่วมมือกับเชฟรอนในแหล่งน้ำมันเซิ่งลี่ และได้รับคำชื่นชมอย่างสูง เมื่อเทียบกับตะแกรงสั่นแบบเดิม ต้นทุนการขุดเจาะเฉลี่ยต่อหลุมลดลงประมาณ 14,000 หยวน
บทสรุป
(1) การเคลื่อนที่ของตะแกรงสั่นเชิงเส้นแบบซิงโครนัสด้วยตนเองนั้นทำได้ง่าย และมีข้อดีคือมีโครงสร้างเรียบง่าย การทำงานที่เชื่อถือได้ ประสิทธิภาพสูง และอายุการใช้งานยาวนาน
(2) เค้าโครงโดยรวมของตะแกรงสั่นเชิงเส้นแบบซิงโครนัสด้วยตนเองนั้นมีความสมเหตุสมผล โดยมีปริมาตรเล็ก โครงสร้างกะทัดรัด และง่ายต่อการขนส่งและการติดตั้ง
(3) เครื่องกรองแบบสั่นเชิงเส้นแบบซิงโครนัสในตัวสามารถใช้ตะแกรงที่มีความละเอียดพิเศษมากกว่า 200 ตาข่ายได้ มีผลในการทำให้ของเหลวสำหรับการเจาะบริสุทธิ์สูง สร้างเงื่อนไขสำหรับการให้ของเหลวสำหรับการเจาะที่มีเฟสของแข็งต่ำคุณภาพสูง และสามารถลดอุบัติเหตุในหลุมเจาะได้ในเวลาเดียวกัน
(4) หน้าจอสั่นนี้ใช้สปริงพิเศษที่มีระดับเสียงรบกวนต่ำซึ่งเป็นประโยชน์ต่อสุขภาพของบุคลากรด้านวิศวกรรม
อ้างอิง
[1] กง เหวียน. เทคโนโลยีและอุปกรณ์ควบคุมของแข็งของของเหลวที่ใช้ในการขุดเจาะ ปักกิ่ง: สำนักพิมพ์อุตสาหกรรมปิโตรเลียม, 1995 - 04
[2] Shen Hong. คู่มือวิศวกรรมเครื่องกล. ปักกิ่ง: สำนักพิมพ์อุตสาหกรรมเครื่องจักรกล, 1983 - 11

คำชี้แจง: บัญชีสาธารณะนี้เคารพในความคิดริเริ่ม คัดลอกมาจากบทความนี้: China Screening Machinery Network หากมีการละเมิดใดๆ โปรดติดต่อเพื่อลบออก