图3-11水力旋流器
水力旋流器与一般分离机械不同，它没有运动部件，是利用钻井液中固、液相各颗粒所受的离心力大小不同进行分离。切向进入的具有一定压力的钻井液，在旋流器内腔旋转时产生离心力，质量较大的固相颗粒受到较大的离心力，其足以克服钻井液的摩擦阻力，被甩到旋流器的内壁上，并靠重力作用向下旋流，由排砂口排出;而质量小的固相颗粒及轻质钻井液则螺旋上升，经溢流管输出。
2.旋流器的分类
旋流器上部壳体圆筒部分的直径是决定旋流器钻井液处理量及分离钻井液中泥砂颗粒大小的重要因素，圆筒部分的直径称为旋流器的名义尺寸。下部壳体的圆锥角一般在15°～20°之间，底流口直径在10～30mm 之间。一般情况下由一组名义尺寸在150～300mm 之间的旋流器组成的净化设备称之为除砂器，由一组名义尺寸在50～125mm之间的旋流器组成的净化设备称之为除泥器。
1）除砂器
根据除砂器对钻井液处理量的大小，一般情况下除砂器由1～3个150～300mm的旋流器组成。每个旋流器的处理能力，在进液压力为0.2MPa 时不低于 20～120m²/h。正常工作的除砂器能清除约95%大于74μm的岩屑和约50%大于40μm的岩屑。为了提高使用效率，在选用除砂器时其许可处理量必须为钻井时最大排量的125%。
2）除泥器
根据除泥器对钻井液处理量的大小，一般情况下除泥器由4个以上50～125mm的旋流器组成。每个旋流器的处理能力，在进液压力为0.2MPa时不低于5～15m²/h。正常工作的除泥器能清除约95%大于40μm的岩屑和约50%大于15μm的岩屑。除泥器能除去12～13μm 的重晶石，因此不能用它来处理加重钻井液。在选用除泥器时，其许可处理量必须为钻井时最大排量的125%～150%。
3）清洁器
清洁器是旋流器与超细网振动筛的组合，上部为旋流器，下部为超细网振动筛。清洁器是二次处理设备。它处理钻井液的过程分两步∶第一步是旋流器把钻井液分离成低密度的溢流和高密度的底流；第二步是超细网振动筛将高密度的底流分成两部分，一部分是重晶石和其他小于网孔的颗粒，它们透过筛网，另一部分是大于网孔的颗粒它们从筛网尾部排出。常用旋流器的规格及工作参数见表3-6。
表3-6常用旋流器的规格及工作参数
3.旋流器使用注意事项
目前，现场使用的水力旋流器多属于惯性型。另外，还有一种高效水力旋流器，如图3-12所示。它的独特之处是有三根溢流管，当钻井液进入时，重而大的固相颗粒被甩向筒壁，并螺旋下降，经排砂口排出；而轻质部分则从各溢流管溢出，不再形成螺旋上升的轻质液柱，消除了空气柱，减少了内部的水力损失，从而提高了钻井液处理量及液体的净化程度。
图3-12 高效能水力旋流器
1一锥体;2—进液管;3—压盖;4，5，6—溢流管;7—短圆筒;8—底流口
水力旋流器分离出固相颗粒的粒径越小，则分离能力越大，它与旋流器的尺寸、进浆压力、钻井液黏度及固相颗粒的分布等有关。由于钻井液中固相颗粒高速撞击旋流器内壁，并沿内壁快速旋转下落，往往导致旋流器内壁很快磨损、破坏。常用钻井液除砂器、除泥器性能参数见表3-7。
表3-7钻井液清洁器主要性能参数
五 控制系统自从20世纪80年代末以来，离心机已在石油行业得到普遍应用，成为钻井工作（特别是中深井和水平井）中不可缺少的固控设备。离心机分为低速、中速和高速离心机。
低速离心机也称为"重晶石回收型离心机"。对于低密度固相，它的分离点为6～10μm；对于高密度固相，分离点为4～7μm。
中速离心机可分离5～7μum的固相，用于清除钻井液中的有害固相，控制钻井液密度和黏度，这是目前井队使用最多的离心机。
高速离心机分离点为2～5μm，用于清除有害固相，控制钻井液黏度，一般与低速离心机串联使用组成双机系统。在此系统中，低速离心机放在第一级，它分离出的重晶石排回泥浆罐中以回收重晶石，它排出的液体先排人一个缓冲罐中，再用泵把缓冲罐中的液体送入高速离心机中。高速离心机分离出的固体排出罐外，液体回到循环系统中，采用"两机"系统既可以有效清除有害固相，又可以防止大量浪费重晶石。
离心机主要用于回收加重钻井液中的重晶石，及非加重钻井液中的液体或化学药剂，清除0～8μm 左右的细粉砂。目前现场使用的离心机主要有三类。
1.转筒式离心
转筒式离心机的工作原理如图3-13所示。一个带许多筛孔的内筒体在固定的圆筒形外壳内转动，外壳两端装有液力密封，内筒体轴通过密封向外伸出。待处理的钻井液和稀释水（钻井液 ∶水=1∶0.7）从外壳左上方由计量泵输入后，由于内筒旋转的作用，钻井液在内、外筒之间的环形空间转动，在离心力作用下，重晶石和其他大颗粒的固相物质飞向外筒内壁，从一种专门的可调节阻流嘴排出，或由以一定速度运转的底流泵将飞向外筒内壁的重质钻井液从底流管中抽吸出来，予以回收。调节阻流嘴开度或泵速可以调节底流的流量。而轻质钻井液则慢速下沉，经过内筒的筛孔进入内筒体，由空心轴排出。这种分离机处理的钻井液量较大，一般可回收82%～96%的重晶石。
