固控系统(钻井液固相控制系统)是石油天然气钻井作业中的关键组成部分，其核心任务是高效清除钻井液中的无用固相(钻屑)，保留或调整有用固相(如膨润土、加重材料)，并回收有价值的液相，以维持钻井液的性能，保障安全、高效钻井。

其主要设备通常包括以下几类，按钻井液处理的流程顺序排列：

钻井液振动筛:

功能： 固控系统的第一级也是最重要的设备。利用振动电机产生的激振力，驱动筛网高速振动，对从井口返出的钻井液进行初步过滤分离。

作用： 清除较大的钻屑(通常>74微米/200目以上)，是清除固相总量最多的设备。

关键部件： 筛网(不同目数/孔径可选)、激振器(振动源)、筛箱体。

类型： 线性振动筛、平衡椭圆振动筛、圆形振动筛等，线性筛应用最广。

除砂器:

功能： 第二级固控设备。利用旋流分离原理。

作用： 清除粒径在40-74微米(200-400目)范围内的较细砂粒。处理经振动筛初步净化后的钻井液。

关键部件： 旋流器(锥形筒体)、沉砂嘴、进液管、溢流管、底流(排砂口)、溢流(排液口)。

原理： 钻井液在压力下沿切线方向进入旋流器，高速旋转产生离心力，较重的固相颗粒被甩向锥壁并向下从底流口排出，净化后的液体从顶部溢流口返回系统。

除泥器:

功能： 第三级固控设备。同样基于旋流分离原理。

作用： 清除粒径在15-40微米(400-800目甚至更细)范围内的细泥。处理经除砂器净化后的钻井液。

关键部件： 旋流器(尺寸比除砂器小，锥体更长更细)、沉砂嘴等。

原理： 与除砂器相同，但使用更小直径的旋流器来分离更细的颗粒。

钻井液清洁器:

功能： 一种组合设备，通常是除泥器旋流器的底流(含大量细固相和液相)再经过一层细目振动筛(通常>250目)处理。

作用： 回收除泥器底流中有价值的液相，同时进一步清除细固相。主要用于非加重钻井液体系，避免加重材料被筛除。

关键部件： 除泥器组 + 细目振动筛。

离心机:

功能： 第四级或最终级固控设备，提供最高精度的固液分离。利用高速旋转产生的强大离心力进行分离。

作用：

非加重钻井液： 清除非常细小的固相(通常<5-7微米)，控制钻井液的粘度、胶体含量和泥饼质量。

加重钻井液： 分离出液相(可回收)和超细固相(废弃)，保留中等粒度的加重材料(如重晶石)，用于回收加重材料、降低钻井液固相含量和粘度。是处理加重钻井液的关键设备。

类型：

沉降式离心机： 有转鼓和螺旋输送器，分离点由转速、差速、溢流堰板等控制。最常用。

筛网式离心机： 转鼓带筛网，主要用于清除较粗的固相和回收重晶石(在特定应用中)。

关键部件： 转鼓、螺旋输送器、差速器、驱动系统、进液管、液相(溢流)出口、固相(底流)出口。

辅助与配套设备:

真空除气器:

功能： 清除钻井液中的气体(如地层气、空气)。

作用： 防止气侵钻井液降低密度、影响泵效、造成井控风险，并能提高后续固控设备(如离心机)的效率。

原理： 在真空罐内产生负压，使钻井液喷散或形成薄膜，释放并抽走气体。

搅拌器:

功能： 安装在钻井液罐中。

作用： 防止钻井液中的固相沉淀，保持罐内钻井液成分均匀，促进化学添加剂混合。

钻井液枪:

功能： 利用高压钻井液流冲击罐底或罐壁。

作用： 辅助搅拌，防止死角和沉淀，尤其在罐底和角落。

砂泵/喂料泵:

功能： 为除砂器、除泥器、离心机、混合漏斗等提供稳定压力和流量的钻井液。

作用： 确保后续固控设备高效工作。

混合漏斗:

功能： 用于向循环系统中添加膨润土、化学添加剂、重晶石等。

作用： 利用文丘里效应产生吸力，将干粉或液体吸入高速流动的钻井液主流中混合，减少粉尘和结块。

钻井液罐/循环罐:

功能： 储存、缓冲和容纳处理过程中的钻井液。

作用： 提供固控设备安装平台，形成循环回路，容纳各级处理前后的钻井液。罐间有连通管和阀门控制流向。

剪切泵/混合泵:

功能： 高速离心泵。

作用： 提供高剪切力，用于快速水化膨润土、分散化学添加剂、混合加重材料等。

总结关键点：

分级处理： 固控设备通常按处理固相颗粒由粗到细的顺序串联使用(振动筛 -> 除砂器 -> 除泥器 -> 离心机)。

核心目标： 清除无用钻屑，保留有用固相(土相、加重材料)，回收液相。

关键设备： 振动筛(第一道防线，处理量最大)、离心机(精度最高，控制胶体固相和回收加重材料的关键)。

系统集成： 所有设备通过管道、泵和钻井液罐连接成一个完整的循环净化系统，并辅以搅拌、混合、除气等辅助设备。

选型依据： 设备类型、规格(处理量、分离点)的选择取决于钻井类型(井深、井眼尺寸)、钻井液体系(水基、油基、合成基、是否加重)、地层特性、钻速等因素。

一套设计合理、配置得当且运行良好的固控系统，对于降低钻井成本(减少钻井液消耗、降低钻头磨损、减少泵维修)、提高钻井效率(优化钻速、减少卡钻等复杂情况)、保障钻井安全(维持钻井液性能、防止井喷、井塌)和环境保护(减少废弃物排放)至关重要。