在脱气器固定支架内设置两个定滑轮, 滑轮一端为脱气器, 另一端配置标准配重块, 配重块质量与脱气器接受浮力后的质量大体相当, 使脱气器液面保持最佳位置; 当钻井液排量变化时, 脱气器会随液面变化自动升降; 当钻井液密度变化时, 人工配置相应的调节配重块, 使滑轮两端产生新的平衡, 脱气器始终保持在钻井液槽内最佳液面位置, 从而实现自动跟踪液面的目的。该脱气器采用不锈钢材质, 结构牢固, 具有耐腐蚀性、体积轻、组装方便快捷等优点。脱气器整体结构。主要由10部分构成, 如图1所示。

图1

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	图1 机械自浮式脱气器结构

固定支架由两部分组成：一是长方形固定支架（长460 mm、宽280 mm、高900 mm）; 二是双横支撑杆（长1 000 mm、宽30 mm、高30 mm）。根据现场缓冲罐规格, 双横支撑杆可安置在长方形固定支架左右不同位置。长方形固定支架下部导轨与浮箱式脱气筒架相连接; 长方形固定支架上部两侧设有定滑轮, 是配重块与脱气筒架连接的支点; 定滑轮中间设有限位绳固定挂钩, 是限位绳与脱气筒架的固定点, 满足脱气器上下滑动需求。

浮箱式脱气筒采用不锈钢材质制作, 如图2所示。浮箱采用镂空式设计^{[4, 5]}, 上部与集气筒钻井液出口平行, 下部与锥形底部平行, 其横截面积大于脱气器壳体的横截面积, 当钻井液液面增加或减少时, 浮箱式脱气筒向上或向下移动。脱气筒设计与传统脱气器一致, 脱气筒法兰高度与传统尺寸相同, 电动机及供电电源与传统脱气器相匹配, 可满足不同类型缓冲罐、架空槽或振动筛安装。脱气筒底部为锥形, 便于将吸入其中的大块岩屑自动排出, 解决了大块岩屑卡住搅拌棒烧毁电动机的难题^[6], 具有防碰、防磨、易清洗、体积小、浮力大、现场维护保养方便快捷等优点。

图2

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	图2 浮箱式脱气筒

设计配重块的基本思路是穿过定滑轮的承重绳两端受力平衡, 即：

∑i=1Nmig=Mg-F浮

式中：N为配重块数量, 个; mi为第i个配重块质量, kg; M为浮箱式脱气筒总质量, kg; F_浮为浮箱式脱气筒所受的浮力^[7], N; g为重力加速度, m/s²。

由上式可知, M为恒量, F_浮随钻井液密度变化而变化, 改变配重块数量及质量, 就可以实现滑轮两端受力平衡。配重块由两部分组成：一是标准配重块, 由两只圆柱体组成（图3）; 二是调节配重块, 由若干直径85 mm、高30 mm的圆柱体组成, 规格为150、300、450、600 g等（图4）。当钻井液密度发生变化时, 放置不同的配重块使之平衡, 保持脱气筒处在钻井液的最佳位置, 搅拌叶片处于钻井液中最佳高度, 以利于提高脱气效率。

图3

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	图3 标准配重块

图4

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	图4 调节配重块

承重钢丝绳承载脱气筒总重量, 由钢丝绳、“ U” 型卡头、安全扣组成, 如图5所示。采用直径4 mm包塑钢丝绳, 长度为1 200 mm, 可承重886 kg; “ U” 型卡头固定钢丝绳两端, 形成挂钩圈, 与“ O” 型安全扣连接; 承重钢丝绳绕过定滑轮, 一端为脱气器, 另一端为配重块, 使浮箱式脱气筒浮在钻井液液面上保持平衡。

图5

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	图5 承重钢丝绳

如图6所示, 安全扣位于承重钢丝绳一端, 用于连接配重块, 采用合金钢材料, 高110 mm、宽63 mm、开口16 mm, 最大承重为2 500 kg, 带有固定挂钩, 确保设备在运行过程中不滑扣, 在调节、连接、拆卸、维护保养时操作方便、安全快捷。

图6

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	图6 “ O” 型安全扣和限位绳

限位绳是防止浮箱式脱气筒沉入缓冲罐底部, 钻井过程中, 停泵接单根或起下钻时, 缓冲罐内没有钻井液, 如果没有限位绳, 浮箱式脱气筒会与缓冲罐底部沉砂接触, 造成脱气筒埋入沉砂里。限位绳为钢链, 长900 mm、直径4 mm, 如图6所示。开单泵时, 钻井液出口流量较小, 此时调节脱气器高度, 使排出口钻井液量占口径2/3为宜, 开双泵时, 脱气筒会自动浮起, 使脱气筒始终处在最佳位置。