离心机作为一种钻井液固控设备，在钻井作业中有着非常重要的作用，它一方面能清除非加重钻井液的固相，另一方面还能从加重钻井液中分离加重材料［１］。但离心机的工作受多个参数的影响，例如：滚筒转速和扭矩、螺旋输送器转速和扭矩、钻井液供料量、钻井液性能、钻井液稀释程度、液体中固相的含量、聚合物残留程度等。改变其中任一个参数，都将影响离心机的分离效果。此外，断电、潜在的技术故障等都将危及离心机的安全。
　　一、分离加重材料时离心机分离粒度的确定
　　本文给出的方案为两台离心机合用，第一台采用可调速离心机，设定好其分离粒度，用来分离加重材料，第二台用来清除有害固相［２］。
　　粒度确定过程为：当直径为ｄｃ（分离粒度）的粒子被全部分离，即分离效率ＥＴ＝１，大于ｄｃ尺寸的粒子所需的沉降时间小于直径为ｄｃ粒子的沉降时间ｔｃ，而小于ｄｃ尺寸的粒子所需的沉降时间大于ｔｃ。因此，从ｄ１（加重材料中最小的粒度值）到ｄｃ间的粒子所能沉降下来的数量是按ｔｃ／ｔｘ的比例确定的，而ｄｃ到ｄｍ（加重材料中最大的粒度值）的粒子则是百分之百沉降下来。式（２）中ａ为分布特性系数，对应分离效率为５０％时的粒度值。
　　 则分离总效率为：
　　 由表１可知，随着离心机分离粒度的减小，离心机加重材料分离率提高，但分离加重材料中无用固相的含量也随着增加，经过振动筛后，根据加重材料与岩屑比重之间的关系，同时根据硬地层３３μｍ以下的固相颗粒为８１９％［３］，因此综合确定出离心机的分离粒度为２０μｍ，这时加重材料的分离效率达８０％以上。
　　二、分离加重材料时全自动闭环控制系统的设计
　　１离心机工作系统设计出既能优化离心机工作，又能保障离心机安全运行的自动检测、控制系统.
　　电动机４６驱动泵４４，将罐４０中的钻井液经管４２、流量计４８、密度计５０和粘度计５２，输送进离心机处理。
　　保护开关３８ａ与连接器３８相连。若齿轮箱超扭矩运行，保护开关３８ａ将切断电源，停止电动机工作。
　　该系统中离心机的螺旋输送器与滚筒的运转模式为：①由变频驱动器５４→交流电动机２４→皮带２６→空心轴２１→法兰轴→离心机１０→滚筒旋转。②由变频驱动器５６→交流电动机３４→太阳轮３５→行星齿轮变速箱３２→法兰轴１９→螺旋输送器旋转。
　　２单片机检测和控制系统
　　离心机工作系统采用两台变频驱动器。为了使这两台变频驱动器与供液情况相协调，以便得到满意的分离效果，故采用了单片机自动控制系统。此外，单片机还可监测离心机的其他工作参数。离心机的监测接口情况如下：
　　（１）单片机６０的两个输入接口分别与变频驱动器５４、５６相连，改变电动机２４、３４的工作频率，从而分别改变离心机滚筒和螺旋输送器的转速及扭矩。
　　（２）保护开关３８ａ与单片机的一个输入端口相连，可对齿轮箱３２的超扭矩做出响应，以保护离心机。
　　（３）单片机的一个端口与流量计４８相连，测量经管４２流进离心机的钻井液流量。
　　（４）单片机的一个端口与密度计５０相连，测量经管４２流进离心机的钻井液密度。
　　（５）单片机的一个端口与粘度计５２相连，测量经管４２流进离心机的钻井液粘度。
　　（６）单片机的一个端口与阀４２ａ相连，控制阀４２ａ开口的大小，从而控制流入离心机的流量。
　　（７）振动检测仪６２安装在滚筒的外壳上，与单片机６０相连，当接近或超过振动极限时，单片机将输出相关指令控制变频器５４、５６，以改变电动机２４、３４的工况，或停止电动机工作，以关掉离心机。
　　（８）轴承座上各安装有一对加速度传感器（垂直、水平各一只），以检测轴的振动情况。当有特殊信号或参数出现时，即表明有潜在危险出现，单片机将发出警告或采取某些控制措施。
　　３控制系统的功能
　　 （１）通过全自动闭环智能控制系统，离心机一直处于安全的工作运行中，以高效分离加重材料。
　　（２）当离心机在正常工作状态时，针对传感器采集的钻井液粘度值，由单片机输出钻井液处理量Ｑ及主、辅电动机转速ｎ。
　　（３）当离心机接近极限工况时（极限转速、极限扭矩、极限振动、极限电流），单片机将发出警告信号，同时发出相关指令，改变电动机工况和供料泵的供液情况，避免或延缓故障发生。
　　（４）若离心机已超限工作，则单片机将停止离心机工作，以免离心机受到不必要的损坏。
　　三、全自动闭环控制系统的工作原理及流程图［４］、［５］　　
　　（１）用单片机的管脚ｐ１２、ｐ１３、ｐ１４，分别作为流量Ｑ、密度ρ、粘度μ（Ａ／Ｄ转换后）的输入端；用管脚ｐ０１、ｐ０２、ｐ０３分别作为振动ｋ、加速度ａ、扭矩ｍ（Ａ／Ｄ转换后）的输入端；用管脚ｐ０５、ｐ２６分别作为控制驱动变频器，改变主、辅电机转速的输出端；用管脚ｐ２７作为控制阀门，改变供料泵流量的输出端。
　　（２）针对单片机芯片，采用Ｃ＋＋程序语言，对不同的扭矩信号ｍ、粘度μ、振动参数ｋ、加速度ａ进行分段编程。
　　（３）用钻井液密度传感器、钻井液粘度传感器、振动传感器、加速度传感器、扭矩传感器，分别测量出工作数据。
　　（４）将传感器中采集的工作数据进行Ａ／Ｄ转换，并输入到单片机中，单片机根据采集的数据，经已编制程序的判断，控制系统发出相应的输出处理指设立四个工况及相应工作参数：①正常安全停机扭矩Ｍｍａｘ，最大工作扭矩Ｍ１，正常空载启动最小扭矩值Ｍｍｉｎ；②正常安全停机振动Ｋｍａｘ，最大工作振动Ｋ１，正常空载启动最小振动Ｋｍｉｎ；③正常安全停机转速ｎｍａｘ，最大工作转速ｎ１，正常空载启动最小转速ｎｍｉｎ；④正常安全停机电流Ｉｍａｘ，最大工作电流Ｉ１，正常空载启动最小电流Ｉｍｉｎ。
　　 １正常工作状态
　　当传感器检测到离心机转速、扭矩、振动及工作电流均小于最大工作值，且大于正常启动空载最小设定值时，表明离心机保持正常工作状态。此时，根据粘度传感器反馈到单片机的值，通过单片机内已编制的程序做出相应的处理，即输出变频器的频率，改变离心机的转鼓转速，调整供料泵的处理量。
　　２闭环控制状态
　　当传感器检测到离心机转速、扭矩、振动或工作电流某值大于最大工作值，且小于最大停机的最小设定值时，说明离心机负载增大。此时，通过反馈信号到单片机，根据已编制的程序做出及时的反应，减少进料量。同时对粘度的测量值，控制系统给出合理的离心机转速，达到加重材料的分离与有害固相的清除。
　　３停机报警状态
　　只要传感器检测值，其中有一个参数达到或超过给定的最大停机参数值，控制系统便发出停机报警指令。
　　结论
　　本文针对加重材料分离的实质，提出一套全自动闭环控制分离方案，可随着钻井液性能参数的变化及离心机机械性能参数的变化，综合给出分离加重材料时离心机的转速与供料泵的流量值。通过这套控制系统的实施，可“实时”有效分离加重材料，节约加重材料的费用，减少矿产资源损耗，降低工人劳动强度。同时，更有效地解决环境污染问题，具有显著的经济效益和社会效益。