一種氣體鑽井攜巖氣體分離淨化的旋風分離器組的製作方法

2023-12-01 07:10:16

專利名稱：一種氣體鑽井攜巖氣體分離淨化的旋風分離器組的製作方法
技術領域：
本發明涉及石油勘探技術領域，相關氣體鑽井工藝及其設備，具體為一種氣體鑽
井攜巖氣體分離淨化的旋風分離器組。
背景技術：
氣體鑽井是新發展起來的一項油氣田欠平衡鑽探開發技術，其利用氣體(空氣、 氮氣、天然氣、柴油尾氣等)做鑽井介質替代常規鑽井液，將氣體加壓後注入井內，進行冷 卻鑽頭和攜帶鑽屑。氣體鑽井具有減輕地層傷害，提高油井產能；實時發現地質異常情況和 評價油藏；避免複雜事故發生，提高鑽井速度，縮短鑽井周期等優點。 現行氣體鑽井工藝中，沿著井筒環空從井口返回到地面的攜巖氣體通過排砂管線 直接排放到放噴池放燃。排砂管線上安裝噴水除塵器，利用撞擊洗滌的方法除塵，由於排砂 管線中攜巖氣體速度很快，攜巖氣體中鑽屑與水接觸時間較短，只能除去攜巖氣體中的大 顆粒鑽屑，還有很多細小的鑽屑顆粒隨著攜巖氣體瀰漫到空氣中。因此，如果能夠將還空返 回到地面的攜巖氣體進行分離淨化，則可大大減小環境汙染；如果鑽井氣體為價格昂貴的 氮氣或者天然氣，直接放燃還浪費了能源和增加了鑽井成本，將其回收利用則可節約能源 和鑽井成本。 針對當前鑽井工藝中存在的問題，中國專利CN 1291678A(2001)提出了利用廢煙 氣做鑽井、修井循環介質的方法及設備。該專利中，提出來利用布袋除塵器進行氣體除塵。 由於氣體鑽井速度較快，產生鑽屑量較大，布袋很快就會被過濾下來的鑽屑塞滿，布袋使用 時間較短，不能保證裝置長時間連續運行。 中國專利(申請號200810116311. 9)提出了一種氣體循環鑽井工藝系統及其方法。 在此專利中，提出了對井口返回的攜巖氣體進行三級分離與淨化的方案，井口出來的攜巖氣 體經過一級慣性快分系統、二級旋風分離系統的分離再進入到過濾器，很好地解決了直接利 用過濾器使用時間短的問題。該專利中，過濾器的過濾精度與使用壽命是保證該工藝連續運 行的關鍵，而一級慣性快分系統、二級旋風分離系統的穩定高效的分離效果以及長時間的連 續運行，是保證過濾器的過濾精度與使用壽命的前提。氣體循環鑽井工藝中一級慣性快分系 統和二級旋風分離器系統均採用常規的旋風分離器結構。由於氣體鑽井過程中可能會遇到水 層和油層，攜巖氣體中的90%以上的鑽屑、水和油會在一級慣性快分系統中被分離出來，被
攜巖氣體帶到一級慣性快分系統的鑽屑、水和油會和泥黏附在器壁上，結塊脫離時可能會造 成料腿排料不暢或堵塞，影響一級慣性快分系統的分離效率。由於井下地層複雜，當井口壓力 較低或者排料輸送管線較長時，如果僅藉助於井口的壓力提供動力，很可能會造成排料速度 降低，當排料速度低於液體的攜巖臨界流速時，就會造成鑽屑在排料管線中沉積，很容易堵塞 排料管線。因此，氣體鑽井攜巖氣體分離淨化設備還需要進一步完善。

發明內容
本發明的目的是設計一種對氣體鑽井井筒還空返回到地面攜巖氣體進行淨化的
3旋風分離器組，以克服背景技術存在的缺陷，淨化後的攜巖氣體排放可以減小環境汙染；淨 化後的氣體進入過濾器，可以延長過濾器的使用壽命和使用周期，保證淨化後的氣體滿足 進入壓縮機的要求，進而實現回收循環利用鑽井氣體，減少氣體用量，降低鑽井成本和保護 環境的目的。 本發明提供了一個用於氣體鑽井攜巖氣體分離淨化的旋風分離器組，其由一臺一
級旋風分離器、多臺二級旋風分離器、注水泵、抽真空器和液位自控系統組成。 按照本發明提供的旋風分離器組，一臺一級旋風分離器和多臺二級旋風分離器串
聯組合而成，多臺二級旋風分離器之間可以串聯組合也可以並聯方式組合，二級旋風分離
器的數量可以根據處理氣量進行調整。井筒還空返回到地面的攜巖氣體首先進入一級旋風
分離器中進行預分離，分離下來的鑽屑、油、水落入到底部的料罐中，淨化後的氣體再進入
到各個二級旋風分離器中進行分離；二級旋風分離器分離下來的鑽屑落入到料罐中，淨化
後的氣體就再到過濾器精細過濾後就可以回收循環利用了。 按照本發明提供的一級旋風分離器，將常規旋風分離器與料罐有機結合為一體， 取消了料腿，消除了料腿堵塞的隱患，降低了設備高度。該一級旋風分離器選用圓形入口結 構，這樣更有利於和鑽井現場的排砂管線進行連接。 一級旋風分離器的排氣管下端設計成 喇叭口形式，能夠提高旋風分離器的效率。 一級旋風分離器底部設計安裝了防返混錐，可以 減小液體夾帶，增加料罐壓力，更有利於排料。 按照本發明提供的二級旋風分離器，其特點是小直徑、高效率。由於攜巖氣體中
90%以上的鑽屑、油、水都被一級旋風分離器分離下來，進入二級的旋風分離器中氣體固含
量很低，不會出現料腿堵塞的現象，因此二級可以選用常規的高效旋風分離器。由於旋風分
離器直徑變小，可以增加旋轉切向速度，更有利於分離，可以提高分離效率，所以二級旋風
分離器選用小直徑旋風分離器。二級旋風分離器的料腿伸入到料罐中。 按照本發明提供的旋風分離器組，其特點是多臺旋風分離器共用一個料罐，減少
了料罐的數量，減小了設備的整體體積。料罐的排料可以利用自壓排料；當料罐壓力不足或
者排料管線過長時，可以利用抽真空器進行液體輸送，這樣就解決了排料輸送動力不足的問題。 按照本發明提供的料罐液位自控系統，可以減小井口壓力波動對料罐中液位的影 響。通過改變注水泵電機的輸出頻率以及排料管線上調節閥開度來調節進水量和排料量， 進而維持液面保持穩定。當井口壓力增加時，液位開始下降，首先增加注水泵電機的輸出頻 率，增加注水量；如果液位繼續下降，則減小料罐排料管線上調節閥開度來減小排料量，這 樣就可以穩定液位。當井口壓力降低時，液位開始上升，首先增大料罐排料管線上調節閥開 度來增加排料量，如果液位繼續上升，則減小注水泵電機的輸出頻率，減小注水量，這樣就 可以穩定液位。 按照本發明提供的旋風分離器組可以做成一個撬裝，便於現場安裝和運輸。兩臺 注水泵可以單獨做一個撬裝，也可以設計在旋風分離器組撬裝中。 本發明旋風分離器組結構緊湊、分離效率高、能夠實現連續自動排料，消除常規旋 風分離器料腿堵塞的隱患，解決了排料輸送動力不足的問題。本發明提供的旋風分離器組 有效地減小了設備體積，可以集成為撬裝形式，增加了可移動性，便於運輸和安裝，更適合 流動性較強的鑽井作業。


圖1是本發明旋風分離器組方案1的正視 圖2為本發明旋風分離器組方案2的正視圖；圖中
圖3為本發明旋風分離器組方案1和方案2的俯視圖。
具體實施例方式為了能夠更清楚的了解本發明工藝和設備特點，舉以下實例說明
實施例1 : 如圖1和圖3，本發明提供的旋風分離器組由一臺一級旋風分離器3和四臺二級旋風分離器5串聯組合而成，二級旋風分離器的數量可以根據處理氣量進行調整。
本發明實施例中旋風分離器組工作原理氣體鑽井井筒還空返回到地面的攜巖氣體進入到一級旋風分離器入口 l，攜巖氣體在一級旋風分離器中分離下來的鑽屑落入到下面的料罐9中。 一級旋風分離器排氣管2採用了喇叭口形式，能夠提供一級旋風分離器的分離效率；在一級旋風分離器3底部安裝了防返混錐4，能夠有效地減小料罐中液體被上升氣流帶到上面的一級旋風分離器3中，減小液體夾帶。 一級旋風分離器3分離後的氣體進入到下集氣室6，下集氣室6中的氣體分流進入到各個二級旋風分離器5中，二級旋風分離器5分離下來的鑽屑落入到料罐9中，淨化後的氣體進入到上集氣室7中，然後再進入過濾器進行精細過濾就可以回收利用。料罐9中為了防止一級旋風分離器3和二級旋風分離器5底部氣體反串，在料罐9中設計了一個環形擋板15將二級旋風分離器5料腿與一級旋風分離器3隔開。 料罐9的排料方式利用料罐9內的壓力進行自壓排料。注水泵11往料罐9中注水，利用料罐9內的壓力將水和鑽屑的混合物排出系統。為了防止料罐9中的液位被壓空和過滿溢流，可以將排料流量、注水量和液位建立自控關係，通過改變排注水量和料流量來控制和調節料罐9中的液位。當井口壓力增加時，料罐9液位開始下降，首先增加注水泵11電機的輸出頻率，增加注水量；如果液位繼續下降，則減小料罐排料管線上調節閥12開度來減小排料量，這樣就可以穩定液位。當井口壓力降低時，料罐9液位開始上升，減小注水泵11電機的輸出頻率，減小注水量，這樣就可以穩定料罐9液位。
實施例2 : 如圖1和圖3。本實施例中旋風分離器組工作原理同實施例1。
本實施例中，料罐9的排料方式利用抽真空器13進行液體排料。注水泵11往料罐9中注水，利用注水泵14向抽真空器13注水，抽真空器13將水和鑽屑的混合物排出系統。為了防止料罐中的液位被壓空和過滿溢流，可以將排料流量、注水量和液位建立自控關係，通過改變排注水量和料流量來控制和調節料罐9中的液位。當井口壓力增加時，料罐9液位開始下降，首先增加注水泵11電機的輸出頻率，增加注水量；如果液位繼續下降，則減小料罐排料管線上調節閥12開度來減小排料量，這樣就可以穩定液位。當井口壓力降低時，料罐9液位開始上升，首先減小注水泵11電機的輸出頻率，減小注水量，如果液位繼續上升，則這樣就可以穩定料罐9液位。
本發明的實施案例具有以下優點
(1)本發明提供的旋風分離器組中的一級旋風分離器3將常規旋風分離器與料罐有機結合在一起，取消了料腿，消除了料腿堵塞的隱患。 (2)本發明提供的旋風分離器組由兩級旋風分離器串聯組成，其中一級旋風分離器3排氣管2底部設計成喇叭口形狀，有利於提高分離效率；一級旋風分離器3底部安裝防返混錐4均有利於減小液體返混夾帶；二級旋風分離器5採用多臺小直徑高效型旋風分離器，從而提高了整體的分離效果。 (3)本發明提供的旋風分離器組具有自動排料功能，能夠實現對料罐液位的自動控制，保證裝置連續運行。 (4)本發明提供的旋風分離器組能夠解決料罐壓力低、排料管線過長等液體輸送能力不足造成的排料不暢或堵塞的問題。 (5)本發明提供的旋風分離器組具有整體集約性能，可以設計成一個撬裝模塊，便於運輸和安裝，更適合流動性較強的鑽井作業。 在此說明書中，本發明已參照其特定的實例做了描述。但是很顯然仍然可以做出各種修改和變換而不背離本發明的精神和範圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。
權利要求
一種用於氣體鑽井井筒還空返回到地面攜巖氣體分離淨化的旋風分離器組，其特徵在於該旋風分離器組由一級旋風分離器、二級旋風分離器、料罐、注水泵、抽真空器、液位自控系統組成。
2. 根據權利要求1所述的旋風分離器組，其特徵在於該旋風分離器組由一臺一級旋風 分離器和多臺二級旋風分離器串聯組合而成，各級二級旋風分離器之間可以並聯也可以串 聯組合，二級旋風分離器的數量根據處理量可以適當調整。
3. 根據權利要求1所述的一級旋風分離器，其特徵在於該旋風分離器將旋風分離器 和料罐有機結合在一起，取消了料腿，消除了堵塞的隱患；同時排氣管底部設計成喇叭口形 狀，可以提高分離效率；旋風分離器底部設計安裝了防返混錐，可以減小液體返混夾帶。
4. 根據權利要求1所述料罐，其特徵在於料罐利用抽真空器進行液體輸送排料，這樣 可以解決輸送壓力不足以及排料管線過長造成的排料管線堵塞問題。
5. 根據權利要求1所述的旋風分離器組，其特徵在於料罐的排料方式採用了液位自控 系統，通過調節注水泵電機輸出頻率和排料管線上調節閥開度來控制液位，消除井口壓力 對排料系統的影響。
6. 根據權利要求1所述的旋風分離器組，其特徵在於該地面分離系統可以設計成撬裝 形式，便於安裝和運輸。
全文摘要
本發明公開了一種氣體鑽井攜巖氣體分離淨化的旋風分離器組，它由一級旋風分離器、二級旋風分離器、排料系統組成。一級旋風分離器主要除去井筒環空返回到地面攜巖氣體中的大顆粒鑽屑，分離後的氣體進入到高效的二級旋風分離器中進行進一步分離淨化。淨化後的氣體直接排放可以大大減小環境汙染；如將淨化後的氣體再引入到過濾器進行精細過濾後就可以回收循環利用，有效地降低氣體鑽井成本。排料可以採用自壓液體輸送排料，也可以採用抽真空器液體輸送排料方式，料罐液位安裝了液位自動控制系統。本發明旋風分離器組結構緊湊、分離效率高、能夠實現連續自動排料，消除常規旋風分離器料腿堵塞的隱患，解決了排料輸送動力不足的問題。
文檔編號E21B21/01GK101748980SQ20081018313
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月12日 優先權日2008年12月12日
發明者付雙成, 孫國剛, 鄭巨永, 郭廣軍, 高翠芝 申請人:中國石油大學(北京)