一種鑽井液的固相顆粒排除系統的製作方法

2023-05-15 23:22:16 2

本發明涉及鑽井液回收領域，具體涉及一種鑽井液的固相顆粒排除系統。

背景技術：

鑽井液又稱作鑽井泥漿，是鑽井過程中使用到的各種循環流體的總稱。鑽井過程中，鑽井液不僅能夠有效地冷卻和潤滑鑽頭，還具備平衡底層壓力，避免發生井噴和井湧的作用，不僅如此，鑽井液還能夠傳遞動力和取芯採樣。

根據分散介質不同，鑽井液主要分為水基鑽井液、油基鑽井液和氣基鑽井液三大類。

鑽井過程中，鑽井液通過鑽杆進入至底層，在完成其作用後帶著鑽井中產生的廢渣一起排出，由於鑽井液不僅價格高昂而且會破壞環境，所以應該對鑽井液進行回收，固控系統就是用於回收鑽井液的。固控系統也叫作鑽井液循環系統和鑽井液淨化系統。固控系統主要包括鑽井液振動篩、真空除氣器、除砂器、除泥器、臥式螺旋離心機等固控設備。這些固控設備就像一系列大小、功能不同的篩子，通過層層過濾實現對鑽井液的淨化和再利用。

除砂器是鑽井液回收工藝的二級固控系統，鑽井液在經過鑽井液振動篩初步篩分掉較大的固相顆粒後，即進入除砂器中，清除鑽井液中含有的粒度為40~80μm的固相顆粒。

傳統的除砂器在將鑽井液與固相顆粒分離後，固相顆粒通過螺旋輸送器被帶出除砂器，但是螺旋輸送器是非常危險的，在實際操作中如果操作人員操作失誤將產生嚴重的後果。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是針對傳統除砂器的缺陷，目的在於提供一種鑽井液的固相顆粒排除系統，針對水基鑽井液，解決傳統除砂器由於使用螺旋輸送器而容易造成操作人員受傷的問題。

本發明通過下述技術方案實現：一種鑽井液的固相顆粒排除系統，包括外殼，所述外殼頂部設置有進料口，外殼底部設置有出料口，外殼的側壁上設置有排沙口，外殼的內壁上鉸鏈連接有第一過濾板，所述第一過濾板的活動端穿過排沙口、且第一過濾板的上表面與排沙口的頂面接觸，排沙口頂面的高度低於外殼內壁上鉸鏈的高度，第一過濾板上設置有若干擋泥板，所述擋泥板在第一過濾板上的投影呈V字形，擋泥板夾角的角平分線均與第一過濾板的中軸線重合、且擋泥板的夾角均朝向第一過濾板的活動端，第一過濾板的活動端的下方安裝有若干第一彈簧，所述第一彈簧的下端固定在排沙口的底面上，第一過濾板的正下方水平設置有位於外殼內的第二過濾板，所述第二過濾板下方固定有套筒，所述套筒內設置有第二彈簧，所述第二彈簧下端固定有支撐杆，所述支撐杆下端固定有支撐板，所述支撐板安裝在外殼的內壁上。現有技術中，傳統的除砂器在將鑽井液與固相顆粒分離後，固相顆粒通過螺旋輸送器被帶出除砂器，但是螺旋輸送器是非常危險的，在實際操作中如果操作人員操作失誤將產生嚴重的後果。為了解決上述問題，本發明提供了一種針對水基鑽井泥漿，不需要使用螺旋輸送器輸送固相顆粒的除砂器。水基鑽井泥漿的粘度較油基鑽井泥漿低，且液相包裹固相的現象相對少一些，導致固液兩相比較容易分離。本裝置擁有外殼、進料口、出料口等現有除砂器都擁有的零部件，不同的是，本裝置在外殼的側壁上設置有排沙孔，在外殼的內壁上通過鉸鏈連接有第一過濾板，第一過濾板的活動端穿過排沙孔與外界連通，第一過濾板的上表面與排沙孔頂面接觸，下表面連接有若干第一彈簧，第一彈簧固定在排沙孔的底部上。排沙孔的頂面的高度低於鉸鏈的高度，通過這種設置，使得第一過濾板具有一定的傾斜角度，而不是與水平面平行的，當本裝置水平放置在地面上、且第一過濾板的活動端與排沙孔的頂面接觸時，第一過濾板鉸接端的高度大於活動端的高度，當進料口中的鑽井泥漿落在第一過濾板上後，鑽井泥漿是能夠沿著第一過濾板從鉸接端滑向活動端的。第一過濾板的下方設置有第二過濾板，第二過濾板也位於外殼的內部。通過上述結構，當有水基鑽井泥漿從進料口進入外殼內部時，首先落在第一過濾板上，由於重力作用以及傾斜設置的第一過濾板，鑽井泥漿沿著第一過濾板從鉸接端向活動端移動。移動的同時，鑽井泥漿中的水相穿過第一過濾板落入至第二過濾板上，經過第二過濾板的再一次過濾後，鑽井泥漿中的水相從出料口中排出。另一方面，由於鑽井泥漿在向活動端移動，並且，位於活動端的鑽井泥漿與剛落至第一過濾板上的鑽井泥漿相比，其包含的固體顆粒更多，導致活動端受到鑽井泥漿的重力後豎直向下移動，活動端下方的第一彈簧受到擠壓，此時活動端的上表面不再與排沙口的頂面接觸，排沙口與第一過濾板之間形成縫隙，少量的鑽井泥漿帶著大量的固相顆粒從排沙口與第一過濾板之間的縫隙中排出，進入下一級固控設備。排沙完成後，活動端受到的壓力減小，第一彈簧恢復至最初的位置，第一過濾板的上表面再次接觸排沙口的頂面。綜上所述，本發明通過水基鑽井泥漿自身的重力，在一邊進行固相分離的同時，一邊由堆積在活動端的固相顆粒自身的重力開啟排沙口，實現固相顆粒的排出，避免了使用螺旋輸送器排出外殼內的固相顆粒，不僅降低了操作人員受傷的風險，而且節約了除砂器的使用成本。

鑽井泥漿落在第一過濾板上後，是逐漸散開的過程，當鑽井泥漿在第一過濾板上的流速較快時，鑽井泥漿不會向第一過濾板的兩側展開，而是直接滑向活動端，造成大部分固液兩相還未來得及分離就已經移動至排沙口，造成液相的回收效率低。為了提高第一過濾板的利用效率，在第一過濾板上設置有若干擋泥板，所述擋泥板在第一過濾板上的投影呈V字形，並且擋泥板投影的夾角的角平分線同第一過濾板的沿鉸接端至活動端的中軸線重合，夾角正對第一過濾板的活動端。通過設置擋泥板，當鑽井泥漿從進料口落至第一過濾板上時，擋泥板將鑽井泥漿帶向第一過濾板的兩側，增大了鑽井泥漿的過濾面積，不僅充分利用了第一過濾板兩側的濾孔，而且減緩了鑽井泥漿在第一過濾板上的移動速度，在進一步提升第一過濾板分離效果的同時，避免了鑽井泥漿在第一過濾板上流速較快而導致的大部分固液兩相還未來得及分離就已經移動至排沙口。

由於第一過濾板與第二過濾板之間有一定的距離，鑽井泥漿穿過第一過濾板後落至第二過濾板上，將會對第二過濾板產生衝擊，頻繁的衝擊容易導致第二過濾板損壞。為了解決上述問題，在第二過濾板下方安裝有套筒，套筒內設置有第二彈簧，第二彈簧下端連接支撐杆，支撐杆固定在支撐板上，支撐板固定在外殼的內壁上。通過上述結構，當鑽井泥漿落在第二過濾板上時，第二過濾板通過豎直向下移動卸去一部分衝力，減弱了第二過濾板受到的撞擊，達到了保護第二過濾板的目的，增加了第二過濾板的使用壽命。

進一步地，外殼的側壁上設置有位於排沙口下方的回流口，外殼的側面上固定有位於排沙口和回流口之間的第三過濾板，第三過濾板固定在外殼上的一端的高度高於另一端，第三過濾板的下方設置有接液板，所述接液板的一端設置在回流口內，設置在回流口內的一端的高度小於另一端。為了進一步分離固液兩相，儘可能多的回收鑽井泥漿中的液相，在少量鑽井泥漿帶著大部分固相顆粒離開外殼之後，落入第三過濾板上，第三過濾板傾斜設置，鑽井泥漿沿著第三過濾板從靠近外殼的一端向遠離外殼的一端滑動，一邊滑動的過程中，鑽井泥漿一邊與固相顆粒進行分離，分離的水相落至第三過濾板下方的接液板上。接液板同樣是傾斜設置，通過回流口將水相送回至外殼內，並最終從出料口中排出。通過上述設置，能夠進一步分離鑽井液中的固液兩相，達到回收更多的鑽井泥漿的目的。

進一步地，第二過濾板的濾網孔徑小於第一過濾板的濾網孔徑的二分之一。在實踐中發現，將第二過濾板的濾網孔徑設置為小於第一過濾板的濾網孔徑的二分之一不僅能夠保證鑽井泥漿在第一過濾板上能很好的移動並控制第一過濾板的活動端與排沙口產生縫隙，同時第二過濾板能夠進一步除掉鑽井泥漿中的固相顆粒。

進一步地，第一彈簧為漲緊彈簧。漲緊彈簧能夠在保持彈性的同時，具有足夠的硬度去支撐第一過濾板，增加了裝置的使用壽命，避免了對第一彈簧頻繁的更換或維修。

進一步地，擋泥板的夾角為20~45°，擋泥板兩端與第一過濾板兩側的距離為20~40釐米。實踐中發現，在鑽井泥漿正常流速下，擋泥板的夾角若小於20°，則第一過濾板兩側的部分濾網依舊無法起到過濾作用；擋泥板的夾角若大於45°，將明顯減弱鑽井泥漿在第一過濾板上的移動速度，造成鑽井泥漿的堆積，對第一過濾板以及第一彈簧造成負荷，容易導致損壞。擋泥板兩端與第一過濾板兩側的距離為20~40釐米時，擋泥板能夠較平穩地將鑽井泥漿帶至第一過濾板的兩側。

本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：

1、本發明通過水基鑽井泥漿自身的重力，在一邊進行固相分離的同時，一邊由堆積在活動端的固相顆粒自身的重力開啟排沙口，實現固相顆粒的排出，避免了使用螺旋輸送器排出外殼內的固相顆粒，不僅降低了操作人員受傷的風險，而且節約了裝置的使用成本；

2、本發明通過設置擋泥板，當鑽井泥漿從進料口落至第一過濾板上時，擋泥板將鑽井泥漿帶向第一過濾板的兩側，增大了鑽井泥漿的過濾面積，不僅充分利用了第一過濾板兩側的濾孔，而且減緩了鑽井泥漿在第一過濾板上的移動速度，在進一步提升第一過濾板分離效果的同時，避免了鑽井泥漿在第一過濾板上流速較快而導致的大部分固液兩相還未來得及分離就已經移動至排沙口；

3、本發明在第二過濾板下方設置了套筒、支撐杆、支撐板和第二彈簧，當鑽井泥漿落在第二過濾板上時，第二過濾板通過豎直向下移動卸去一部分衝力，減弱了第二過濾板受到的撞擊，達到了保護第二過濾板的目的，增加了第二過濾板的使用壽命；

4、本發明通過設置第三過濾板、回流口、接液板，實現了進一步分離鑽井液中的固液兩相，達到回收更多的鑽井泥漿的目的；

5、在實踐中發現，將第二過濾板的濾網孔徑設置為小於第一過濾板的濾網孔徑的二分之一，不僅保證鑽井泥漿在第一過濾板上能很好地移動且控制第一過濾板的活動端與排沙口產生縫隙，同時第二過濾板能夠進一步除掉鑽井泥漿中的固相顆粒。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為圖1中A處的放大圖；

圖3為擋泥板的結構示意圖。

附圖中標記及對應的零部件名稱：

1-外殼，2-進料口，3-出料口，4-第一過濾板，5-第二過濾板，6-第一彈簧，7-第三過濾板，8-接液板，9-支撐板，10-支撐杆，11-第二彈簧，12-套筒，13-擋泥板。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用於解釋本發明，並不作為對本發明的限定。

實施例

如圖1、圖2和圖3所示，本發明為一種鑽井液的固相顆粒排除系統，包括外殼1，外殼1頂部設置有進料口2，外殼1底部設置有出料口3，外殼1的側壁上設置有排沙口，外殼1的內壁上鉸鏈連接有第一過濾板4，第一過濾板4的活動端穿過排沙口、且第一過濾板4的上表面與排沙口的頂面接觸，排沙口頂面的高度低於外殼1內壁上鉸鏈的高度，第一過濾板4上設置有若干擋泥板9，擋泥板9在第一過濾板4上的投影呈V字形，擋泥板9夾角的角平分線均與第一過濾板4的中軸線重合、且擋泥板9的夾角均朝向第一過濾板4的活動端，第一過濾板4的活動端的下方安裝有若干第一彈簧6，第一彈簧6的下端固定在排沙口的底面上，第一過濾板4的正下方水平設置有位於外殼1內的第二過濾板5，第二過濾板5下方固定有套筒12，套筒12內設置有第二彈簧11，第二彈簧11下端固定有支撐杆10，支撐杆10下端固定有支撐板9，支撐板9安裝在外殼1的內壁上。外殼1的側壁上設置有位於排沙口下方的回流口，外殼1的側面上固定有位於排沙口和回流口之間的第三過濾板7，第三過濾板7固定在外殼1上的一端的高度高於另一端，第三過濾板7的下方設置有接液板8，接液板8的一端設置在回流口內，設置在回流口內的一端的高度小於另一端。第二過濾板5的濾網孔徑小於第一過濾板4的濾網孔徑的二分之一。第一彈簧6為漲緊彈簧。擋泥板9的夾角為20~45°，擋泥板9兩端與第一過濾板4兩側的距離為20~40釐米。

使用本裝置時，首先，檢查漲緊彈簧的彈性，觀察第一過濾板4是否與排沙口頂面接觸；之後，開啟進料口2、排料口3，倒入水基鑽井泥漿，鑽井泥漿撞上擋泥板9後，被擋泥板9帶至第一過濾板4的兩側；然後，等待鑽井泥漿在外殼內部的分離，也可以人工對第一過濾板4進行上下振動，增加固液分離效果和速度；最後在排料口3處收集水相、在第三過濾板7遠離外殼1的一端收集固相顆粒。本發明通過水基鑽井泥漿自身的重力，在一邊進行固相分離的同時，一邊由堆積在第一過濾板4的活動端的固相顆粒自身的重力開啟排沙口，實現固相顆粒的排出，避免了使用螺旋輸送器排出外殼內的固相顆粒，不僅降低了操作人員受傷的風險，而且節約了裝置的使用成本。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。