清除帶壓泡沫中固相顆粒的裝置和方法

2023-09-20 10:27:00 3

專利名稱：清除帶壓泡沫中固相顆粒的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種應用於泡沫鑽井中清除井中返出泡沫中固相顆粒的裝置和 方法，也可應用於清除泡沫修井、泡沫洗井中井內返出泡沫中的固相顆粒。
背景技術：
在泡沫鑽井中，由地面通過鑽柱向井內注入由氣體和含有多種化學劑的液 體混合而成的無固相泡沫。泡沫在井內循環的過程中混入了固相顆粒，這些固 相顆粒主要來自於鑽頭破碎巖石形成的巖屑顆粒，有時也有少部分井壁坍塌形 成的大顆粒。
一般情況下，這些井內返出的含有固相顆粒的泡沫是作為廢液直接排放的。 考慮到環保或成本的原因，希望能循環再利用井內返出的泡沫。在這種循環利 用過程中，往往需要先將泡沫中的固相顆粒分離出去。
另外，這些返回的泡沫往往是帶壓泡沫，在清除固相顆粒過程中，需要保 持帶壓操作。

發明內容
本發明的目的是提供一種將帶壓泡沫中固相顆粒清除的裝置，可以在清除 過程中保持帶壓操作，並能使經過處理的帶壓泡沫內的固相顆粒被清除到滿足 循環使用的程度。
本發明的另一個目的是提供一種將帶壓泡沫中固相顆粒清除的方法，以利 於泡沫循環使用。
本發明的目的分別通過下述技術方案來實現
清除帶壓泡沫中固相顆粒的裝置，至少包括依次級聯的一級過濾器、二級 分離器。
所述一級過濾器包括第一筒體、設置在第一筒體上端的上蓋、與第一筒體 的下端連接的固相顆粒儲存筒，第一筒體的下端與固相顆粒儲存筒之間設置有第一閥門，固相顆粒儲存筒的下端設置有第二閥門，第一筒體上開設有第一泡 沫入口，在上蓋上開設有第一泡沫出口，第一泡沫入口和第一泡沫出口之間設
置有第一篩網。
所述二級分離器包括第二筒體、設置在第二筒體並分別與之相通的第二泡
沫入口和第二泡沫出口 、 i殳置在第二泡沫入口和第二泡沫出口之間的第二篩網: 第二筒體上位於第二篩網與第二泡沫入口之間的部分設置有帶壓卸料器。
所述帶壓卸料器包括通過入口與第二筒體相通的殼體，殼體內設置有轉 軸，轉軸的中部與殼體液密性配合，轉軸中部的外壁上開設有與入口相匹配的 至少一處下凹部，轉軸兩端與殼體可轉動裝配，殼體上還開設有出口。
所述轉軸連接有槽輪，槽輪處還設置有與其配合的撥盤，撥盤旋轉時，其 上的撥塊依次轉入槽輪上的間歇槽，從而使撥盤間歇帶動轉軸和柱體上的下凹 部間歇經過入口再經過出口 。
所述第二筒體的一端可拆卸設置有第一封頭；所述第二篩網的內側設置有 第二篩網襯板，第二篩網的外側設置有第二壓板，第二壓板的外端與第 一彈簧 連接，第一彈簧的另一端連接有手輪，手輪的輪杆伸出第一封頭與其轉輪連接。 所述第二筒體安裝在彈簧上，且第二筒體上安裝有激振器。
所述第二筒體內，位於第二篩網與第二泡沫出口之間還設置有第三篩網；
第二筒體上位於第二篩網與第三篩網之間的部分也設置有帶壓卸料器；第二筒
體的一端可拆卸設置有第一封頭，第二篩網的內側設置有第二篩網襯板，第二 篩網的外側設置有第二壓板，第二壓板的外端與第 一彈簧連接，第 一彈簧的另
一端連接有第一手輪，第一手輪的輪杆伸出第一封頭與其轉輪連接；第二筒體
的另 一端可拆卸設置在第二封頭，第三篩網的外側依次設置有第三篩網村板、 第三壓板，第三壓板的外端與第二彈簧連接，第二彈簧的另一端連接有第二手 輪，第二手輪的輪杆伸出第二封頭與其轉輪連接。
清除帶壓泡沫中固相顆粒的方法包括如下步驟 a、將含有固相顆粒的帶壓泡沫密閉地通入一級過濾器，清除固相大顆 粒;
6b、 將從一級過濾器中排出的帶壓泡沫密閉地通入二級分離器，進一步清 除固相顆粒；
c、 將從二級分離器排出的帶壓泡沫密閉地通入離心分離器，將微粒級的
固相顆粒分離排出，得到清除固相顆粒的帶壓泡沫。
所述步驟a的過程是，將含有固相顆粒的帶壓泡沫沿與一級過濾器的筒體 側壁相切方向的第一泡沫入口通入筒體，固相大顆粒沉積在與筒體底部相通的 固相顆粒儲存筒中，帶壓泡沫通過設置在筒體上部的第一篩網由出口排出；固 相顆粒儲存筒內的固相大顆粒沉積到設定量時，關閉固相顆粒儲存筒與筒體下 端之間的第一閥門，打開設置在固相顆粒儲存筒另一端的第二閥門，將固相大 顆粒排出。
所述步驟b中，從一級過濾器中排出的帶壓泡沫至少經過漸細的兩道篩網 分離；其過程是，先經過二級分離器入口與設置在該分離器內部的第二篩網之 間的第 一 區域，固相顆粒沉積後由與第 一 區域液密性裝配的帶壓卸料器排出， 經過第二篩網的帶壓泡沫進入二級分離器的第二篩網與第三篩網之間的第二 區域，更小的固相顆粒沉積後由與第二區域液密性裝配的另 一帶壓卸料器排 出，經過第三篩網的帶壓泡沫由設置在二級分離器上的出口排出。
所述步驟b中，振動二級分離器以加速分離。
本發明的裝置採用上述結構，可以使含有固相顆粒的帶壓泡沫在一級過濾 器中帶壓處理，排出固相大顆粒過程中不會洩壓，然後進入二級分離器中，通 過二級分離器的篩網進行帶壓過濾分離，再經由帶壓卸料器不洩壓地排出固相 顆粒，再進入離心分離機進行處理，使帶壓泡沫經過上述處理後能夠滿足循環 使用的要求。
本發明的方法採用上述步驟，可以帶壓操作分離含壓泡沫中的固相顆粒， 使帶壓泡沫經過處理後能夠滿足循環使用的要求。
可見，本發明的裝置和/或方法，可以帶壓處理含壓泡沫，使其能夠循環使 用，降低成本支出和環保壓力。


本發明將通過例子並參照附圖的方式說明，其中
圖l是本發明的裝置中一級過濾器的結構示意圖2是本發明的裝置中二級分離器的結構示意圖3是本發明的裝置中帶壓卸料器的結構示意圖4是圖3的A-A向示意圖5是圖3的B-B向示意圖6是本發明的方法流程示意圖中標號l-第一封頭、2-第一連接螺栓、3-第二泡沫入口、 4-第二筒體、 5-第二壓板、6-第二篩網、7-第二篩網襯板、8-第三篩網、9-第三篩網襯板、 IO-第三壓板、11-第二連接螺栓、12-第二封頭、13-第二手輪、14-第二彈簧、 15-第二泡沫出口、 16-激振器、17-彈簧、18-第二支架、19-第一固相顆粒、20-第一彈簧、21-第一手^~、 22-第二固相顆粒、25-第一泡沫入口、 26-第一泡沫 出口、 27-上蓋、28-第一篩網襯板、29-第一篩網、30-第一筒體、31-第一閥門、 32-固相顆粒儲存筒、33-第二閥門、34-第一支架、36-轉軸、37-軸承端蓋、38-螺栓、39-軸承、40-殼體、41-出口、 42-固相顆粒、43-入口、 44-潤滑裝置、 45-撥盤、46-槽輪、90-帶壓卸料器。
具體實施例方式
下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步的說明。
清除帶壓泡沫中固相顆粒的裝置包括依次級聯的一級過濾器、二級分離器 和離心分離器。為便於表述，本說明書在部分零部件名稱前加了第一、第二、 第三等字樣，這些字樣僅為區分部件，不具有其它含義。
如圖1所示， 一級過濾器包括由第一支架34支撐的第一筒體30,第一筒體 30的側壁上開設有與其相切的第一泡沫入口 25，以^吏帶壓泡沫可以沿側壁進入 第一筒體30內。
第一筒體30內的上部高於第一泡沫入口 25處設置有第一篩網29，第一篩網29由第一篩網襯板28支撐。
第一筒體30的上埠通過上蓋27封閉，上蓋27上開i殳有第一泡沫出口 26。 第一筒體30的下端收縮並通過第一閥門31連接有固相顆粒儲存筒32，固相顆粒 儲存筒32的下端連接有第二閥門32,且固相顆粒儲存筒32為透明狀，可觀察 固相顆粒儲存狀況。
如圖2所示，二級分離器包括通過第二支架18安裝在激振彈簧17上的第 二筒體4,第二筒體4左端上部開設第二泡沫入口 3，其右端下部開設有第二泡沫 出口 15，上述第二泡沫入口 3與一級過濾器的第一泡沫出口 26液密性(即密封 性可以使液體不致洩出)連接。
第二筒體4的下部還設置有兩個帶壓卸料器90。為便於表述，據圖2所示， 分別稱為左帶壓卸料器和右帶壓卸料器。
帶壓卸料器90的結構如圖3所示，包括兩半扣合用螺栓緊固可拆卸的殼體 40,殼體40上部開設有入口 43,下部開設有出口 41,上述入口 43與第二筒體4 相通。殼體40內裝配有轉軸36，轉軸36中部的外壁與殼體40的內壁液密性配 合(本發明中所述的液密性配合或液密性裝配是指裝配的兩者之間的密封性可 達到液體不洩漏的水平)，轉軸36的外壁上開^:有與入口 43相匹配的至少一處 下凹部，本實施例如圖3所示，均勻開設四處軸向的凹槽。如圖4所示，上述 轉軸36的兩端通過軸承39與殼體40可轉動裝配，軸承39外通過軸承端蓋37 用螺栓38裝配在殼體40兩端封閉。如圖5所示，轉軸36的一端伸出殼體40 連接有槽輪46,通過撥盤45驅動與其配合的槽輪46,撥盤45上的撥塊依次轉 入槽輪46上的間歇槽，從而使撥盤45間歇帶動轉軸36上的下凹部間歇經過入 口"再經過出口41。可以用電機驅動撥盤45,再帶動槽輪46及轉軸36轉動， 以實現自動控制。轉軸36的轉速決定著固相顆粒的排出速率，排出的固相顆粒 (如巖屑)量由鑽速的快慢(產生巖屑的多少)決定，根據需要調節轉速。
殼體40上設置有潤滑轉軸36的潤滑機構44。
第二筒體4的兩端分別設置有第一封頭1和第二封頭12,兩個封頭分別通過 第一連接螺栓2、第二連接螺栓11可拆卸地安裝在第二筒體4兩端。
9在第二泡沫入口 3和第二泡沫出口 15之間設置有兩道篩網。第二泡沫入口 3和右邊的帶壓卸料器90之間有豎直的第二篩網6，左邊的帶壓卸料器90安裝 於第二篩網6與第二泡沫入口 3之間的第二筒體4上。第二篩網6的內側i殳置 有第二篩網村板7，第二篩網6的外側設置有第二壓板5，第二壓板5的外端與 第一彈簧20連接，第一彈簧20的另一端連接有第一手輪21，第一手輪"的輪
杆伸出第一封頭1與其轉輪連接。
右邊的帶壓卸料器90與第二泡沫出口 15之間設置有第三篩網8,第三篩網 8的外側依次設置有第三篩網襯板9、第三壓板10，第三壓板10的外端與第二彈 簧14連接，第二彈簧14的另一端連接有第二手輪13，第二手輪13的輪杆伸出 第二封頭12與其轉輪連接。
第二筒體4的底部安裝有激振器16。
第三篩網8允許通過的固相顆粒比第二篩網6更小更細。
第二篩網6由第二壓板5與第二篩網襯板7支承並定位；第三篩網8附於 第三篩網襯板9之上，第三篩網8由第三篩網襯板9支承並定位。
第二篩網6由第一手輪21、第一彈簧20、第二壓寺反5、第二篩網襯板7壓 緊並定位。更換第二篩網6時，只需①鬆開第一手輪21，卸掉第一彈簧"壓 緊力；②鬆開第一封頭1上的第一連接螺栓2;③打開第一封頭1，依次取出第 一彈簧20、第二壓板5、取出第二篩網6;④依次放入新篩網、第二壓板5、第 一彈簧20;⑤關上第一封頭1，上緊第一連接螺栓2;⑥轉動第一手輪n、壓 緊笫一彈簧20、鎖死手輪21。
第三篩網8由第二手輪13、第二彈簧14、第三壓板IO、第三篩網襯板9壓 緊並定位。更換第三篩網8時，只需①鬆開第二手輪13,卸掉第二彈簧M壓 緊力；②鬆開第二封頭12上的第二連接螺栓11;③打開第二封頭l2，依次取 出第二彈簧U、第三壓板IO、第三篩網襯板9、需要更換的第三篩網8;④依 次放入新篩網、第三篩網襯板9、第三壓板IO、第二彈簧14;⑤關上第二封頭 12,上緊第二連接螺栓ll;⑥轉動第二手輪13、壓緊第二彈簧l4、鎖死第二手 輪13。上述各篩網鋪設在各自的篩網襯板上，可以延長篩網的使用壽命。
二級分離器的第二泡沫出口 15液密性地與離心分離器的入口連通。 利用上述裝置來清除帶壓泡沫固相顆粒的方法如圖6所示，包括如下步驟
a、 將含有固相顆粒的帶壓泡沫密閉地通入一級過濾器，清除固相大顆 粒;
b、 將從一級過濾器中排出的帶壓泡沫密閉地通入二級分離器，進一步清
除中小固相顆粒；
c、 將從二級分離器排出的帶壓泡沫密閉地通入離心分離器，將;f效粒級的 固相顆粒分離排出，得到清除固相顆粒的帶壓泡沫。
所述步驟a中，含有固相顆粒的帶壓泡沫從第一泡沫入口 25液密性地沿與 一級過濾器的第一筒體30的側壁相切的方向^t通入該筒體內(此時第一閥門31 處於打開狀態)，固相大顆粒沉積在與第一筒體30底部相通的固相顆粒儲存筒 32中，帶壓泡沫通過設置在第一筒體30上部的第一篩網29由第一泡沫出口 26 排出；固相顆粒儲存筒32內的固相大顆粒沉積到設定量時(或通過其透明窗觀 察到快滿時)，關閉第一閥門31，打開設置在固相顆粒儲存筒另一端的第二閱門 33,將固相大顆粒排出。
經過上述處理的帶壓泡沫液密性地從第一泡沫出口 26通入二級分離器的第 二泡沫入口 3，進行上述步驟b的處理。
其中較大的固相顆粒經過第二篩網6的過濾而沉積在左邊的帶壓卸料器90 處，通過其轉軸36的間歇旋轉，由入口 43落入到轉軸36的一個下凹部的較大 固相顆粒(如圖2中所示的第一固相顆粒19),被轉入到出口 41排出。這期間 由於轉軸36與殼體之間的液密性裝配，保持了第二筒體4內的壓力不洩。
經過第二篩網6處理的帶壓泡沫再經過第三篩網8的過濾，將更小尺寸的 固相顆粒(如圖2所示的第二固相顆粒22),如上述方法由圖2中右邊的帶壓卸 料器排出。
上述步驟b中，可以啟動激振器16,使整個第二筒體4在彈簧17上振動， 以提高分離效果。
ii經過上述處理的帶壓泡沫由第二泡沫出口 15被液密性地通入離心分離器， 進行步驟C的處理。
本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互 相排斥的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特徵，除 非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非 特別敘述，每個特徵只是一 系列等效或類似特徵中的一個例子而已。
本發明並不局限於前述的具體實施方式
。本發明擴展到任何在本說明書中 披露的新特徵或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何 新的組合。
權利要求
1、清除帶壓泡沫中固相顆粒的裝置，其特徵在於，至少包括依次級聯的一級過濾器、二級分離器。
2、 如權利要求1所述清除帶壓泡沫中固相顆粒的裝置，其特徵在於，所 述一級過濾器包括第一筒體(30)、設置在第一筒體(30)上端的上蓋(27)、 與第一筒體(30)的下端連接的固相顆粒儲存筒(32),第一筒體(30)的下 端與固相顆粒儲存筒(32 )之間設置有第一閥門(31)，固相顆粒儲存筒(32 ) 的下端設置有第二閥門(33)，第一筒體(30)上開設有第一泡沫入口 (25)， 在上蓋(27)上開設有第一泡沫出口 (26),第一泡沫入口 (25)和第一泡沫 出口 (26)之間設置有第一篩網(29)。
3、 如權利要求1所述清除帶壓泡沫中固相顆粒的裝置，其特徵在於，所 述二級分離器包括第二筒體(4)、設置在第二筒體(4)並分別與之相通的第 二泡沫入口 (3)和第二泡沫出口 (15)、設置在第二泡沫入口 (3)和第二泡 沫出口 (15)之間的第二篩網(6),第二筒體(4)上位於第二篩網(6)與 第二泡沫入口 (3)之間的部分設置有帶壓卸料器(90)。
4、 如權利要求3所述清除帶壓泡沫中固相顆粒的裝置，其特徵在於，所 述帶壓卸料器(90)包括通過入口 U3)與第二筒體(4)相通的殼體MO)， 殼體H0)內設置有轉軸(36)，轉軸(36)的中部與殼體HO)液密性配合， 轉軸(36)中部的外壁上開設有與入口 (43)相匹配的至少一處下凹部，轉軸(36)兩端與殼體HO)可轉動裝配，殼體(40)上還開i殳有出口 Hl)。
5、 如權利要求4所述清除帶壓泡沫中固相顆粒的裝置，其特徵在於，所 述轉軸(36 )連接有槽輪(46 )，槽輪(46 )處還設置有與其配合的撥盤(45 )， 撥盤(45 )旋轉時，其上的撥塊依次轉入槽輪(46 )上的間歇槽，從而使撥盤 間歇帶動轉軸和柱體上的下凹部間歇經過入口再經過出口 。
6、 如權利要求3所述清除帶壓泡沫中固相顆粒的裝置，其特徵在於，所 述第二筒體(4)的一端可拆卸設置有第一封頭(1);所述第二篩網(6)的內 側設置有第二篩網襯板(7 ),第二篩網(6 )的外側設置有第二壓板(5 )，第二壓板(5)的外端與第一彈簧(20)連接，第一彈簧"O)的另一端連4矣有 手輪(21 )，手輪(21 )的輪杆伸出第一封頭(1 )與其轉l^連接。
7、 如權利要求3所述清除帶壓泡沫中固相顆粒的裝置，其特徵在於，所 述第二筒體(4 )安裝在彈簧(17 )上，且第二筒體(4 )上安裝有激振器(16 )。
8、 如權利要求5所述清除帶壓泡沫中固相顆粒的裝置，其特徵在於，所 述第二筒體(4)內，位於第二篩網(6)與第二泡沫出口 (15)之間還設置有 第三篩網(8);第二筒體(4)上位於第二篩網(6)與第三篩網(8)之間的 部分也設置有帶壓卸料器(90);第二筒體(4)的一端可拆卸設置有第一封頭(1)，第二篩網(6)的內側設置有第二篩網襯板(7),第二篩網(6)的外 側設置有第二壓板(5),第二壓板(5)的外端與第一彈簧(20)連接，第一 彈簧(20)的另一端連接有第一手輪(21)，第一手輪(21)的輪杆伸出第一 封頭(1)與其轉輪連4委；第二筒體(4 )的另一端可拆卸"i殳置有第二封頭(12 )， 第三篩網(8)的外側依次設置有第三篩網襯板(9)、第三壓板(10)，第三壓 板(10)的外端與第二彈簧(14)連接，第二彈簧(14)的另一端連接有第二 手輪(13)，第二手輪(13)的輪杆伸出第二封頭(12)與其轉輪連接。
9、 清除帶壓泡沫中固相顆粒的方法，其特徵在於，包括如下步驟a、 將含有固相顆粒的帶壓泡沫密閉地通入一級過濾器，清除固相大顆 粒;b、 將從一級過濾器中排出的帶壓泡沫密閉地通入二級分離器，進一步清除固相顆粒；c、 將從二級分離器排出的帶壓泡沫密閉地通入離心分離器，將拔i粒級的 固相顆粒分離排出，得到清除固相顆粒的帶壓泡沫。
10、 如權利要求9所述清除帶壓泡沫中固相顆粒的方法，其特徵在於，所 述步驟a的過程是，將含有固相顆粒的帶壓泡沫沿與一級過濾器的筒體側壁相 切方向的第一泡沫入口通入筒體，固相大顆粒沉積在與筒體底部相通的固相顆 粒儲存筒中，帶壓泡沫通過設置在筒體上部的第一篩網由出口排出；固相顆粒 儲存筒內的固相大顆粒沉積到設定量時，關閉固相顆粒儲存筒與筒體下端之間的第一閥門，打開設置在固相顆粒儲存筒另一端的第二閥門，將固相大顆粒排 出。
11、 如權利要求10所述清除帶壓泡沫中固相顆粒的方法，其特徵在於， 所述步驟b中，從一級過濾器中排出的帶壓泡沫至少經過漸細的兩道篩網分離； 其過程是，先經過二級分離器入口與設置在該分離器內部的第二篩網之間的第 一區域，固相顆粒沉積後由與第一區域液密性裝配的帶壓卸料器排出，經過第 二篩網的帶壓泡沫進入二級分離器的第二篩網與第三篩網之間的第二區域，更 小的固相顆粒沉積後由與第二區域液密性裝配的另一帶壓卸料器排出，經過第 三篩網的帶壓泡沫由設置在二級分離器上的出口排出。
12、 如權利要求9或10或11所述清除帶壓泡沫中固相顆粒的方法，其特 徵在於，所述步驟b中，振動二級分離器以加速分離。
全文摘要
本發明公開了一種清除帶壓泡沫中固相顆粒的裝置及方法，涉及一種應用於泡沫鑽井中清除井中返出泡沫中固相顆粒的裝置和方法，目的是清除帶壓泡沫中的固相顆粒，以利於其循環使用，裝置包括依次級聯的一級過濾器和二級分離器，其中二級分離器包括第二筒體、設置在第二筒體並分別與之相通的第二泡沫入口和第二泡沫出口、設置在第二泡沫入口和第二泡沫出口之間的第二篩網，第二筒體上位於第二篩網與第二泡沫入口之間的部分設置有帶壓卸料器，方法包括將含有固相顆粒的帶壓泡沫密閉地通入一級過濾器，清除固相大顆粒；將從一級過濾器中排出的帶壓泡沫密閉地通入二級分離器，進一步清除固相顆粒。
文檔編號B01D36/00GK101564618SQ20091005944
公開日2009年10月28日 申請日期2009年5月27日 優先權日2009年5月27日
發明者孟英峰, 張萬福, 李永傑, 紅 梁, 練章華, 浩 陳 申請人:西南石油大學