CN106761497B - 岩屑分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种岩屑分离装置。属于石油设备技术领域。替代现有振动筛分离钻井液。整体为安装有观察窗的封闭结构。在封闭壳体内部为主体。采用管状的过滤筛网分离液体与固体物质。并在管状筛内安装固体物排出装置。固体物排出装置将管状筛内分离出来的固体半固体物质推出，同时清理管内壁，保证管状筛正常持续工作。辅助部分采用可调振动器或采用超声波振动方式，辅助固液分离，提高分离效率。最终实现全天候不间断固液分离。

Description

岩屑分离装置

技术领域

本发明涉及一种岩屑分离装置。属于石油设备技术领域。能够将钻井液中的固相物质，特别是岩屑从钻井液中分离出来。

背景技术

在石油行业中钻井液的处理，尤其是岩屑的分离是非常重要的一项操作。分离出的钻井液要继续参与钻进过程循环使用。而岩屑则是分析钻进及判断地层的关键指标。

目前所采用的泥浆分离筛为开放式震动筛，采用往复振动的结构，筛网为钢丝或纤维编织物。虽然能够将岩屑和其他固体物质从钻井液中分离出来，但是分离效率低下，往往还需要除砂机进行二次处理。不仅故障率高，噪音大，经常发生钻井液外溢的事故。并且筛网的使用寿命短，更换和维修困难。

发明内容

为了解决现有的分离装置能耗高、噪音大，故障率高，寿命短、操作十分不便尤其是筛分效率低漏液的问题，本发明采用优化设计解决了以上问题。

依据本发明的实施例的可行的技术方案是：

采用封闭的结构代替传统的开放式框架。将筛网部分和液体回收部分置于一个安装有观察窗和维修门的全封闭壳体中。外壳的一端安装可调马达和控制面板为整个设备提供动力及实现设备的控制。在封闭壳体内部为主体结构。包括固液分离主体部分，辅助部分和物质分流部分。

固液分离主体部分为管状筛网。采用管状的过滤筛网分离液体与固体物质。管状筛安放于矩形减震支架上，减震支架与物质分流结构相连。在管状筛内安装固体物排出装置。固体物排出装置将管状筛内分离出来的固体半固体物质即岩屑推出，同时清理管内壁，保证管状筛正常持续工作。

其中，辅助部分安装在管状筛中上部，采用可调振动器，辅助固液分离，提高分离效率。最终实现全天候不间断固液分离。

物质分流部分可以在整个装置的最下层，上面承载管状筛，减震支架以及辅助部分。物质分流部分将分离出的液体全部收集并通过管道输出。将分离出的固体物质通过管状筛进入排出输送机构，最终输出本装置。

本发明中的岩屑分离装置具有安全、可靠、耐用等特点。

附图说明

图1 是依据本发明的一种实施例的岩屑分离装置的结构侧视图；

图2a 是依据本发明的一种实施例的固液分离单元的结构侧视图；

图2b 是依据本发明的一种实施例的固液分离单元的结构侧视图；

图3a是依据本发明的一种实施例的携带部分的局部示意图；

图3b是依据本发明的另一种实施例的携带部分的局部示意图；

图4a是依据本发明的另一种实施例的携带部分的局部示意图；

图5a-5c是依据本发明的另一种实施例的固液分离单元的安置示意图；

图6a 是依据本发明的另一种实施例的岩屑分离装置的结构侧视图；

图6b 是依据本发明的一种实施例的带辅助部分的固液分离单元的结构侧视图。

具体实施方式

下面结合附图及给出实施例，对本发明的各种特点作进一步描述。

本发明中的岩屑分离装置可以将岩屑从钻井液中分离出来，用作进一步的研究之用。如图1所示，本发明的一种实施例中的岩屑分离装置100（图中100的显示）包括进料口107用于将含有岩屑的钻井泥浆导入装置，进料口可以设置在任意位置，也可以是任意形状和结构，被导入的钻井泥浆进入固液分离单元101进行分离，固液分离单元101可以包括管状筛111和穿过管状筛内的且可相对所述管状筛枢转的固体物排出机构112。其中，管状筛111具有泥浆入口111a用于导入泥浆，固体出口111b用于允许将分离出的固体物质离开固液分离单元101。

图2a-2b是固液分离单元的结构示意图。如图2a、2b所示，管状筛111可以为圆筒形，其两端面1112、1113封闭，侧壁1110设置内壁滤液筛网1110a并开有泥浆入口111a和固体出口111b。滤液筛网可以根据需要筛选的岩屑尺寸选择，例如可根据粉砂岩，泥岩及PDC钻头钻进的碳酸盐设置不同的目数，例如80目、100目等，筛网的内侧或外侧可以加设肋120以增加侧壁上筛网的强度。所述肋可以分为纵向肋120a和周向肋120b，纵向肋可分为粗细、长短不同的主纵肋和辅助纵肋。其中，主纵肋可以延伸于整个侧壁的长度方向，而辅助纵肋可以延伸于整个侧壁的长度方向。

固体物排出机构112可以同轴的穿过所述管状筛111的内部空间设置。例如，可以借助芯轴112a将固体物排出机构112通过轴套、轴承等配合于管状筛的两端面上的轴孔中，从而使得固体物排出机构112可以相对所述管状筛枢转。所述芯轴112a可以通过例如齿轮箱与马达配合，或链条与马达配合，由电机驱动或直接与马达配合而被驱动转动，或通过液压马达驱动管状筛枢方式驱动，从而带动固体物排出机构112旋转。

固体物排出机构112可以包括与芯轴112a固定连接的长轴部分以及沿所述长轴部分螺旋延伸的携带部分112b。当然，也可以不设置长轴，而如图2a所示直接将携带部分112b附加于芯轴112a。所述附加可以采用可拆卸的方式以便于更换携带部分，当然也可采用不可拆卸的固定连接方式。所述螺旋延伸部分可以为任何螺距。

所述携带部分112b用于将固态的岩屑从长轴部分或芯轴的的一端递送向另一端。如图3a所示，携带部分112b可以是连续设置的结构1120，例如，呈带状；也可以是如图3b所示的非连续的结构1121，例如，呈拥有固定或变化间距的梳或刷状。还可以将携带部分设置为用挠性材料制成，这样可以减小输送岩屑过程中施加在岩屑上的挤压力，防止岩屑被损坏，保持岩屑处于其原始的大小和形态。例如，可以将连续的携带部分设置成连续的弹性带，弹性带可以由天然橡胶、人工橡胶或硅胶等材料制成，其在接近长轴部分的位置可以具有较大的尺寸，而在远离长轴部分的位置具有较小的尺寸。可以采用具有一定强度和密度的梳或刷替代弹性带，例如，可以用毛刷、橡胶梳等。所述毛刷或橡胶梳可以平行设置多组以增加强度。

沿所述长轴部分或芯轴螺旋延伸的携带部分112b可以带动进入管状筛内部空间的泥浆自泥浆入口111a向固体出口111b运动，在运动过程中，钻井液通过管状筛透出，岩屑等固体物质被送至固体出口111b。

如上所述，在另外的实施例中，所述携带部分也可直接螺旋的延伸并固定于芯轴上，而无需长轴部分。

携带部分112b的外缘一般是贴合管状筛内壁1110a设置的。例如，如果是连续结构1120，可在携带部分与管状筛相对的顶部具有清洁部分1120a，该清洁部分可以是硬质材料，例如金属、塑料制成的刮板，或者是软质材料，例如毛刷、塑料刷、橡胶梳等制成的刷或梳，这样的在携带部分相对管状筛选装的过程中，其顶部可以起到清洁管状筛内壁1110a的作用。图4a即给出了这样的例子。而如果携带部分是非连续的结构1121，例如如上所述的梳状或刷状，则例如只要其长度达到或超过所述管状筛，即可实现对管状筛内壁1110a的清洁。当然，所述梳状或刷状部分未达到管状筛的内壁也是可以的。

如图5a至5c所示，所述固液分离单元可以水平、倾斜或直立设置。倾斜设置可能更便于钻井液滤出。在图5b所示的实施例中，所述管状筛设置为与水平呈30度夹角。应当理解，其它任意角度的设置也是可行的，例如15度，45度，60度或它们之间的其它任意角度。

还可以将管状筛设置为与水平呈15-60度的角度，例如30度等夹角斜向下设置。此时，除了沿管状筛轴线任意位置外，还可以将进料口设置在管状筛的一个端面，带有岩屑的泥浆在重力作用下沿管状筛运动，此时，可以将沿一芯轴螺旋延伸的携带部分设置为朝向水平位置较高的方向递送泥浆，即阻碍泥浆的流动，从而使的泥浆在管状筛中的时间变长，利于钻井液的沥出。

管状筛中的携带部分倾斜设置会增加携带部分的驱动装置的负荷，但随着泥浆被提升至更高的高度，在重力的作用下，钻井液更容易从管状筛的筛网穿过。还可以通过可调整角度的支撑机构实现所述管状筛的倾斜角度可调。

在另外的实施例中，所述管状筛可以被设置为由驱动机构106，例如电机加减速装置、链条驱动或直接由电机驱动或通过液压马达驱动管状筛枢方式驱动相对所述携带部分转动。所述旋转可以是连续旋转或间歇式旋转，这个可以由控制装置109控制实现。使得固液分离装置连续或间接转动来改变岩屑的上移，从而有助于避免局部筛壁发生阻塞。

从泥浆中分离出的钻井液直接或通过例如漏斗等收集结构落在所述岩屑分离装置100的底座部分的液体集液盘或集液槽中，底座部分可以提供有排液口，钻井液可通过该排液口在收集后排出岩屑分离装置做后续使用。分离出的岩屑部分则在携带部分的带动下从固体出口111b排出岩屑分离装置供后续使用。

如图5a和5c示出的水平设置的岩屑分离装置与直立设置的岩屑分离装置均可实现岩屑和钻井液的分离。例如，直立设置的岩屑分离装置中的泥浆中的钻井液可在携带部分的推动下被压出管状筛。而水平设置的岩屑分离装置无需如倾斜设置的情形那样将泥浆从较低的水平沿长轴推高至较高的水平。

在其他实施例中，例如图6a和6b所示的岩屑分离装置，在本例中用标号200开头以区别前面的实施例。在本实施例中，可以为所述固液分离单元201设置振动机构203作为辅助部分，用于加强对泥浆过滤效果。所述振动机构203可以包括振动发生部2031、例如旋转凸轮结构，缓冲部2032以及控制部分2033。该振动机构或辅助部分可以安装在管状筛的中上部，可以采用可调振动器辅助固液分离，提高分离效率。最终实现全天候不间断固液分离。

物质分流部分可以在整个装置的最下层，上面承载管状筛，减震支架以及辅助部分。物质分流部分将分离出的液体全部收集并通过管道输出。将分离出的固体物质通过管状筛进入排出输送机构，最终输出本装置。

可以采用超声振动机构替代上述机械振动机构，超声振动机构通过称声波发生器将高频电能转变为机械能，带动管状筛做超声振动，辅助岩屑过滤。

如图6b所示，所述缓冲部分2032可以是弹簧缓冲支架。安装在所述固液分离单元201和底座204之间。通过设置所述弹簧缓冲支架的位置和角度可以使得固液分离单元201在例如基本垂直于所述固液分离单元的长轴的方向上振动，或者平动或者摆动或者其组合。

为了防止液体飞溅以及保护装置，安装有图1中的外壳208。外壳可以采用封闭的结构将固液分离部分和液体回收部分置于一个安装有观察窗和维修门的全封闭外壳中。外壳208的一端安装可调马达206和控制器209为整个固体物排出装置提供动力及实现装置的控制。在封闭的外壳208内部封闭固液分离部分201，辅助部分203和固体物排出机构。

在运行时，从井口排出的钻井液和岩屑经导流槽，流入泥浆槽，从图1或6a中的进料口107、207进入装置中。钻井液进入装置后经过管状筛101、201开始分离。在辅助部分特别是图6a中的振动机构203的帮助下将钻井液中的液体与固态物质分离。液体物质被管状筛分离后落在底部框架104、204上安装的液体收集槽105、205，最后由液体流出口排出。而分离出的固体物质，经过固体排出装置112、212，被推出振动的管状筛。最后落在的固体排出口181、281被推出整个装置。

应当理解，除了本发明附图中描绘的圆柱形外，管状筛也可以具有其他构型，例如，可以具有锥体的外壁，而内部的固定于芯轴上的送料结构可以具有随锥体的锥度逐渐变化的外径从而实现与前述实施例中基本一致的送料和清洁效果。还可以将管状筛设置为具有椭圆形的柱体，三棱柱或四棱柱等，可对应的将送料机构的外径设置为匹配所述椭圆柱体的短轴，三棱柱或四棱柱的内接圆直径从而而实现与前述实施例中基本一致的送料和清洁效果。

驱动所述管状筛及或所述固体排出装置的驱动器可以是可控的，由例如控制器9单独或联合控制。所述驱动器可以是电动马达，或气动马达，或液压马达或燃料发动机为动力。传动方式可以采用链条，皮带，齿轮传动轴传动。也可以采用逆变器直驱的方式。所述振动机构的振动发生部的频率、强度可由控制器调节。

此外，虽然与技术的某些实施方式相关联的优点已经被描述在那些实施方式的上下文中，其它实施方式也可以展现这样的优点，并且并非所有的实施方式需要必然地展示这样的优点以落入该技术的范围。因此，本公开和相关联的技术可包括未明确示出或在这里描述的其它实施方式。因此，本公开仅由所附权利要求书限定。

Claims (8)

1.一种岩屑分离装置，其包括管状筛，被配置为穿过所述管状筛内部的固体排出装置；其特征在于： 所述固体排出装置被配置为螺旋延伸于所述管状筛的内部空间以将含有岩屑的钻井泥浆沿管状筛的长轴方向运送；所述固体排出装置上具有携带部分；所述携带部分具有固定间距或者变化间距的非连续结构；所述携带部分的长度达到或者超过管状筛，可实现对管状筛内壁的清洁；

所述携带部分的材料为挠性材料。

2.根据权利要求 1 所述的岩屑分离装置，其特征是：所述管状筛具有管状滤网，所述管状滤网固定或可旋转，且转速可调。

3.根据权利要求 1 所述的岩屑分离装置，其特征是：还包括机械振动机构或超声振动机构辅助岩屑分离。

4.根据权利要求 1 所述的岩屑分离装置，其特征是：所述固体排出装置由驱动装置驱动旋转。

5.根据权利要求 2所述的岩屑分离装置，其特征是：管状滤网及/或固体排出装置以电动马达，或气动马达，或液压马达或燃料发动机为动力，传动方式采用链条，皮带，齿轮，液压传动轴传动。

6.根据权利要求 1 所述的岩屑分离装置，其特征是：管状筛及/或整体结构采用水平，直立或倾斜放置。

7.根据权利要求 6所述的岩屑分离装置，其特征是：在倾斜放置时，所述管状筛及/或整体结构倾角可调。

8.一种岩屑分离方法，适用于如权利要求1所述的岩屑分离装置，其特征在于：包括

引导含有钻井液和岩屑的泥浆从进料口进入管状筛，进料口具有多种方式，可以从任意位置进料；通过固体排出装置将泥浆以旋转的方式沿管状筛的长轴方向向出口传送，在此过程中滤除钻井液；从出口将岩屑排出。