CN211329846U - 液压驱动式钻井液离心机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种液压驱动式钻井液离心机，包括螺旋、叶片、转鼓、主电机、液压差速器、液压泵站和自动控制仪表***。自动控制仪表***根据检测到的***压力与设定压力值的比较，能自动控制液压差速器的流量，继而控制螺旋的转速，从而改变差转速。差转速只与液压差速器转速和液压泵站有关，与离心机转鼓转速无关，故可以实现推料恒扭矩输出的差转速全频无级可调，对物料变化适应性强，自动化程度高，固液分离效果好，且清渣方便，安全可靠。

Description

液压驱动式钻井液离心机

技术领域

本实用新型涉及石油钻井设备领域，尤其涉及一种钻井液净化用的液压驱动式钻井液离心机。

背景技术

在钻井液固相控制五级净化***中，当钻井液泥浆经过振动筛、除砂器、除泥器处理后，其中仍含有大量44µm以内的有害固相颗粒，这些有害固相颗粒在钻井过程中相互研磨，增加钻井液的密度及粘度，同时高速运动的有害固相颗粒造成机械的严重磨损，都对钻井作业非常有害。中速离心机和高速离心机能净化钻井液泥浆中44µm以内的有害固相颗粒，在钻井液固控五级净化***中起到很关键的作用。

卧螺离心机是采用离心沉降法来分离悬浮液的机器，它在钻井液固相控制净化***中的作用是将含细小颗粒的悬浮液，经过固液分离，分离为相对干净的液体和固体状的泥渣。差速器是卧螺离心机中中非常重要的部件，它决定了转鼓和螺旋之间的差转速，进而决定卧螺离心机的分离效果。

传统固控工艺选用的中、高速离心机的差速***是机械式摆线或行星齿轮差速器，常见的机械式差速器虽成本低，安装方便，但机械式差速器的差转速由转鼓和螺旋的转速及差速器的差速比决定（差转速=（转鼓转速-螺旋转速）∕差速比），差转速和转鼓转速不能独立调节。而且机械差速器的离心机不易实现自动化控制。更重要的是，在高密度钻井液施工过程中，因钻井液比重较高，离心机处理时需要将大量的重晶石保留在钻井液中，原有的机械式钻井液离心机无法达到良好的分离效果。

实用新型内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本实用新型要解决的技术问题是提供一种能按照需求独立调节差转速，以适应各种不同浓度的钻井液净化需求的液压驱动式钻井液离心机，且能自动控制差转速。

为解决上述技术问题，本实用新型具有如下构成：

液压驱动式钻井液离心机，包括机架上水平放置的螺旋、螺旋上安装的叶片、套装在螺旋和叶片外部的转鼓、主电机、液压差速器、液压泵站和自动控制仪表***；螺旋为圆筒体，筒壁上开有进液口，内部安装进料管，叶片轴向均匀分布于螺旋的外表面；进料管为一根中空的厚壁长管，钻井液从进料管中间进入螺旋内腔，再经进液口进入螺旋和转鼓之间的主内腔；转鼓为薄壁筒状，外形为一段圆锥与一段圆柱相接，转鼓的圆锥形的小端筒壁外圆上开有排渣口，转鼓大端与大法兰连接，大法兰上有出液口，大法兰与机头法兰连接，机头法兰与液压差速器外壳连接；液压差速器安装于转鼓大端外侧，液压差速器输入端与螺旋连接，液压泵站通过液压差速器驱动螺旋转动，主电机通过传动机构带动液压差速器外壳从而驱动转鼓转动；转鼓与螺旋同轴同向高速旋转，但具有差转速，螺旋的转速小于转鼓转速；自动控制仪表***连接于液压差速器与液压泵站的油路中，当自动控制仪表***检测到***压力超过第一设定值时，自动调整液压差速器的流量，提高离心机的差转速，加快推料速度；如***压力继续升高，达到第二设定值时，自动控制仪表***会自动关闭进料管；如***压力继续升高达到第三设定值时，自动控制仪表***自动切断电源停机；如***压力继续升高达到第四设定值时，安装在液压差速器与液压泵站之间的输油管路上的安全阀自动打开，离心机的差转速为零；第一设定值为有堵料倾向状况下的***压力值，第二设定值为初步堵料状况下的***压力值，第三设定值为中度堵料状况下的***压力值，第四设定值为严重堵料状况下的***压力值。

转鼓两端由液压轴承支撑。

叶片采用双导程螺旋叶片。

转鼓的排渣口处加装可更换式硬质合金套。

叶片与螺旋之间采用高硬度碳化钨硬质合金等离子堆焊。

还包括罩壳，罩壳下方与转鼓排渣口对应位置设置出料筒，在罩壳下方右侧设置出液筒。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

在高密度钻井液施工过程中，因钻井液比重较高，离心机处理时需要将大量的重晶石保留在钻井液中，机械式钻井液离心机无法达到良好的分离效果，而液压式离心机由于差转速和转鼓转速为两个不同的独立***，可以在恒扭矩输出的状态下，选择合适的差转速和转鼓转速，在保留钻井液中重晶石的同时，去除钻井液中的有害固相颗粒。特别在水平井钻井过程中，钻井液中的有害固相颗粒粒径小，钻井液粘度高，固相颗粒自由沉降速度慢，现有的离心机分离效果很差，甚至没有分离效果，而液压式离心机转速高，推料扭矩大，差转速范围广（1RPM~50RPM），可以有效地去除钻井液中的有害细颗粒。

本实用新型使用液压差速器，自动控制仪表***根据检测到的***压力与设定压力值的比较，能自动控制液压差速器的流量，继而控制螺旋的转速，从而改变差转速。所以本实用新型的离心机，一方面自动控制仪表***能在出现不同程度的堵料状况下作出反应，保证机器安全运行；另一方面，差转速只与液压差速器转速和液压泵站有关，与离心机转鼓转速无关，故可以实现在钻井液固控过程中，离心机对有害固相分离净化过程中推料恒扭矩输出的差转速全频无级可调，对物料变化适应性强。

液压差速器比机械差速器输出扭矩大。

本液压驱动式钻井液离心机清渣方便。即使因浓度变化太大、误操作引起的机器堵料故障，液压差速器可在转鼓未启动前，先启动螺旋，螺旋和叶片2像输送机一样排出堵积在转鼓内的积料。因此使用液压差速器只要启动液压装置，自动排除堵料故障，无需拆机清除积料。

本实用新型的液压驱动式钻井液离心机能替代一台中速和一台高速离心机，在钻井液固控过程中实现一机二用。

本实用新型的液压驱动式钻井液离心机能实现自动无级调节差转速，安全可靠；并能适用于各种物料；且清渣方便。

附图说明

图1：本实用新型的液压驱动式钻井液离心机正视图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

如图1所示，本实用新型的液压驱动式钻井液离心机主要包括螺旋1、叶片2、转鼓3、液压差速器4、进料管5，为转鼓3提供动力的主电机30和传动机构，以及与液压差速器4相连的液压泵站31和连接于液压管路中的自动控制仪表***32。

如图1所示，转鼓3为薄壁筒状，外形为一段圆锥与一段圆柱相接，转鼓小端轴7固定于转鼓3的小端面，起端盖的作用，同时机架21通过液压轴承25支撑转鼓小端轴7的轴颈部，从而支撑转鼓3的小端。转鼓3大端与大法兰16连接，大法兰16与机头法兰15连接，机头法兰15与液压差速器4外壳连接，主电机30通过传动机构带动液压差速器4外壳，从而驱动转鼓3旋转。机架21通过液压轴承25支撑大法兰16的轴颈部，从而支撑转鼓3的大端。转鼓3的圆锥段小端的左侧的筒壁外圆上开有排渣口12，用于排出固相颗粒，转鼓3的右端的大法兰16的法兰面上开有出液口13，排出固相分离后的废液。转鼓3两端采用液压轴承25支撑，液压轴承25摩擦阻力小，机械效率高，在很大的载荷-速度范围内，可以获得优良的性能。

螺旋1为轴线水平布置的圆筒体，内部的空腔体容纳未经固液相分离的钻井液。螺旋1左侧固定有螺旋支承轴26，螺旋1的左端面和螺旋支承轴26内均开有对应的圆孔，用于安装进料管5，进料管5为一根中空的厚壁长管，钻井液从进料管5中间进入螺旋1内腔，螺旋1的筒壁上开有进液口11。安装于螺旋支承轴26的圆轴段外圆周上的轴承，位于转鼓小端轴7内孔中，支承起螺旋1的左端，螺旋1右端与液压差速器4输入轴连接，液压泵站31带动液压差速器4继而驱动螺旋1旋转。螺旋1圆周外侧安装叶片2，叶片2轴向均匀分布于螺旋1的外表面。

转鼓3套装于螺旋1和叶片2的外部，轴线与螺旋1轴线重合。转鼓3与螺旋1的左侧端面采用迷宫密封，转鼓3内壁与螺旋1外壁之间的区域形成主内腔10，叶片2轴向分布于主内腔10中。叶片2外缘与转鼓3内壁有间隙，叶片2的大小根据转鼓3的形状确定。

液压差速器4设置于转鼓3大端，液压差速器4的输入轴与螺旋1右端连接。液压泵站31通过油管向液压差速器4供高压油，使液压差速器4转动，从而驱动螺旋1转动。同时，主电机30通过传动机构带动液压差速器4的外壳，从而驱动转鼓3旋转，所以螺旋1与转鼓3同轴同向高速旋转，但液压差速器4使螺旋1和转鼓3差速运动，螺旋1的转速比转鼓3转速小。

自动控制仪表***32连接在液压差速器4与液压泵站31的油路中，根据检测到的***压力与设定压力的关系，自动调节液压差速器4的流量，从而改变离心机的差转速。当***压力超过第一设定值时（即有堵料倾向时），提高离心机的差转速，以加快推料速度，减缓堵料的趋势；如***压力继续升高，达到第二设定值时（初步堵料时），自动控制仪表***32会自动关闭进料管5；如***压力继续升高达到第三设定值时（中度堵料时），自动控制仪表***32会自动切断电源停机；如***压力继续升高达到第四设定值时（严重堵料时），安全阀自动打开，离心机的差转速为零。通过这一整套的自动控制，离心机可以安全、可靠地进行工作。

液压驱动式钻井液离心机的固相物体在转鼓3内壁沉渣是靠转鼓3与螺旋1的相对运动转速差来实现，而转速差是靠差速器实现，所以差速器是卧螺离心机中最重要的部件之一。

本实用新型使用液压差速器4，自动控制仪表***32根据检测到的***压力与设定压力值的比较，能自动控制液压差速器4的流量，继而控制螺旋1的转速，从而改变差转速。所以本实用新型的离心机，一方面自动控制仪表***32能在出现不同程度的堵料状况下作出反应，保证机器安全运行；另一方面，差转速只与液压差速器4转速和液压泵站31有关，与转鼓3转速无关，故可以实现在钻井液固控过程中，离心机对有害固相分离净化过程中推料恒扭矩输出的差转速全频无级可调，对物料变化适应性强。

液压驱动式钻井液离心机工作时，钻井液从长管状的进料管5左端进入螺旋1的内腔，再经过进液口11进入主内腔10，转鼓3和螺旋1同向高速旋转，且有一定差转速，离心力将比重大的固体颗粒甩离轴线而沉积在转鼓3的内壁上，即利用离心沉降原理将泥浆中悬浮固体颗粒进行分离，同时叶片2转动，将转鼓3内壁的固体颗粒推向转鼓3圆锥小端左侧的排渣口12，再从罩壳6上的出料筒19排出。而分离的废液由转鼓3右侧的出液口13和罩壳6上的出液筒20排出。在离心机工作过程中，自动控制仪表***32根据当下钻井液的固液相比例及离心机的工作情况自动调节差转速，保证机器安全可靠工作。

使用液压驱动式钻井液离心机的另一重要原因是清渣方便。即使因浓度变化太大、误操作引起的机器堵料故障，液压差速器4可在转鼓3未启动前，先启动螺旋1，螺旋1和叶片像输送机一样排出堵积在转鼓3内的积料。因此使用液压差速器只要启动液压装置，自动排除堵料故障，无需拆机清除积料。

另外，液压差速器的输出扭矩比机械差速器大。

本实用新型还包括最外侧安装的罩壳6，主要部件均置于罩壳6内。罩壳6下方与转鼓3的排渣口12对应位置设置出料筒19，罩壳6下方右侧设置出液筒20，分别排出固相颗粒和废液。

如图1所示，上述零部件有机架21支撑，机架21下方设置减震器。

叶片2采用双导程叶片，有效增加设备排渣能力，生产效率高；且分离能力高、分离粒度范围广，为减轻离心机的负荷，预防离心机超负荷疲劳运转，防止离心机卡机抱死起到重要作用。

叶片2与螺旋1之间采用高硬度碳化钨硬质合金等离子堆焊，具有高抗磨损性。转鼓3使用耐磨抗腐蚀的不锈钢材质。转鼓3的排渣口12处加装可更换式硬质合金套，硬度达到HRA92.5，既耐磨又抗冲击。以上关键部件所使用的材质和工艺，有效延长了设备使用寿命，减少维修保养成本。

本实用新型的液压驱动式钻井液离心机能替代一台中速和一台高速离心机，在钻井液固控过程中实现一机二用。

本实用新型的液压驱动式钻井液离心机能实现自动无级调节差转速，安全可靠；并能适用于各种物料；且清渣方便。

综上所述，在高密度钻井液施工过程中，因钻井液比重较高，离心机处理时需要将大量的重晶石保留在钻井液中，液压式离心机由于差转速和转鼓转速为两个不同的独立***，可以在恒扭矩输出的状态下，选择合适的差转速和转鼓转速，在保留钻井液中重晶石的同时，去除钻井液中的有害固相颗粒。特别在水平井钻井过程中，钻井液中的有害固相颗粒粒径小，钻井液粘度高，固相颗粒自由沉降速度慢，现有的离心机分离效果很差，甚至没有分离效果，而液压式离心机转速高，推料扭矩大，差转速范围广（1RPM~50RPM），可以有效地去除钻井液中的有害细颗粒。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而非对本实用新型的限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行各种组合，修改或者等同置换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种液压驱动式钻井液离心机，其特征在于，包括机架（21）上水平放置的螺旋（1）、所述螺旋（1）上安装的叶片（2）、套装在所述螺旋（1）和所述叶片（2）外部的转鼓（3）、主电机（30）、液压差速器（4）、液压泵站（31）和自动控制仪表***（32）；

所述螺旋（1）为圆筒体，筒壁上开有进液口（11），内部安装进料管（5），所述叶片（2）轴向均匀分布于所述螺旋（1）的外表面；所述进料管（5）为一根中空的厚壁长管，钻井液从所述进料管（5）中间进入所述螺旋（1）内腔，再经所述进液口（11）进入所述螺旋（1）和所述转鼓（3）之间的主内腔（10）；

所述转鼓（3）为薄壁筒状，外形为一段圆锥与一段圆柱相接，所述转鼓（3）的圆锥形的小端筒壁外圆上开有排渣口（12），所述转鼓（3）大端与大法兰（16）连接，所述大法兰（16）上有出液口（13），所述大法兰（16）与机头法兰（15）连接，所述机头法兰（15）与所述液压差速器（4）外壳连接；

所述液压差速器（4）安装于所述转鼓（3）大端外侧，所述液压差速器（4）输入端与所述螺旋（1）连接，所述液压泵站（31）通过所述液压差速器（4）驱动所述螺旋（1）转动，所述主电机（30）通过传动机构带动所述液压差速器（4）外壳从而驱动所述转鼓（3）转动；所述转鼓（3）与所述螺旋（1）同轴同向高速旋转，但具有差转速，所述螺旋（1）的转速小于所述转鼓（3）转速；

所述自动控制仪表***（32）连接于所述液压差速器（4）与所述液压泵站（31）的油路中，当所述自动控制仪表***（32）检测到***压力超过第一设定值时，自动调整所述液压差速器（4）的流量，提高离心机的差转速，加快推料速度；如***压力继续升高，达到第二设定值时，所述自动控制仪表***（32）会自动关闭所述进料管（5）；如***压力继续升高达到第三设定值时，所述自动控制仪表***（32）自动切断电源停机；如***压力继续升高达到第四设定值时，所述自动控制仪表***（32）的安全阀自动打开，离心机的差转速为零；

第一设定值为有堵料倾向状况下的***压力值，第二设定值为初步堵料状况下的***压力值，第三设定值为中度堵料状况下的***压力值，第四设定值为严重堵料状况下的***压力值。

2.根据权利要求1所述的液压驱动式钻井液离心机，其特征在于，所述转鼓（3）两端由液压轴承（25）支撑。

3.根据权利要求1所述的液压驱动式钻井液离心机，其特征在于，所述叶片（2）采用双导程螺旋叶片。

4.根据权利要求1所述的液压驱动式钻井液离心机，其特征在于，所述转鼓（3）的所述排渣口（12）处加装可更换式硬质合金套。

5.根据权利要求1所述的液压驱动式钻井液离心机，其特征在于，所述叶片（2）与所述螺旋（1）之间采用高硬度碳化钨硬质合金等离子堆焊。

6.根据权利要求1所述的液压驱动式钻井液离心机，其特征在于，还包括罩壳（6），所述罩壳（6）下方与所述转鼓（3）的所述排渣口（12）对应位置设置出料筒（19），在所述罩壳（6）下方右侧设置出液筒（20）。

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