CN101878072A - 用于振动筛的流体分配 - Google Patents

Abstract

一种用于从钻井流体分离固体物的振动筛包括顶部筛板(130)、回流盘(160)，该回流盘(160)被设置在顶部筛板(130)的下面，用于接收来自顶部筛板的初次分离的钻井流体。回流盘(160)被分成多个通道(A、B、C、D)。振动筛还包括流体分配箱(210)，该流体分配箱包括多个管道(A、B、C、D)。回流盘(160)中的每个通道(A、B、C、D)对应于流体分配箱(210)中的多个管道(A、B、C、D)中的一个，并且每个通道将初次分离的钻井流体的流传送到对应的管道中。振动筛还包括中部筛板(140)和底部筛板(150)。每个管道(A、B、C、D)按照路线将初次分离的钻井流体的流传送到中部筛板(140)和底部筛板(150)中的对应的一个。

Description

用于振动筛的流体分配

技术领域

此处公开的实施例涉及用于在振动筛中分配流体的设备和方法。

背景技术

通常称为“泥浆(mud)”的油田钻井流体在工业中用于多个目的。在其众多功能中，钻井泥浆作为滑润剂，以冷却旋转的钻头且便于更快的切割速度。典型地，泥浆在地表混合，且以高压通过钻柱的钻孔被向井下泵送至钻头。如果泥浆到达钻头，它通过各种喷嘴和排液口引出，在这些喷嘴和排液口处，它润滑并冷却钻头。在通过喷嘴引出后，“用过的”钻井流体通过形成在钻柱和钻探的井眼之间的环形套筒返回地表。

而且，钻井泥浆提供柱状流体静压力或流体静压头，以避免正在被钻探的井的“井喷(blow out)”。这个流体静压力抵消地层压力，从而如果地层中的受压的堆积物裂口，则阻止钻井流体的井喷。有助于钻井泥浆柱的流体静压力的两个因素是柱体自身的高度(或深度)(如从地表至井眼底部的垂直距离)和所使用的钻井流体的密度(或其倒数，比重)。依赖于将被钻探的地层的类型和构造，将各种增重剂和润滑剂混合到钻井泥浆中，以获得合适的混合物。典型地，以磅每加仑的缩写“磅”表示钻井泥浆的重量。通常，增加溶解在泥浆基体中的增重剂溶质的量将产生更重的钻井泥浆。太轻的钻井泥浆不能避免地层的井喷，且太重的钻井泥浆可能过度侵入地层。因此，需要花费更多的时间和考虑，以确保泥浆混合物是最佳的。因为泥浆评估和混合过程费时且昂贵，钻探工和维修公司倾向于收回返回的钻井泥浆并为了继续使用对它进行再循环。

钻井泥浆的另一重要目的是将岩屑从位于钻孔底部处的钻头带离至地表。当钻头磨碎或刮铲位于钻孔底部的岩层时，小片的固体材料被遗留下。从钻头处的喷嘴引出的钻井流体用来进行搅拌，并在钻柱和钻孔之间的环形套筒内将岩石和地层的固体粒子运载至地表。因此，从环形套筒引出钻孔的钻井流体是钻井泥浆中的地层岩屑的浆体。在所述泥浆能够被再循环和通过钻头的喷嘴被再次向下抽吸之前，必须去除岩屑微粒。

目前所使用的用于从钻井流体去除岩屑和其它固体微粒的设备通常在工业中被称为泥浆振动筛或振动分离器。振动分离器是振动的筛状的工作台，在该工作台上堆积返回的充满固体物的钻井流体，且通过该工作台形成清洁的钻井流体。典型地，振动分离器是具有大致打孔的滤网底部的倾斜工作台。返回的钻井流体堆积在振动分离器的供给端。当钻井流体沿着振动台的长度向下行进时，流体通过孔落至下面的贮存器中，从而留下固体微粒材料。振动分离器工作台的振动动作输送留下的固体颗粒至分离器工作台的排放端。上述描述的设备是用于说明本领域的普通技术人员已知的一种类型的振动分离器。在可选的振动分离器中，分离器的顶部边缘可比下端相对地更靠近地面。在这样的振动分离器中，倾斜角度可能需要颗粒沿大致向上的方向运动。在又一其它的振动分离器中，工作台可以不被倾斜，因此分离器的振动动作可单独地使得颗粒/流体分离。无论如何，现有的振动分离器的工作台倾斜和/或设计变化不应被认为是对本发明公开的内容的限制。

发明内容

在一个方面中，本发明公开内容涉及一种用于从钻井流体中分离固体物的振动筛。所述振动筛包括顶部筛板、被定位在所述顶部筛板下面的回流盘，所述回流盘用于接收来自所述顶部筛板的初次分离的钻井流体。所述回流盘被分成多个通道。振动筛还包括流体分配箱，该流体分配箱包括多个管道。所述回流盘中的每个通道对应于所述流体分配箱中的多个管道的一个管道，且每个通道将所述初次分离的钻井流体的流传送到所述对应的管道中。振动筛还包括中部筛板和底部筛板。每个管道按照路线将所述初次分离的钻井流体的流传送到所述中部筛板和所述底部筛板中的对应的一个。

在另一方面中，本发明公开内容涉及一种用于在振动筛中分配初次分离的钻井流体的设备。所述振动筛包括顶部筛板、中部筛板和底部筛板，装满固体物的钻井流体沉积在所述顶部筛板上，且所述包括尺寸小的固体物的初次分离的钻井流体穿过所述顶部筛板。所述设备包括被定位在所述顶部筛板下面的回流盘；其中所述回流盘被分成多个通道。所述设备还包括流体分配箱，该流体分配箱包括多个管道。所述回流盘中的每个通道将所述包括尺寸小的固体物的初次分离的钻井流体引导至所述流体分配箱中的对应的管道。每个管道将所述包括尺寸小的固体物的初次分离的钻井流体按照路线传送至所述多个次级筛选表面中的相应的一个上。

在另一方面中，本发明公开内容涉及一种从钻井流体分离固体物的方法。所述方法包括：将所述钻井流体沉积到振动筛中的顶部筛板上；振动所述振动筛；在所述顶部筛板上将所述钻井流体分离成初次分离的钻井流体组分和第一固体物组分；从所述振动筛排放所述第一固体物组分；在包括多个通道的回流盘上接收所述初次分离的钻井流体组分；将所述初次分离的钻井流体组分分成由所述回流盘上的通道限定的多个流；将每个通道中的所述初次分离的钻井流体组分的每个流引导到流体分配箱中的对应的管道中；和按照路线将每个管道中的所述初次分离的钻井流体组分的每个流传送至所述振动筛中的中部筛板和底部筛板中的一个。

将从随后的描述和随附的权利要求明白本发明公开内容的其它方面和优点。

附图说明

图1A显示根据本发明公开内容的实施例的振动筛的排放端。

图1B显示根据本发明公开内容的实施例的具有不同配置的肋的振动筛的组件视图。

图2A显示根据本发明公开内容的实施例的用于在图1中显示的振动筛的流体分配箱的内部视图。

图2B显示图1A中显示的振动筛的切割侧视图。

图3A显示根据本发明公开内容的实施例的用于图1中显示的振动筛的流体分配箱的内部视图。

图3B显示图1A中显示的振动筛的切割侧视图。

图4显示根据本发明公开内容的实施例的振动筛的切割侧视图。

图5A和图5B显示根据本发明公开内容的实施例的振动筛的切割透视图。

图6A和图6B显示根据本发明公开内容的实施例的振动筛的部分切割视图。

具体实施方式

在一个方面中，此处公开的实施例涉及用于在振动筛中分配流体的设备和方法。尤其是，本发明公开内容的实施例提供流体分配设备和用于在振动筛中的多个筛板(screening deck)之间分配钻井流体的方法。

图1A、1B、2A、2B、3A和3B显示出根据本发明公开内容的实施例的振动筛。图1A是从振动筛的排放端观看的视图。图2A和3A是从振动筛的供给端观看的视图。图2B和图3B是振动筛的切割侧视图，用于说明振动筛中的钻井流体的并行流动路径。

如图2B和图3B所示，振动筛包括顶部筛板130、中部筛板140和底部筛板150。至少一个马达110被连接至振动筛以提供振动运动，同时从钻井流体分离固体物。在每个筛板上设置网筛(未示出)，用以根据相应的网孔的尺寸从钻井流体中滤出各种尺寸的固体物。在一些实施例中，网筛可以是分别设置在顶部筛板130、中部筛板140、底部筛板150上的筛组件135、145、155(图1A)的一部分。本领域普通技术人员能够认识到本发明公开内容不限于任何特定的筛组件或者网筛配置。

回流盘160被提供用来在中部筛板140和底部筛板150之间分配钻井流体。在图1A中为了说明的目的，将筛组件135、145、155从右侧移除，用以提供回流盘160的视图。回流盘的左侧可以是右侧的镜像。此外，回流盘160可以包括被分隔壁180分开的用于右侧和左侧的两个分离的部分。本技术领域的普通技术人员能够认识到，回流盘160的配置和组件可以在不背离本发明公开内容的范围的情况下进行改变。

继续参见图1A，回流盘160设置在顶部筛板130的下面，且包括多个通道，这些通道是用于在通过顶部筛板130初次分离固体物之后隔离钻井流体流。在这种特定实施例中，四个通道(A、B、C、D)被包含在回流盘160中。这些通道可以例如通过在相邻通道之间提供肋161来形成。参见图1B，根据本发明公开内容的实施例显示出不同配置的肋161(图1A)。如图所示，肋161A沿着回流盘160的全部长度延伸，且可以在适当的位置被焊接或者用常见的紧固件进行固定。在可替换的实施例中，肋161B只沿着回流盘160的整个长度的一部分延伸，使得流体在被肋161B分开之前在回流盘160上被更均匀地分配。肋161B可以被焊接在回流盘160的后部上。本技术领域的普通技术人员能够认识到，在不背离本发明公开内容的范围的情况下，可以以多种方式形成所述通道。例如，可以在两个隔室使用全部长度的肋161A或者部分长度的肋161B，或者如图所示地可以使用全部长度的肋161A和短长度肋161B的组合。此外，在可替换的实施例中，回流盘160可以包括在通道之间的向上的弯曲部，以将通道彼此隔开。

现在将对图1A、1B、2A、2B、3A和3B中显示的实施例的流动分配进行描述。为了定向的目的，用于图1A中的通道(A、B、C、D)的按字母顺序排列的标记也被用作为显示相应的流动路径的箭头。在通过顶部筛板130进行初次分离固体物之后，初次分离的钻井流体流入回流盘160中的多个通道内。初次分离的钻井流体之后在回流盘160上从振动筛的排放端向下流向振动筛的供给端，如在图2B和3B中更清楚地看到的。在振动筛的供给端，流体分配箱210被设置用于将来自多个通道的流按照路线传送至中部筛板140和底部筛板150上的相应位置。在这个实施例中，通过流体分配箱210以及回流盘160来提供并行流，意思是初次分离的钻井流体的一部分被按照路线传送至中部筛板140或底部筛板150，而不传送至上述两者。

流体分配箱210包括多个管道(A、B、C、D)，这些管道对应于回流盘160中的多个通道。所述多个管道可以例如通过水平隔离件221和垂直隔离件222以及盖201形成，为了显示的目的盖201被从图2A和3A中移除。流体分配箱210中的多个管道在图2A、2B、3A和3B中显示的并行流动配置中将来自回流盘160的对应通道的钻井流体按照路线传送至中部筛板140或者底部筛板150。

图2A和2B示出了被按照路线传送至中部筛板140的钻井流体的流动路径。图3A和3B示出了被按照路线传送至底部筛板150的钻井流体的流动路径。当从振动筛的排放端(图1A)观看时，在这个特定的实施例中的并行流动配置中，回流盘160包括从左至右依次标注为A、B、C和D的四个通道。如图2A和2B所示，在流向振动筛的供给端之后，通道A和C中的钻井流体通过流体分配箱210被按照路线传送至中部筛板140。钻井流体流过中部筛板140，以分离未被顶部筛板130初次分离的较小的固体物。之后，来自中部筛板140的钻井流体沿着中部回流盘170流向振动筛的供给端，其中钻井流体之后流出振动筛。滑架(skid)或者收集槽(sump，未示出)可以被设置在振动筛的下面，以为了另外的用途回收(recover)钻井流体。

如图3A和3B所示，继续对于并行流动配置，在通道B和D中的钻井流体通过流体分配箱210被按照路线传送至底部筛板150。钻井流体流过底部筛板150，以分离未被顶部筛板130初次分离的较小的固体物。来自底部筛板150的钻井流体可以被允许立即流出振动筛的底部，流到设置在振动筛的下面用以为了另外的用途回收钻井流体的滑架(未显示)上。

在一个或者更多的实施例中，如图4所示，回流盘160可以被配置以在中部筛板140和底部筛板150之间交替地允许串行流，意思是至少一部分钻井流体流过中部筛板140和底部筛板150。在串行流配置中，可以在三个阶段通过使用越来越细的网孔来实现从钻井流体分离固体物，其中每一连续的筛板用以过滤出更小的固体物。例如，顶部筛板130的网孔尺寸可以被选择，以用作“粗筛板(scalping deck)”以从钻井流体移除大的钻屑。在初次分离之后，中部筛板140可以具有被选择以分离固体物的网孔尺寸，所述固体物可以为了另外的用途被再循环。例如，被中部筛板分离的固体物可以包括堵漏材料(lost circulation material)，其被用于避免在钻井操作期间钻井流体流失到地层中。堵漏材料可能是钻井流体中的昂贵的组分，并且同理，堵漏材料的回收可能导致降低整个钻井费用。在流过中部筛板140以后，钻井流体被通过底部筛板150进行进一步地筛选，所述底部筛板150的网孔尺寸被选择以移除细的固体物。钻井流体中的细的固体物可能会对钻井流体的物理性质产生负面影响。因此，移除至少一些细的固体物可以减小对钻井的负面作用，例如不正确的流体重量和被损坏的钻井组分。在流过底部筛板150以后，钻井流体通过振动筛的底部流出，以为了另外的用途而被回收。在一个实施例中，被中部筛板140分离的固体物可以在被底部筛板150筛选之后返回至钻井流体。

可以以几种方式实现并行流和串行流之间的切换。例如，回流盘160和中部回流盘170可以包括分别在图5A和6A中显示的可移除面板501和502。如图5B和6B所示，可移除面板501和502的移除使钻井流体连续地流过每个筛板。为了防止钻井流体绕过中部筛板140，可以堵塞流体分配箱210中的全部或者一些管道。本发明公开内容的实施例不受流体分配箱210中管道被堵塞的方式的限制。例如，额外的面板(未示出)可以被插入到流体分配箱210中。在一个实施例中，流体分配箱210是可移除的。本领域的普通技术人员还将认识到，可移除面板501和502的配置可以在没有背离本发明公开内容的范围的情况下进行变化。例如，回流盘160和中部回流盘170可以每个包括一个可移除面板或者几个可移除面板。另外，为了成为可移除的，可以用螺栓、闩或者其他连接机构将可移除面板连接至振动筛。在另外的实施例中，回流盘160和中部回流盘170可以包括可滑动的或者以其它方式可移动的面板，其可以在并行流和串行流位置之间移动，用以改变振动筛中的流体分配。

虽然上述的实施例描述了具有三个筛板的振动筛，但是本领域的普通技术人员将认识到，上述的教导可以被调整(scale)以应用至额外的筛板。因此，本发明公开内容不限于仅仅三个筛板。另外，回流盘所提供的通道的数量不限于在上述实施例中显示的4个通道。在其它实施例中，可以由回流盘提供2个通道。可替换地，可以由回流盘提供多于4个的通道。

虽然已经相对于有限数量的实施例描述了本发明公开内容，但是在受益于本发明的公开内容的情况下，本领域技术人员将认识到，可以设计出不背离如在此处公开的公开内容的范围的其它实施例。因此，本发明公开内容的范围应当仅由随附的权利要求来限定。

Claims (15)

1.一种用于从钻井流体中分离固体物的振动筛，所述振动筛包括：

顶部筛板；

被定位在所述顶部筛板下面的回流盘，所述回流盘用于接收来自所述顶部筛板初次分离的钻井流体；

其中，所述回流盘被分隔成多个通道；

包括多个管道的流体分配箱；

其中，所述回流盘中的每个通道对应于所述流体分配箱中的多个管道的一个管道，且每个通道将所述初次分离的钻井流体的流传送到所述对应的管道中；

至少一个中部筛板；和

底部筛板；

其中每个管道按照路线将所述初次分离的钻井流体的流传送到所述中部筛板和所述底部筛板中的对应的一个。

2.如权利要求1所述的振动筛，其中所述回流盘的相邻通道被凸起的肋分开。

3.如权利要求2所述的振动筛，其中所述凸起的肋沿着所述回流盘的长度的一部分延伸。

4.如权利要求1所述的振动筛，其中所述回流盘包括具有垂直于所述流体分配箱的中央的向上的弯曲部的回流表面，用以将所述初次分离的钻井液分成两个流。

5.如权利要求1所述的振动筛，其中所述至少一个中部筛板和所述底部筛板中每个包括具有大约相同网孔尺寸的筛网。

6.如权利要求1所述的振动筛，其中所述回流盘的至少一部分被配置成可移除的，从而允许所述初次分离的钻井流体的至少一部分流过所述至少一个中部筛板和所述底部筛板。

7.如权利要求1所述的振动筛，其中所述回流盘是可滑动的，以在所述中部筛板和所述底部筛板中在并行流和串行流之间进行选择。

8.如权利要求1所述的振动筛，其中所述振动筛包括两个中部筛板。

9.一种用于在振动筛中分配初次分离的钻井流体的设备，其中所述振动筛包括顶部筛板，装满固体物的钻井流体沉积在所述顶部筛板上，且所述包括尺寸小的固体物的初次分离的钻井流体穿过所述顶部筛板，所述振动筛还包括中部筛板和底部筛板，所述设备包括：

被定位在所述顶部筛板下面的回流盘；

其中所述回流盘被分隔成多个通道；

包括多个管道的流体分配箱；

其中所述回流盘中的每个通道将所述包括尺寸小的固体物的初次分离的钻井流体引导至所述流体分配箱中的对应的管道；和

其中每个管道将所述包括尺寸小的固体物的初次分离的钻井流体按照路线传送至所述多个次级筛选表面中的相应的一个上。

10.如权利要求9所述的设备，其中所述回流盘中的相邻通道通过凸起的肋分开。

11.如权利要求10所述的设备，其中所述凸起的肋沿着所述回流盘的长度的一部分延伸。

12.如权利要求9所述的设备，其中所述回流盘包括回流表面，且其中所述回流盘的相邻通道通过所述回流表面上的凸起的弯曲部分开。

13.如权利要求9所述的设备，其中所述回流盘的至少一部分被配置成为从所述振动筛是可移除的，从而允许所述初次分离的钻井流体的至少一部分流过所述中部筛板和所述底部筛板。

14.如权利要求9所述的设备，其中所述回流盘被配置为是可滑动的以在所述振动筛内的所述中部筛板和底部筛板中在并行流和串行流之间进行选择。

15.一种从钻井流体分离固体物的方法，所述方法包括步骤：

将所述钻井流体沉积到振动筛中的顶部筛板上；

振动所述振动筛；

在所述顶部筛板上将所述钻井流体分离成初次分离的钻井流体组分和第一固体物组分；

从所述振动筛排放所述第一固体物组分；

在包括多个通道的回流盘上接收所述初次分离的钻井流体组分；

将所述初次分离的钻井流体组分分成由所述回流盘上的通道限定的多个流；

将每个通道中的所述初次分离的钻井流体组分的每个流引导到流体分配箱中的对应的管道中；和

按照路线将每个管道中的所述初次分离的钻井流体组分的每个流传送至所述振动筛中的中部筛板和底部筛板中的一个。

Images