CN101965437A - 流体分配系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种流体分配设备，包括配置以接收钻孔材料且将钻孔材料引导到分离表面的壳体；以及连接到壳体上的并配置用以将钻孔材料流分配到分离表面的挡板。

Description

流体分配系统

技术领域

本发明公开的实施方式大体上涉及用于将钻孔材料分配到振动分离器的设备和系统。此外，此处公开的实施方式涉及用于最大化振动分离器的筛面效率的设备和系统。

背景技术

油田钻井流体，通常称为“钻井液(mud)”，在工业上有多种用途。在其多个用途中，钻井液用作冷却旋转钻头并利于提高切割速率的润滑剂。典型地，钻井液在地面上混合并通过钻柱的孔用高压将其泵送到井下钻头。一旦钻井液到达钻头，钻井液就在润滑和冷却钻头的地方通过各种喷嘴和出口离开钻头。通过喷嘴离开后，“用过的”钻井液通过形成于钻柱和所钻井筒之间的环形缝隙返回地面。

此外，钻井液提供了一个静液柱，或液体静压头，以防止在钻井时“喷出”。这个静液柱抵消了地层压力，因而如果形成层中增压沉积物溃决，可以防止流体喷出。与钻井液柱的静压有关的两个因素是柱体的高度(或深度)(即，井眼的表面到底部之间的竖直距离)自身以及使用的流体的密度(或它的倒数，比重)。依靠待钻地层的类型和结构，各种填充剂和润滑剂被混入钻井液中以得到合适的混合物。典型地，钻井泥浆的重量以“磅”计，每加仑磅的简称。大体上，增加溶解在钻井液基中填充剂溶质的量将制造出较重的钻井液。太轻的钻井液不能保护地层不发生井喷，而太重的钻井液将过分侵入地层。因此，大量时间和考虑花费于确保钻井液混合物的最优化。因为钻井液评估和混合物加工耗时且成本高，钻井者和服务公司优选再生返回的钻井液并循环使用。

钻井液的另一个重要作用是从井眼的底部的钻头处将钻屑送至地面。当钻头在井眼底部粉碎或刮擦岩石地层时，便留下了小片的坚硬材料。从钻头处喷嘴喷出的钻井液在位于钻柱和井筒之间的环形缝隙中搅起并承载岩石和地层的坚硬碎料到地面。因而，从环形缝隙退出井眼的流体为钻井液与地层钻屑的混合浆液。在泥浆可以被再循环以及通过钻头的喷嘴再次泵送井下之前，必须移除钻屑颗粒。

目前工业上使用来从钻井液中移除钻屑和其它固体颗粒的设备通常为泥浆振动筛或振动分离器。振动分离器为振动筛形工作台，在其上返回的混合油固体颗粒的钻井液进行沉淀，且通过此振动分离器得到干净的钻井液。通常，振动分离器为具有大体上穿孔过滤筛底部的倾斜工作台。返回的钻井液在振动分离器的供给端沉积。当钻井液向下走到振动工作台的长度时，钻井液穿过穿孔到达下面的贮液罐，将固体颗粒材料留在后面。振动分离器工作台的振动运动将留在后面的固体颗粒传送到分离器工作台的排放端。上述的设备是对本领域普通技术人员所公知的一种振动分离器的诠释。在可选的振动分离器中，分离器的顶部边缘比起其下端来说更为接近地面。在这样的振动分离器中，倾斜的角度有赖于特别地大体上向上方向的移动。而在其它振动分离器中，工作台可以是非倾斜的，因而单单分离器的振动运动就可以使得颗粒/钻井液分离。无论如何，现今的振动分离器的工作台倾斜和/或设计的变形都不应被认为是对本发明所公开内容的限制。

因此，就存在更为有效的用于分离钻井材料的设备和系统的需要。

发明内容

一方面，本发明涉及流体分配设备，其包括配置用于接收钻井材料并引导钻井材料到分离表面的壳体；以及连接到壳体上并配置用于将钻井材料流分配到分离表面的挡板。

本发明的另一方面和优点将通过下面的说明和附随的权利要求变得清楚。

附图说明

图1为根据所公开的实施方式的流体分配设备的透视图。

图2为图1中流体分配设备的截面图。

图3为根据所公开的实施方式的振动分离器的剖面图。

图4为根据本发明公开实施方式的具有不同肋条布局的筛子组装图。

图5为根据本发明公开实施方式的筛子的流出端。

具体实施方式

一方面，此处公开的实施方式涉及用于将钻井材料分配到振动分离器的设备和系统。特别地，本发明的实施方式提供了配置以与振动分离器连接并且引导和分配钻井材料到振动分离器的分离表面的流体分配设备。另一方面，此处公开的实施方式涉及用于最大化振动分离器筛面效率的设备和系统。

参考图1和2，所示为流体分配设备100。流体分配设备100，或者进给器，包括配置以连接振动分离器或振动筛(未示出)、粘泥分离器或任何其它用于分离钻井液、钻井材料、钻井泥浆等的分离系统的进给端的壳体102。壳体102包括平底面104以及至少一个入口106。该至少一个入口106配置用以接收钻井材料流(例如，钻井液、粘泥)且壳体102将钻井材料流引导到分离系统的分离表面上(例如，振动板，筛选组件等)。本领域技术人员可明白，入口可设置在顶部、背部或侧面或任何所需的地方。

如所示，流体分配设备100进一步包括连接到壳体102上并配置以将钻井材料流分配到分离表面上的挡板108。挡板108可由本领域公知的任何材料制成，比如，钢、合成材料以及橡胶。挡板108配置用于在壳体102的出口端112上的开口之上与壳体102连接。挡板108从出口端112的开口之上向下延伸，以闭合或盖住壳体102的出口端112的开口。在一些实施方式中，壳体102可以包括倾斜的出口114以便于钻井材料从出口出来。

挡板108被连接到壳体102，从而控制退出壳体102的钻井材料流。进一步，挡板108配置以分配钻井材料流穿过分离器或筛面(未示出)。特别地，对挡板108的配置进行选择，以均匀地分配钻井材料流穿过流体分配装置和在其上提供钻井材料流的相应分离表面的宽度(W)。

挡板108通过机械装置连接到壳体102上。例如，如图1和2所示，挡板108通过销型铰链连接到壳体。因此，穿过壳体102的钻井材料流对挡板108的第一表面116施加压力。在这个实施例中，当由钻井材料流施加的压力大于由挡板108的重量导致的压力时，挡板108绕着销型开口的轴线旋转，因而使得钻井材料从流体分配设备100中流出。

在可替换实施方式中，挡板108通过弹簧支承铰链连接到壳体。在这个实施例中，当由钻井材料流施加到挡板108的第一表面116的压力大于弹簧支承铰链的弹性阻力时，挡板108绕着弹簧支承铰链的轴线旋转，因而使得钻井材料从流体分配设备100中流出。

因此，可以通过选择，诸如挡板108的形状、设计、和/或重量以及挡板108连接到壳体102上的连接装置来配置挡板108以控制钻井材料流的流动和分配。比如，在一个实施方式中，挡板108可利用销型铰链连接到壳体102。这个实施例中，挡板108可配置以使得在壳体102内的钻井材料中产生反向压力。壳体102内的钻井材料的反向压力导致钻井材料穿过挡板108的宽度(W)分配。因此，当作用到挡板108的第一表面116上的钻井材料压力大于挡板108的重量时，钻井材料围绕销型铰链的轴线移动挡板108。因而流出流体分配设备100的钻井材料的结果流均匀分配穿过分离器的分离表面或筛面的宽度(W)。

在这个实施方式中，挡板108的配置方式取决于流体分配设备100中所期望的流体压力或者需要的流体速度或者流出流体分配设备100的钻井材料的所需流体分配。特别地，使用销型铰链连接到壳体102的挡板108的重量可进行选择，从而为流体分配装置100内的钻井材料提供足够的反向压力，并因此产生穿过挡板108的宽度(W)钻井材料的均匀分配。在一个实施方式中，基于流体压力，可以在挡板108上附接可拆分的重物(未示出)。例如，小的重物可以通过诸如机械紧固件紧固到挡板108上。可选地，小的重物可粘到或者焊到挡板108上。在其它实施方式中，挡板108可由较厚的材料形成，比如，较厚的金属，以提供更大的质量来抵制壳体102内钻井材料的压力。因此，挡板108的设计和配置可进行选择，以控制穿过振动分离器分离表面的钻井材料的流量和分配。

在挡板108利用弹簧支承铰链连接到壳体的实施方式中，弹簧可以进行选择，以使弹簧阻力对流体分配设备100内的钻井材料形成足够的反向压力，从而获得穿过挡板108的宽度(W)的钻井材料的均匀分配。因此，当挡板108的第一表面116上的钻井材料的压力大于弹簧阻力时，流出流体分配设备100的钻井材料穿过振动分离器的分离表面均匀地分配。

现参考附图3，在一个实施方式中，示出流体分配设备(附图1和2中的100)连接到包括顶部筛层330、中间筛层340和底部筛层350的振动分离器358。至少一个马达362被连接到振动筛以在从钻井流体中分离出岩石时提供振动运动。为了根据各个网筛的尺寸从钻井流体中滤出各种尺寸的固体颗粒，网筛(未示出)设置在每个筛层上。在一些实施方式中，网筛可以是安装在顶部、中间或底部筛层330、340、350的筛分组件的一部分。那些本领域的技术人员将知晓本发明不限于任何特定的筛组件或网筛布置。

逆流盘360被提供来分配位于中间筛层340和底部筛层350之间的钻井流体。在图4中为了明晰的目的，筛分组件从振动分离器上移开，以使逆流盘360可见。本领域那些技术人员将知晓逆流盘360的布置和组成可在不偏离本发明的范围的情况下发生变化。

参考附图4和5，逆流盘360被安装在顶部筛层330之下，并包括用来在通过顶部筛层330对岩石的初步分离之后对钻井流体进行分流的多个通道。在这个特别的实施方式中，逆流盘360中包括了四个通道(A，B，C，D)。这些通道可通过，诸如在相邻通道之间提供的肋条361来形成。参考图4，示出了根据本发明实施方式的肋条361的不同布置。如图所示，肋条361A沿着逆流盘360的全长延伸，且可以被焊到适当位置或采用常见的紧固件固定到适当位置。在可选实施方式中，肋条361B沿着逆流盘360的整个长度的仅一部分延伸，使得流体在被肋条361B分开之前更为均匀地穿过逆流盘360分配。肋条361B可焊接到逆流盘360的后部。本领域的技术人员能够理解可用多种方式形成通道而不违背本公开的范围。诸如，全长的肋条361A或部分长度的肋条361B都可以用在两种隔层中，或者全长的肋条361A和短长度的肋条361B可结合使用，如图所示。进一步，在可选的实施方式中，逆流盘360可以包括位于通道之间的向上弯管，以使通道相互分开。

在流体分配设备(图1和2中为100)连接到具有多个通道的逆流盘的振动分离器的实施方式中，流体分配设备有利地在筛分表面提供更为均匀的钻井材料的分配，因而，逆流盘的每个通道中分离后的钻井材料分配更为均匀。参考图1-5，挡板108对流体分配设备100内的钻井材料提供足够的反向压力，从而钻井材料沿着挡板108的第一表面116均匀分布。当挡板108上钻井材料的压力大于挡板108的重量或弹簧阻力时，钻井材料导致挡板108绕着铰链110的轴线旋转，因而使得钻井材料在顶部筛层330上流出。挡板108之后，即挡板108的第一表面116侧上，钻井材料的均匀分配，为位于顶部筛层330的钻井材料提供均匀的分配。因而，分离后收集在逆流盘360通道内的材料同样地均匀地分配。

在筛层上的钻井材料的均匀分配以及振动分离器的逆流盘的通道最大化了多层振动分离器的所有层面的筛面的使用。本领域的某个技术人员将知晓，其它振动分离器可与此处实施方式公开的流体分配设备结合使用，包括振动分离器具有一层、两层或多层筛层。进一步，根据此处公开的实施方式中的流体分配设备可于其它分离器系统连接，包括，诸如，粘泥分离器，以最大化筛面的效率。

有利地，此处公开的实施方式可提供更为有效的筛分系统。特别地，此处公开的实施方式提供了用于均匀地分配钻井材料到筛分表面或筛表面上的设备。同样地，本发明公开的实施方式可提供振动分离器的筛面的最大化使用。

然而本发明已经说明了有限数量的实施方式，得益于本公开的那些本领域的技术人员可知晓在不偏离此处公开的本发明的范围内想到其它实施方式。因此，本发明的范围仅由附随的权利要求进行限定。

Claims (16)

1.一种流体分配设备包括：

配置来接收钻井材料并引导钻井材料到分离表面的壳体；以及

连接到壳体上并配置来将钻井材料流分配到分离表面的挡板。

2.根据权利要求1的流体分配设备，进一步包括配置来将挡板连接到壳体的铰链。

3.根据权利要求1的流体分配设备，其中，铰链可从由销型铰链和弹簧支承铰链组成的组中选择一种。

4.根据权利要求1的流体分配设备，其中，挡板包括至少一个可拆卸的重物。

5.根据权利要求1的流体分配设备，其中，壳体包括至少一个钻井材料入口。

6.根据权利要求1的流体分配设备，其中，钻井材料为由钻井液和粘泥组成的组中选择一种。

7.根据权利要求1的流体分配设备，其中，流体分配设备被配置为与振动分离器连接。

8.根据权利要求1的流体分配设备，其中，流体分配设备被配置为与粘泥分离器连接。

9.根据权利要求1的流体分配设备，其中，壳体包括平的底部表面。

10.一种流体分配设备，包括：

配置来接收钻井材料并引导钻井材料到分离表面的壳体；

连接到壳体上并配置来响应于钻井材料的压力移动的挡板。

11.根据权利要求10的流体分配设备，进一步包括配置来将挡板连接到壳体的铰链。

12.根据权利要求10的流体分配设备，其中，铰链从由销型铰链和弹簧支承铰链组成的组中选择一种。

13.根据权利要求10的流体分配设备，其中，挡板配置用来在壳体内的钻井材料上产生反向压力。

14.根据权利要求10的流体分配设备，其中，挡板由金属形成。

15.根据权利要求10的流体分配设备，进一步包括连接到挡板的重物。

16.一种流体分配系统包括：

振动筛，配置用来从钻井液中分离出固体颗粒，其中振动筛包括至少一个筛层；

连接到振动器的至少一个马达，该马达配置用来为振动筛提供振动运动；以及

连接到振动筛的进给端的流体分配设备，

其中，流体分配设备包括：

配置用来接收钻井流体并引导钻井液到至少一个筛层上的壳体；以及

连接到壳体并配置用来将钻井液流分配到至少一个筛层上的挡板。

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