CN102186595B - 双馈送离心机 - Google Patents

Abstract

一种从钻井泥浆中的流体分离固体的双馈送离心机系统，所述离心机系统包括：滚筒；螺旋输送机，所述螺旋输送机可旋转地安装在滚筒内；第一馈送管，所述第一馈送管安装在螺旋输送机内，用于将钻井泥浆通过螺旋输送机的壁中的第一馈送口馈送至滚筒与螺旋输送机的壁之间的第一环形空间；以及第二馈送管，所述第二馈送管安装在螺旋输送机内，用于将钻井泥浆通过螺旋输送机的壁中的第二馈送口馈送至滚筒与螺旋输送机的壁之间的第二环形空间。多个馈送口可允许离心机使用加重的钻井流体和未加重的钻井流体进行更有效地操作。

Description

双馈送离心机

技术领域

这里公开的实施例通常涉及一种用于处理流体的离心机系统，所述的流体包括固体和液体。在另一方面中，这里公开的实施例涉及一种用于从流体材料中去除固体的双馈送离心机系统。在另一方面中，这里公开的实施例涉及一种用于从钻井流体材料中去除固体的双馈送离心机系统。仍然在另一方面中，这里公开的实施例涉及一种通过使用双馈送离心机从流体材料中的液体分离固体的方法。

技术背景

油田钻井流体，通常被称为“泥浆”，典型地为在其内有悬浮固体的液体。通常情况下，固体的作用是使钻井泥浆具有期望的密度和流变特性。钻井泥浆也可以包括在井下钻井操作中产生的以钻屑为形式的需要被分离的不希望的固体，所述的不希望的固体。

钻井泥浆可包含添加在油基或水基流体中的聚合物、生物高聚物、泥土和有机胶体，以获得所要求的粘性和过滤特性。重矿物，例如重晶石或碳酸钙，可被添加以增加密度。

钻井泥浆在工业中用于多种目的。在其许多功能中，钻井泥浆作为润滑剂以冷却旋转钻头和提供更快的切削速度。典型地，所述泥浆在地表被混合，并在高压下通过钻柱孔被泵送至井下钻头处。一旦所述泥浆到达钻头，其通过不同的喷嘴和端口喷出，在所述的喷嘴和端口处所述泥浆对钻头进行润滑和冷却。在通过喷嘴喷出之后，“被消耗”的钻井流体通过钻柱与钻孔之间的环空(annulus)返回至地表。

而且，钻井泥浆提供流体静压柱或静压头，以防止正在被钻开的油井发生井喷。流体静压对地层压力进行补偿，从而可在地层中的高压沉积物被破坏时防止流体喷出。有助于钻井泥浆柱流体静压的两个因素是钻井泥浆柱自身的高度(或深度)(即，地表距井口底部的垂直距离)和所用流体的密度(或其倒数，比重)。如上所述，与待钻地层的类型和结构有关，不同的增重剂和润滑剂被混合于钻井泥浆内以获得适合的混合物。典型地，钻井泥浆重量以“磅”表述，是磅/加仑的简略形式。增加溶解在钻井泥浆基质内的填充剂溶解物的量通常可产生更重的钻井泥浆。过轻的钻井泥浆不能防止地层的爆裂，并且过重的钻井泥浆会对地层产生过分侵害。因此，钻井泥浆可被称为加重的或未加重的，取决于包含在其内的增重剂和其它附加物的数量。

钻井泥浆的另一个重要目的是将钻屑从井底的钻头带至地面。随着钻头对井底的岩层进行粉碎或刮擦，小块的固体材料被遗留。在钻头处从喷嘴喷出的钻井泥浆对岩石和地层的固体颗粒进行搅拌，并携带至地表。因此，从环空喷出井眼的钻井泥浆为包含有地层钻屑的浆体。

在钻井泥浆可以通过钻头的喷嘴被循环和重新向下泵送之前，某些固体，例如钻屑，必须被去除。通常情况下，通过使用泥浆振动筛、离心机和泥浆池的各种组合，钻井固体可从钻井泥浆中被分离。

一种用于从钻井泥浆中去除钻屑和其它固体颗粒的设备在工业中通常被称为泥浆振动筛。泥浆振动筛，又以振动分离器为大家熟知，其为类似于振动筛的台，返回的已用钻井泥浆在所述台上被沉积，并通过所述的平盘产生基本上更干净的钻井泥浆。

在一些情况下，从泥浆振动筛回收的钻井泥浆可不与大钻屑接触，而被送至泥浆池以进一步被分离和处理。例如，剩余的流体可进一步被处理以形成用于井下重新注入的钻井泥浆。但是，在一些情况下，从泥浆振动筛流出的钻井流体会需要进一步地固体分离，例如，用于从钻井泥浆中对不同添加剂的水平进行调整或回收。这种进一步分离可通过使用离心机实现。

离心机工作原理取决于钻井泥浆内固体与液体之间的密度差。当旋转扭矩施加于产生离心力(这里以后，表示为作用力G)的离心机时，具有较高密度的固体偏向于聚积在离心机内侧的外周上，而具有较低密度的液体偏向于聚积在更接近离心机旋转轴的位置。当在作用力G的作用下开始分离时，通过使用带状螺旋输送机，有时也被称为涡形管(scroll)，固体和液体可从离心机的相对侧被去除。

参考图1，示出传统的离心机，例如在美国专利申请No.2006/0105896A1中所公开的。离心机10具有滚筒(bowl)12，所述滚筒被支撑以绕纵向轴线旋转，其中，大滚筒部分12d具有开口端12b，以及圆锥形部分12e具有开口端12a，且开口端12a用于容纳传动法兰盘14，所述传动法兰盘与驱动轴(未显示)相连用于使滚筒12旋转。传动法兰盘14具有单个纵向通道，所述纵向通道容纳有馈送管16，用于将钻井泥浆引入至滚筒12的内部。螺旋输送机18以与其同轴的方式在滚筒12内延伸，并被支撑以在滚筒12内旋转。中空的法兰盘轴19被布置在滚筒的末端12b内，并容纳有外啮行星齿轮箱的驱动轴17，在选定的速度下以与滚筒12相同的方向使螺旋输送机18旋转。

在馈送管16的出口端附近，螺旋输送机18的壁具有馈送口18a，以使得由旋转滚筒12产生的离心力使钻井泥浆径向地向外通过馈送口18a进入螺旋输送机18与滚筒12之间的环形空间。所述环形空间可位于沿滚筒的大滚筒部分12d或圆锥形部分12e的任何位置。钻井泥浆的流体部分朝着滚筒12的末端12b偏置，并通过一个或多个流体排放口19c被回收。由于产生的作用力G，在钻井泥浆浆体中的夹杂的固体滞留在朝向滚筒12的内表面的位置，并被刮擦，以及被螺旋输送机18朝着滚筒的末端12a偏置，以通过多个固体排放口12c进行排放，所述的固体排放口穿过滚筒12的壁形成在滚筒末端12a附近处。离心机10以传统的方式封闭在外壳或外罩(未显示)内。

离心机操作面临的主要挑战包括高馈送率和在馈送中变化的固体含量。典型地，随着馈送率的增加，需要高扭矩以实现固体分离，因此，由于设备尺寸、重复生产和增加的能量消耗，从而导致成本增加。此外，由于固体含量的变化，馈送的不一致性需要进行不断地扭矩调节，从而加速导致设备的磨损和破坏。

在本领域中也非常需要改进的将固体从钻井泥浆中更有成本效率地分离的离心机设备和方法，所述离心机设备和方法可解决高馈送率和馈送中固体含量发生变化的情况。

发明内容

在一个方面中，这里公开的实施例涉及一种用于从钻井泥浆中的流体分离固体的双馈送离心机系统，所述离心机系统包括：滚筒；螺旋输送机，所述螺旋输送机可旋转的方式安装在滚筒内；第一馈送管，所述第一馈送管安装在螺旋输送机内，用于将钻井泥浆通过螺旋输送机的壁中的第一馈送口馈送至滚筒与螺旋输送机的壁之间的第一环形空间；以及第二馈送管，所述第二馈送管安装在螺旋输送机内，用于将钻井泥浆通过螺旋输送机的壁中的第二馈送口馈送至滚筒与螺旋输送机的壁之间的第二环形空间。

在另一个方面中，这里公开的实施例涉及一种从钻井泥浆中的流体分离固体的方法，所述方法包括步骤：通过第一馈送管和第二馈送管中的至少一个将钻井泥浆馈送至离心机，所述的离心机包括：滚筒；螺旋输送机，所述螺旋输送机以可旋转的方式安装在滚筒内；第一馈送管，所述第一馈送管安装在螺旋输送机内，用于将钻井泥浆通过螺旋输送机的壁中的第一馈送口馈送至滚筒与螺旋输送机的壁之间的第一环形空间；以及第二馈送管，所述第二馈送管安装在螺旋输送机内，用于将钻井泥浆通过螺旋输送机的壁中的第二馈送口馈送至滚筒与螺旋输送机的壁之间的第二环形空间；将钻井泥浆分离成固体和流体，所述分离步骤包括：使用旋转设备使滚筒以速度A旋转，其中，固体沿着滚筒聚积；使用旋转设备使螺旋输送机以速度B旋转，其中，流体沿着螺旋输送机运动；使用螺旋输送机使固体沿着滚筒运动；通过固体排放口回收固体；以及通过流体排放口回收流体。

在另一个方面中，这里公开的实施例涉及一种从流体中分离固体的方法，所述方法包括步骤：经由第一馈送管将第一钻井泥浆馈送至离心机，所述的离心机包括：滚筒；螺旋输送机，所述的螺旋输送机以可旋转的方式安装在滚筒内；在螺旋输送机的壁中的第一馈送口；以及在螺旋输送机的壁中的第二馈送口；其中，第一馈送管安装在螺旋输送机内，用于将钻井泥浆通过第一馈送口馈送至滚筒与螺旋输送机的壁之间的环形空间；以及经由第二馈送管将第二钻井泥浆馈送至离心机，其中，第二馈送管安装在螺旋输送机内，用于将钻井泥浆通过第二馈送口馈送至滚筒与螺旋输送机的壁之间的环形空间。

在另一个方面中，这里公开的实施例涉及一种从钻井泥浆中的流体分离固体的双馈送离心机系统，所述离心机系统包括：滚筒；螺旋输送机，所述螺旋输送机以可旋转的方式安装在滚筒内；第一馈送管，所述第一馈送管可安装在螺旋输送机内，用于将钻井泥浆通过螺旋输送机的壁中的第一馈送口馈送至滚筒与螺旋输送机的壁之间的第一环形空间；以及第二馈送管，所述第二馈送管可安装在螺旋输送机内，用于将钻井泥浆通过螺旋输送机的壁中的第二馈送口馈送至滚筒与螺旋输送机的壁之间的第二环形空间。

其它的方面和优点通过以下的描述和所附的权利要求将清晰可见。

附图说明

图1为现有技术的离心机示意图；

图2为根据这里公开的实施例的双馈送离心机系统示意图；

图3为根据这里公开的实施例的用于双馈送离心机系统的控制系统的示意图；

图4A和图4B为根据这里公开的实施例的双馈送离心机系统的示意图。

具体实施方式

在一个方面中，这里公开的实施例涉及一种用于处理流体的离心机系统，所述的流体包括固体和液体。在另一个方面中，这里公开的实施例涉及一种用于从流体材料中分离和去除固体的双馈送离心机系统。在另一个方面中，这里公开的实施例涉及一种用于从钻井流体材料中分离和去除固体的双馈送离心机系统。在又一个方面中，这里公开的实施例涉及一种通过使用双馈送离心机从流体材料中的液体中分离和去除固体的方法。在又一个方面中，这里公开的实施例涉及一种根据流体特性对馈送至双馈送离心机系统的流量进行控制的系统和方法。

如这里公开实施例中所用的，“钻井泥浆”通常指具有流体和其中悬浮的固体的混合物。所述流体可以为油基的或水基的。固体可以包括钻屑、附加物或增重剂中的一种或多种。例如，钻井泥浆可包含添加在油基或水基流体中的聚合物、生物高聚物、泥土和有机胶体，以获得所要求的密度、粘性和过滤特性。在另外的实施例中，钻井泥浆可包含重矿物，例如，重晶石或碳酸钙，所述的重矿物可被添加以增加密度。在其它实施例中，钻井泥浆可包含来自钻井地层的固体，所述的固体由于钻井的原因而被散布在泥浆中。

如这里公开的实施例中所用的，“加重的”或“未加重的”表示被溶解、悬浮或被包含在钻井泥浆中的附加物和增重剂的相对量。典型地，钻井泥浆的重量以“磅”表述，是磅/加仑的简略形式。因此，增加钻井泥浆的重量将产生更重的钻井泥浆。

如这里公开的实施例中所用的，“扭矩”表示使离心机旋转以从钻井泥浆中的流体中分离固体所需的作用力。通过驱动器(例如，电机、汽轮机或内燃机)使扭矩施加于离心机的驱动轴。在由于吞吐量或馈送比重特性的变化而要求扭矩变化的情况中，扭矩调节设备，例如齿轮箱，可被提供。

如这里公开的实施例中所用的，“作用力G”表示由离心机和/或螺旋输送机响应于所施加的扭矩的旋转而产生的离心力。作用力G在离心机内用于根据相对密度分离组分，例如固体和流体。例如，较重的固体聚积在离心机腔的外周上，而较轻的液体聚积在更靠近离心机旋转轴线的位置处。

利用根据这里公开的实施例的双馈送离心机，加重的和未加重的钻井泥浆可有效地被分离。而且，利用根据这里公开的实施例的双馈送离心机，对具有介于加重的钻井泥浆与未加重钻井泥浆之间的中间重量的钻井泥浆分离可被优化。

根据这里公开的实施例的双馈送离心机可以具有两个分离的馈送管，用于将钻井泥浆馈送至离心机。在位于每个馈送管的出口端附近，螺旋输送机具有馈送口，所述的馈送口成在螺旋输送机壁中的开口的形式。当旋转扭矩在离心机内产生作用力G时，馈送管内的钻井泥浆在作用力下通过馈送口进入螺旋输送机与滚筒之间的环形空间，用于固体分离和回收。

在一种实施例中，整个钻井泥浆馈送可根据钻井泥浆重量，通过第一馈送管或第二馈送管注入。例如，未加重钻井泥浆馈送可通过第一馈送管注入离心机的大滚筒部分中，在所述的大滚筒部分处，钻井泥浆可在低扭矩下进行良好的分离。加重的钻井泥浆馈送可通过第二馈送管注入离心机的圆锥形部分，在所述的圆锥形部分处钻井泥浆可在高吞吐量和低扭矩下被分离。

在另一种实施例中，钻井泥浆馈送流可根据流体特性可以在第一馈送管与第二馈送管之间被分配。例如，在钻井泥浆的固体含量介于加重钻井泥浆与未加重钻井泥浆之间的情况下，第一馈送管与第二馈送管之间的钻井泥浆的相对流量分配可根据钻井流体的重量(密度)进行调节。

有利地是，这里公开的一个或更多个实施例可提供一种用于解决高离心馈送率和馈送中固体含量发生变化的系统和方法。

这里公开的一个或更多个实施例还可以提供一种用于实现未加重钻井泥浆高效率分离和加重钻井泥浆高吞吐量的系统和方法。而且，这里公开的实施例提供了一种用于处理加重钻井泥浆和未加重钻井泥浆的系统和方法，从而节省设备成本。

这里公开的一个或更多个实施例还可以提供一种用于实现所需要的分离效率和保持具有中间重量的钻井泥浆的高馈送吞吐量的系统和方法。

这里公开的一个或更多个实施例还可以提供一种对作用于离心机上的扭矩进行主动调节的系统和方法，从而减小设备的磨损量和破坏量。

这里公开的一个或更多个实施例还可以提供一种用于通过调节两个馈送口之间的钻井泥浆流量以减小离心机受固体堵塞的敏感性而不减少总吞吐量的系统和方法。

这里公开的一个或更多个实施例还可以提供一种通过基于所要求的分离效率、吞吐量和成本对利润率进行优化以增加离心机工作灵活性的系统和方法，所述的成本与基于离心机扭矩的能量消耗、设备维护和修理有关。

出于说明的目的，但不局限于此，根据本申请的双馈送离心机和将固体从流体中分离的过程的不同实施例在以下被描述。

参考图2，根据一个实施例的双馈送离心机被描述。离心机20具有滚筒22，所述的滚筒22被支撑以绕纵向轴线旋转，其中，大滚筒部分22d具有开口端22b，以及圆锥形部分22e具有开口端22a，且开口端22a用于容纳传动法兰盘24，所述的传动法兰盘24与驱动轴(未显示)相连用于使滚筒22旋转。传动法兰盘24具有单个纵向通道，所述的纵向通道容纳有第一馈送管26a和第二馈送管26b，用于将钻井泥浆馈送引入至滚筒22的内部。螺旋输送机28以与其同轴的方式在滚筒22内延伸，并被支撑以在滚筒22内旋转。中空的法兰盘轴29被布置在滚筒的末端22b内，并容纳外啮行星齿轮箱的驱动轴27，在选定的速度下沿以与滚筒22相同的方向使螺旋输送机28旋转。

螺旋输送机28的壁具有位于第一馈送管26a的出口端附近的第一馈送口28a以及位于第二馈送管26b的出口附近的第二馈送口28b。由旋转滚筒22产生的离心力使第一馈送管26a内的钻井泥浆沿着离心机20的大滚筒部分22d径向地向外通过第一馈送口28a进入螺旋输送机28与滚筒22之间的第一环形空间25a。由旋转滚筒22产生的离心力使第二馈送管26b中的钻井泥浆沿着离心机20的圆锥形部分22e径向地向外通过第二馈送口28b进入螺旋输送机28与滚筒22之间的第二环形空间25b。

在第一环形空间25a和第二环形空间25b内的钻井泥浆流体部分朝着滚筒22的末端22b被偏置，并通过一个或更多个流体排放口29c被回收。由于所产生的作用力G，在钻井泥浆中夹杂的固体朝向滚筒22的内表面聚积，并被刮擦，且被螺旋输送机28朝着滚筒的末端22a偏置，以通过多个固体排放口22c进行排放，所述的固体排放口22c在其末端22a附近处穿过滚筒22的壁形成。离心机10以常规的方式封闭在外壳或壳体(未显示)内。

在一些实施例中，第一馈送管26a可安装在第二馈送管26b内，这通常被称为“双管”布置。在其它实施例中，第一馈送管26a和第二馈送管26b可并排地安装在离心机内。在另外的实施例中，第一馈送管26a可为第二馈送管26b的延伸部。本领域普通技术人员会意识到，具有其它不同形状和安装方式的馈送管也可以被使用。

在一些实施例中，滚筒22可为同心的形状。在其它实施例中，仅滚筒22的一部分可以具有同心的形状。在另外的实施例中，滚筒22的大滚筒部分22d可为同心的形状，而滚筒22的圆锥形部分22e可为圆锥形形状。在其它实施例中，大滚筒部分22d的直径大于圆锥形部分22e的平均直径。在其它实施例中，大滚筒部分22d和圆锥形部分22e可近似地沿着滚筒22的轴向长度设置。

在一些实施例中，第一馈送管26a可终止于单个馈送口，即第一馈送口28a的附近。在其它实施例中，第一馈送管26a可终止于多个第一馈送口28a的附近。例如，多个第一馈送口28a可沿着螺旋输送机28的壁相对于第一馈送管26a径向间隔分布。在一些实施例中，第一馈送口28a沿着滚筒22的轴向位置可大致位于大滚筒部分22d的中间。在其它实施例中，第一馈送口28a沿着滚筒22的轴向位置可以是沿着大滚筒部分22d的任何位置。在另外的实施例中，第一馈送口28a沿着滚筒22的轴向位置可以是沿着圆锥形部分22e的任何位置。

在一些实施例中，第二馈送管26b可终止于单个馈送口，即第二馈送口28b的附近。在其它实施例中，第二馈送管26b可终止于多个第二馈送口28b的附近。例如，多个第二馈送口28b可沿着螺旋输送机28的壁相对于第二馈送管26b径向间隔分布。在一些实施例中，第二馈送口28b沿着滚筒22的轴向位置可大致位于圆锥形部分22e的中间。在其它实施例中，第二馈送口28b沿着滚筒22的轴向位置可以是沿着圆锥形部分22e的任何位置。在另外的实施例中，第二馈送口28b沿着滚筒22的轴向位置可以是沿着大滚筒部分22d的任何位置。

参考图3，用于分别调节馈送至第一馈送管和第二馈送管的钻井泥浆流量的控制系统被描述。第一阀33a流体连接至位于离心机30上游处的第一馈送管36a，用于调节馈送至第一馈送管36a的钻井泥浆流量。第二阀33b流体连接至位于离心机30上游处的第二馈送管36b，用于调节馈送至第二馈送管36b的钻井泥浆流量。第一馈送管36a以第一阀33a和第二阀33b下游处的双管布置方式，同心地插入第二馈送管36b。第一馈送管36a和第二馈送管36b以同心(双管)的布置方式插入离心机30。

密度仪31，例如，基于原子核的、基于光学的或基于重力的密度仪，可用于测量第一阀33a和第二阀33b上游处钻井泥浆的密度或重量，并产生密度信号31a。密度信号31a可被传送至控制器35，所述控制器35产生第一阀位置信号35a和第二阀位置信号35b。第一阀位置信号35a和第二阀位置信号35b通过控制器35分别传送至第一阀33a和第二阀33b。第一阀33a和第二阀33b的位置可分别响应于第一阀位置信号35a和第二阀位置信号35b而进行调节，从而调节馈送至第一馈送管36a和第二馈送管36b中至少一个的流量。

在一些实施例中，第一阀33a和第二阀33b可为蝶形控制阀。在其它实施例中，第一阀33a和第二阀33b可为密闭(tight-shut-off)球阀或截止阀。本领域普通技术人员会意识到，其它类型的阀或其它的流量控制机构也可以被使用。

在一些实施例中，控制器35可为分布式控制系统(DCS)的一部分。在其它实施例中，控制器35可为单机现场控制器，例如可编程逻辑控制器(PLC)。本领域普通技术人员会意识到，其它类型的流量控制器也可以被使用。

现在一起参考图4A和图4B，根据这里公开的实施例的双馈送离心机系统被描述。离心机50可以包括滚筒52，所述的滚筒52被支撑以绕纵向轴线旋转。滚筒52包括圆锥形部分52e，所述的圆锥形部分52e被配置以容纳第一馈送管56a(图4A)和第二馈送管56b(图4B)，用于将钻井泥浆送入滚筒52的内部。螺旋输送机58以与其同轴的方式在滚筒52内延伸，并被支撑以选定的速度在滚筒52内旋转。螺旋输送机58的壁包括位于第一馈送管56a的出口端附近的一个或多个第一馈送口58a以及位于第二馈送管56b的出口附近的一个或多个第二馈送口58b。滚筒52和螺旋输送机58的转动与相对于图2的描述的情况类似，从而造成钻井泥浆的分离以形成固体部分和流体部分。

在操作中，第一馈送管56a可置于离心机内，例如，用于加重的钻井泥浆的分离。由于第一馈送口58a的位置比第二馈送口58b更靠近于固体出口60，与加重的钻井泥浆通过第二馈送口58b馈送的情况相比，离心机将承受更小的扭矩。当希望分离未加重的钻井泥浆时，可将第一馈送管56a从离心机50取出，并可以插入第二馈送管56b。在这种方式下，扭矩减小的好处可被实现，且无需多个离心机。

在一些实施例中，第一馈送管56a可包括封闭端或封口端62，且馈送槽64位于封口端62附近，用于径向地将钻井泥浆送入馈送腔66。封口端62可封闭通向馈送腔68的开口，且产生的离心力使经由第一馈送管56a馈送的钻井泥浆径向向外移动通过第一馈送口58a进入螺旋输送机58与滚筒52之间的环形空间70。当第二馈送管56b被插入时，通过使滚筒52旋转而产生的离心力使经由第二馈送管56b馈送的钻井泥浆径向向外移动通过第二馈送口58b进入螺旋输送机58与滚筒52之间的第二环形空间72。

如图4A和4B所示，当馈送口58a和58b不使用时，它们每个都打开。但是，产生的离心力防止固体聚积在馈送腔66、68内，因此在正常操作期间不会发生馈送口的堵塞。

对于分离和所得到的扭矩要求，附加的馈送口和馈送管也可被使用，例如三个、四个或更多的馈送口和馈送管，以允许更大的灵活性。可以通过使用具有封闭端或封口端的不同长度的馈送管和径向馈送，对中间馈送区域进行馈送。在这种方式下，馈送腔之间的移行(carryover)可被最小化，从而使离心机性能得到期望的改善。

如上所述，这里公开的实施例涉及一种从钻井泥浆中的液体中分离和去除固体的双馈送离心机系统和方法。

有利地是，根据这里公开的一个或更多个实施例的双馈送离心机可提供一种用于解决高离心馈送率和馈送中固体含量发生变化的系统和方法。

有利地是，根据这里公开的一个或更多个实施例的双馈送离心机可用于实现未加重的钻井泥浆的高分离效率和加重的钻井泥浆的高吞吐量。而且，根据这里实施例的双馈送离心机可以对加重的钻井泥浆和未加重的钻井泥浆进行有效地处理，从而节省设备成本。

有利地是，根据这里公开的一个或更多个实施例的双馈送离心机还可以用于实现期望的分离效率和保持钻井泥浆的高馈送吞吐量，所述的钻井泥浆具有中间的重量。

相对于常规的离心机，根据这里公开的一个或更多个实施例的双馈送离心机的另一个优点在于通过在第一与第二馈送管之间分配钻井泥浆流量来对作用于离心机上的扭矩进行主动调节的能力，从而补偿与物料品质相关的故障，并减小由于扭矩调节而在离心机驱动器和齿轮箱上产生的磨损量和破坏量。

相对于传统的离心机，根据这里公开的一个或更多个实施例的双馈送离心机的另一个优点是，减小对固体堵塞的敏感性。在连续的、稳态操作期间，固体堵塞很少会发生，因此，通过主动调节以补偿与物料品质相关的故障或钻井泥浆重量的变化，可减小对堵塞的敏感性。而且，固体堵塞典型地发生在馈送口与固体排放口之间较窄的圆锥形部分附近。因此，鉴于传统的离心机缺乏使至圆锥形部分的馈送流量降低而不减小总吞吐量的能力，双馈送离心机可对馈送至大滚筒部分的物料的一部分进行重新分配，以避免堵塞，且不降低总吞吐量。

在从圆柱形部分向圆锥形部分的过渡处，由于施加于固体颗粒的作用力G增加，离心机承受与扭矩有关的最高的馈送阻力。为回收加重的材料，被分离的固体的体积相对较大，并引起大扭矩，从而限制离心机的容量。通过使用向着圆锥形部分排放的第一馈送口/腔，可以避免所述过渡区域，并因此降低扭矩，从而比典型的离心机具有更高的馈送率能力。

相对于常规的离心机，根据这里公开的一个或更多个实施例的双馈送离心机的另一个优点是增加操作的灵活性。例如，可以通过基于所要求的分离效率、吞吐量和根据离心机扭矩与能量消耗、设备维护和修理有关的成本对利润率进行考虑，对离心机的工作进行优化。

尽管本专利申请说明书包括有限数量的实施例，但本领域普通技术人员会意识到，在不偏离本专利申请说明书的范围其它的实施例可被设计，以具有本发明所述的优势。因此，本范围应仅由所附的权利要求所限制。

Claims (23)

1.一种用于从钻井泥浆中的流体分离固体的双馈送离心机系统，所述离心机系统包括：

滚筒，所述滚筒具有滚筒部分和圆锥形部分；

螺旋输送机，所述螺旋输送机以可旋转的方式安装在滚筒内；

第一馈送管，所述第一馈送管安装在螺旋输送机内，用于将钻井泥浆通过螺旋输送机的壁中的第一馈送口馈送至滚筒与螺旋输送机的壁之间的第一环形空间，其中所述第一馈送口大致位于沿着圆锥形部分的轴向上的中途位置；以及

第二馈送管，所述第二馈送管安装在螺旋输送机内，用于将钻井泥浆通过螺旋输送机的壁中的第二馈送口馈送至滚筒与螺旋输送机的壁之间的第二环形空间，其中所述第二馈送口大致位于沿着滚筒部分的轴向上的中途位置。

2.根据权利要求1所述的双馈送离心机系统，其中，第一馈送管安装在第二馈送管内。

3.根据权利要求1所述的双馈送离心机系统，圆锥形部分还包括固体排放口，用于从滚筒的圆锥形部分回收固体。

4.根据权利要求1所述的双馈送离心机系统，大滚筒部分还包括用于回收流体的流体排放口。

5.根据权利要求1所述的双馈送离心机系统，包括两个或更多个第一馈送口，所述第一馈送口相对于第一馈送管沿着螺旋输送机的壁在径向上布置。

6.根据权利要求1所述的双馈送离心机系统，包括两个或多个第二馈送口，所述第二馈送口相对于第二馈送管沿着螺旋输送机的壁在径向上布置。

7.根据权利要求1所述的双馈送离心机系统，还包括用于控制通过第一馈送管和第二馈送管中的至少一个的钻井泥浆流量的系统。

8.根据权利要求7所述的双馈送离心机系统，其中用于控制流量的系统包括至少一个阀，所述阀用于调节通过第一馈送管和第二馈送管中的至少一个的钻井泥浆流量。

9.根据权利要求8所述的双馈送离心机系统，还包括密度仪，所述密度仪用于对钻井泥浆的密度和重量中的至少一个进行测量。

10.根据权利要求9所述的双馈送离心机系统，用于控制流量的系统还包括控制器，所述控制器用于响应于所测量的密度来操控所述至少一个阀的位置。

11.根据权利要求10所述的双馈送离心机系统，所述控制系统还包括：

用于将所测量的密度值和重量值中的至少一个发送至控制器的通讯设备；以及

用于将阀的位置信号从控制器发送至所述至少一个阀的通讯设备。

12.一种从钻井泥浆中的流体分离固体的方法，所述方法包括步骤：

通过第一馈送管和第二馈送管中的至少一个将钻井泥浆馈送至离心机，所述的离心机包括：

滚筒，所述滚筒被支撑以绕纵向轴线旋转，所述滚筒具有第一端、第二端、所述第一端附近的滚筒部分以及所述第二端附近的圆锥形部分；

螺旋输送机，所述螺旋输送机以可旋转的方式安装在滚筒内并且与所述滚筒同轴；

第一馈送管，所述第一馈送管安装在螺旋输送机内，用于将钻井泥浆通过螺旋输送机的壁中的第一馈送口馈送至滚筒与螺旋输送机的壁之间的第一环形空间，其中所述第一馈送口大致位于沿着圆锥形部分的纵向轴线的中途位置；以及

第二馈送管，所述第二馈送管安装在螺旋输送机内，用于将钻井泥浆通过螺旋输送机的壁中的第二馈送口馈送至滚筒与螺旋输送机的壁之间的第二环形空间，其中所述第二馈送口大致位于沿着滚筒部分的纵向轴线的轴向上的中途位置；

将钻井泥浆分离成固体和流体，所述分离步骤包括：

使滚筒旋转；

使螺旋输送机旋转；

使用螺旋输送机使固体沿着滚筒运动；

通过所述滚筒的第二端附近的固体排放口回收固体；以及

通过所述滚筒的第一端附近的流体排放口回收流体。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括步骤：响应于钻井泥浆的流量、密度和重量中的至少一个的变化来调节在第一馈送管和第二馈送管中的至少一个中的钻井泥浆的流量。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，第一馈送管安装在第二馈送管内。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，钻井泥浆为加重的钻井泥浆。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，钻井泥浆为未加重的钻井泥浆。

17.一种利用离心机从流体中分离固体的方法，所述离心机包括：滚筒，所述滚筒具有滚筒部分和圆锥形部分；以及螺旋输送机，所述螺旋输送机以可旋转的方式安装在滚筒内，所述方法包括步骤：

经由第一馈送管大致在沿着圆锥形部分的轴向上的中途位置将第一钻井泥浆馈送至所述离心机

；以及

经由第二馈送管大致在沿着滚筒部分的轴向上的中途位置将第二钻井泥浆馈送至离心机。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，第一馈送管安装在第二馈送管内。

19.根据权利要求17所述的方法，还包括步骤：

从离心机取出第一馈送管；

将第二馈送管插入离心机内。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括步骤：

将第一钻井泥浆分离成第一固体部分和第一流体部分，所述分离步骤包括：

使用旋转设备使滚筒以速度A旋转，其中，第一固体部分沿着滚筒聚积；

使用旋转设备使螺旋输送机以速度B旋转，其中，第一流体部分沿着螺旋输送机运动；

使用螺旋输送机使第一固体部分沿着滚筒运动；

通过固体排放口回收第一固体部分；以及

通过流体排放口回收第一流体部分。

21.根据权利要求20所述的方法，还包括步骤：

将第二钻井泥浆分离成第二固体部分和第二流体部分，所述分离步骤包括：

使用旋转设备使滚筒以速度A旋转，其中，第二固体部分沿着滚筒聚积；

使用旋转设备使螺旋输送机以速度B旋转，其中，第二流体部分沿着螺旋输送机运动；

使用螺旋输送机使第二固体部分沿着滚筒运动；

通过固体排放口回收第二固体部分；以及

通过流体排放口回收第二流体部分。

22.根据权利要求17所述的方法，其中

第一钻井泥浆包括加重的钻井泥浆；以及

第二钻井泥浆包括未加重的钻井泥浆。

23.一种从钻井泥浆中的流体分离固体的双馈送离心机系统，所述离心机系统包括：

滚筒，所述滚筒具有滚筒部分和圆锥形部分；

螺旋输送机，所述螺旋输送机以可旋转的方式安装在滚筒内；

第一馈送管，所述第一馈送管可安装在螺旋输送机内，用于将钻井泥浆通过螺旋输送机的壁中的第一馈送口馈送至滚筒与螺旋输送机的壁之间的第一环形空间，其中所述第一馈送口大致位于沿着圆锥形部分的轴向上的中途位置；以及

第二馈送管，所述第二馈送管可安装在螺旋输送机内，用于将钻井泥浆通过螺旋输送机的壁中的第二馈送口馈送至滚筒与螺旋输送机的壁之间的第二环形空间。

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