CN102392612B - 欠平衡钻井液气分离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种欠平衡钻井液气分离器，涉及一种钻井设备，包括罐体、管线及支撑结构，罐体内设置有分离装置，所述分离装置包括T型管，T型管的竖管为一割缝管，割缝管表面沿管长方向开有若干长方孔，割缝管下端通过盲板焊接封口，盲板下方焊接有上小下大的锥体部件，割缝管外设置有支承管，T型管下方设置有上大下小的上锥体。本发明具有良好的气液分离效果，处理能力大，设备有效利用率高，整体性能优秀，并且本发明结构紧凑，安装、运输和维修方便，非常具有实用性。

Description

欠平衡钻井液气分离器

技术领域

本发明涉及一种钻井设备，尤其涉及一种欠平衡钻井液气分离器。

背景技术

欠平衡钻井技术是近年来在我国迅速发展起来的一项新技术，它有利于防止钻井液漏失，及时发现和保护油气层并提高机械钻速，因此在国内部分油田得到推广应用，并且取得了良好的效果和显著的经济收益。液气分离器是欠平衡钻井装备配套中的一大关键设备，作用是将井筒内循环出来的气体和液体分离，从而保持正常的钻井工作。欠平衡液气分离器是气侵钻井液初级脱气的专用设备，当钻井液体内有气体存在而产生气侵时，其比重、粘度产生较大偏离，不能满足钻井要求；严重时若不及时排除气体时将引起井涌、甚至发生井喷事故。欠平衡液气分离器能有效分离钻井液中的气体，防止有害气体的侵蚀，保证人机安全生产，欠平衡液气分离器与电子点火装置联合使用可确保钻井过程的顺利进行。欠平衡钻井液气分离器的开发和应用对进一步发展欠平衡钻井技术有着至关重要的影响。现有的欠平衡液气分离器一般是在罐体内设置倾斜的撞击板，撞击板左右交替安装，靠液体在撞击板的撞击将钻井液中的气体打碎，其液气处理能力低、分离效果差，排放能力低，分离后的气体上升通道不畅，并且存在安全隐患，影响正常钻进。另外钻井属于流动作业，一个地方的井钻好后，整个钻井设备需要移动到另一个地方作业，现有的欠平衡液气分离器都是固定结构，结构复杂庞大，运输和安装不方便，降低了工作效率。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种欠平衡钻井液气分离器，具有良好的气液分离效果，处理能力大，设备有效利用率高，整体性能优秀，并且本发明结构紧凑，安装、运输和维修方便，非常具有实用性。

本发明的技术方案是：一种欠平衡钻井液气分离器，包括罐体、管线及支撑结构，罐体内设置有分离装置，所述分离装置包括T型管，T型管的竖管为一割缝管，割缝管表面沿管长方向开有若干长方孔，割缝管下端通过盲板焊接封口，盲板下方焊接有上小下大的锥体部件，割缝管外设置有支承管，T型管下方设置有上大下小的上锥体，T型管的水平横管伸出筒体外并焊接于筒体上，水平横管的外伸端焊接有法兰，水平横管伸入筒体的一端通过盲板焊接封口；割缝管下端圆周上开有一方形孔，方形孔上可拆卸连接有弧形挡板；支承管与割缝管同轴安装，其通过筋板与筒体焊接，支承管上端与T型管的水平横管接触。

作为优选，所述罐体包括筒体、上标准椭圆封头和下标准椭圆封头，下标准椭圆封头内设置有上大下小的下锥体，上标准椭圆封头上端设置有排气口，下标准椭圆封头下端设置有排液口，罐体上设置有安全阀和压力表，罐体侧壁设置有检修人孔和排污口。

作为优选，所述管线包括进液管线、排气管线和排液管线。

作为优选，所述进液管线包括转换接头，转换接头上设置有大小头，转换接头通过大小头上的法兰与T型管水平横管的外伸端连接，转换接头下端通过进液法兰与接管连接，接管下端连接有防冲接头，接管和防冲接头之间设置有两对活套法兰，防冲接头由带大小头的三通管、法兰和法兰盖组成。

作为优选，所述排气管线包括排气弯头，排气弯头其中一端与上标准椭圆封头的排气口法兰连接，另一端通过排气法兰与排气接管连接，排气接管下端连接排气管接头，排气接管和排气管接头之间设置有排气活套法兰。

作为优选，所述排液管线整体呈U型，包括排液弯头，排液弯头其中一端与下标准椭圆封头的排液口法兰连接，另一端接三通管，三通管的下端连接有蝶阀，三通管上端通过排液法兰与排液接管连接，排液接管上端通过卡箍与排液管接头连接，排液管接头上端设置有封头。

作为优选，所述支撑结构包括撬板，撬板上设置有方架，方架由上、下方架组成，上、下方架均为工字钢和槽钢制成，下方架固定连接于撬板上，上方架上端与设备裙座焊接，设备裙座与下标准椭圆封头焊接，上方架通过轴销与下方架一侧铰接，并通过活动梁固定于下方架上。

作为优选，撬板上设置有支撑架、梯子平台和工具箱，上方架上对称活动连接有两个平台栏杆。

本发明的有益效果是：钻井液通过本发明的分离装置时从割缝管内喷出，经过支承管、锥体部件及上锥体三次分离，这样的多次碰撞、分离，将产生气液分离的最好效果，处理能力大，设备有效利用率高，整体性能优秀。使用支承管、锥体部件及上锥体代替了现有分离器的撞击板，使分离后的气体上升通道顺畅，避免了安全隐患，保证了正常钻进。割缝管上的方形孔及可拆卸的弧形挡板，方便检修时取出残留在割缝内的大颗粒钻屑，使用非常方便快捷。管线上的活套法兰让各种管线的出口可以调节不同方位与现场管道连接，非常方便快捷。并且本发明使用撬装结构，结构紧凑，设备整体布置在撬板上，移动时只需将整体吊装到汽车上即可运输。安装、运输和维修方便，非常具有实用性。

附图说明

图1是本发明工作状态的整体结构示意图；

图2是图1中A向的局部视图；

图3是本发明卧置运输状态的结构示意图；

图4是本发明进液管线的结构示意图；

图5是本发明分离装置的结构示意图；

图6是图5中的局部放大图；

图7是图6中的A向示图；

图8是本发明排气管线的结构示意图；

图9是本发明排液管线的结构示意图；

图10是本发明支撑结构的主视图；

图11是图10所示本发明支撑结构的左视图；

图12是图10所示本发明支撑结构的俯视图；

图13是图10中A向的局部视图；

图14是本发明活动梁的结构示意图。

具体实施方式

作为本发明的一种实施方式，如图1至图14所示，一种欠平衡钻井液气分离器，包括罐体、管线及支撑结构，罐体内设置有分离装置，所述罐体包括筒体6、上标准椭圆封头13和下标准椭圆封头4，上述部件主体材料采用Q245R制成。上标准椭圆封头13上端设置有排气口，下标准椭圆封头4下端设置有排液口，下标准椭圆封头4内设置有上大下小的下锥体5，钻井液中夹带的固体颗粒可沿下锥体5斜壁面向下流动，并通过排液口排出罐体，这样就使罐内固体颗粒无法堆积在下标准椭圆封头4上。罐体上设置有安全阀12和压力表14，用于生产操作过程中防止设备超压使用，保证设备的安全运行。罐体侧壁设置有检修人孔7和排污口16。检修人孔7便于检修期间人可进入罐体检修，对罐体在使用后进行检修和清渣、冲洗。排污口16用于当停止生产后罐体放置为水平状态时排除罐内的污物用。

所述分离装置包括T型管10，T型管10的水平横管伸出筒体6外并焊接于筒体6上，水平横管的外伸端焊接有法兰，水平横管伸入筒体6的一端通过盲板焊接封口；防止钻井液对罐壁的冲蚀，延长了设备的使用寿命。T型管10的竖管为一割缝管，割缝管表面沿管长方向开有若干长方孔，割缝管下端焊接有盲板，盲板下方焊接有上小下大的锥体部件9。割缝管下端圆周上开有一方形孔101，本实施例中，作为优选，所述方形孔101尺寸为160X100mm，方形孔101上可拆卸连接有弧形挡板102；设备在使用过程中，割缝管内会留有少量大颗粒钻屑，无法取出，设备工作时将弧形挡板102安装上，检修时将弧形挡板102取下即可取出残留在割缝内的大颗粒钻屑，使用非常方便快捷。

割缝管外设置有支承管11，支承管11与割缝管同轴安装，其四周通过筋板与筒体6焊接，支承管11上端与T型管10的水平横管接触，顶住水平横管，支承管11的作用是一方面辅助支撑T型管10，另一方面辅助气液分离。T型管10下方设置有上大下小的上锥体8。

所述管线包括进液管线2、排气管线15和排液管线18。

钻井液通过节流汇管进入进液管线2，所述进液管线2包括转换接头201，转换接头201上设置有大小头，转换接头201通过大小头上的法兰与T型管10水平横管的外伸端连接，该大小头可起缓冲作用，可减小钻井液在进入罐体时对T型管10的冲刷。转换接头201下端通过进液法兰202与接管203连接，接管203下端连接有防冲接头205，接管203和防冲接头205之间设置有两对活套法兰204，活套法兰204可调节进液管线2的出口方向，方便现场安装设备。防冲接头205由带大小头的三通管、法兰和法兰盖组成，为可拆卸式，若损坏，更换非常方便。防冲接头205可以防止钻井液对管壁的冲刷。拆开法兰盖，即可清除进液管线2入口处的污物阻塞。设备使用后，为减少设备运输长度，需将防冲接头205取下，放置在撬板1上，为防止在运输过程中丢失及振动，用抱箍将其固定。

所述排气管线15包括排气弯头151，排气弯头151其中一端与上标准椭圆封头13的排气口法兰连接，另一端通过排气法兰152与排气接管153连接，排气接管153下端连接排气管接头155，排气管接头155与现场配管连接。排气接管153和排气管接头155之间设置有排气活套法兰154。使排气管线15的出口可调节不同方位与现场管道连接，使用非常方便。通过分离后的天然气经排气管线15引至安全的地方，与点火装置配套使用，保证本发明的正常使用。设备使用后，要将设备放置在水平位置，需从排气活套法兰154下方的排气管接头155处拆下。为防止拆下的连接管在运输过程中丢失及振动，用抱箍固定在撬板1上。

所述排液管线18整体呈U型，包括排液弯头187，排液弯头187其中一端与下标准椭圆封头4的排液口法兰连接，另一端接三通管186，三通管186的下端连接有蝶阀188，方便排液管线18的清洗，使排液管线18内的钻井液及钻屑清除干净。设备使用后将蝶阀188打开，用水冲洗即将排液管内清除干净。三通管186上端通过排液法兰185与排液接管184连接，法兰连接的优点在于根据不同的磨损情况，更换不同的部件，可节约成本。排液接管184上端通过卡箍183与排液管接头182连接，使用卡箍183的优点是可以使排液口向任意方向旋转，而且卡箍183上只有2个螺栓连接，拆卸方便快捷。排液管接头182上端设置有封头181。排液管接头182与现场排液管道连接。在出液口中部设置一抱箍固定该排液管线18，排液管线18与罐体形成一U型管式，通过排液管上方排液口的高度来控制罐体内液位高度。

钻井工作属于流动作业，一个地方的井钻好后，整个钻井设备需要移动到另一个地方再作业，因此本发明整体结构设计为撬装结构，即整体可移动结构。所述支撑结构包括撬板1，设备整体布置在撬板1上，移动时只需将撬板1整体吊装到汽车上即可运输。撬板1上设置有方架3，方架3由上、下方架组成，上、下方架均为工字钢和槽钢制成，下方架固定连接于撬板1上，上方架上端与设备裙座17焊接，设备裙座17与下标准椭圆封头4焊接，上方架通过轴销与下方架一侧铰接，并通过活动梁21固定于下方架上，形成可直立和可放倒的结构。撬板1上设置有支撑架19、梯子平台和工具箱20，本实施例中，工具箱20为两个，其用于贮存操作及检修用的工具，非常方便。工作时设备为直立状态，运输时设备为水平放倒状态。竖立时由上、下方架支承设备，放倒后由下方架及支撑架19支承设备，这种结构设计方便设备的工作状态与运输状态的转换。

为了尽可能减少设备的运输长度，设备放倒后上方架安放到下方架内，使设备的运输长度减少了1250mm。活动梁21使上方架安放在下方架内非常方便，设备竖立后一个人很轻松的就将活动梁21移至支撑板上，使整个设备和上方架支撑下方架的四边梁上，确保生产过程中设备稳定。若设备需放倒时，将该活动梁21移至下方架的侧面，即可将设备放倒成水平，不影响设备的运输。

为操作方便，上方架上对称活动连接有两个平台栏杆22。为不影响设备的运输，均设置为可活动的，平台用铰链连接，栏杆用螺栓连接。

本发明的工作过程如下：整个撬装设备运到生产现场后，将整个撬装设备吊装到期指定场地放好垫稳，然后将液气分离器吊装为立置式，将下方架上的活动梁21合拢并锁紧，然后再将上下方架之间用螺栓销连接好，将已分段拆开并随撬一起运到现场的进液管线2、排气管线15及排液管线18分别与液气分离器和现场管道连接好，即可开始工作。

工作时，钻井液通过节流汇管进入进液管线2，再由进液管线2进入分离装置。钻井液通过分离装置上割缝管的长方孔喷出到支承管11的圆管内壁面，在此喷射冲击下，钻井液进行第一次液气分离，分离出的气体往上运动，液体和混合其中的小颗粒固体向下落到锥体部件9上平面上，与锥体部件9的锥面发生第二次碰撞，增大暴露面积，造成紊流状态，使气体与钻井液再次分离，分离后的钻井液混合其中的小颗粒固体继续向下流动，下落到上大下小的上锥体8上再次进行碰撞，液气再次进行进一步分离。所有分离后的气体均通过罐体上标准椭圆封头13上端的排气口进入排气管线15，通过排气管线15将分离出的天然气引到安全的地方进行处置；经过分离后的钻井液在降落到液面时同样会再次进行碰撞而发生气液分离，这样的多次碰撞、分离，将产生气液分离的最好效果。气液分离后的液体通过下锥体5汇集到下标准椭圆封头4下端的排液口进入排液管线18，再由排液管线18上方排液口将钻井液输送至振动筛，再到循环系统。留在排液排管线18内的小颗粒因重力作用而沉积到下方三通管186内，在一个生产周期后，通过打开三通管186下面的碟阀188就能将这些小颗粒排放掉。少量大颗粒的固体不能通过割缝管长方孔排出的钻屑留在割缝管内，在设备使用一定时间检修时，从检修人孔7进入设备内将割缝管下方的弧形挡板102取下即可取出大颗粒。

由于罐体内因排液管线18的出口管有一定的高度，故罐体内始终保持有一定高度的液位，这个液位的存在，保证了设备操作的稳定性。根据实际生产的需要，改变排液管线18出口管的高度，就可以方便调节罐内液位的高度。

通过实际生产的使用，证明本发明液气分离器的气液固的分离效果是相当显著的。设备的使用和运输也是非常方便的，深受用户的好评。

Claims (1)

1.一种欠平衡钻井液气分离器，包括罐体、管线及支撑结构，罐体内设置有分离装置，其特征在于：所述分离装置包括T型管，T型管的竖管为一割缝管，割缝管表面沿管长方向开有若干长方孔，割缝管下端通过盲板焊接封口，盲板下方焊接有上小下大的锥体部件，割缝管外设置有支承管，T型管下方设置有上大下小的上锥体，T型管的水平横管伸出筒体外并焊接于筒体上，水平横管的外伸端焊接有法兰，水平横管伸入筒体的一端通过盲板焊接封口；割缝管下端圆周上开有一方形孔，方形孔上可拆卸连接有弧形挡板；支承管与割缝管同轴安装，其通过筋板与筒体焊接，支承管上端与T型管的水平横管接触。

2.根据权利要求1所述的欠平衡钻井液气分离器，其特征在于：所述罐体包括筒体、上标准椭圆封头和下标准椭圆封头，下标准椭圆封头内设置有上大下小的下锥体，上标准椭圆封头上端设置有排气口，下标准椭圆封头下端设置有排液口，罐体上设置有安全阀和压力表，罐体侧壁设置有检修人孔和排污口。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的欠平衡钻井液气分离器，其特征在于：所述管线包括进液管线、排气管线和排液管线。

4.根据权利要求3所述的欠平衡钻井液气分离器，其特征在于：所述进液管线包括转换接头，转换接头上设置有大小头，转换接头通过大小头上的法兰与T型管水平横管的外伸端连接，转换接头下端通过进液法兰与接管连接，接管下端连接有防冲接头，接管和防冲接头之间设置有两对活套法兰，防冲接头由带大小头的三通管、法兰和法兰盖组成。

5.根据权利要求3所述的欠平衡钻井液气分离器，其特征在于：所述排气管线包括排气弯头，排气弯头其中一端与上标准椭圆封头的排气口法兰连接，另一端通过排气法兰与排气接管连接，排气接管下端连接排气管接头，排气接管和排气管接头之间设置有排气活套法兰。

6.根据权利要求3所述的欠平衡钻井液气分离器，其特征在于：所述排液管线整体呈U型，包括排液弯头，排液弯头其中一端与下标准椭圆封头的排液口法兰连接，另一端接三通管，三通管的下端连接有蝶阀，三通管上端通过排液法兰与排液接管连接，排液接管上端通过卡箍与排液管接头连接，排液管接头上端设置有封头。

7.根据权利要求1所述的欠平衡钻井液气分离器，其特征在于：所述支撑结构包括撬板，撬板上设置有方架，方架由上、下方架组成，上、下方架均为工字钢和槽钢制成，下方架固定连接于撬板上，上方架上端与设备裙座焊接，设备裙座与下标准椭圆封头焊接，上方架通过轴销与下方架一侧铰接，并通过活动梁固定于下方架上。

8.根据权利要求7所述的欠平衡钻井液气分离器，其特征在于：撬板上设置有支撑架、梯子平台和工具箱，上方架上对称活动连接有两个平台栏杆。