CN102665941B - 用于钻井液振动筛的改进型振动筛筛滤器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于振动筛筛滤器(2)的改进型单元插入式过滤器(8)，该改进型单元插入式过滤器具有主框架(1)以安装在井液泥浆振动筛(7)中。单元插入式过滤器(8)包括设置在单元插入式过滤框(81)的支撑层(17，18)的顶部的一层或多层筛网布(20)和预张紧的锁定机构(10，12，13，15)，单元插入式过滤框(81)设置为保持在单元框(4)中，锁定机构包括锁定轮廓(85)，该锁定轮廓用于将单元插入式过滤框(81)锁定在所述单元框(4)中。锁定机构(85，10，12，13，15)包括移位机构(12，13，14)，该移位机构用于通过使锁定轮廓(85)移动而与所述单元框(4)的边缘轮廓(5)脱离接合进行解锁，以将单元插入过滤框(81)从单元框(4)中松开。

Description

用于钻井液振动筛的改进型振动筛筛滤器
技术领域
本发明涉及一种用于钻井液振动筛（drilling fluid shaker）或者普通井液过滤机器（well fluid filter machine）的改进型筛滤器（screen filter）。更具体地，本发明涉及一种用于泥浆振动筛（shale shaker）中的筛滤器，在石油工业中，所述泥浆振动筛用于在石油钻孔的钻探过程中的井液中移除不需要的颗粒。分离出的颗粒可能包括钻屑（cuttings）、岩石颗粒、金属颗粒、添加物和固态化学品。所述井液可以是水基钻井泥浆（WBM：水基泥浆（water based mud））或者若是在钻探时过滤，则可以是油基井液（OBM：油基泥浆（oil based mud））。假如液体在除了钻探之外的其他环境（例如，液体为形成生产井而在钻探井（drilled well）和衬砌井（lined well）的完井过程而流出井外）下进行循环，所述液体则被称为完井液（completion fluid）。
背景技术
已有专利描述具有单元框（cell frame）的振动筛筛滤器。这种振动筛筛滤器通常具有一个集成的、粗的支撑层和至少一个细筛网布，该细筛网布在所有单元框上的顶部延伸并且紧固到单元框上。细筛网布具有给定的切割点（cut-point），即允许通过的最大的颗粒尺寸。
发明人为巴莱（Balley）的英国专利GB 224591A中描述了一种修复振动筛过滤器中损坏的筛网布的方法，其中振动筛筛网基本上具有能覆盖整个振动筛的筛网布，并且当筛网布破损或磨损时可以逐个单元进行替换。将损坏的筛网布和该筛网布的覆盖整个框架的下方的支撑布全部去掉，并且安装具有同样的筛网布和装配在单元框中的框架的替换单元。依此方式，可以逐个单元地修理整个过滤框。在GB 2245191A中，替换单元具有能够在主框 架的单元框中扣合到位的框。这种方法的风险在于，当去掉单元框的筛网布和支撑布时，在剩余的筛网布和支撑布中失去了局部张力，导致了剩余的筛网布与支撑布以及下方单元框结构之间的分层的风险。
英国专利申请GB 2245191A描述了一种矩形的主框架，该主框架由塑料材料（例如，玻璃纤维增强聚酯树脂）模制而成。框架包括主框架，该主框架由交叉杆划分成相同形状的矩形单元。多个覆盖有筛网布的单元匣（cell cartridge）可松开地锁定在主框架中。
存在多种类型的振动筛筛网可使用在振动筛中，以用于分离颗粒。原则上它们可划分为两个主类别。
A：如GB2245191A所示的具有刚性主框架的框架过滤器，所述刚性主框架被划分为由支撑层和筛网布覆盖的单元框，其中所述主框架设置成插入于筛网振动筛（screenshaker）中。
B：设置成作为筛网布的钩带状过滤器（hook strip filters），所述筛网布具有刚性扭结的金属连接轮廓，该金属连接轮廓用于紧固到筛网振动筛中相应的固定轮廓中。钩带状过滤器的子类别包括外侧覆盖有筛网布的鼓状物和包括筛网布的带。
英国专利申请GB 2349102描述了一种过滤框架，该过滤框架具有刚性的从属单元框，该从属单元框具有单元插入式过滤器（cell plug filter），该单元插入式过滤器设有将该单元插入式过滤器固定在单元框中的扣合锁（snap lock）。该单元插入式过滤器还设置为通过从过滤框的下面锤击等方式将该单元插入式过滤器从所述单元框上松开。依此方式，还可在需要时更换所述单元插入式过滤器。
美国专利US 6290068B1为用于振动分离器的过滤器筛网组件，该过滤器筛网组件包括形成为多行脊和谷的过滤器筛网材料，该过滤器筛网材料沿着平坦的过滤器筛网向外设置。可将这种成行的过滤器筛网材料从用于平坦 的过滤器过筛网的面板中推进或拉出，并依此得以更换。
美国专利US 2004/0074821描述了一种具有单元框的筛网布框架，其中设置四个支撑柱以支撑各单元插入式过滤器。从属单元框的两个交叉层保持成行的所述支撑柱。每个支撑柱设置在包括四个支撑座的组内，并且每个支撑柱设置有用于容纳单元插入式过滤器的框架的凹槽，上述结构代替通常的用于单元插入式过滤器的矩形过滤器框架，该矩形过滤器框架具有一体的单元框网。单元插入式过滤器设有扣合框架，该扣合框架具有向外的钩部，并且该钩部设置为锁入单元框中的纵向容纳凹槽中。
美国专利US 2006/0219608展示了用于井液泥浆振动筛的可连接的筛网布框架之间的舌榫接头（tongue-and-groove joint），该舌榫接头具有附属密封件。例如在美国专利中的筛网布框架展示了在整个筛网布框架上延伸的整个筛网布层。
关于已知的振动筛筛滤器，重要的问题是在筛网布产生磨损和孔洞之前的生命周期较短。图9a展示了常用的筛网布的一部分并且在下文中对其详细解释。筛网框架导致了支撑布和顶部筛网布之间的交叉点处产生相对过度的内摩擦运动，支撑布的金属丝在所述交叉点处相互交叉并且形成尖顶，请见图9b、9c和9d。由于井液的重量和来自暴露在筛网布顶侧的地质构造的钻屑的冲击，筛网布被下压到下层的顶部，并且一般在所有的所述顶部点处产生磨损。在此呈现的支撑布中的孔大约为850×850微米，即0.85×0.85mm，并且金属丝的直径为330微米，即0.33mm。筛网布自身非常精细，并且对于过滤的液体，取决于切割点（cut-point）的期望精细度是理想的。此处，在筛网布中的孔为76×76微米，即0.076×0.076mm，并且金属丝的直径为30微米，即0.030mm。
筛网振动筛中的筛网布的磨损和破损是当代工业中的主要问题，并且在钻井过程中，由于筛网布的磨损或破损会导致相对大量的未过滤的液体/颗粒 从振动筛筛网布中泄露，因此会引发消极条件。因为错误的颗粒尺寸分布（PSD）的构成和特性将不是所期望的，对于相关的钻探间隔来说也不是所期望的，所以错误的颗粒尺寸分布（PSD）可消极地影响钻探过程，并且在穿过钻管下通到钻头（bit）的运输过程以及通过上升管（riser）并回到钻探装置的钻探泥浆处理系统的回输在井壁和钻管之间的钻探颗粒和钻屑的输送过程中也受消极影响。在挪威大陆架，工业上每生产2.7m3产品，每个用过的过滤筛网框架就有大约20%修理或修复的过滤区。而使用本发明的具有模块化单元框过滤器的改进的过滤器框架，成倍增加各过滤器框架的生命周期是可预期的。
IADC/SPE 103934为这个主题提供了更多的背景信息。
发明内容
本发明是用于振动筛筛滤器（2）的改进型单元插入式过滤器（8），所述振动筛筛滤器（2）具有主框架（1），该主框架（1）设置为插入井液泥浆振动筛（7）中以过滤井液（例如钻井泥浆），其中，所述单元插入式过滤器（8）包括：
-一层或多层筛网布，该一层或多层筛网布设置在单元插入式过滤框（81）中的支撑层（18,17）的顶部，所述单元插入式过滤框（18,17）设置为保持在单元框（4）中。本发明的特征在于，
所述单元插入式过滤器还包括预张紧的锁定机构（10,12,13,15），该预张紧的锁定机构（10,12,13,15）包括锁定轮廓（lock profile）（85），该锁定轮廓（85）设置为用于将所述单元插入式过滤框（81）锁定在所述单元框（4）中。
所述锁定机构（85,10,12,13,15）还包括移位机构（12,13,14），该移位机构（12,13,14）设置为用于通过使所述锁定轮廓（85）移动而与所述单元框 （4）的边缘轮廓（5）脱离接合进行解锁，以将所述单元插入式过滤框（81）从所述单元框（4）中松开。
在第一个方面，本发明是用于井液泥浆振动筛（7）的改进型振动筛筛滤器（2），该振动筛筛滤器（2）包括以下特征：
-主框架（1），该主框架（1）设置成插入井液泥浆振动筛（7）中，以过滤钻探泥浆（优选为在振动时过滤），所述主框架（1）划分成多个较小的单元框（4），
-一个或多个单元插入式过滤器（8），该单元插入式过滤器（8）具有在至少一个支撑布或支撑层（18,17）的顶部上的一层或多层筛网布（20），各单元插入式过滤器（8）包括单元插入式过滤框（81），该单元插入式过滤框（81）设置为保持所述在主框架的所述单元框（4）中，
-其中，至少一个单元插入式过滤框（81）包括锁定机构（85,10,12,13,15），该锁定机构（85,10,12,13,15）设置为在需要时相应地将单元插入式过滤框（81）锁定在所述单元框（4）的优选位置上，或者从所述单元框（4）中松开所述单元插入式过滤框（81）。
在另一方面，本发明为用于井液泥浆振动筛（7）的振动筛筛滤器（2）的改进型单元插入式过滤器（8），其中，振动筛筛滤器（2）具有主框架（1），该主框架（1）设置为设置在井液泥浆振动筛（7）中以振动过滤井液泥浆，其中，所述主框架（1）划分成多个较小的单元框（4），其特征在于，
所述单元插入式过滤器（8）包括以下特征：
-一层或多层筛网布（20），该筛网布（20）设置在至少一个支撑布或支撑层（18,17）的顶部，各单元插入式过滤器（8）包括单元插入式过滤框（81），该单元插入式过滤框（81）设置为保持在所述主框架的单元框（4）中，
其中，至少一个单元插入式过滤框（81）包括锁定机构（85,10,12,13,15），该锁定机构（85,10,12,13,15）设置为用于在需要时相应地将单元插入式过滤 框（81）锁定在所述单元框（4）的优选位置上，或者从所述单元框（4）中松开所述单元插入式过滤框（81）。
从属权利要求中定义了本发明的诸多优选实施方式。
本发明的第一个优点是，筛网振动筛作为一个整体的过滤能力改进和提高之处在于，所述筛网振动筛包括单元插入式过滤器或传统的插入式过滤器（filter plug）又或者本发明所述的插入式过滤器，在磨损或当需要维修时，根据本发明，上述单元插入式过滤器可被新的单元插入式过滤器替换。由于单元框插入式过滤具有开口，该开口的周长几乎等于单元框架（4）的周长（circumference），因而修复后余下的过滤区域几乎接近100%的初始面积。这是因为本发明的总过滤面积并不像现有技术中那样受修补区域影响，而是更换了具有未受损的筛网布的新的单元插入式过滤器。
本发明的第二个优点是通过新的单元插入式过滤器（8）来更换在单元框（4）中的筛网布来修复振动筛筛滤器，从而相当程度上减少了修复振动筛筛滤器消耗的时间。相较于传统的根据已知的修补技术的修复筛网布的方法，更换新的单元插入式过滤器的时间消耗将可能少于由使用现有技术时的时间消耗的十分之一。
本发明的实施方式的第三个优点是，由于在筛网布（或筛网布20、21）与形成支撑层（17）或支撑布（18）的基底之间的内部摩擦减少，筛网布的磨损更少。根据本发明的实施方式的支撑层（17）包括由合适的材料（钢铁或合成材料）制成的预张紧金属（171），所述支撑层（17）相互平行地设置并且因而与通过传统的金属编织支撑布形成的尖部相比，所述支撑层（17）具有更光滑的表面。既因为支撑层的金属丝（117）与上层的筛网布（20）之间的接触面更为平坦和光滑，也因为避免了产生在普通金属编织支撑布的金属丝（181）之间交叉的尖部，所以支撑层（17）具有更小的磨损。
本发明的实施方式的第四个优点是，在同一振动筛筛滤器（振动筛筛网） 中允许多个不同的单元插入的组件。筛网布（20）的意思是金属丝编织组件件、合成材料、可渗透膜或可渗透箔片，上述材料中的每一个都能滤出或允许具有一定尺寸或颗粒尺寸分布（PSD）的颗粒通过。这允许积极地控制振动筛筛滤器的总能力，以通过钻探设备的初级清选设备在井液中获得理想的PSD，理想的是，基于上述所获得的过滤井液，不仅有望获得尽可能低的最大切割点，而且有望获得尽可能低的总体尺寸分布，其中在总体尺寸分布中呈现了不同尺寸的颗粒的理想量。
本发明的实施方式的第五个优点是，单元插入式过滤器（8）可包括基于切割点或其PSD的颜色编码（color coding），其中各个过滤质量（filter quality）的颜色编码都具有自己的颜色组合。颜色编码可减少安装具有错误的切割点的过滤器的风险。
本发明的实施方式的第六个优点是，单元插入式过滤器可设有传感器，该传感器用于通过例如磨损程度和过滤能力连续测量筛网布的状态的真正记录时间（real timeregistering）。根据本发明的另一个实施方式，关于单元插入式过滤框的条件的信息可通过射频识别（RFID）技术存储起来并展现在钻探设备的控制室或陆地上。可通过这种记录获得各个单个的单元插入式过滤器和各个单个的筛网框的使用时间。
本发明的实施方式的第七个优点是，在筛网振动筛过滤器与筛网振动筛之间具有适合的入口衬垫。入口衬垫将使得在两个。。。和两个筛网框之间以及筛网框与保持筛网振动筛框架的振动筛装置的紧密封轮廓之间的几乎全密封，从而改善初级过滤的质量。
本发明的实施方式的第八个优点是由于本发明包括具有长期使用寿命的主框架而减少了原材料的使用。所述主框架（1）具有带单元框（4）的框架（3），主框架（1）可以是金属的或者可通过具有超过15000工作小时（在40%的操作时间用于钻探/流通等频繁使用的基础上，大约为2.8年）的理想 使用寿命的高强度的复合材料来制造。
在本发明的实施方式中，第九个优点是，导致减少了关于在船上、到达钻井平台和钻探设备以及从钻井平台和钻探设备出发的处理和运输筛网振动筛框架的后勤工作量，并减少了对平台储存能力的需求。由于钻井平台每平方米的成本很高，并且一直追求免费空间资源，因此上述优点非常重要。由于单元插入式过滤器替代了整个替换的主框架，从而减少货物量，提供了后勤优势和环境、经济利益。
在本发明的实施方式中，第十个优点是为单元插入式过滤器选择的材料、塑料主要都是可回收的和可重新融化的热塑性塑料。可选地，主框架可以用纤维增强热塑性塑料来制造。这些结构都允许重复使用用于插入式过滤器和框架的材料。
本发明的实施方式的第十一个优点是利用了合成材料或固化柔韧材料（curingflexible material）的稳定点，合成材料或固化柔韧材料被烤制成组合过滤器和支撑布/层，该组合过滤器和支撑布/层具有减少摩擦的功能。所述摩擦存在于筛网内的金属丝之间以及金属丝与下层的的过滤器/支撑层/布之间。
附图说明
本发明展示在附图中，其中
图1是根据本发明的完整的模块化筛网布过滤器（screen cloth filter）的等轴测草图，包括筛网框和单元插入式过滤器，该单元插入式过滤器设置为保持在过筛网布过滤器中，并且具有用于锁定或松开各个单个单元插入式过滤框的锁定机构。筛网布过滤器的长度侧的横杆（crossbar）的方向可以是主框架的纵向的或主框架的横向方向。
图2为主框架的等轴测草图，此处没有安装插入式过滤器。
图3显示了所谓的插入式过滤器，即单元插入式过滤器，的不同的等轴测草图，图3a显示了骨架层、用于筛网布（20）的支撑层（17）和筛网布的支撑点，并且提供了螺纹组件以向主框架的单元锁定和打开单元框插入式过滤器；图3b显示单元插入式过滤器的垂直截面，其中剖切了骨架层中的肋条和单元插入式过滤框的长度侧；图3c显示了肋条的放大部分，所示肋条为保持支撑层（17）（反过来是支撑筛网布（20）（未显示））的杆或金属丝的一部分的上边缘；
图4是从主框架的架构上切出的部分的等轴测图，该部分形成包括杆的单元，所述杆形成在单元中用于单元框过滤器的纵向锁定轮廓。
图5显示单元插入式过滤器的不同方面。
图5a是单元插入式过滤器的中心垂直纵向截面图的等轴测草图，该截面图通过在打开位置的锁定机构的一部分以及螺纹组件，在一个优选实施方式中，所述打开位置设置为需要张力才能达到所述打开位置。
图5b显示的与图5a相同，但是在锁定位置，在优选实施方式中，该锁定位置是当螺纹组件失效时的被动位置（passive position），以此方式振动筛筛滤器整个固定，即使锁定机构的松开机构发生任何的损坏，单元插入式过滤器仍能保持在正确位置中。
图5c显示的与图5a和图5b相同，但是其中多个单元插入式过滤框插入到一个单元中，并且多个单元插入式过滤框分别处于主框架中的各个单元框中的锁定轮廓的锁定和打开位置，此处的单元插入式过滤器与支撑层一同显示；
图5d是从图5a至图5c显示的两个单元插入式过滤器和单元框的下侧观察的平面图，此处显示了单元插入式过滤器纵向边缘轮廓与单元框的边缘轮廓在锁定位置和打开位置如何相互作用。
在本发明的一个可选择的实施方式中，单元插入式过滤器可具有固定边 缘轮廓，设置为与主框架（1）的单元框（4）中的主动锁定（active locking）轮廓相互作用。
图6是在过滤振动筛中连续分布的通常为两个或更多框架的框架部分（1，2）之间的接头的局部剖视图。
图6a显示了相对设置的接头轮廓（6a、6b），该接头轮廓（6a、6b）设置为通过朝向接头榫轮廓（6a）推动的筛网布（2、1）的接头舌轮廓（6b）而彼此接合在一起，接头舌轮廓（6b）进入向下凸出的引导轮廓（37），以使得密封面（24b、23b）之间接触，从而向下压迫/操纵/引导至锁定轮廓榫（6a），密封面（24a）朝向密封面（23a）收紧，此外，多个接头轮廓（6b）中的一个可设置为与振动筛筛网框的入口衬垫（25）互锁，锁定轮廓（6）和入口衬垫（25）之一（或二者都）可以是柔性的和密封的。
图6b显示了相应的互相结合的接头轮廓（6a，6b），两个振动筛筛网（1，2）的前方可设有接头轮廓（6b），并且后端可设有接头轮廓（6a），以使得它们沿纵向连接。图6a右部的接头轮廓（6b）对应应于图1上部的右部的主框架的前方所具有的接头轮廓（6b）。图7a左部的相似的入口衬垫（25）也可设置在筛网振动筛中，以便主框架（1）的接头轮廓（6b）容纳和保持前边缘，如图7b所示。
图6c显示了在安装状态下的对应的接头轮廓（6a，6b）。
图6d显示了对应的接头轮廓（6a，6b）在用于脱离连接并且将已在泥浆振动筛中的一个或多个振动筛筛布（2、1）拉出的位置（36）上。从图6b所示的位置到图6c所示的位置的主动运动，带动接头轮廓（6b）至拉出位置（36），见放大的详细截面图，该图中也显示了放大的轮廓。
图6e显示了相互对应的接头轮廓（6a、6b），此处用于三个振动筛筛滤器（2），即外部的、中间的和内部的，沿直线组装，并且组装为与入口衬垫（25）密封接合。
图6f显示的与图6e相同，补充地显示了开始解开过程，在该过程中，在外部的、中间的和内部的振动筛筛滤器（2）之间的密封轮廓（23a，24a，23b，24b）之间形成了间隙。引导轮廓（37）和接合轮廓（38）相互接合，并且如同解开第一振动筛滤器（2）一样，也允许将引导轮廓（37）和接合轮廓（38）并同时解开多个振动筛过滤器（2）。
图6g显示的与图6f相同，补充地显示了内部的和中部的振动筛筛网布（2）之间的传送效果。
图6h显示的与图6g相同，补充地显示了此处数量为3个的振动筛筛滤器（2）从入口衬垫（25）中摆脱出来并将要解开。
图7a是装配在振动筛筛滤器（2）的一端的接头轮廓（6b）的截面图，并且入口衬垫（25）设计为适于归属井液振动筛装置（7）。如图7a和7b示的入口衬垫（25）具有上端密封轮廓（23a）和下端密封轮廓（23b），该下端密封轮廓（23b）与入口脊（19a）一起通过入口底部（19b）提升主框架（1，2）的接头轮廓（6b），从而进入衬垫（25）。
图7b显示了通过一种过滤振动筛（7）可运行且钻探泥浆掉落在主框架（1）中的筛网布（20）的方式，且振动筛筛滤器（2）全部推入到入口衬垫（25）中的位置并在密封轮廓（23a、24a、23b和24b）之间提供密封的一种情形。
图7c（部分）显示了设置在筛网振动筛（7）中的入口衬垫（25），图6b中的接头轮廓（6b）显示为与通过气动地锁定于过滤框（1、2）而安装在振动筛中的入口衬垫（25）相接合（为简单起见，单元框过滤器（8）未显示）。
图8为通过例如图3b所示的支撑层（17）的方向一致的金属丝或杆（171）的放大截面图。此处显示了筛网布（20），该筛网布（20）直接地或利用支撑布（21）间接地靠在支撑层（17）的一致的金属（171）上。
图9显示了传统的支撑布的不同方面。图9a是相应于图8的部分，但显示了利用金属丝（181）编织的支撑布（18）。筛网布（20）而后将直接靠在支撑布（18）的金属丝（181）之间的交叉点上。
图9b示了这种利用金属丝（181）编织的支撑布的放的非常大平面视图，并且将见到对于各个二次交叉的金属丝（181）的交替地凸出。
图9c显示了对应的具有开口、初期磨损孔的筛网布（20）的放的非常大的平面视图。磨损孔的位置和它们交替地在彼此呈90度方向延伸形成，对应于图9b所示的金属丝（181）在每个交叉的凸出方向交替的支撑布（18）形状。图9d显示了过滤框（原始为2.54×2.54cm2，相应于一平方英寸）在放大框下的放大部分。图示了在筛网布中的中心开口磨损孔，在图中支撑布（18）残留在筛网布中间。可清楚地看见在图9c描述的上述磨损现象，并且这种现象朝向开口磨损孔增加。
图10a，对应于图10e，显示了合成材料或固化粘合材料的稳定点（22）的立体图，稳定点由例如向具有支撑布（18）的过滤器内注射，和对应地相具有支撑层（17）的过滤器内注射而形成，稳定点具有能减少在相应的筛网布（20）和下层的支撑层（17）或支撑布（18）中的金属丝之间的内部运动和接触的功能。请注意图10e显示了在筛网布（20）与支撑层（17）之间的稍微粗燥的下层筛网布（21），参见图10a，下层筛网布（21）通常也与支撑布（18）一起使用的。这种粗燥的筛网布（21）可以是比筛网布（20）粗一级，并且按这种优选方式设置为使得筛网布强度更高以抵抗来自井液中的钻屑的冲击，也增强抵抗下方支撑布（18）或支撑层（17）的耐磨性。
图10b显示穿过支撑布（18）的相应结构的剖面，图10f对应地显示了穿过通过筛网布（20、21）的注射的稳定点（22）连接的支撑布（17）。从下方的倾斜角度看，图10c显示了支撑布（18），对应地，图10g显示了支撑层（17）。稳定点（22）也可减少在筛网布（20）的金属丝之间的内部摩 擦，或者在支撑层（17）的金属丝（171）之间的内部摩擦。在单元框（4）中安装螺纹后，能够在接近或者在安装螺纹（12）的头部形成稳定点（22）作为单元插入式过滤器（8）的中心点。但是，稳定点（22）也分隔于或独立于可能的锁定机构而可用在单元插入式过滤器中。稳定点（22）也可补充地用于将筛网布与支撑层/支撑布相互锁定，以防止内部摩擦和相关磨损，在振动减小的情况下，也改变和减少了组合的筛网布/支撑层的频率特性。
图10d以平面图的形式显示了传统的支撑布（18）和筛网布（20）之间的稳定点（22）的使用。
图10h以平面图的形式显示了在根据本发明的支撑层（17）与筛网布（20,21）之间的稳定点（22）的使用。
图11a显示了振动筛筛滤器（2），此处振动筛筛滤器（2）具有多种的普通单元插入式过滤器（8a，8b，8c），该多种单元插入式过滤器具有多种的过滤切割点的。
图11b显示了振动筛筛滤器（2），此处该振动筛筛滤器（2）在单元插入式过滤器（8）的主框架内具有成行的三个大区域，该单元插入式过滤器（8）具有内部相同的过滤切割点。图11c显示了振动筛筛滤器（2），此处振动筛筛滤器（2）长行的内部相同内部相同的单元插入式过滤器（8），单元插入式过滤器（8）具有变化的切割点，因而与图11b相比，图11c的横截面有变化。图12显示了具有不同单元插入式过滤器（8）的振动筛筛滤器（2），该单元插入式过滤器（8）具有多种设计的过滤膜，该过滤膜具有均匀的或变化的切割点。通过这种可利用编织布以外的方式形成的可渗透膜可以构成在单元插入式过滤器中的所谓的筛网布（20），并且所述可渗透隔膜可通过例如蚀刻或激光雕刻初始的封闭隔膜而形成，以这种方式可获得用于特殊的单元插入式过滤器的理想的切割点。
图13显示单个单元插入式过滤器（8），该单元插入式过滤器（8）具有 用作筛网布（20）的膜，该膜上具有各种设计的孔，其中所述孔具有不同横向设计和相同或变化的切割点。更多单元插入式过滤器或者筛网布的不同部分内的孔可以是圆形的、槽形、对角正方形、六边形孔等。相较于这些孔的组合，六边形孔的优势在于阻碍长度（balk length）非常短。
图14a显示了具有单元插入式过滤器的筛网布框架，该单元插入式过滤器上具有带有脊（crest）的普通筛网布结构，该脊设置在纵向褶皱结构，并因此共同形成纵向脊和凹槽。
图14b为穿过一行这种单元插入式过滤器并横跨这些单元插入式过滤器的脊形筛网布（20）的截面图。
图14c为具有这种脊形筛网布的这种单元插入式过滤器的立体图，并且优选地通过三角形结构（gable form）密封，该三角形结构凸出在单元插入式过滤器的框架之上。
图14d为具有纵向脊的这种单元插入式过滤器的端面正视图。
图15a和16a显示了具有插入的单元插入式过滤器的筛网布框架，其中，图15a和图16a中所示的单元插入式过滤器的筛网布（20）分别包括圆形帽和金字塔形帽。
图15b显示了筛网布部分形成有圆形帽的筛网布框架的侧面正视图，相应地，图16b显示了筛网布部分形成有金字塔形帽的筛网布框架的侧面正视图。并且图15c和15d以及图16c和16d分别显示了在单元插入式过滤器中的这种圆形帽和金字塔形帽的筛网布的立体正视图和端面正视图。
具体实施方式
本发明在第一方面是用于井液泥浆振动筛7中的一个改进型振动筛筛滤器2。该振动筛筛滤器2包括设置为位于井液泥浆振动筛7中用于（优选为在振动情况下）过滤钻井泥浆的主框架1，该主框架1划分为多个更小的单 元框4。振动筛筛滤器2包括一个或更多个单元插入式过滤器8，该单元插入式过滤器具有设置在至少一层支撑布18或支撑层17的顶部的一层或多层筛网布20。每个单元插入式过滤器8包括一个单元插入式过滤框81，设置为保持在主框架1的各个相应的单元框4内。一个或多个所述单元插入式过滤框81设有锁定机构85、10、12、13、15，该锁定机构设置为根据需要相应地在单元框4的优选位置锁定单元插入式过滤框81，或者从单元框4中释放单元插入式过滤框81。
本发明在第二方面是用于井液泥浆振动筛7的振动筛筛滤器2中的改进型单元插入式过滤器8。振动筛筛滤器2具有设置为位于所述井液泥浆振动筛7中用于振动过滤井液泥浆的主框架1。该主框架1划分为多个更小的单元框4。本发明的特征在于单元插入式过滤器8包括设在至少一层支撑布18或支撑层17的顶部的一层或更多层筛网布20，其中各单元插入式过滤器8包括设置为保持在所述单元框4中的单元插入式过滤框81，并且其中至少一个单元插入式过滤框81包括锁定机构85、10、12、13、15，该锁定机构设置为根据需要相应地在单元框4的优选位置锁定单元插入式过滤框81，或者从单元框4中释放单元插入式过滤框81。
在本发明的一个实施方式中，支撑层17包括大体上一组纵向延伸的平行金属丝171或者相应地细小肋条，而没有交叉金属丝，从而支撑层17具有平行圆柱侧（parallelcylinder side）的平坦顶侧，使得在支撑布与层叠的筛网布20之间不会产生局部的磨损点。省略交叉金属丝使得在支撑层17中的一致的金属丝171之间的孔大于在相应的支撑布18上的孔。可由垂直梁9支撑一致的金属丝，该垂直梁将单元插入式过滤器8划分为更小的框。
在本发明的一个优选实施方式中，所述支撑层17的金属丝171纵向组设置在所述单元插入式过滤器8中，并且优选为相对于所述主框架1平行于所述主框架1的振动主方向。此方式可获得两方面的优点，即：纵向金属丝 171在其纵向振动运动过程中将不会与可能穿过筛网布20的颗粒发生碰撞，并且这有助于防止颗粒粘附于支撑层的金属丝。同时，沿其纵向振动的金属丝将不会沿其横向上活跃地振动。依此方式，将减小加载到金属丝171上的内部振动。
在本发明的一个实施方式中，单元插入式过滤框81的锁定机构85、10、12、13、15以如下方式预装入到相对于单元框4的锁定位置上：所述锁定机构在被动地或部分偏差地情况下进行锁定，并且所述预装入必须能够阻止单元插入式过滤框81从主框架4中脱离。
优选地，本发明的此种实施方式是，所述锁定机构包括沿所述单元插入式过滤框81的边缘的面向外的第一锁定轮廓85，该第一锁定轮廓优选为在弹性侧壁10的边缘，该侧壁10设置为在被动状态下与沿所述单元框4的相应第二边缘轮廓5接合。
在一个实施方式中，所述侧壁可以是非弹性的并且由连接臂结构（link-armstructure）14控制。锁定机构85、10、12、13、15还包括移位机构13、14，该移位机构13、14设置为将所述第一锁定轮廓85从与所述单元框的边缘轮廓5的接合中移出。这在图5a、图5b、图5c和图5d中得以详细地展示。锁定机构12、13的移位机构包括螺纹机构12、13，该螺纹机构设置为通过连接臂结构14将第一锁定轮廓85和另一个边缘轮廓5移动至相互接合状态或解除接合状态。参见图5c中的锁定轮廓85和边缘轮廓5之间的相互作用。
在本发明的另一个优选实施方式中，在中心套筒13中的螺纹部12连接于螺纹机构的连接臂结构14，该螺纹部12从单元插入式过滤框81的上游侧插入，螺纹部12以如下方式插入：假如螺纹部发生失效，应能够从单元插入式过滤框81中松开或从螺纹机构12、13自身松开，螺纹部终止于单元插入式过滤框81的上游侧，并且不应当终止于过滤的液体中。
但单元插入式过滤框81的锁定机构也可具有如下实施方式，即连接臂系统14通过利用过滤框的底面上的手动工具的移动而移动至或移动出所述锁定位置，因此螺纹并非必须，因而单元插入式过滤框的顶侧上的筛网布20并不需要被穿透的螺纹头破坏。在本发明的一些优选实施方式中，筛网布20不具有这种不需要穿透的螺纹部的设计，如图14c和14d的示例所展示的，其中，通过筛网布20的一部分形成纵向的脊结构，使得一起形成纵向脊和凹槽，见图14a和14b。在如图15c和15d所示的其它实施方式中，单元插入式过滤器的筛网布20的优选实施方式可包括圆形帽或金字塔形帽（分别参见图16c和16d）。筛网布20的这种向上凸起的形状能够增强筛网布20的流动穿透区域，并且当钻探船旋转时，补充抵消井液的不必要的溅出。
在本发明的一个实施方式中，在单元插入式过滤框81的上端边缘上，筛网布20拉伸开并下拉至单元插入式过滤框81与周围单元框4之间的单元插入式过滤框81的外面上。可选择地，筛网布可终止于沿单元插入式过滤框81的上边缘或形成（cast into）在上边缘中。
在本发明的一个实施方式中，设置了一个环境传感器90，设置为感应至少一个所述单元插入式过滤器8的至少一个材料条件（material condition），例如所述筛网布20是否完整或破损，或者是否整个地或部分地磨损。环境传感器90可包括一个电磁传感器91（例如如图4中所示的，通过在单元框4中包括的电线圈形成）。电磁环境传感器91设置为感应电特性，例如，设置为通过电线圈93来测量交流电电阻率、交流电电阻率改变量、电相变化或其它的交流电感应参数，或者设置为通过电线圈94或磁力计95来测量磁化率或磁化强度。所述环境传感器91、92、93、94、95可选择地设置在单元插入式过滤器8中，优选地设置在单元插入式过滤框81中。
在另一个可选择的实施方式中，传感器90可包括用于测量直流电阻的电极92。在一个实施方式中，电传感器91、92、93、94可设置为与单元框 过滤器8具有一段距离。例如，虽然将电传感器线圈设置在筛网布20附近，以感应筛网布的电磁特性，但与将传感器固定位于单元框4中或者单元插入式过滤器8中（具有固定距离）相比，这构成一个不够精确地实施方式。
在本发明的传感器布置的另一个实施方式中，环境传感器90包括声传感器96，例如一个用于感应所述单元插入式过滤器8的筛网布20的声音自然频率或该声音自然频率的改变或者在给定的允许振动下的所述筛网布20的振幅的传感器。在局部磁场B中单元插入式过滤器8的筛网布20可被磁化并且在电线圈92、93中产生交流电压，使得在单元插入式过滤框81内的筛网布20几乎作为磁化的麦克风薄膜而运行。环境传感器90可包括一个光学传感器97。
在本发明的另一个实施方式中，传感器90可实施为激光传感器，设置为扫过单元插入式过滤器8的筛网布20，以测量单元插入式过滤器8的筛网布20的声音自然频率或声音自然频率的改变或在给定的允许振动下的所述筛网布20的振幅。
在根据本发明的一个实施方式的设备中，一个或更多个第一单元框过滤器8的筛网布20的第一切割点或颗粒尺寸分布（PSD1）区别于一个或更多个第二单元框过滤器8的筛网布20的第二切割点或颗粒尺寸分布（PSD2、PSD3、PSD4……），参见图11a，其中具有不同切割点的单元插入式过滤器设置为逐格交替。在图11b和11c中，它们直线排列成不同的行。依次方式可预先确定振动筛筛滤器的特性，以提供用于通过的液体的总颗粒物的总体上所需的颗粒尺寸分布组合，以取代均匀的颗粒尺寸分布。
此外，在一个或更多个第一单元框过滤器8A的筛网布20A中的第一切割点或颗粒尺寸分布（PSD1）不同于一个或更多个第二单元框过滤器8B的筛网布20B的第二切割点或颗粒尺寸分布（PSD2）并可通过标记而识别。这种标记例如可以是颜色编码16或颜色组合、文字、数字或单元插入式过 滤框81的表面结构，或者通过例如射频识别标签（RFID-tag）标记的电子标记。射频识别标签可设置为从单元插入式过滤器8的附带传感器90中接收传感器测量结果，若传感器设置在单元插入式过滤器8自身中或在单元框4中，这尤其容易实施。
如结合附图所阐述的，主框架1可在前端设有接头轮廓6，该接头轮廓6设置为与相邻的振动筛筛滤器或井液泥浆振动筛7中的整个入口衬垫25接合。
本发明的一个实施方式中，在一个或更多单元框过滤器8中形成有稳定点22，该稳定点22由人造材料或固化粘性材料形成，并且通过例如在所述筛网布20的金属丝分别与下层的支撑层17或支撑布18中的金属丝之间注射未硬化的材料而定位。
附图标记说明
1、主框架（1）
2、振动筛筛滤器（2）
3、框架件（3）
4、单元框（4）
5、边缘轮廓（5）
6、接头轮廓榫（6a）
接头轮廓舌（6b）
7、井液泥浆振动筛（7）
8、单元插入式过滤器（8）
9、梁（9）
10、动态侧壁（10）
11、……（11）
12、装配螺纹件（12）
13、中心套筒（13）
移位机构（12,13）
螺纹机构（12，13）
14、连接臂结构（14）
15、无螺纹区（15）
16、颜色标记（16）
17、支撑层（17）
18、支撑布（18）
19、入口顶部（19a）
入口底部（19b）
20、筛网布（20）
21、较粗的下层筛网布（21）
22、稳定点（22）
23、上密封轮廓（23a）
下密封轮廓（23b）
24、上密封轮廓榫（24a）
下密封轮廓榫（24b）
25、入口衬垫（25）
26、单元插入式过滤框（81）
27、向外的锁定轮廓（85）
28、环境传感器（90）
29、电磁传感器（91）
30、电极（92）
31、电线圈（94）
交流电阻（93）
32、电线圈的磁化率（94）
33、磁力计（95）
34、金属丝、线（171）
35、编织线网（181）
36、牵拉钩（pull hook）（36）
37、引导轮廓（37）
38、接合轮廓（38）

Claims (36)

1.用于主框架(1)的单元框(4)的改进型单元插入式过滤器(8)，该主框架(1)用于振动筛筛滤器(2)，该主框架(1)设置为插入井液泥浆振动筛(7)中以过滤井液，
其中，所述单元插入式过滤器(8)包括：
一层或多层筛网布(20)，该一层或多层筛网布(20)设置在单元插入式过滤框(81)的支撑层(17)或者支撑布(18)的顶部，所述单元插入式过滤框(81)设置为保持在所述单元框(4)中，其特征在于，所述单元插入式过滤器(8)还包括：
预张紧的锁定机构(10、12、13、15)，该预张紧的锁定机构(10、12、13、15)包括锁定轮廓(85)，该锁定轮廓(85)用于将所述单元插入式过滤框(81)锁定在所述单元框(4)中，
所述锁定机构(10、12、13、15)还包括移位机构，该移位机构设置为通过连接臂结构(14)使所述锁定轮廓(85)移动而与所述单元框(4)的边缘轮廓(5)脱离接合进行解锁，以将所述单元插入式过滤框(81)从所述单元框(4)中松开，以及
所述单元插入式过滤框(81)的所述锁定机构(10、12、13、15)以如下方式预装入到相对于所述单元框(4)的锁定位置上：所述锁定机构在被动地或部分偏差地情况下进行锁定，并且通过由连接臂结构(14)来控制侧壁(10)的所述锁定轮廓(85)，所述预装入必须能够阻止所述单元插入式过滤框(81)从所述主框架(1)中脱离。
2.根据权利要求1所述的单元插入式过滤器，其中，所述支撑层(17)包括成组的平行延伸的金属丝(171)。
3.根据权利要求2所述的单元插入式过滤器，其中，所述支撑层(17) 的所述成组的平行延伸的金属丝(171)设置在所述单元插入式过滤器(8)中，并且相对于所述主框架(1)所述成组的平行延伸的金属丝(171)平行于所述主框架(1)的振动的主方向。
4.根据权利要求1所述的单元插入式过滤器，其中，所述锁定机构(12，13)的所述移位机构包括螺纹机构(12，13)，该螺纹机构(12,13)设置为将所述锁定轮廓(85)和所述边缘轮廓(5)移动为相互接合或解除互相接合。
5.根据权利要求4所述的单元插入式过滤器，其中，所述螺纹机构(12)的螺纹部(12)以如下方式从所述单元插入式过滤框(81)的上游侧设置：假如所述螺纹部失效，应能够从所述单元插入式过滤框(81)中松开或者从螺纹机构(12、13)自身当中松开，所述螺纹部(12)终止于单元插入式过滤框(81)的上游侧，并且不应当终止于过滤的液体中。
6.根据权利要求2或3所述的单元插入式过滤器，其中，所述支撑层(17)的所述金属丝(171)的上表面朝向所述上层的筛网布(20)，并且所述金属丝(171)齐平于所述单元插入式过滤框(81)的上部。
7.根据权利要求1所述的单元插入式过滤器，其中，所述筛网布(20)连接于所述单元插入式过滤框(81)的上部附近。
8.根据权利要求1所述的单元插入式过滤器，其中，所述筛网布(20)跨越所述单元插入式过滤框(81)的上部，并且沿着所述单元插入式过滤框(81)的外侧向下延伸且终止于所述单元插入式过滤框(81)与环绕的所述单元框(4)之间。
9.根据权利要求1-5和7-8中任意一项所述的单元插入式过滤器，其中，所述井液为钻井泥浆。
10.用于插入井液泥浆振动筛(7)中的振动筛筛滤器(2)，该振动筛筛滤器(2)包括：
主框架(1)，该主框架(1)具有多个单元框(4)，其中，一个或多个所述多个单元框(4)设置有权利要求1所述的单元插入式过滤器(8)，和
环境传感器(90)，该环境传感器(90)设置为感应至少一个所述单元插入式过滤器(8)的至少一个材料条件。
11.根据权利要求10所述的振动筛筛滤器，其中，所述环境传感器(90)设置为感应所述筛网布(20)是否完整或破损，或者所述筛网布(20)是否整个地或部分地磨损。
12.根据权利要求10或11所述的振动筛筛滤器，其中，所述环境传感器(90)包括电磁传感器(91)。
13.根据权利要求12所述的振动筛筛滤器，其中，所述电磁传感器(91)设置为感应所述单元插入式过滤器(8)的筛网布(20)的电磁特性。
14.根据权利要求12所述的振动筛筛滤器，其中，所述电磁传感器(91)设置为感应所述单元插入式过滤器(8)的筛网布(20)的电磁特性，通过电极(92)，用于测量直流电阻。
15.根据权利要求12所述的振动筛筛滤器，其中，所述电磁传感器(91) 设置为感应所述单元插入式过滤器(8)的筛网布(20)的电磁特性，通过电线圈( 93)，用于测量交流电感应参数。
16.根据权利要求15所述的振动筛筛滤器，其中，所述交流电感应参数为交流电电阻率、交流电电阻率改变量或电相变化。
17.根据权利要求12所述的振动筛筛滤器，其中，所述电磁传感器(91)设置为感应所述单元插入式过滤器(8)的筛网布(20)的电磁特性，通过电线圈(94)或磁力计(95)，用于测量磁化率或磁化强度。
18.根据权利要求12所述的振动筛筛滤器，其中，所述电磁传感器(91)设置为作为所述单元插入式过滤器(8)的一个集成部分。
19.根据权利要求18所述的振动筛筛滤器，其中，所述电磁传感器(91)设置为在所述单元插入式过滤框(81)内。
20.根据权利要求12所述的振动筛筛滤器，其中，所述电磁传感器(91)设置为与所述单元插入式过滤器(8)具有间隔。
21.根据权利要求20所述的振动筛筛滤器，其中，所述电磁传感器设置在所述主框架(1)的所述单元框(4)中。
22.根据权利要求10或11所述的振动筛筛滤器，其中，所述环境传感器(90)包括声音传感器(96)。
23.根据权利要求22所述的振动筛筛滤器，其中，所述声音传感器(96) 为用于所述单元插入式过滤器(8)的筛网布(20)的声音自然频率或所述声音自然频率的改变，或者在给定的允许振动下的所述筛网布(20)的振幅的传感器。
24.根据权利要求10或11所述的振动筛筛滤器，其中，所述环境传感器(90)包括光学传感器(97)。
25.根据权利要求24所述的振动筛筛滤器，其中，所述光学传感器(97)为激光传感器，该激光传感器设置为扫过所述单元插入式过滤器(8)的所述筛网布(20)，以测量所述单元插入式过滤器(8)的所述筛网布(20)的声音自然频率或声音自然频率的改变或在给定的允许振动下的所述筛网布(20)的振幅。
26.用于插入井液泥浆振动筛(7)中的振动筛筛滤器(2)，该振动筛筛滤器(2)包括：
主框架(1)，该主框架(1)具有多个单元框(4)，其中，一个或多个所述多个单元框(4)设置有权利要求1所述的单元插入式过滤器(8)，
其中，一个或更多个第一单元框过滤器(8)的所述筛网布(20)的第一切割点或颗粒尺寸分布区别于一个或更多个第二单元框过滤器(8)的所述筛网布(20)的第二切割点或颗粒尺寸分布。
27.根据权利要求26所述的振动筛筛滤器，其中，区别于一个或更多个第二单元框过滤器(8B)的筛网布(20B)的第二切割点或颗粒尺寸分布的在一个或多个第一单元框过滤器(8A)的筛网布(20A)中的第一切割点或颗粒尺寸分布能够通过标记而识别。
28.根据权利要求27所述的振动筛筛滤器，其中，所述标记是颜色编码(16)或颜色组合、文字、数字或所述单元插入式过滤框(81)的表面结构。
29.根据权利要求27所述的振动筛筛滤器，其中，所述标记为电子标记。
30.根据权利要求29所述的振动筛筛滤器，其中，所述电子标记采用射频识别标签。
31.用于插入井液泥浆振动筛(7)中的振动筛筛滤器(2)，该振动筛筛滤器(2)包括：
主框架(1)，该主框架(1)具有多个单元框(4)，其中，一个或多个所述多个单元框(4)设置有权利要求1所述的单元插入式过滤器(8)，并且设有接头轮廓(6)，该接头轮廓(6)的一端(6a)和另一端(6b)设置为从各自分离的振动筛过滤器(2，1)彼此接合地安装，以通过密封轮廓(23a，24a，23b、24b)提供相互密封。
32.根据权利要求31所述的振动筛筛滤器，其中，该振动筛筛滤器设有牵拉钩连接状舌榫连接(36)，该牵拉钩连接状舌榫连接(36)设置为从密封功能中移出，以用于在入口底部(19b)的接合点(37)进入相对的相应的用于拉出/解开接合轮廓(38)之后，解开至少一个振动筛筛滤器(2)。
33.根据权利要求31所述的振动筛筛滤器，其中，该振动筛筛滤器在前端设有接头轮廓(6)，该接头轮廓(6)设置为用于与相邻的振动筛筛滤器或井液泥浆振动筛(7)中的入口衬垫(25)相接合地安装。
34.根据权利要求10、11和26-33中任意一项所述的振动筛筛滤器，该振动筛筛滤器设有稳定点(22)，该稳定点(22)形成在一个或多个单元插入式过滤器(8)中，其中，所述稳定点(22)通过合成或硬化粘性材料形成。
35.根据权利要求34所述的振动筛筛滤器，其中，所述稳定点(22)通过在所述筛网布(20)的金属丝与所述支撑层(17)或支撑布(18)之间分别注射未硬化的材料而定位。
36.根据权利要求10、11和26-33中任意一项所述的振动筛筛滤器，其中，所述井液为钻井泥浆。
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