CN103752204A - 一种用于多成分冲洗液的分散处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于多成分冲洗液的分散处理装置，至少包括外壳、以及设置在外壳上的冲洗液入口、冲洗液出口，外壳的内部至少包括初步分散处理段和强化分散处理段两部分，冲洗液入口与外壳内部初步分散处理段的入口端相连，冲洗液出口与外壳内部强化分散处理段的出口端相连；初步分散处理段由变窄部分、内腔、变宽部分构成，强化分散处理段包括气体入口孔眼、加热装置、电磁辐射装置、超声波辐射器。初步分散处理段产生空穴效应，破坏冲洗液液流的连续性；气体入口孔眼用于向冲洗液内添加气泡、提高空穴效应的发生强度；加热装置、电磁辐射装置、超声波辐射器用于加强空穴效应的发生强度，对包含多种成分的冲洗液起到细化和均匀分散的作用。

Description

一种用于多成分冲洗液的分散处理装置

技术领域

本发明涉及一种用于多成分冲洗液的分散处理装置，可以显著加强冲洗液中各种成分的分散性和均匀性。

背景技术

冲洗液在钻井施工中具有非常重要的作用，被誉为“钻探的血液”，其作用包括冷却钻头、润滑钻具、携带岩屑、平衡地层压力和保护井眼孔壁等。对冲洗液的要求包括，钻井中要求配置的钻井液要有合适的比重，较好的流变特性，携带岩屑清洗井眼能力强，失水量小，可形成薄而韧性好的泥皮，从而保证钻孔的净化和维护孔壁的稳定。

为实现上述目的，在冲洗液的配置过程中，必须要添加各种成分的处理机，包括稀释降粘剂、降失水剂、絮凝剂、增粘剂、润滑减阻剂、水敏性地层抑制剂等，各种材料的组分和含量对冲洗液整体性能，以及对钻进应用效果具有重要作用。例如海洋深水钻井过程中，气体水合物的产生受冲洗液组分的影响非常敏感，容易导致气体水合物堵塞井筒、环空和防喷器等钻井事故。因此设定的冲洗液配方条件下，保证冲洗液各成分均匀分散，对于保证钻井液的良好性能和降低钻进事故意义重大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对冲洗液配置过程中各组分材料可能因为搅拌不均匀存在团聚现象、从而影响钻井液性能的问题，提供一种用于多成分冲洗液的分散处理装置。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种用于多成分冲洗液的分散处理装置，至少包括外壳、固定在外壳两端的法兰盘、以及设置在外壳上的冲洗液入口、冲洗液出口，所述外壳的内部至少包括初步分散处理段和强化分散处理段两部分，冲洗液入口与外壳内部初步分散处理段的入口端相连，冲洗液出口与外壳内部强化分散处理段的出口端相连；所述初步分散处理段由变窄部分、内腔、变宽部分构成，变窄部分的宽边与冲洗液入口衔接，变窄部分的窄边与内腔相连后再与变宽部分的窄边连通，变宽部分的宽边连通至强化分散处理段；所述强化分散处理段至少包括气体入口孔眼，所述气体入口孔眼设置在外壳位于强化分散处理段的侧壁上、用于通过其向强化分散处理段内添加气泡。

按上述方案，所述变窄部分的口径自冲洗液入口朝向内腔方向逐渐变窄，变宽部分的口径自内腔朝向强化分散处理段逐渐变宽，所述内腔呈狭小管状结构，内腔的口径大小不超过变窄部分的窄边口径或变宽部分的窄边口径。

按上述方案，所述强化分散处理段还包括加热装置，所述加热装置环绕安装在外壳位于强化分散处理段的周围。

按上述方案，所述加热装置为电阻加热器，其工作温度范围为0～100℃。

按上述方案，所述强化分散处理段还包括电磁辐射装置，所述电磁辐射装置环绕安装在外壳位于强化分散处理段的周围。

按上述方案，所述强化分散处理段还包括超声波辐射器、转换器、电缆、超声波发生器，所述超声波辐射器设置在外壳位于强化分散处理段的内部，转换器、电缆、超声波发生器安装在外壳外侧，超声波辐射器通过转换器、电缆与超声波发生器连接。

按上述方案，所述超声波辐射器设置在外壳内部沿强化分散处理段的中心轴线上。

按上述方案，所述超声波辐射器为钛辐射器。

按上述方案，所述转换器为磁致伸缩转换器。

本发明的工作原理是：

1）冲洗液通过冲洗液入口被泵入外壳内，在变窄部分处被压缩后流入内腔，由于内腔较为狭小而形成高压液流，从内腔中出来的高压液流在变宽部分处由于流场空间增大，水压降低，从而在局部形成负压发生水动力学效应——空穴效应；空穴效应在冲洗液中产生气泡以破坏液流的连续性，且气泡在压力条件变化后发生破裂，形成冲击波，使冲洗液中的各种成分能更好的分散开来。从内腔流到变宽部分之后，冲洗液在初步分散处理段得到初步处理；

2）考虑到冲洗液从内腔流到变宽部分时，因空穴效应产生的气泡数量有限，空穴效应的强度可能比较弱，本发明装置在强化分散处理段设计了气体入口孔眼，通过该气体入口孔眼向冲洗液内添加气泡，从而提高空穴效应的发生强度；

3）此外，为加快空穴效应的反应速度，本发明装置在强化分散处理段还设计了加热装置、电磁辐射装置和超声波辐射器，当冲洗液进入加热装置、电磁辐射装置和超声波辐射器所在工作区域后，这些空穴效应强化装置分别通过加热冲洗液、电磁振动和超声波的方式，对冲洗液中各成分进行进一步分解，加强被处理冲洗液中各成分的细化和均匀分散程度；

4）最后，经过处理后的冲洗液最终通过冲洗液出口从外壳中流出。

本发明具有以下有益效果：

1、初步分散处理段变窄部分、内腔、变宽部分的特殊结构设计使得冲洗液在该段形成负压发生空穴效应，空穴效应产生气泡破坏冲洗液的连续性，气泡在压力条件变化后发生破裂形成冲击波，使冲洗液中的各种成分分散开来，保证冲洗液在初步分散处理段得到初步处理；

2、强化分散处理段气体入口孔眼便于向冲洗液中输入更多的气泡，加强空穴效应的强度，更好的对冲洗液进行分散处理；

3、强化分散处理段安装的加热装置、电磁辐射装置、超声波辐射器进一步加速空穴效应，加强被处理冲洗液的细化和分散作用；

4、本发明分散处理装置可根据要求配置的冲洗液量设定试验装置各部件的尺寸和功率，可用于实验室内的冲洗液研制试验，也可用于钻进现场的冲洗液和其他钻井工程所需浆液材料的配置等，经该装置分散处理后的冲洗浆液材料其成分更加均匀分散、性能更加稳定，可更好的保证钻井施工质量和安全。

附图说明

图1是本发明用于多成分冲洗液的分散处理装置的结构示意图；

图中：1-外壳，2-法兰盘，3-冲洗液入口，4-冲洗液出口，5-气体入口孔眼，6-变窄部分，7-内腔，8-变宽部分，9-法兰盘，10-超声波辐射器，11-转换器，12-电缆，13-加热装置，14-电磁辐射装置，15-冲洗液，16-气泡。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1所示，本发明所述的用于多成分冲洗液的分散处理装置，至少包括外壳1、固定在外壳1两端的法兰盘2、法兰盘9、以及设置在外壳1上的冲洗液入口3、冲洗液出口4，所述外壳1的内部至少包括初步分散处理段和强化分散处理段两部分，冲洗液入口3与外壳1内部初步分散处理段的入口端相连，冲洗液出口4与外壳1内部强化分散处理段的出口端相连；所述初步分散处理段由变窄部分6、内腔7、变宽部分8构成，变窄部分6的宽边与冲洗液入口3衔接，变窄部分6的窄边与内腔7相连后再与变宽部分8的窄边连通，变宽部分8的宽边连通至强化分散处理段，变窄部分6、内腔7、变宽部分8的结构设计使得冲洗液15在初步分散处理段形成负压发生空穴效应；所述强化分散处理段至少包括气体入口孔眼5，所述气体入口孔眼5设置在外壳1位于强化分散处理段的侧壁上、用于通过其向强化分散处理段内添加气泡16，进一步提高冲洗液发生空穴效应的强度。

所述变窄部分6的口径自冲洗液入口3朝向内腔7方向逐渐变窄，变宽部分8的口径自内腔7朝向强化分散处理段逐渐变宽，所述内腔7呈狭小管状结构，内腔7的口径大小不超过变窄部分6的窄边口径或变宽部分8的窄边口径。

所述强化分散处理段还包括加热装置13，所述加热装置13环绕安装在外壳1位于强化分散处理段的周围。

所述加热装置13为电阻加热器，其工作温度范围为0～100℃。

所述强化分散处理段还包括电磁辐射装置14，所述电磁辐射装置14环绕安装在外壳1位于强化分散处理段的周围。

所述强化分散处理段还包括超声波辐射器10（钛辐射器）、转换器11（磁致伸缩转换器）、电缆12、超声波发生器，所述超声波辐射器10设置在外壳1位于强化分散处理段的内部，转换器11、电缆12、超声波发生器安装在外壳1外侧，超声波辐射器10通过转换器11、电缆12与超声波发生器连接。

所述超声波辐射器10设置在外壳1内部沿强化分散处理段的中心轴线上。

本发明分散处理装置工作时，冲洗液15通过冲洗液入口3被泵入外壳1内，在变窄部分6处被压缩后流入内腔7，由于内腔7较为狭小而形成高压液流，从内腔7中出来的高压液流在变宽部分8处由于流场空间增大，水压降低，从而在局部形成负压发生水动力学效应——空穴效应；空穴效应在冲洗液中产生气泡16以破坏液流的连续性，且气泡16在压力条件变化后发生破裂，形成冲击波，使冲洗液15中的各种成分能更好的分散开来。从内腔7流到变宽部分8之后，冲洗液在初步分散处理段得到初步处理。

考虑到冲洗液从内腔7流到变宽部分8时，因空穴效应产生的气泡16数量有限，空穴效应的强度可能比较弱，本发明装置在强化分散处理段设计了气体入口孔眼5，通过该气体入口孔眼5向冲洗液15内添加气泡16，从而提高空穴效应的发生强度。此外，为加快空穴效应的反应速度，本发明装置在强化分散处理段还设计了加热装置13、电磁辐射装置14和超声波辐射器10，当冲洗液15进入加热装置13、电磁辐射装置14和超声波辐射器10所在工作区域后，这些空穴效应强化装置分别通过加热冲洗液15、电磁振动和超声波的方式，对冲洗液15中各成分进行进一步分解，加强被处理冲洗液15中各成分的细化和均匀分散程度。

最后，经过处理后的冲洗液15最终通过冲洗液出口4从外壳1中流出。

加热装置13、电磁辐射装置14、超声波辐射器10各自的实施方式如下所述：

环绕安装在外壳1位于强化分散处理段周围的加热装置13工作温度范围为0～100℃，由于温度增加，加速了空穴效应，加强了被处理冲洗液的细化和分散作用；

环绕安装在外壳1位于强化分散处理段周围的电磁辐射装置14产生电磁波，对冲洗液发生作用，使被处理的多成分冲洗液细化和均匀化；

超声波发生器产生的高频电压沿着电缆12到达转换器11，产生的机械振动传到位于金属外壳1内的超声波辐射器10上，通过超声波的方式加强空穴效应，并对冲洗液进行更好的分散。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于多成分冲洗液的分散处理装置，其特征在于：至少包括外壳、固定在外壳两端的法兰盘、以及设置在外壳上的冲洗液入口、冲洗液出口，所述外壳的内部至少包括初步分散处理段和强化分散处理段两部分，冲洗液入口与外壳内部初步分散处理段的入口端相连，冲洗液出口与外壳内部强化分散处理段的出口端相连；所述初步分散处理段由变窄部分、内腔、变宽部分构成，变窄部分的宽边与冲洗液入口衔接，变窄部分的窄边与内腔相连后再与变宽部分的窄边连通，变宽部分的宽边连通至强化分散处理段；所述强化分散处理段至少包括气体入口孔眼，所述气体入口孔眼设置在外壳位于强化分散处理段的侧壁上、用于通过其向强化分散处理段内添加气泡。

2.根据权利要求1所述的用于多成分冲洗液的分散处理装置，其特征在于：所述变窄部分的口径自冲洗液入口朝向内腔方向逐渐变窄，变宽部分的口径自内腔朝向强化分散处理段逐渐变宽，所述内腔呈狭小管状结构，内腔的口径大小不超过变窄部分的窄边口径或变宽部分的窄边口径。

3.根据权利要求1所述的用于多成分冲洗液的分散处理装置，其特征在于：所述强化分散处理段还包括加热装置，所述加热装置环绕安装在外壳位于强化分散处理段的周围。

4.根据权利要求3所述的用于多成分冲洗液的分散处理装置，其特征在于：所述加热装置为电阻加热器，其工作温度范围为0～100℃。

5.根据权利要求1所述的用于多成分冲洗液的分散处理装置，其特征在于：所述强化分散处理段还包括电磁辐射装置，所述电磁辐射装置环绕安装在外壳位于强化分散处理段的周围。

6.根据权利要求1所述的用于多成分冲洗液的分散处理装置，其特征在于：所述强化分散处理段还包括超声波辐射器、转换器、电缆、超声波发生器，所述超声波辐射器设置在外壳位于强化分散处理段的内部，转换器、电缆、超声波发生器安装在外壳外侧，超声波辐射器通过转换器、电缆与超声波发生器连接。

7.根据权利要求6所述的用于多成分冲洗液的分散处理装置，其特征在于：所述超声波辐射器设置在外壳内部沿强化分散处理段的中心轴线上。

8.根据权利要求6所述的用于多成分冲洗液的分散处理装置，其特征在于：所述超声波辐射器为钛辐射器。

9.根据权利要求6所述的用于多成分冲洗液的分散处理装置，其特征在于：所述转换器为磁致伸缩转换器。

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