CN104971876B - 一种渐变椭圆‑直线轨迹振动筛 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种渐变椭圆‑直线轨迹振动筛，包括筛箱、底座和激振电机，所述筛箱通过支撑装置安装于所述底座，所述筛箱从入口端至出口端的运动轨迹由椭圆逐渐变为直线，且运动轨迹的长轴与水平面的夹具逐渐变小，其中所述筛箱入口端椭圆运动轨迹的长轴与水平面的夹角为52°，出口端直线运动轨迹与水平面的夹角为42°。该振动筛同时具有直线振动筛和平动椭圆振动筛的优点，即能够提高钻井液处理能力，又能够延长筛网的使用寿命，使两者得到有机的统一。
Description
技术领域
本发明涉及矿用振动筛技术领域，特别是石油天然气钻井行业的钻井液振动筛。
背景技术
目前，在石油天然气的钻井施工中，钻井液的净化处理（即固相与液相的分离），简称固相控制，是关系钻井成败和控制钻井成本的关键技术。
钻井液振动筛是钻井液固相控制的核心设备。因此，关于振动筛的研究伴随石油天然气行业的发展而发展，而振动筛技术研究的重点是振动筛运动轨迹的设计，振动筛的运动轨迹先进与否，是以振动筛的处理能力和整机结构性能来评价的。
请参考图1，图1为振动筛产品从第一代发展至第四代的运动轨迹示意图。
如图所示，振动筛运动轨迹的发展主要经历了四个结段，每一阶段运动轨迹的衍变都推动着钻井液振动筛技术性能质的提升，也由此推动钻井速度和完井质量的进步和钻井成本的降低。
其中，第一代振动筛的运动轨迹为椭圆，从入口端到中部，其运动轨迹的长轴从倾斜状态渐变为垂直状态，从中部到出口端，其运动轨迹的长轴从垂直状态渐变为向另一方向倾斜的状态。
第二代振动筛的运动轨迹为圆形，从入口端到中部，再到出口端，其运动轨迹自始自终都不会发生变化。
第三代振动筛的运动轨迹为直线，从入口端到中部，再到出口端，其运动轨迹自始自终也不会发生变化。
第四代振动筛的运动轨迹为平动椭圆，从入口端到中部，再到出口端，其运动轨迹同样没有变化。
现今，在国际钻井行业中，比较普遍选用的是直线轨迹振动筛（即第三代）和平动椭圆轨迹振动筛（即第四代）。这两种运动轨迹各具特点，直线振动筛优点是排沙速度快，缺点是在处理泥岩层钻井液时容易产生筛堵和筛糊，从而导致振动筛处理能力的降低；平动椭圆轨迹振动筛优点是克服筛堵和筛糊效果好，但排沙速度低于直线振动筛。
对此，授权公告号为CN2465821Y的实用新型专利说明书公开了一种变椭圆变直线振型振动筛，其在m1r1≠m2r2，α1≠α2时的振动轨迹为椭圆，在m1r1＝m2r2，α1＝α2时的振动轨迹为直线，而且筛网上各部位的椭圆轨迹长短轴方位、直线轨迹的直线方向在某一时刻不相同。
这种振动筛的入口端筛分的垂直分量大，抛掷指数高，有利于处理高粘度的钻井液，不易发生“筛堵”，而在出口端则具有较大的排屑水平分量，因而具有较快的排屑速度。但是，由于其仅仅改变了运动轨迹长轴的倾斜角度，运动轨迹本身的形状依然为椭圆或直线而没有发生任何变化，因此对“筛堵”和排屑速度的改善依然十分有限。
因此，如何进一步提高振动筛的筛网使用寿命和排屑速度，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种渐变椭圆-直线轨迹振动筛。该振动筛同时具有直线振动筛和平动椭圆振动筛的优点，即能够提高钻井液处理能力，又能够延长筛网的使用寿命，使两者得到有机的统一。
为实现上述目的，本发明提供一种渐变椭圆-直线轨迹振动筛，包括筛箱、底座和激振电机，所述筛箱通过支撑装置安装于所述底座，所述筛箱从入口端至出口端的运动轨迹由椭圆逐渐变为直线，且运动轨迹的长轴与水平面的夹具逐渐变小，其中所述筛箱入口端椭圆运动轨迹的长轴与水平面的夹角为52°，出口端直线运动轨迹与水平面的夹角为42°。
优选地，所述激振电机包括位于同一水平面第一激振电机和第二激振电机；
所述第一激振电机的激振力F大大于所述第二激振电机的激振力F小，两者的激振力比值F大：F小＝7:5；
所述第一激振电机的旋转中心与所述筛箱质心的直线距离L1小于所述第二激振电机的旋转中心与所述筛箱质心的直线距离L2。
优选地，所述第一激振电机与第二激振电机的横向间距L3大于L4，其中L4为所述筛箱运动轨迹为平动椭圆时所述第一激振电机与第二激振电机的横向间距。
优选地，所述筛箱的可调角度为0°-5°。
优选地，所述筛箱的平均振幅大于6mm。
优选地，所述筛箱的筛网规格为80目-300目。
优选地，所述筛箱的筛网为衬板钩边筛网。
本发明提供的振动筛通过匹配两个相向运动的激振电机的激振力和安装位置，使电机运动的“力心”作用于筛箱总成的“质心”，从而实现筛箱各部位椭圆运动轨迹到直线运动轨迹的渐变，并且运动轨迹长轴与水平面的夹角逐渐变小。这种振动筛在钻井液进入振动筛的入口端运动轨迹是椭圆，轨迹长轴与水平面的夹角是52°，随钻井液在筛面上向出口端运行，其椭圆轨迹逐渐变扁，轨迹长轴与水平面的夹角逐渐变小，到振动筛的出口端时，运动轨迹变为直线，与水平面的夹角减小到42°，入口端垂直加速度（A·sinα，A为振幅）大、水平加速度（A·cosα）小，有利于钻井液的液相透筛分离，出口端垂直加速度小、水平加速度大，有利于降低钻井岩饼对筛网的振动冲击，可以有效的延长筛网的使用寿命，由此使振动筛提高处理能力和延长筛网的使用寿命得到有机统一。
附图说明
图1为振动筛产品从第一代发展至第四代的运动轨迹示意图；
图2为本发明所提供渐变椭圆-直线轨迹振动筛的结构示意图；
图3为图2所示渐变椭圆-直线轨迹振动筛各部位的运动轨迹示意图。
图中：
1.筛箱 2.底座 3-1.第一激振电机 3-2.第二激振电机 4.支撑装置
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图2，图2为本发明所提供渐变椭圆-直线轨迹振动筛的结构示意图。
在一种具体实施方式中，本发明提供的振动筛为钻井液振动筛，主要由筛箱1、底座2和激振电机等部分构成，筛箱1通过弹性支撑装置4安装在底座2上，激振电机包括位于同一水平面第一激振电机3-1和第二激振电机3-2，第一激振电机3-1的旋转中心与筛箱质心C的直线距离L1小于第二激振电机3-2的旋转中心与筛箱质心C的直线距离L2，且第一激振电机3-1与第二激振电机3-2的横向间距L3大于L4，其中L4为筛箱运动轨迹为平动椭圆时第一激振电机3-1与第二激振电机3-2（如虚线所示）的横向间距。
第一激振电机3-1的激振力F大大于第二激振电机3-2的激振力F小，两者的激振力比值F大：F小＝7:5。
其他基本参数如下表所示：
运动轨迹 渐变椭圆-直线且倾角逐渐变小
电机功率 1.84KW×2
激振力 60kN
筛网规格 1180mm×710mm
筛网面积 1180mm×710mm×3
筛箱可调范围 0°～5°
平均振幅 A>6mm
可用筛网数目 80目—300目
工作时，启动第一激振电机3-1和第二激振电机3-2，使其相向转动，经过追随自同步后，两电机产生稳定的“力心”O（确定为合运动的原点），合力F作用于筛箱总成的质心C使振动筛产生运动渐变椭圆-直线轨迹。
筛箱从入口端至出口端的运动轨迹由椭圆逐渐变为直线，且运动轨迹的长轴与水平面的夹角逐渐变小，其中筛箱入口端椭圆运动轨迹的长轴与水平面的夹角为52°，出口端直线运动轨迹与水平面的夹角为42°，采用专业检验设备检测：直显轨迹，从入口端出口端由椭圆逐渐变为直线，椭圆轨迹长轴的角度由52°渐变到42°。
椭圆轨迹的长轴A是振动筛的双向振幅，a1=A·sinα是决定振动筛液相透筛能力的垂直加速度；a2=A·cosα是决定振动筛排沙效果的水平加速度，不难看出，渐变椭圆轨迹振动筛入口端A·sin52°的垂直加速度大于出口端A·sin42°垂直加速度。这在工程上的表现性能是在振动筛液量很大的入口端可以提高透液率，而在液量较小的出口端则减小了的固相颗粒的透筛率；再看水平方向的加速度，入口端的水平加速度A·cos52°小于出口端A·cos42°，入口端水平向前的加速度小，有利于液体的充分透筛，出口端水平向前的加速度大，利于固相颗粒的快速排出，与此同时，出口端垂直加速度力的减小，降低了固相颗粒对筛网的冲击，可以有效提高筛网的使用寿命。
现场试验的结果如下：
1）本发明振动筛单台泥浆最大处理量是井队原配单台振动筛的2倍。
2）一台本发明振动筛与两台井队原配振动筛同时工作时，本发明振动筛排屑量较单台井队原配振动筛提高15.5%～22.9%。单开本发明振动筛收集的固体岩屑质量大于仅开两台井队原配振动筛固体岩屑质量之和。
3）井队原配振动筛配备的钩边板式筛网平均寿命10天左右，本发明振动筛的注塑框架式筛网使用20天后仅发生一张筛网网布有个别孔破损，安装专用堵块后仍可继续使用。
4）本发明振动筛噪音在75分贝左右，井队原配振动筛噪音90分贝。
从以上分析不难看出，本发明渐变椭圆-直线轨迹振动筛从钻井液进入振动筛运动的全过程中，行运动轨迹随液量的变小逐渐变化，使振动筛的处理效果明显提升。这种运行轨迹的振动筛，在钻井应用中表现出显著的技术优势。
以上对本发明所提供的渐变椭圆-直线轨迹振动筛进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种渐变椭圆-直线轨迹振动筛，包括筛箱、底座和激振电机，所述筛箱通过支撑装置安装于所述底座，其特征在于，所述筛箱从入口端至出口端的运动轨迹由椭圆逐渐变为直线，且运动轨迹的长轴与水平面的夹具逐渐变小，其中所述筛箱入口端椭圆运动轨迹的长轴与水平面的夹角为52°，出口端直线运动轨迹与水平面的夹角为42°；所述激振电机包括位于同一水平面第一激振电机和第二激振电机；所述第一激振电机的激振力F大大于所述第二激振电机的激振力F小，两者的激振力比值F大：F小＝7:5；所述第一激振电机的旋转中心与所述筛箱质心的直线距离L1小于所述第二激振电机的旋转中心与所述筛箱质心的直线距离L2；所述第一激振电机与第二激振电机的横向间距L3大于L4，其中L4为所述筛箱运动轨迹为平动椭圆时所述第一激振电机与第二激振电机的横向间距。
2.根据权利要求1所述的渐变椭圆-直线轨迹振动筛，其特征在于，所述筛箱的可调角度为0°-5°。
3.根据权利要求2所述的渐变椭圆-直线轨迹振动筛，其特征在于，所述筛箱的平均振幅大于6mm。
4.根据权利要求3所述的渐变椭圆-直线轨迹振动筛，其特征在于，所述筛箱的筛网规格为80目-300目。
5.根据权利要求1至4任一项所述的渐变椭圆-直线轨迹振动筛，其特征在于，所述筛箱的筛网为衬板钩边筛网。
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