CN104975809A - 一种适用于钻井的环保粒子循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于钻井的环保粒子循环系统，属于油气钻井工程技术领域，包括渣浆泵、螺杆输送机和粒子混合料斗，粒子混合料斗内设置有换向管，换向管上连接有摆动液压缸，粒子混合料斗上连接有第一输送缸和第二输送缸，换向管一端与高压管线连通，另一端与第一输送缸或第二输送缸连通，渣浆泵和螺杆输送机分别与粒子混合料斗连通，回收装置包括磁选机、井队振动筛、旋转储罐和砂浆泵，磁选机下方连接有泥浆罐，泥浆罐与砂浆泵连接，砂浆泵与井队振动筛连接，磁选机上连接有水平输送机，水平输送机与旋转储罐连接，旋转储罐与渣浆泵连接。本发明能保证粒子注入的连续性，提高粒子冲击钻井效率，且能减少泥浆泄漏点，降低环境污染。

Description

一种适用于钻井的环保粒子循环系统

技术领域

本发明涉及到油气钻井工程技术领域，尤其涉及一种适用于钻井的环保粒子循环系统。

背景技术

目前常规的钻井技术是利用井底钻头的钻压和旋转实现机械破岩，达到钻进的目的，钻台上设置有旋转控制头，这种方式在遇到深部硬地层和强研磨地层时，仅依靠钻头的机械作用进行破岩，泥浆的作用只是携带岩屑，无法实现水力加机械的联合破岩效果，存在钻速慢、周期长、成本高的问题。

近年来，粒子冲击钻井技术作为一项革命性的提速技术，得到了广泛的应用；粒子冲击钻井是一种通过将直径1-3毫米的球形钢粒注入井底，以辅助破碎深部硬地层和强研磨地层的钻井技术。现有技术的粒子冲击钻井系统粒子循环路径为：井内返出的粒子、岩屑和泥浆混合物依次通过井队振动筛和粒子冲击钻井系统射流混浆器、磁选机、振动筛、岩屑储存漏斗等，将返出的粒子从岩屑和泥浆混合物中分离并储存于粒子储存罐内，再通过注入装置注入井内，形成钻井循环。现有技术的粒子冲击钻井系统粒子循环路径存在的问题是：泥浆泄漏点多，易造成环境污染；岩屑需人工处理，劳动强度大；设备多、安装位置分散，安装复杂、耗时长。

粒子冲击钻井效果的好坏，其中一个关键因子便是粒子注入装置，现有技术的粒子注入装置通常采用单高压罐式注入结构，无法实现粒子连续注入；且高压罐质量和体积较大，运输不方便，高压区覆盖面广，安全风险高；此外，还存在地面单位面积承压大，需通过水泥固化加强地基，耗时长、费用高的问题。

公开号为CN201627534U，公开日为20101110的中国专利文献公开了一种粒子冲击钻井装置，其特征是：该装置主要由粒子注入系统、粒子分离系统、粒子输送系统和粒子存储处理系统组成；钻井泵泵出的泥浆管路中连接有所述的粒子注入系统，泥浆返回管路中连接有所述的粒子分离系统。

该专利文献公开的粒子冲击钻井装置，从井底返回的带有钢颗粒的泥浆通过高架管和振动筛流入管直接进入振动筛，筛分后的泥浆及大的岩屑通过振动筛流出管送至原振动筛进行进一步处理，整个过程中存在泥浆泄漏点多的问题，极易造成环境污染。

公开号为CN 203742449U，公开日为2014年07月30日的中国专利文献公开了一种粒子立式注入装置，其特征在于：包括高压容器，高压容器的上部设置进料管，底部设置出料管，出料管上设置倾斜出口，高压容器内设置旋转轴，旋转轴上设置螺旋齿，旋转轴和高压容器的顶部和底部之间分别设置上密封体和下密封体，上密封体和旋转轴之间、下密封体和旋转轴之间均设置轴承，上下端的轴承外侧分别设置上端盖和下端盖，上端盖上轴向设置泄压孔，旋转轴底部通过联轴器连接电机，电机通过支撑筋固定在支腿上，高压容器固定在支腿上，倾斜出口连接高压液动阀，高压液动阀连接高压三通。

该专利文献公开的粒子立式注入装置，虽然可使粒子均匀下落，避免粒子在高压容器底部堆积，但是，无法实现粒子连续注入，钻井速度相当有限；采用的高压容器质量和体积较大，造成地面单位面积承压大，需通过水泥固化加强地基，耗时长、费用高。

公开号为CN 103195363A，公开日为2013年07月10日的中国专利文献公开了一种负压射流式粒子冲击钻井注入装置，包括高压粒子注入罐，高压粒子注入罐顶部设置进料口，底部设置出料口，其特征在于：进料口一侧安装平衡压力射流管，平衡压力射流管一端设置射流防堵喷头，另一端置于主管汇顶部，射流防堵喷头位于高压粒子注入罐底部，出料口底部设置负压粒子注入管，负压粒子注入管一端设置喷嘴，喷嘴连通主管汇，主管汇底部设置调节管，调节管末端连通负压粒子注入管出口，调节管内设置调节阀。

该专利文献公开的负压射流式粒子冲击钻井注入装置，采用自旋转式射流防堵喷头，对高压粒子注入罐出料口实现全方位、多角度搅动，能够解决高压粒子注入罐底部堵塞问题，但是，该装置同样无法实现粒子连续注入，钻井速度受到限制；而且采用的高压粒子注入罐质量和体积较大，安装和运输都较为不便。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种适用于钻井的环保粒子循环系统，本发明采用双注入泵连续注入装置，保证粒子注入的连续性，有效提高了粒子冲击钻井效率，将井内返出的粒子、岩屑和泥浆混合物直接引流至回收装置，极大的减少了泥浆泄漏点，降低了环境污染。

本发明通过下述技术方案实现：

一种适用于钻井的环保粒子循环系统，包括钻台、注入装置和回收装置，其特征在于：所述注入装置包括渣浆泵、螺杆输送机和通过高压管线与钻井立管连接的粒子混合料斗，所述粒子混合料斗内设置有换向管，换向管上连接有驱动换向管左右摆动的摆动液压缸，粒子混合料斗上连接有第一输送缸和第二输送缸，第一输送缸内设置有第一活塞，第二输送缸内设置有第二活塞，第一活塞通过第一活塞杆连接在第一液压缸上，第二活塞通过第二活塞杆连接在第二液压缸上，所述换向管一端与高压管线连通，另一端与第一输送缸或第二输送缸连通，渣浆泵通过第一管道与粒子混合料斗连通，螺杆输送机通过第二管道与粒子混合料斗连通，所述回收装置包括磁选机、井队振动筛、旋转储罐和砂浆泵，磁选机通过第一管线连接在钻台的旋转控制头上，所述磁选机下方通过第二管线连接有泥浆罐，所述泥浆罐通过第三管线与砂浆泵连接，砂浆泵通过第四管线与井队振动筛连接，所述磁选机上连接有水平输送机，水平输送机与所述旋转储罐连接，旋转储罐与渣浆泵连接。

还包括旋转轴，所述摆动液压缸包括缸体、活塞、活塞杆、摆杆和连接在摆杆上的花键，活塞通过活塞杆与摆杆连接，花键通过旋转轴与换向管连接。

所述粒子混合料斗内设置有螺旋式搅拌器，螺旋式搅拌器由螺旋搅拌棒和驱动螺旋搅拌棒转动的搅拌电机构成，螺旋搅拌棒位于粒子混合料斗内，搅拌电机位于粒子混合料斗外。

所述高压管线上连接有箭型止回阀。

所述第一液压缸和第二液压缸均为双杆液压缸。

所述换向管内连接有两个密封圈，两个密封圈分别位于换向管的两端。

所述螺旋搅拌棒上设置有搅拌叶片，搅拌叶片与螺旋搅拌棒滑动连接。

所述换向管的横截面呈“S”型。

所述旋转储罐包括罐体、位于罐体内的螺旋叶片、支撑架、筛桶和驱动罐体旋转的电机，螺旋叶片和支撑架固定连接在罐体的内壁上，筛桶通过支撑架与螺旋叶片连接。

所述泥浆罐由圆柱罐体和锥形罐体构成，锥形罐体位于圆柱罐体下方，锥形罐体和圆柱罐体为一体成型结构。

所述第二管线上连接有输送泵。

本发明的工作原理如下：

在粒子冲击钻井过程中，首先螺杆输送机将粒子钻井回收装置中分离储存的粒子通过第二管道添注至粒子混合料斗内，并通过调整螺杆输送机的螺杆转速来控制粒子的添注速度，并通过渣浆泵向粒子混合料斗内泵送泥浆，并维持粒子混合料斗内粒子、泥浆混合物占粒子混合料斗容积的1/2-2/3之间；其次，打开螺旋式搅拌器，搅拌电机带动螺旋搅拌棒不断搅动，充分混合泥浆和粒子，以保证粒子注入井内的均匀性。最后，当粒子混合料斗内粒子、泥浆混合物达到其容积的1/2时，启动第一液压缸和第二液压缸，第一液压缸驱动第一活塞杆收缩第一活塞进入添注冲程，同时摆动液压缸启动，摆动换向管到第二输送缸处，使换向管迅速与第二输送缸连通，粒子混合料斗内的粒子、泥浆混合物便添注入第一输送缸内；与此同时，第二液压缸驱动第二活塞杆推动第二活塞进入压缩冲程，挤压来自粒子混合料斗并储存在第二输送缸内的粒子、泥浆混合物，粒子、泥浆混合物通过换向管注入高压管线内，并最终进入井内循环；当第二活塞运动至极限位置，压缩冲程结束，第二液压缸驱动第二活塞杆收缩第二活塞进入添注冲程，摆动液压缸再将换向管摆动到第一输送缸处，并与第一输送缸连通，第一液压缸驱动第一活塞杆推动第一活塞由添注冲程转为压缩冲程，将第一输送缸内的粒子、泥浆混合物通过换向管注入高压管线内，并最终进入井内循环，实现了第一输送缸和第二输送缸的交替运行，使粒子能够被连续注入井内；井内返出的泥浆、岩屑和粒子混合物直接通过旋转控制头和第一管线引流到磁选机内，磁选机在泥浆、岩屑和粒子混合物中筛选出粒子，并通过水平输送机将粒子运输至旋转储罐内储存，岩屑和泥浆落入磁选机下方的泥浆罐内，通过砂浆泵和第四管线直接将泥浆罐内的岩屑、泥浆混合物直接泵至井队振动筛，就实现了粒子的分离和回收，分离出的粒子储存在旋转储罐内，再由渣浆泵泵至粒子混合料斗内，自此便实现了粒子在整个钻井过程中的循环使用。

本发明的有益效果主要表现在以下方面：

一、本发明，在粒子冲击钻井过程中，通过启动第一液压缸和第二液压缸，第一液压缸驱动第一活塞杆收缩第一活塞进入添注冲程，同时摆动液压缸启动，摆动换向管到第二输送缸处，使换向管迅速与第二输送缸连通，粒子混合料斗内的粒子、泥浆混合物便添注入第一输送缸内；与此同时，第二液压缸驱动第二活塞杆推动第二活塞进入压缩冲程，挤压来自粒子混合料斗并储存在第二输送缸内的粒子、泥浆混合物，粒子、泥浆混合物通过换向管注入高压管线内，并最终进入井内循环；当第二活塞运动至极限位置，压缩冲程结束，第二液压缸驱动第二活塞杆收缩第二活塞进入添注冲程，摆动液压缸再将换向管摆动到第一输送缸处，并与第一输送缸连通，第一液压缸驱动第一活塞杆推动第一活塞由添注冲程转为压缩冲程，将第一输送缸内的粒子、泥浆混合物通过换向管注入高压管线内，并最终进入井内循环，自此实现了第一输送缸和第二输送缸的交替运行，使粒子能够被连续注入井内；井内返出的泥浆、岩屑和粒子混合物直接通过旋转控制头和第一管线引流到磁选机内，磁选机在泥浆、岩屑和粒子混合物中筛选出粒子，并通过水平输送机将粒子运输至旋转储罐内储存，岩屑和泥浆落入磁选机下方的泥浆罐内，通过砂浆泵和第四管线直接将泥浆罐内的岩屑、泥浆混合物直接泵至井队振动筛，就实现了粒子的分离和回收；作为一个完整的技术方案，第一输送缸、第二输送缸通过第一液压缸和第二液压缸以及摆动液压缸的配合，能够实现添注和压缩冲程的交替有序进行，第一输送缸、第二输送缸内的粒子、泥浆混合物能够交替连续的向井内注入，保证了井内粒子注入的连续性，同时避免第一输送缸和第二输送缸内粒子沉积堵塞，有效提高粒子冲击钻井的工作效率；在整个装置中仅第一输送缸、第二输送缸、换向管为高压状态，大大降低了高压区，提高了安全性；粒子混合料斗较现有技术的高压粒子注入罐而言，重量和体积都大为减小，安装空间占用少，运输相当方便；回收装置简化了粒子筛选流程，磁选机将粒子分离后直接通过水平输送机运输至旋转储罐内，由于泥浆和岩屑不含铁磁类物质，磁选机能够轻易将粒子分离出来，具有分离效率高，分离效果好的特点；整个系统结构简单，泥浆泄漏点较少，降低了环境污染。

二、本发明中，还包括旋转轴，摆动液压缸包括缸体、活塞、活塞杆、摆杆和连接在摆杆上的花键，活塞通过活塞杆与摆杆连接，花键通过旋转轴与换向管连接，采用此种特定结构的摆动液压缸，摆杆的摆动带动旋转轴旋转，进而使换向管灵活的换向，不仅具有换向灵活的特点，而且采用花键、摆杆的这种结构延长了使用寿命。

三、本发明中，粒子混合料斗内设置有螺旋式搅拌器，螺旋式搅拌器由螺旋搅拌棒和驱动螺旋搅拌棒转动的搅拌电机构成，螺旋搅拌棒位于粒子混合料斗内，搅拌电机位于粒子混合料斗外，采用独特的螺旋式搅拌器搅拌时，能够在粒子混合料斗内形成漩涡，粒子和泥浆在离心力作用下具备初速度，能够快速均匀的混合在一起，从而利于粒子顺畅的进入井内，有效防止粒子在高压管线内沉积堵塞。

    四、本发明中，高压管线上连接有箭型止回阀，采用箭型止回阀一方面能够使粒子、泥浆混合物顺畅的经高压管线进入井内，另一方面能够防止粒子、泥浆混合物逆窜入第一输送缸或第二输送缸内，有效避免粒子注入过程中泥浆泄漏伤人，进一步提高安全性。

五、本发明中，第一液压缸和第二液压缸均为双杆液压缸，能够实现等速往复运动，便于实现添注冲程和压缩冲程的同步性，增强粒子连续注入井内的稳定性，从而保证粒子钻井工作效率。

六、本发明中，换向管内连接有两个密封圈，两个密封圈分别位于换向管的两端，当换向管与第一输送缸或第二输送缸接通时，密封圈能够防止第一输送缸或第二输送缸内压力的泄漏，使添注冲程和压缩冲程都能够稳定的进行，保证粒子顺利的注入井内。

七、本发明中，螺旋搅拌棒上设置有搅拌叶片，搅拌叶片与螺旋搅拌棒滑动连接，通过设置搅拌叶片能够增大搅拌力度，缩短搅拌时间，使粒子和泥浆能够迅速混合均匀，而搅拌叶片与螺旋搅拌棒滑动连接，可以根据需要灵活的调节搅拌叶片在粒子混合料斗内的高度，以使粒子和泥浆能够混合的更加均匀，进一步防止粒子在高压管线内沉积堵塞。

八、本发明中，换向管的横截面呈“S”型，采用特定的“S”型换向管，使换向过程更加灵活方便，换向管无论是与第一输送缸连接，还是与第二输送缸连接，均能快速的连通，以保证粒子注入的连续性。

九、本发明中，所述旋转储罐包括罐体、位于罐体内的螺旋叶片、支撑架、筛桶和驱动罐体旋转的电机，螺旋叶片和支撑架固定连接在罐体的内壁上，筛桶通过支撑架与螺旋叶片连接，采用该独特结构的旋转储罐，正转时，可实现动态储存，防止粒子周转储存过程中发生结块；反转时，即可实现粒子出料，螺旋叶片将粒子均匀的旋出。

十、本发明中，泥浆罐由圆柱罐体和锥形罐体构成，锥形罐体位于圆柱罐体下方，锥形罐体和圆柱罐体为一体成型结构，圆柱罐体能够方便岩屑和泥浆的储存，岩屑和泥浆进入圆柱罐体有一定的缓冲时间，可防止砂浆泵突然停止工作，避免泥浆泄漏，经圆柱罐体、锥形罐体出来的岩屑和泥浆具有一定初速度，流速更快，更容易通过砂浆泵泵送至井队振动筛内。

十一、本发明中，第二管线上连接有输送泵，通过输送泵能够快速的将磁选机分离出来的岩屑和泥浆送至泥浆罐内，从而进一步提高粒子的分离效率。

附图说明

图1为本发明的俯视结构示意图；

图2为本发明注入装置与钻台的连接结构示意图；

图3为本发明实施例2中注入装置与钻台的连接结构示意图；

图4为本发明实施例2中摆动液压缸的结构示意图；

图5为本发明实施例3中注入装置与钻台的连接结构示意图；

图6为本发明实施例6中换向管的结构示意图；

图7为本发明实施例7中旋转储罐的结构示意图；

图8为本发明实施例8中注入装置与钻台的连接结构示意图；

图中标记：1、钻台，2、渣浆泵，3、螺杆输送机，4、高压管线，5、粒子混合料斗，6、换向管，7、摆动液压缸，8、第一输送缸，9、第二输送缸，10、第一活塞，11、第二活塞，12、第一活塞杆，13、第一液压缸，14、第二活塞杆，15、第二液压缸，16、第一管道，17、第二管道，18、磁选机，19、井队振动筛，20、旋转储罐，21、砂浆泵，22、第一管线，23、第二管线，24、泥浆罐，25、第三管线，26、第四管线，27、水平输送机，28、旋转轴，29、缸体，30、活塞，31、活塞杆，32、摆杆，33、花键，34、螺旋式搅拌器，35、螺旋搅拌棒，36、搅拌电机，37、箭型止回阀，38、密封圈，39、搅拌叶片，40、罐体，41、螺旋叶片，42、支撑架，43、筛桶，44、输送泵。

具体实施方式

实施例1

参见图1和图2，一种适用于钻井的环保粒子循环系统，包括钻台1、注入装置和回收装置，所述注入装置包括渣浆泵2、螺杆输送机3和通过高压管线4与钻井立管连接的粒子混合料斗5，所述粒子混合料斗5内设置有换向管6，换向管6上连接有驱动换向管6左右摆动的摆动液压缸7，粒子混合料斗5上连接有第一输送缸8和第二输送缸9，第一输送缸8内设置有第一活塞10，第二输送缸9内设置有第二活塞11，第一活塞10通过第一活塞杆12连接在第一液压缸13上，第二活塞11通过第二活塞杆14连接在第二液压缸15上，所述换向管6一端与高压管线4连通，另一端与第一输送缸8或第二输送缸9连通，渣浆泵2通过第一管道16与粒子混合料斗5连通，螺杆输送机3通过第二管道17与粒子混合料斗5连通，所述回收装置包括磁选机18、井队振动筛19、旋转储罐20和砂浆泵21，磁选机18通过第一管线22连接在钻台1的旋转控制头上，所述磁选机18下方通过第二管线23连接有泥浆罐24，所述泥浆罐24通过第三管线25与砂浆泵21连接，砂浆泵21通过第四管线26与井队振动筛19连接，所述磁选机18上连接有水平输送机27，水平输送机27与所述旋转储罐20连接，旋转储罐20与渣浆泵2连接。

本实施例为最基本的实施方式，结构简单，现有技术的摆动液压缸、旋转储罐和泥浆罐即可，在粒子冲击钻井过程中，通过启动第一液压缸和第二液压缸，第一液压缸驱动第一活塞杆收缩第一活塞进入添注冲程，同时摆动液压缸启动，摆动换向管到第二输送缸处，使换向管迅速与第二输送缸连通，粒子混合料斗内的粒子、泥浆混合物便添注入第一输送缸内；与此同时，第二液压缸驱动第二活塞杆推动第二活塞进入压缩冲程，挤压来自粒子混合料斗并储存在第二输送缸内的粒子、泥浆混合物，粒子、泥浆混合物通过换向管注入高压管线内，并最终进入井内循环；当第二活塞运动至极限位置，压缩冲程结束，第二液压缸驱动第二活塞杆收缩第二活塞进入添注冲程，摆动液压缸再将换向管摆动到第一输送缸处，并与第一输送缸连通，第一液压缸驱动第一活塞杆推动第一活塞由添注冲程转为压缩冲程，将第一输送缸内的粒子、泥浆混合物通过换向管注入高压管线内，并最终进入井内循环，自此实现了第一输送缸和第二输送缸的交替运行，使粒子能够被连续注入井内；井内返出的泥浆、岩屑和粒子混合物直接通过旋转控制头和第一管线引流到磁选机内，磁选机在泥浆、岩屑和粒子混合物中筛选出粒子，并通过水平输送机将粒子运输至旋转储罐内储存，岩屑和泥浆落入磁选机下方的泥浆罐内，通过砂浆泵和第四管线直接将泥浆罐内的岩屑、泥浆混合物直接泵至井队振动筛，就实现了粒子的分离和回收；作为一个完整的技术方案，第一输送缸、第二输送缸通过第一液压缸和第二液压缸以及摆动液压缸的配合，能够实现添注和压缩冲程的交替有序进行，第一输送缸、第二输送缸内的粒子、泥浆混合物能够交替连续的向井内注入，保证了井内粒子注入的连续性，同时避免第一输送缸和第二输送缸内粒子沉积堵塞，有效提高粒子冲击钻井的工作效率；在整个装置中仅第一输送缸、第二输送缸、换向管为高压状态，大大降低了高压区，提高了安全性；粒子混合料斗较现有技术的高压粒子注入罐而言，重量和体积都大为减小，安装空间占用少，运输相当方便；回收装置简化了粒子筛选流程，磁选机将粒子分离后直接通过水平输送机运输至旋转储罐内，由于泥浆和岩屑不含铁磁类物质，磁选机能够轻易将粒子分离出来，具有分离效率高，分离效果好的特点；整个系统结构简单，泥浆泄漏点较少，降低了环境污染。

实施例2

参见图1、图3和图4，一种适用于钻井的环保粒子循环系统，包括钻台1、注入装置和回收装置，所述注入装置包括渣浆泵2、螺杆输送机3和通过高压管线4与钻井立管连接的粒子混合料斗5，所述粒子混合料斗5内设置有换向管6，换向管6上连接有驱动换向管6左右摆动的摆动液压缸7，粒子混合料斗5上连接有第一输送缸8和第二输送缸9，第一输送缸8内设置有第一活塞10，第二输送缸9内设置有第二活塞11，第一活塞10通过第一活塞杆12连接在第一液压缸13上，第二活塞11通过第二活塞杆14连接在第二液压缸15上，所述换向管6一端与高压管线4连通，另一端与第一输送缸8或第二输送缸9连通，渣浆泵2通过第一管道16与粒子混合料斗5连通，螺杆输送机3通过第二管道17与粒子混合料斗5连通，所述回收装置包括磁选机18、井队振动筛19、旋转储罐20和砂浆泵21，磁选机18通过第一管线22连接在钻台1的旋转控制头上，所述磁选机18下方通过第二管线23连接有泥浆罐24，所述泥浆罐24通过第三管线25与砂浆泵21连接，砂浆泵21通过第四管线26与井队振动筛19连接，所述磁选机18上连接有水平输送机27，水平输送机27与所述旋转储罐20连接，旋转储罐20与渣浆泵2连接。

还包括旋转轴28，所述摆动液压缸7包括缸体29、活塞30、活塞杆31、摆杆32和连接在摆杆32上的花键33，活塞30通过活塞杆31与摆杆32连接，花键33通过旋转轴28与换向管6连接。

本实施例为一较佳实施方式，还包括旋转轴，摆动液压缸包括缸体、活塞、活塞杆、摆杆和连接在摆杆上的花键，活塞通过活塞杆与摆杆连接，花键通过旋转轴与换向管连接，采用此种特定结构的摆动液压缸，摆杆的摆动带动旋转轴旋转，进而使换向管灵活的换向，不仅具有换向灵活的特点，而且采用花键、摆杆的这种结构延长了使用寿命。

实施例3

参见图1、图4和图8，一种适用于钻井的环保粒子循环系统，包括钻台1、注入装置和回收装置，所述注入装置包括渣浆泵2、螺杆输送机3和通过高压管线4与钻井立管连接的粒子混合料斗5，所述粒子混合料斗5内设置有换向管6，换向管6上连接有驱动换向管6左右摆动的摆动液压缸7，粒子混合料斗5上连接有第一输送缸8和第二输送缸9，第一输送缸8内设置有第一活塞10，第二输送缸9内设置有第二活塞11，第一活塞10通过第一活塞杆12连接在第一液压缸13上，第二活塞11通过第二活塞杆14连接在第二液压缸15上，所述换向管6一端与高压管线4连通，另一端与第一输送缸8或第二输送缸9连通，渣浆泵2通过第一管道16与粒子混合料斗5连通，螺杆输送机3通过第二管道17与粒子混合料斗5连通，所述回收装置包括磁选机18、井队振动筛19、旋转储罐20和砂浆泵21，磁选机18通过第一管线22连接在钻台1的旋转控制头上，所述磁选机18下方通过第二管线23连接有泥浆罐24，所述泥浆罐24通过第三管线25与砂浆泵21连接，砂浆泵21通过第四管线26与井队振动筛19连接，所述磁选机18上连接有水平输送机27，水平输送机27与所述旋转储罐20连接，旋转储罐20与渣浆泵2连接。

还包括旋转轴28，所述摆动液压缸7包括缸体29、活塞30、活塞杆31、摆杆32和连接在摆杆32上的花键33，活塞30通过活塞杆31与摆杆32连接，花键33通过旋转轴28与换向管6连接。

所述粒子混合料斗5内设置有螺旋式搅拌器34，螺旋式搅拌器34由螺旋搅拌棒35和驱动螺旋搅拌棒35转动的搅拌电机36构成，螺旋搅拌棒35位于粒子混合料斗5内，搅拌电机36位于粒子混合料斗5外。

本实施例为又一较佳实施方式，粒子混合料斗内设置有螺旋式搅拌器，螺旋式搅拌器由螺旋搅拌棒和驱动螺旋搅拌棒转动的搅拌电机构成，螺旋搅拌棒位于粒子混合料斗内，搅拌电机位于粒子混合料斗外，采用独特的螺旋式搅拌器搅拌时，能够在粒子混合料斗内形成漩涡，粒子和泥浆在离心力作用下具备初速度，能够快速均匀的混合在一起，从而利于粒子顺畅的进入井内，有效防止粒子在高压管线内沉积堵塞。

实施例4

参见图1、图4和图8，一种适用于钻井的环保粒子循环系统，包括钻台1、注入装置和回收装置，所述注入装置包括渣浆泵2、螺杆输送机3和通过高压管线4与钻井立管连接的粒子混合料斗5，所述粒子混合料斗5内设置有换向管6，换向管6上连接有驱动换向管6左右摆动的摆动液压缸7，粒子混合料斗5上连接有第一输送缸8和第二输送缸9，第一输送缸8内设置有第一活塞10，第二输送缸9内设置有第二活塞11，第一活塞10通过第一活塞杆12连接在第一液压缸13上，第二活塞11通过第二活塞杆14连接在第二液压缸15上，所述换向管6一端与高压管线4连通，另一端与第一输送缸8或第二输送缸9连通，渣浆泵2通过第一管道16与粒子混合料斗5连通，螺杆输送机3通过第二管道17与粒子混合料斗5连通，所述回收装置包括磁选机18、井队振动筛19、旋转储罐20和砂浆泵21，磁选机18通过第一管线22连接在钻台1的旋转控制头上，所述磁选机18下方通过第二管线23连接有泥浆罐24，所述泥浆罐24通过第三管线25与砂浆泵21连接，砂浆泵21通过第四管线26与井队振动筛19连接，所述磁选机18上连接有水平输送机27，水平输送机27与所述旋转储罐20连接，旋转储罐20与渣浆泵2连接。

还包括旋转轴28，所述摆动液压缸7包括缸体29、活塞30、活塞杆31、摆杆32和连接在摆杆32上的花键33，活塞30通过活塞杆31与摆杆32连接，花键33通过旋转轴28与换向管6连接。

所述粒子混合料斗5内设置有螺旋式搅拌器34，螺旋式搅拌器34由螺旋搅拌棒35和驱动螺旋搅拌棒35转动的搅拌电机36构成，螺旋搅拌棒35位于粒子混合料斗5内，搅拌电机36位于粒子混合料斗5外。

所述高压管线4上连接有箭型止回阀37。

本实施例为又一较佳实施方式，高压管线上连接有箭型止回阀，箭型止回阀的箭头朝向钻台，采用箭型止回阀一方面能够使粒子、泥浆混合物顺畅的经高压管线进入井内，另一方面能够防止粒子、泥浆混合物逆窜入第一输送缸或第二输送缸内，有效避免粒子注入过程中泥浆泄漏伤人，进一步提高安全性。

实施例5

参见图1、图4和图8，一种适用于钻井的环保粒子循环系统，包括钻台1、注入装置和回收装置，所述注入装置包括渣浆泵2、螺杆输送机3和通过高压管线4与钻井立管连接的粒子混合料斗5，所述粒子混合料斗5内设置有换向管6，换向管6上连接有驱动换向管6左右摆动的摆动液压缸7，粒子混合料斗5上连接有第一输送缸8和第二输送缸9，第一输送缸8内设置有第一活塞10，第二输送缸9内设置有第二活塞11，第一活塞10通过第一活塞杆12连接在第一液压缸13上，第二活塞11通过第二活塞杆14连接在第二液压缸15上，所述换向管6一端与高压管线4连通，另一端与第一输送缸8或第二输送缸9连通，渣浆泵2通过第一管道16与粒子混合料斗5连通，螺杆输送机3通过第二管道17与粒子混合料斗5连通，所述回收装置包括磁选机18、井队振动筛19、旋转储罐20和砂浆泵21，磁选机18通过第一管线22连接在钻台1的旋转控制头上，所述磁选机18下方通过第二管线23连接有泥浆罐24，所述泥浆罐24通过第三管线25与砂浆泵21连接，砂浆泵21通过第四管线26与井队振动筛19连接，所述磁选机18上连接有水平输送机27，水平输送机27与所述旋转储罐20连接，旋转储罐20与渣浆泵2连接。

还包括旋转轴28，所述摆动液压缸7包括缸体29、活塞30、活塞杆31、摆杆32和连接在摆杆32上的花键33，活塞30通过活塞杆31与摆杆32连接，花键33通过旋转轴28与换向管6连接。

所述粒子混合料斗5内设置有螺旋式搅拌器34，螺旋式搅拌器34由螺旋搅拌棒35和驱动螺旋搅拌棒35转动的搅拌电机36构成，螺旋搅拌棒35位于粒子混合料斗5内，搅拌电机36位于粒子混合料斗5外。

所述高压管线4上连接有箭型止回阀37，箭型止回阀37的箭头朝向钻台1。

所述第一液压缸13和第二液压缸15均为双杆液压缸。

所述换向管6内连接有两个密封圈38，两个密封圈38分别位于换向管6的两端。

本实施例为又一较佳实施方式，第一液压缸和第二液压缸均为双杆液压缸，能够实现等速往复运动，便于实现添注冲程和压缩冲程的同步性，保证粒子钻井工作效率。换向管内连接有两个密封圈，两个密封圈分别位于换向管的两端，当换向管与第一输送缸或第二输送缸接通时，密封圈能够防止第一输送缸或第二输送缸内压力的泄漏，使添注冲程和压缩冲程都能够稳定的进行，保证粒子顺利的注入井内。

实施例6

参见图1、图4、图6和图8，一种适用于钻井的环保粒子循环系统，包括钻台1、注入装置和回收装置，所述注入装置包括渣浆泵2、螺杆输送机3和通过高压管线4与钻井立管连接的粒子混合料斗5，所述粒子混合料斗5内设置有换向管6，换向管6上连接有驱动换向管6左右摆动的摆动液压缸7，粒子混合料斗5上连接有第一输送缸8和第二输送缸9，第一输送缸8内设置有第一活塞10，第二输送缸9内设置有第二活塞11，第一活塞10通过第一活塞杆12连接在第一液压缸13上，第二活塞11通过第二活塞杆14连接在第二液压缸15上，所述换向管6一端与高压管线4连通，另一端与第一输送缸8或第二输送缸9连通，渣浆泵2通过第一管道16与粒子混合料斗5连通，螺杆输送机3通过第二管道17与粒子混合料斗5连通，所述回收装置包括磁选机18、井队振动筛19、旋转储罐20和砂浆泵21，磁选机18通过第一管线22连接在钻台1的旋转控制头上，所述磁选机18下方通过第二管线23连接有泥浆罐24，所述泥浆罐24通过第三管线25与砂浆泵21连接，砂浆泵21通过第四管线26与井队振动筛19连接，所述磁选机18上连接有水平输送机27，水平输送机27与所述旋转储罐20连接，旋转储罐20与渣浆泵2连接。

还包括旋转轴28，所述摆动液压缸7包括缸体29、活塞30、活塞杆31、摆杆32和连接在摆杆32上的花键33，活塞30通过活塞杆31与摆杆32连接，花键33通过旋转轴28与换向管6连接。

所述粒子混合料斗5内设置有螺旋式搅拌器34，螺旋式搅拌器34由螺旋搅拌棒35和驱动螺旋搅拌棒35转动的搅拌电机36构成，螺旋搅拌棒35位于粒子混合料斗5内，搅拌电机36位于粒子混合料斗5外。

所述高压管线4上连接有箭型止回阀37。

所述第一液压缸13和第二液压缸15均为双杆液压缸。

所述换向管6内连接有两个密封圈38，两个密封圈38分别位于换向管6的两端。

所述螺旋搅拌棒35上设置有搅拌叶片39，搅拌叶片39与螺旋搅拌棒35滑动连接。

所述换向管6的横截面呈“S”型。

本实施例为又一较佳实施方式，螺旋搅拌棒上设置有搅拌叶片，搅拌叶片与螺旋搅拌棒滑动连接，通过设置搅拌叶片能够增大搅拌力度，缩短搅拌时间，使粒子和泥浆能够迅速混合均匀，而搅拌叶片与螺旋搅拌棒滑动连接，可以根据需要灵活的调节搅拌叶片在粒子混合料斗内的高度，以使粒子和泥浆能够混合的更加均匀，进一步防止粒子在高压管线内沉积堵塞。换向管的横截面呈“S”型，采用特定的“S”型换向管，使换向过程更加灵活方便，换向管无论是与第一输送缸连接，还是与第二输送缸连接，均能快速的连通，以保证粒子注入的连续性。

实施例7

参见图1、图4、图6、图7和图8，一种适用于钻井的环保粒子循环系统，包括钻台1、注入装置和回收装置，所述注入装置包括渣浆泵2、螺杆输送机3和通过高压管线4与钻井立管连接的粒子混合料斗5，所述粒子混合料斗5内设置有换向管6，换向管6上连接有驱动换向管6左右摆动的摆动液压缸7，粒子混合料斗5上连接有第一输送缸8和第二输送缸9，第一输送缸8内设置有第一活塞10，第二输送缸9内设置有第二活塞11，第一活塞10通过第一活塞杆12连接在第一液压缸13上，第二活塞11通过第二活塞杆14连接在第二液压缸15上，所述换向管6一端与高压管线4连通，另一端与第一输送缸8或第二输送缸9连通，渣浆泵2通过第一管道16与粒子混合料斗5连通，螺杆输送机3通过第二管道17与粒子混合料斗5连通，所述回收装置包括磁选机18、井队振动筛19、旋转储罐20和砂浆泵21，磁选机18通过第一管线22连接在钻台1的旋转控制头上，所述磁选机18下方通过第二管线23连接有泥浆罐24，所述泥浆罐24通过第三管线25与砂浆泵21连接，砂浆泵21通过第四管线26与井队振动筛19连接，所述磁选机18上连接有水平输送机27，水平输送机27与所述旋转储罐20连接，旋转储罐20与渣浆泵2连接。

还包括旋转轴28，所述摆动液压缸7包括缸体29、活塞30、活塞杆31、摆杆32和连接在摆杆32上的花键33，活塞30通过活塞杆31与摆杆32连接，花键33通过旋转轴28与换向管6连接。

所述粒子混合料斗5内设置有螺旋式搅拌器34，螺旋式搅拌器34由螺旋搅拌棒35和驱动螺旋搅拌棒35转动的搅拌电机36构成，螺旋搅拌棒35位于粒子混合料斗5内，搅拌电机36位于粒子混合料斗5外。

所述高压管线4上连接有箭型止回阀37，箭型止回阀37的箭头朝向钻台1。

所述第一液压缸13和第二液压缸15均为双杆液压缸。

所述换向管6内连接有两个密封圈38，两个密封圈38分别位于换向管6的两端。

所述螺旋搅拌棒35上设置有搅拌叶片39，搅拌叶片39与螺旋搅拌棒35滑动连接。

所述换向管6的横截面呈“S”型。

所述旋转储罐20包括罐体40、位于罐体40内的螺旋叶片41、支撑架42、筛桶43和驱动罐体40旋转的电机，螺旋叶片41和支撑架42固定连接在罐体40的内壁上，筛桶43通过支撑架42与螺旋叶片41连接。

本实施例为又一较佳实施方式，旋转储罐包括罐体、位于罐体内的螺旋叶片、支撑架、筛桶和驱动罐体旋转的电机，螺旋叶片和支撑架固定连接在罐体的内壁上，筛桶通过支撑架与螺旋叶片连接，采用该独特结构的旋转储罐，正转时，可实现动态储存，防止粒子周转储存过程中发生结块；反转时，即可实现粒子出料，螺旋叶片将粒子均匀的旋出。

实施例8

参见图1、图4、图6、图7和图8，一种适用于钻井的环保粒子循环系统，包括钻台1、注入装置和回收装置，所述注入装置包括渣浆泵2、螺杆输送机3和通过高压管线4与钻井立管连接的粒子混合料斗5，所述粒子混合料斗5内设置有换向管6，换向管6上连接有驱动换向管6左右摆动的摆动液压缸7，粒子混合料斗5上连接有第一输送缸8和第二输送缸9，第一输送缸8内设置有第一活塞10，第二输送缸9内设置有第二活塞11，第一活塞10通过第一活塞杆12连接在第一液压缸13上，第二活塞11通过第二活塞杆14连接在第二液压缸15上，所述换向管6一端与高压管线4连通，另一端与第一输送缸8或第二输送缸9连通，渣浆泵2通过第一管道16与粒子混合料斗5连通，螺杆输送机3通过第二管道17与粒子混合料斗5连通，所述回收装置包括磁选机18、井队振动筛19、旋转储罐20和砂浆泵21，磁选机18通过第一管线22连接在钻台1的旋转控制头上，所述磁选机18下方通过第二管线23连接有泥浆罐24，所述泥浆罐24通过第三管线25与砂浆泵21连接，砂浆泵21通过第四管线26与井队振动筛19连接，所述磁选机18上连接有水平输送机27，水平输送机27与所述旋转储罐20连接，旋转储罐20与渣浆泵2连接。

还包括旋转轴28，所述摆动液压缸7包括缸体29、活塞30、活塞杆31、摆杆32和连接在摆杆32上的花键33，活塞30通过活塞杆31与摆杆32连接，花键33通过旋转轴28与换向管6连接。

所述粒子混合料斗5内设置有螺旋式搅拌器34，螺旋式搅拌器34由螺旋搅拌棒35和驱动螺旋搅拌棒35转动的搅拌电机36构成，螺旋搅拌棒35位于粒子混合料斗5内，搅拌电机36位于粒子混合料斗5外。

所述高压管线4上连接有箭型止回阀37，箭型止回阀37的箭头朝向钻台1。

所述第一液压缸13和第二液压缸15均为双杆液压缸。

所述换向管6内连接有两个密封圈38，两个密封圈38分别位于换向管6的两端。

所述螺旋搅拌棒35上设置有搅拌叶片39，搅拌叶片39与螺旋搅拌棒35滑动连接。

所述换向管6的横截面呈“S”型。

所述旋转储罐20包括罐体40、位于罐体40内的螺旋叶片41、支撑架42、筛桶43和驱动罐体40旋转的电机，螺旋叶片41和支撑架42固定连接在罐体40的内壁上，筛桶43通过支撑架42与螺旋叶片41连接。

所述泥浆罐24由圆柱罐体和锥形罐体构成，锥形罐体位于圆柱罐体下方，锥形罐体和圆柱罐体为一体成型结构。

所述第二管线23上连接有输送泵44。

本实施例为最佳实施方式，在粒子冲击钻井过程中，通过启动第一液压缸和第二液压缸，第一液压缸驱动第一活塞杆收缩第一活塞进入添注冲程，同时摆动液压缸启动，摆动换向管到第二输送缸处，使换向管迅速与第二输送缸连通，粒子混合料斗内的粒子、泥浆混合物便添注入第一输送缸内；与此同时，第二液压缸驱动第二活塞杆推动第二活塞进入压缩冲程，挤压来自粒子混合料斗并储存在第二输送缸内的粒子、泥浆混合物，粒子、泥浆混合物通过换向管注入高压管线内，并最终进入井内循环；当第二活塞运动至极限位置，压缩冲程结束，第二液压缸驱动第二活塞杆收缩第二活塞进入添注冲程，摆动液压缸再将换向管摆动到第一输送缸处，并与第一输送缸连通，第一液压缸驱动第一活塞杆推动第一活塞由添注冲程转为压缩冲程，将第一输送缸内的粒子、泥浆混合物通过换向管注入高压管线内，并最终进入井内循环，自此实现了第一输送缸和第二输送缸的交替运行，使粒子能够被连续注入井内；井内返出的泥浆、岩屑和粒子混合物直接通过旋转控制头和第一管线引流到磁选机内，磁选机在泥浆、岩屑和粒子混合物中筛选出粒子，并通过水平输送机将粒子运输至旋转储罐内储存，岩屑和泥浆落入磁选机下方的泥浆罐内，通过砂浆泵和第四管线直接将泥浆罐内的岩屑、泥浆混合物直接泵至井队振动筛，就实现了粒子的分离和回收；作为一个完整的技术方案，第一输送缸、第二输送缸通过第一液压缸和第二液压缸以及摆动液压缸的配合，能够实现添注和压缩冲程的交替有序进行，第一输送缸、第二输送缸内的粒子、泥浆混合物能够交替连续的向井内注入，保证了井内粒子注入的连续性，同时避免第一输送缸和第二输送缸内粒子沉积堵塞，有效提高粒子冲击钻井的工作效率；在整个装置中仅第一输送缸、第二输送缸、换向管为高压状态，大大降低了高压区，提高了安全性；粒子混合料斗较现有技术的高压粒子注入罐而言，重量和体积都大为减小，安装空间占用少，运输相当方便；回收装置简化了粒子筛选流程，磁选机将粒子分离后直接通过水平输送机运输至旋转储罐内，由于泥浆和岩屑没有磁性，磁选机能够轻易将粒子分离出来，具有分离效率高，分离效果好的特点；整个系统结构简单，泥浆泄漏点较少，降低了环境污染。泥浆罐由圆柱罐体和锥形罐体构成，锥形罐体位于圆柱罐体下方，锥形罐体和圆柱罐体为一体成型结构，圆柱罐体能够方便岩屑和泥浆的储存，岩屑和泥浆进入圆柱罐体有一定的缓冲时间，可防止砂浆泵突然停止工作，避免泥浆泄漏，经圆柱罐体、锥形罐体出来的岩屑和泥浆具有一定初速度，流速更快，更容易通过砂浆泵泵送至井队振动筛内。第二管线上连接有输送泵，通过输送泵能够快速的将磁选机分离出来的岩屑和泥浆送至泥浆罐内，从而进一步提高粒子的分离效率。

Claims (11)

1.一种适用于钻井的环保粒子循环系统，包括钻台（1）、注入装置和回收装置，其特征在于：所述注入装置包括渣浆泵（2）、螺杆输送机（3）和粒子混合料斗（5），所述粒子混合料斗（5）内设置有换向管（6），换向管（6）上连接有摆动液压缸（7），粒子混合料斗（5）上连接有第一输送缸（8）和第二输送缸（9），第一输送缸（8）内设置有第一活塞（10），第二输送缸（9）内设置有第二活塞（11），第一活塞（10）通过第一活塞杆（12）连接在第一液压缸（13）上，第二活塞（11）通过第二活塞杆（14）连接在第二液压缸（15）上，所述换向管（6）一端与高压管线（4）连通，另一端与第一输送缸（8）或第二输送缸（9）连通，渣浆泵（2）通过第一管道（16）与粒子混合料斗（5）连通，螺杆输送机（3）通过第二管道（17）与粒子混合料斗（5）连通，所述回收装置包括磁选机（18）、井队振动筛（19）、旋转储罐（20）和砂浆泵（21），磁选机（18）通过第一管线（22）连接在钻台（1）的旋转控制头上，所述磁选机（18）下方通过第二管线（23）连接有泥浆罐（24），所述泥浆罐（24）通过第三管线（25）与砂浆泵（21）连接，砂浆泵（21）通过第四管线（26）与井队振动筛（19）连接，所述磁选机（18）上连接有水平输送机（27），水平输送机（27）与所述旋转储罐（20）连接，旋转储罐（20）与渣浆泵（2）连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于钻井的环保粒子循环系统，其特征在于：还包括旋转轴（28），所述摆动液压缸（7）包括缸体（29）、活塞（30）、活塞杆（31）、摆杆（32）和连接在摆杆（32）上的花键（33），活塞（30）通过活塞杆（31）与摆杆（32）连接，花键（33）通过旋转轴（28）与换向管（6）连接。

3.根据权利要求2所述的一种适用于钻井的环保粒子循环系统，其特征在于：所述粒子混合料斗（5）内设置有螺旋式搅拌器（34），螺旋式搅拌器（34）由螺旋搅拌棒（35）和驱动螺旋搅拌棒（35）转动的搅拌电机（36）构成，螺旋搅拌棒（35）位于粒子混合料斗（5）内，搅拌电机（36）位于粒子混合料斗（5）外。

4.根据权利要求3所述的一种适用于钻井的环保粒子循环系统，其特征在于：所述高压管线（4）上连接有箭型止回阀（37）。

5.根据权利要求4所述的一种适用于钻井的环保粒子循环系统，其特征在于：所述第一液压缸（13）和第二液压缸（15）均为双杆液压缸。

6.根据权利要求5所述的一种适用于钻井的环保粒子循环系统，其特征在于：所述换向管（6）内连接有两个密封圈（38），两个密封圈（38）分别位于换向管（6）的两端。

7.根据权利要求6所述的一种适用于钻井的环保粒子循环系统，其特征在于：所述螺旋搅拌棒（35）上设置有搅拌叶片（39），搅拌叶片（39）与螺旋搅拌棒（35）滑动连接。

8.根据权利要求7所述的一种适用于钻井的环保粒子循环系统，其特征在于：所述换向管（6）的横截面呈“S”型。

9.根据权利要求8所述的一种适用于钻井的环保粒子循环系统，其特征在于：所述旋转储罐（20）包括罐体（40）、位于罐体（40）内的螺旋叶片（41）、支撑架（42）、筛桶（43）和驱动罐体（40）旋转的电机，螺旋叶片（41）和支撑架（42）固定连接在罐体（40）的内壁上，筛桶（43）通过支撑架（42）与螺旋叶片（41）连接。

10.根据权利要求9所述的一种适用于钻井的环保粒子循环系统，其特征在于：所述泥浆罐（24）由圆柱罐体和锥形罐体构成，锥形罐体位于圆柱罐体下方，锥形罐体和圆柱罐体为一体成型结构。

11.根据权利要求1所述的一种适用于钻井的环保粒子循环系统，其特征在于：所述第二管线（23）上连接有输送泵（44）。