CN105921402B - 基于二次分离装置的钻井液净化设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于二次分离装置的钻井液净化设备，包括筛箱、振动电机、张紧弹簧，筛箱一端的上方设置有进料口，另一端为出料口，筛箱内设置有筛网框和粗筛网，粗筛网下方设置有细筛网，粗筛网与细筛网之间设置有凹形槽，凹形槽从出料口延伸至进料口，凹形槽上设置有通孔，凹形槽内设置有液相接料板，液相接料板平行于粗筛网，还包括双头螺栓，双头螺栓通过凹形槽上的通孔且贯穿液相接料板，在筛网框上等间距设置有若干弹簧挡板装置。本发明使得开采前期，钻井液中的液相过筛速度加快，提高了钻井液振动筛的处理量；开采后期，即使固相颗粒体积变小，筛网也能对钻井液进行筛分，提高了钻井液振动筛的分离效率。
Description
技术领域
本发明涉及钻井液回收领域，具体涉及基于二次分离装置的钻井液净化设备。
背景技术
钻井液是钻井过程中使用到的各种循环流体的总称，钻井液又称作钻井泥浆。在钻井过程中，钻井液可以有效地冷却和润滑钻头，还能够平衡底层压力，避免发生井喷和井涌，除此之外，钻井液还能够传递动力和取芯采样。根据分散介质不同，钻井液主要分为水基钻井液、油基钻井液和气基钻井液三大类。
钻井过程中，钻井液通过钻杆进入至底层，在完成其作用后带着钻井中产生的废渣一起排出，由于钻井液不仅价格高昂而且会破坏环境，所以应该对钻井液进行回收，固控系统就是用于回收钻井液的。固控系统也叫作钻井液循环系统和钻井液净化系统。固控系统主要包括钻井液振动筛、真空除气器、除砂器、除泥器、卧式螺旋离心机等固控设备。这些固控设备就像一系列大小、功能不同的筛子，通过层层过滤实现对钻井液的净化和再利用。
钻井液振动筛是用于钻井液循环、净化系统的一级固控设备，具有振动强度高、筛分面积大等特点。钻井液振动筛主要用于去除钻井液中较大的钻屑颗粒，维护钻井液的性能以保证之后的固控设备的处理效果及使用寿命，是固控系统中最重要的的设备。
在前期的钻井过程中，钻井液中携带的固相颗粒体积较大，随着钻采工艺的进行，中后期时钻井液中携带的固相颗粒较小。但是，传统的钻井液振动筛筛网的筛孔孔径大小是不变的，如果筛孔孔径设计得过小，在前期固相颗粒体积较大时，液相进入筛箱的速度慢，降低了钻井液振动筛的分离效率，如果筛孔孔径过大，中后期固相颗粒体积变小时，筛网起不到筛分作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对传统钻井液振动筛的缺点，目的在于提供基于二次分离装置的钻井液净化设备，解决传统的钻井液振动筛在筛分过程中由于筛孔孔径大小不变导致在处理钻采前期钻井液中的大体积固相颗粒和后期小体积固相颗粒时筛分效率低的问题。
本发明通过下述技术方案实现：基于二次分离装置的钻井液净化设备，包括筛箱，筛箱下方设置有振动电机，筛箱外侧设置有支撑板，支撑板下方连接有张紧弹簧，张紧弹簧下端连接有支柱，筛箱一端的上方设置有进料口，另一端为出料口，筛箱内设置有筛网框，筛网框内设置有粗筛网，粗筛网与水平面的距离沿进料口至出料口的方向逐渐降低，粗筛网下方设置有细筛网，粗筛网与细筛网之间设置有凹形槽，凹形槽位于筛箱内的侧面上，凹形槽从出料口延伸至进料口，凹形槽上设置有通孔，凹形槽内设置有液相接料板，液相接料板平行于粗筛网，还包括双头螺栓，双头螺栓通过凹形槽上的通孔且贯穿液相接料板，沿进料口至出料口的方向，在筛网框上等间距设置有若干弹簧挡板装置。前期的钻井过程中，钻井液中携带的固相颗粒体积较大，随着钻采工艺的进行，中后期时钻井液中携带的固相颗粒较小。但是，由于传统的钻井液振动筛筛网的筛孔孔径是不变的，如果筛孔的体积设计过小，在前期固相颗粒体积较大时，液相进入筛箱的速度慢，降低了钻井液振动筛的分离效率，如果筛孔的体积大，中后期固相颗粒体积变小时，筛网起不到筛分作用。为了解决上述问题，本发明设计了一种双层筛网的钻井液振动筛，其中，上层筛网为粗筛网，下层筛网为细筛网，粗筛网的筛孔孔径大于细筛网的筛孔直径，在粗筛网和细筛网之间、筛箱的内壁上设置有凹形槽，凹形槽内放置液相接料板，并通过凹形槽上的通孔，使用双头螺母将液相接料板固定在凹形槽中。在前期的钻井过程中，钻井液中固相颗粒体积较大，所以，筛孔的孔径较大一些，将液相接料板固定在粗筛网和细筛网之间，即，大固相颗粒从粗筛网上方通过，液相通过筛孔进入至液相接料板上方，由此避免了液相过筛速度慢，甚至导致粗筛网堵塞的现象发生，提高了钻井液振动筛的处理量；随着钻井工艺的继续，当进入中后期时，钻井液中的固相颗粒体积变小，此时粗筛网的孔径已经不能满足固相颗粒和液相之间的分离，松开双头螺栓，取出液相接料板，钻井液透过粗筛网落在细筛网上，细筛网筛孔孔径小，能够分离后期体积较小的固相颗粒，经过粗筛网和细筛网，钻井液中少许体积大的颗粒在粗筛网上方移动至出料口，体积较小的颗粒在细筛网上方、粗筛网下方移动至出料口，液相从筛箱的底面流向出料口，解决了筛网孔径不变时，在钻井工程进行到中后期后，由于固相颗粒体积小而导致筛网丧失筛分能力的问题。使用本装置时，首先将液相接料板固定在凹形槽中，用双头螺栓锁紧液相接料板，之后开启振动电机，钻井液从进料口进入至粗筛网后受到振动作用，沿粗筛网的法线方向抛起，然后落下并撞击在粗筛网上，钻井液中的液相通过粗筛网上的筛孔落至液相接料板上，体积大的固相颗粒继续在粗筛网上方一边撞击粗筛网分离掉携带的液相时，一边向出料口移动。工作一段时间后，松开双头螺栓，取掉液相接料板，由于钻井液中的固相颗粒体积变小，钻井液中少许体积较大的固相颗粒依然在粗筛网上移动，体积较小的固相颗粒落至细筛网上振动，液相在筛箱底面流动。通过上述装置，使得开采前期，钻井液中的液相过筛速度加快，提高了钻井液振动筛的处理量；开采后期，即使固相颗粒体积变小，筛网也能对钻井液进行筛分，提高了钻井液振动筛的分离效率。
进一步地，弹簧挡板装置包括固定在筛网框上的固定挡板，固定挡板底面的较长边垂直于筛网框，固定挡板的高平行于筛网框的法线方向，固定挡板靠近进料口的侧面上安装有弹簧，所述弹簧连接有缓冲垫，还包括平行于固定挡板的移动挡板，移动挡板与缓冲垫接触，移动挡板顶部设置转轴，所述转轴靠近底端的侧面上设置有螺纹，转轴底端贯穿移动挡板插入至筛网框上设置的螺孔中。传统的钻井液振动筛只是依靠筛网进行筛分，在筛分过程中部分黏带有钻井液液相的固相颗粒在还未与液相分离开时就已经移动至出口处进行收集，造成钻井液中可循环使用的液相损失。由于钻井液液相中不仅包含分散介质如水，还包含了处理剂等化学物质，处理的话增加了钻井液的使用成本，不处理则会污染环境。为了解决上述问题，本发明在筛网框上设置了若干弹簧挡板装置，该装置包括了移动挡板和固定挡板，移动挡板和固定挡板的均固定在筛网框上，并延伸至粗筛网上。移动挡板顶部设置有转轴，转轴底端侧面设置有螺纹，转轴底端活动贯穿移动挡板并插入至筛网框上设置的相匹配的螺孔中，移动挡板可围绕转轴定轴旋转，通过螺纹连接，还可对转轴、移动挡板等部件进行更换。移动挡板和固定挡板之间设置有弹簧，弹簧垂直安装在固定挡板的侧面，弹簧与移动挡板接触的一端上安装有缓冲垫。当钻井液从进料口流入时，钻井液在受到振动作用的同时撞击在移动挡板上，钻井液对移动挡板产生冲力，移动挡板对钻井液产生反作用力，反作用力作用在钻井液上后，由于钻井液中液相与固相的反弹力度的不同，固相反弹的距离较液相反弹的距离远，由此进一步分离钻井液中的固相和液相，避免液相还未来得及与固相分离就随着固相移动至筛网出口，造成可循环的钻井液液相损失；另外，一部分液相还会粘附在移动挡板上，随着振动作用慢慢从移动挡板上滑落至筛网上并最终通过筛孔进入筛箱中，该部分液相不仅实现了与固相的分离，还能起到减轻钻井液对移动挡板的撞击，起到保护移动挡板的作用。移动挡板在受到撞击后，会朝固定挡板旋转一段距离，之后受到弹簧的支撑而反弹，这样不仅可以卸去一部分冲力，将冲力转移至缓冲垫和弹簧上，避免移动挡板在频繁撞击中损坏，同时还通过弹簧增大了移动挡板对钻井液的反弹力度，进一步使得钻井液中的液相与固相分离。本装置使得钻井液中的液相与固相进一步分离，加强了筛分效果，避免在筛分过程中，尤其是钻井液的流入量突然增大的时候，钻井液中的液相还未来得及与固相分离就随着固相移动至出料口，造成可循环液相的流失，不仅降低了钻井液的使用成本，还保护了环境。
进一步地，移动挡板的长度为固定挡板长度的1.5至2倍。移动挡板起着进一步分离钻井液中固相和液相的作用，固定挡板上安装弹簧对移动挡板起着弹性支撑的作用。经过实践发现，如果移动挡板的长度小于固定挡板长度的1.5倍，移动挡板与钻井液的接触面积太小，分离效果差，部分钻井液还会堆积在固定挡板的侧面；如果移动挡板的长度大于固定挡板长度的2倍，由于移动挡板受到弹簧支撑作用的位置靠近转轴，使得移动挡板的旋转幅度过大，在卸去部分冲力后无法及时回到最初位置阻挡钻井液，阻挡效果差。
进一步地，移动挡板表面涂有醇酸磁漆。醇酸磁漆主要用于金属表面的保护，由于移动挡板会频繁受到钻井液中的撞击，钻井液的固相会对其表面产生刮擦，降低移动挡板的寿命，醇酸磁漆能够对移动挡板的表面起到保护作用，延长其使用寿命。实践中，主要使用C53-31防锈磁漆，该磁漆具有良好的附着力和柔韧性，能够对移动挡板表面起到良好的保护效果。
进一步地，缓冲垫由丁腈橡胶制成。丁腈橡胶不仅具有缓冲作用，能卸去移动挡板上的部分冲力，还具有一定的强度和摩擦性能，使得弹簧在支撑移动挡板的过程中不会由于与移动挡板之间发生相对移动而导致支撑效果变差，使移动挡板无法恢复到最初位置。
进一步地，筛箱底面和细筛网均平行于粗筛网。筛箱底面和细筛网与水平面的距离也沿着进料口至出料口的方向而逐渐降低，使得从粗筛网上过滤至粗筛网下方的体积较小的固相颗粒和液相均能向液相出料箱汇集，便于收集。
进一步地，细筛网的筛孔孔径为粗筛网的筛孔孔径1/4至1/2。通过实践发现，大部分初始的固相颗粒的体积大小约为中后期固相颗粒体积大小的2～3.5倍，所以根据大部分初始固相颗粒的体积大小设定粗筛网的孔径大小，再调整细筛网的筛孔孔径为粗筛网的筛孔孔径1/4至1/2，即可满足筛分要求。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过设置粗筛网、细筛网和液相接料板，使得开采前期，钻井液中的液相过筛速度加快，提高了钻井液振动筛的处理量；开采后期，即使固相颗粒体积变小，筛网也能对钻井液进行筛分，提高了钻井液振动筛的分离效率；
2、本发明通过在粗筛网上设置有弹簧挡板装置，使得钻井液中的液相与固相进一步分离，加强了筛分效果，避免在筛分过程中，尤其是钻井液的流入量突然增大的时候，钻井液中的液相还未来得及与固相分离就随着固相移动至筛网出口处，造成可循环液相的流失，不仅降低了钻井液的使用成本，还保护了环境；
3、本发明的弹簧挡板装置还设置有弹簧和缓冲垫，使得移动挡板在受到撞击后，会朝固定挡板移动一段距离，之后受到弹簧的支撑而反弹，这样不仅可以卸去一部分冲力，将冲力转移至缓冲垫和弹簧上，避免移动挡板在频繁撞击中损坏，同时还通过弹簧增大了移动挡板对钻井液的反弹力度，进一步使得钻井液中的液相与固相分离。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明结构示意图；
图2为图1中A的放大示意图；
图3为图1中B的放大示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-筛箱，2-粗筛网，3-筛网框，4-振动电机，5-支柱，6-张紧弹簧，7-双头螺栓，8-凹形槽，9-液相接料板，10-进料口，11-移动挡板，12-固定挡板，13-转轴，14-弹簧，15-缓冲垫，16-细筛网。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1、图2和图3所示，本发明为基于二次分离装置的钻井液净化设备，包括筛箱1，筛箱1下方设置有振动电机4，筛箱1外侧设置有支撑板，支撑板下方连接有张紧弹簧6，张紧弹簧6下端连接有支柱5，筛箱1一端的上方设置有进料口10，另一端为出料口，筛箱1内设置有筛网框3，筛网框3内设置有粗筛网2，粗筛网2与水平面的距离沿进料口10至出料口的方向逐渐降低，粗筛网2下方设置有细筛网16，粗筛网2与细筛网16之间设置有凹形槽8，凹形槽8位于筛箱1内的侧面上，凹形槽8从出料口延伸至进料口10，凹形槽8上设置有通孔，凹形槽8内设置有液相接料板9，液相接料板9平行于粗筛网2，还包括双头螺栓7，双头螺栓7通过凹形槽8上的通孔且贯穿液相接料板9，沿进料口10至出料口的方向，在筛网框3上等间距设置有若干弹簧挡板装置。弹簧挡板装置包括固定在筛网框3上的固定挡板12，固定挡板12底面的较长边垂直于筛网框3，固定挡板12的高平行于筛网框3的法线方向，固定挡板12靠近进料口10的侧面上安装有弹簧14，弹簧14连接有缓冲垫15，还包括平行于固定挡板12的移动挡板11，移动挡板11与缓冲垫15接触，移动挡板11顶部设置转轴13，转轴13靠近底端的侧面上设置有螺纹，转轴13底端贯穿移动挡板11插入至筛网框3上设置的螺孔中。移动挡板11的长度为固定挡板12长度的1.5至2倍。移动挡板11表面涂有醇酸磁漆。缓冲垫15由丁腈橡胶制成。筛箱1底面和细筛网16均平行于粗筛网2。细筛网16的筛孔孔径为粗筛网2的筛孔孔径1/4至1/2。
使用本装置时，首先将液相接料板9固定在凹形槽8中，用双头螺栓7锁紧液相接料板9，之后开启振动电机4，钻井液从进料口10进入至粗筛网2后受到振动作用，沿粗筛网2的法线方向抛起，然后落下并撞击在粗筛网2上，钻井液中的液相通过粗筛网2上的筛孔落至液相接料板9上，体积大的固相颗粒继续在粗筛网2上方一边撞击粗筛网2分离掉携带的液相时，一边向出料口移动。钻井液在受到振动作用的同时撞击在移动挡板11上，移动挡板11通过对钻井液的反作用力进一步分离钻井液中的固相和液相。工作一段时间后，松开双头螺栓7，取掉液相接料板9，由于钻井液中的固相颗粒体积变小，钻井液中少许体积较大的固相颗粒依然在粗筛网2上移动，体积较小的固相颗粒落至细筛网16上振动，液相在筛箱1底面流动。通过上述装置，使得开采前期，钻井液中的液相过筛速度加快，提高了钻井液振动筛的处理量；开采后期，即使固相颗粒体积变小，筛网也能对钻井液进行筛分，提高了钻井液振动筛的分离效率。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.基于二次分离装置的钻井液净化设备，包括筛箱(1)，所述筛箱(1)下方设置有振动电机(4)，筛箱(1)外侧设置有支撑板，所述支撑板下方连接有张紧弹簧(6)，所述张紧弹簧(6)下端连接有支柱(5)，筛箱(1)一端的上方设置有进料口(10)，另一端为出料口，筛箱(1)内设置有筛网框(3)，所述筛网框(3)内设置有粗筛网(2)，所述粗筛网(2)与水平面的距离沿进料口(10)至出料口的方向逐渐降低，其特征在于，粗筛网(2)下方设置有细筛网(16)，粗筛网(2)与细筛网(16)之间设置有凹形槽(8)，所述凹形槽(8)位于筛箱(1)内的侧面上，凹形槽(8)从出料口延伸至进料口(10)，凹形槽(8)上设置有通孔，凹形槽(8)内设置有液相接料板(9)，所述液相接料板(9)平行于粗筛网(2)，还包括双头螺栓(7)，所述双头螺栓(7)通过凹形槽(8)上的通孔且贯穿液相接料板(9)，沿进料口(10)至出料口的方向，在筛网框(3)上等间距设置有若干弹簧挡板装置；所述弹簧挡板装置包括固定在筛网框(3)上的固定挡板(12)，所述固定挡板(12)底面的较长边垂直于筛网框(3)，固定挡板(12)的高平行于筛网框(3)的法线方向，固定挡板(12)靠近进料口(10)的侧面上安装有弹簧(14)，所述弹簧(14)连接有缓冲垫(15)，还包括平行于固定挡板(12)的移动挡板(11)，移动挡板(11)与缓冲垫(15)接触，移动挡板(11)顶部设置转轴(13)，所述转轴(13)靠近底端的侧面上设置有螺纹，转轴(13)底端贯穿移动挡板(11)插入至筛网框(3)上设置的螺孔中；所述移动挡板(11)的长度为固定挡板(12)长度的1.5至2倍；所述筛箱(1)底面和细筛网(16)均平行于粗筛网(2)；所述细筛网(16)的筛孔孔径为粗筛网(2)的筛孔孔径1/4至1/2。
2.根据权利要求1所述的基于二次分离装置的钻井液净化设备，其特征在于，所述移动挡板(11)表面涂有醇酸磁漆。
3.根据权利要求1所述的基于二次分离装置的钻井液净化设备，其特征在于，所述缓冲垫(15)由丁腈橡胶制成。
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