CN106194084B - 脉动负压振动设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种脉动负压振动设备，涉及石油钻井装备技术领域，该脉动负压振动设备包括振动筛、驱动振动筛的激振电机、连接至振动筛的负压机构以及配送机构，负压机构包括喷射泵和空气压缩机，配送机构包括配送器和驱动所述配送器的配送电机，配送器与空气压缩机连接，配送器选择性地与喷射泵连接。该脉动负压振动设备处理后的岩屑的含液量低；钻井液回收率高，钻井液消耗量降低；筛面岩屑运移顺畅，不会出现堆积；结构简单，安装方便。

Description

脉动负压振动设备

技术领域

本发明涉及石油钻井装备技术领域，具体地说，涉及一种脉动负压振动设备。

背景技术

现有钻井固控系统中的钻井液振动机构都是在开式或半开式的条件下工作，筛面上和筛面下均为大气压，钻井液的透筛流动主要依靠筛面的振动运动对钻井液产生的惯性力和钻井液自身的位能来实现。为了使钻井液有较大的透筛能力，通常需要增大振动机构的振动强度，但振动强度的增大，会造成钻井液的飞溅严重，同时钻井液中所含岩屑等固相对筛网的冲击也会增大，筛网的寿命缩短。在一定振动强度下，为了提高钻井液振动机构的处理能力，现有的振动机构通过增大筛网面积或在现有的振动机构网下利用真空系统形成负压，以加大钻井液与钻屑分离的动力，提高了振动机构的处理能力。但增大筛网面积则增大了振动机构的占地面积和成本，而在振动机构网下利用真空系统形成负压，在较大的筛网下负压情况下，筛面上的钻屑易被吸附在筛网上而不能向前运移，在筛面上出现钻屑堆积。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脉动负压振动设备，以解决现有钻井振动机构处理量小、排出岩屑含液量高的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

一种脉动负压振动设备，其包括振动筛、驱动振动筛的激振电机、连接至振动筛的负压机构以及配送机构，负压机构包括喷射泵和空气压缩机，配送机构包括配送器和驱动所述配送器的配送电机，配送器与空气压缩机连接，配送器选择性地与喷射泵连接。

在本发明的优选实施例中，上述脉动负压振动设备的配送器包括阀芯以及与阀芯配合的阀座，阀芯与配送电机连接，阀座设置有第一孔道，阀芯设置有第二孔道，第一孔道与喷射泵连通，第二孔道与空气压缩机连通。

在本发明的优选实施例中，上述脉动负压振动设备的第二孔道包括进气孔和多个分流孔，多个分流孔分别与进气孔连通，进气孔与空气压缩机连通。

在本发明的优选实施例中，上述脉动负压振动设备的阀座套设在阀芯的外侧，阀座和阀芯之间通过轴承连接。

在本发明的优选实施例中，上述脉动负压振动设备的阀芯套设在阀座的外侧，阀芯的外侧设有从动轮，配送电机设置有与从动轮啮合的主动轮。

在本发明的优选实施例中，上述脉动负压振动设备还包括气液分离机构，气液分离机构包括气液旋流分离器、排气管和排液管，喷射泵、排气管和排液管分别与气液旋流分离器连通。

在本发明的优选实施例中，上述脉动负压振动设备的振动筛包括筛框和设置于筛框内的多个筛网，负压机构包括与筛网对应的多个喷射泵，每个筛网均与对应的喷射泵连接。

在本发明的优选实施例中，上述脉动负压振动设备包括一个配送器和一个空气压缩机，喷射泵分别与配送器连接。

在本发明的优选实施例中，上述脉动负压振动设备的多个筛网距离筛框的底部的距离依次增大。

在本发明的优选实施例中，上述脉动负压振动设备的振动筛还包括泥浆盘，泥浆盘设置于筛框内，泥浆盘为四棱锥形，泥浆盘与喷射泵连接。

本发明实施例的有益效果是：泥浆内的钻井液在振动筛的振动和负压机构的吸附下，共同脱液，脱液效果好，通过在负压机构的喷射泵和空气压缩机之间设置配送器，配送电机驱动配送器选择性地与喷射泵连通，从而实现周期性地、间歇地向喷射泵供应压缩空气，使喷射泵和振动筛之间形成脉冲式的负压吸附，不仅仅能够提高振动机构的脱液处理能力，同时脉冲式的负压吸附，不会形成较大的负压时以致筛网上出现钻屑堆积的情况，进一步提高了振动机构的脱液能力，处理能力高；处理后岩屑的含液量低；钻井液回收率高，钻井液消耗量降低；筛面岩屑运移顺畅，不会出现堆积；结构简单，安装方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的脉动负压振动设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的脉动负压振动设备的负压机构的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的脉动负压振动设备的配送机构的结构示意图。

图标：100-脉动负压振动设备；110-振动筛；111-筛框；112-筛网；113-泥浆盘；114-激振电机；115-连接管；120-负压机构；121-喷射泵；122-空气压缩机；123-第一入口；124-第二入口；125-第一出口；130-配送机构；131-配送器；132-配送电机；133-阀座；134-阀芯；135-第一孔道；136-第二孔道；137-进气孔；138-分流孔；140-气液分离机构；141-气液旋流分离器；142-排气管；143-排液管；144-第三入口；145-第二出口；146-第三出口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参照图1，本实施例提供一种脉动负压振动设备100，其包括振动筛110、负压机构120、配送机构130和气液分离机构140。

振动筛110包括筛框111、筛网112、泥浆盘113和激振电机114。

筛框111用于支撑筛网112、泥浆盘113和激振电机114，其中，筛网112和泥浆盘113均安装于筛框111内，泥浆盘113为四棱锥形，泥浆盘113与筛框111固定连接，筛网112安装在泥浆盘113的上部，同时在泥浆盘113的下部与负压机构120连接，激振电机114与筛框111连接，用于驱动振动筛110，也即是带动筛框111振动，从而带动筛框111内的筛网112振动并脱液。具体地，泥浆盘113和负压机构120通过连接管115连接，本实施例中，连接管115为柔性管，连接管115和泥浆盘113能够形成密闭的腔室，便于负压机构120与泥浆盘113形成负压，以吸附筛网112上的钻井液。

请参照图2，负压机构120连接至振动筛110，该负压机构120包括喷射泵121和空气压缩机122。

喷射泵121包括第一入口123、第二入口124和第一出口125，其中，第一入口123与空气压缩机122连接，用于通入压缩空气；第二入口124与筛网112通过连接管115连接，用于将筛网112上的泥浆内的钻井液吸附至喷射泵121内，而第一出口125用于排出压缩空气，压缩空气从第一入口123进入，并从第一出口125排出，在喷射泵121内形成负压，以便分离泥浆内钻井液的从第二入口124进入喷射泵121。

请参照图3，配送机构130包括配送器131和配送电机132。

配送器131连接于喷射泵121和空气压缩机122之间，且选择性地与喷射泵121的第一入口123连接，用于周期性地、间歇地向喷射泵121通入压缩空气。配送电机132用于驱动配送器131旋转，从而选择性地与喷射泵121连接，也即是与配送器131选择性地与第一入口123连接。

配送器131包括阀座133和阀芯134，本实施例中，阀座133套设在阀芯134的外侧，阀座133和阀芯134相互配合，阀座133与阀芯134同轴设置，阀芯134与阀座133转动连接，本实施例中，通过在阀座133和阀芯134之间设置轴承，以实现阀芯134相对于阀座133转动，此外，阀芯134与配送电机132连接，通过配送电机132驱动阀芯134转动，从而实现阀芯134相对于阀座133转动，本实施例中阀座133固定设置，可直接将阀座133固定放置在地面上，也可以通过其他支撑结构实现对阀座133的固定和支撑。

请结合参照图2和图3，具体地，阀座133设置有第一孔道135，阀芯134设置有第二孔道136，第一孔道135与喷射泵121的第一入口123连通，第二孔道136与空气压缩机122连通，由于阀芯134大致为圆柱状结构，当阀芯134相对于阀座133转动时，第二孔道136也随之转动，从而第二孔道136选择性地与第一孔道135连通。当第二孔道136与第一孔道135连通时，空气压缩机122内产生的压缩空气通过配送器131送至喷射泵121内，而当第二孔道136和第一孔道135未连通时，空气压缩机122内的压缩空气无法通过配送器131进入喷射泵121，而阀芯134转动为周期性地转动，可实现第二孔道136周期性地与第一孔道135连通，也即是，配送器131的阀芯134旋转接通空气压缩机122与喷射泵121的过程中，接通面积从零逐渐增大，然后逐渐减小为零，从而使喷射泵121内形成一个脉冲射流，在喷射泵121的连接管115、泥浆盘113内形成一个脉冲负压。

第二孔道136包括进气孔137和分流孔138，进气孔137的轴心线与阀芯134同轴设置，而分流孔138的轴心线与阀芯134的轴心线呈角度设计，优选为分流孔138的轴心线垂直于阀芯134的轴心线，也即是，进气孔137和分流孔138呈“L”形，而第一孔道135和分流孔138为同轴设置。

分流孔138为一个或多个，本实施例中，优选分流孔138为多个，更优选地，分流孔138为两个，且两个分流孔138分别与进气孔137连通，进气孔137与空气压缩机122连通，分流孔138选择性地与第一孔道135连通。两个分流孔138的设计，使阀芯134旋转一周，可向喷射泵121供应压缩空气两次。压缩空气脉冲式的设计，能有效地避免喷射泵121内一直形成负压吸附，吸附力过大而导致泥浆被紧紧地吸附至筛网112上，出现堆积的情况。

当然，在其他实施例中，也可以将阀芯134套设在阀座133的外侧，并且在阀芯134的外侧设置从动轮，在配送电机132上设置与从动轮啮合的主动轮，通过固定阀座133，使阀芯134在阀座133的外侧转动，从而实现阀芯134上的第二孔道136与阀座133上的第一孔道135周期性的连通。

此外，容易想到的是，在其他实施例中，也可以使阀芯134固定，利用配送电机132驱动阀座133转动，同样能够实现阀芯134上的第二孔道136与阀座133上的第一孔道135周期性的连通。

配送器131向每个喷射泵121的脉动供气频率应与筛网112的振动频率错开，并低于筛网112的振动频率，从而避免脉冲负压与筛网112的振动运动同步而造成筛面上物料堆积。脉动负压振动设备100中，激振电机114可带动筛网112采用直线、椭圆等各种振动运动。

请参照图1和图2，气液分离机构140包括气液旋流分离器141、排气管142和排液管143。

气液旋流分离器141用于与喷射泵121的第一出口125连通，第一出口125处排出的流体为气液混合物，该气液混合物直接进入气液旋流分离器141，用于将气相和液相分离。气液旋流分离器141包括第三入口144、第二出口145和第三出口146，其中，气液旋流分离器141的第三入口144与喷射泵121的第一出口125连通，气液旋流分离器141的第二出口145与排气管142连接，气液旋流分离器141的第三出口146与排液管143连接。其中，气相在漩流的作用下被分离出来，进入排气管142，液相进入排液管143，最终进入钻井液循环系统。

脉动负压振动设备100中筛网112可以为一个或多个，本实施例中，优选筛网112为多个，且多个筛网112分别安装于筛框111内，对应地，泥浆盘113、喷射泵121、气液旋流分离器141均为多个，多个筛网112、多个泥浆盘113、多个喷射泵121和多个气液旋流分离器141一一对应。

而配送器131、配送电机132和空气压缩机122均为一个，但配送器131的阀座133上对应喷射泵121的个数设置有多个第一孔道135，多个第一孔道135与多个喷射泵121的第一入口123一一对应且连通，从而实现一个配送器131同时向多个喷射泵121供应压缩空气，并且在阀芯134旋转一周时，可向每一个喷射泵121均供应两次压缩空气。

由于本实施例中，筛网112的个数为多个，且均安装于筛框111内，多个筛网112距离筛框111的底部的距离依次增大，便于对多个筛网112进行安装，同时多个筛网112相互独立，互不影响。

振动筛110使用筛网112的目数高，各个筛网112的负压相互独立，并且独立工作，相互之间无干扰，脉动负压振动设备100装置的效率高，并且充分利用了脉动负压振动设备100装置的负压最大值，最大程度发挥负压的过滤作用。

脉动负压振动设备100装置的工作原理是：

泥浆从筛框111落至筛网112上，筛网112在激振电机114的带动下，进行振动，从而起到振动脱液的作用，在筛网112的下方连接泥浆盘113，并且利用连接管115将泥浆盘113和喷射泵121连接，喷射泵121通过配送器131与空气压缩机122连接，配送器131的阀芯134转动，从而阀芯134上的第二孔道136选择性地与阀座133上的第一孔道135连通，实现周期性地、间歇地向喷射泵121供应压缩空气，从而在喷射泵121内形成负压，便于将筛网112上的泥浆内的钻井液吸附至喷射泵121中，以实现进一步脱液的作用，脱液效果更好。喷射泵121内的钻井液和压缩空气能够从第一出口125排出，并进入气液旋流分离器141，气相在漩流的作用下被分离出来，进入排气管142，液相进入排液管143，最终进入钻井液循环系统。

综上所述，本实施例提供的脉动负压振动设备100具有以下优点：泥浆内的钻井液在振动筛110的振动和负压机构120的吸附下，共同脱液，脱液效果好，通过在负压机构120的喷射泵121和空气压缩机122之间设置配送器131，配送电机132驱动配送器131选择性地与喷射泵121连通，从而实现周期性地、间歇地向喷射泵121供应压缩空气，使喷射泵121和筛网112之间形成脉冲式的负压吸附，不仅仅能够提高脉动负压振动设备100的脱液处理能力，同时脉冲式的负压吸附，不会形成较大的负压以致筛网112上出现钻屑堆积的情况，进一步提高了脉动负压振动设备100的脱液能力，并且对钻井液的处理能力高；处理后岩屑的含液量低；处理后岩屑的后续环保处理处理成本低；钻井液回收率高，钻井液消耗量降低；不需要配置气液真空分离系统，占地面积小；筛面岩屑运移顺畅，不会出现堆积；结构简单，安装方便。

此外，本实施例中采用阀座133和阀芯134相对转动的方式实现周期性地、间歇地向喷射泵121提供压缩空气，在其他实施例中，也可以其他方式实现配送器131选择性地与喷射泵121连接，例如，采用阀门的方式控制配送器131与喷射泵121的连接，当然，也可以通过控制空气压缩机122的供应压缩空气的频率来控制配送器131与喷射泵121的连接，从而实现脉冲式地先喷射泵121提供压缩空气。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种脉动负压振动设备，其特征在于，其包括振动筛、驱动所述振动筛的激振电机、连接至所述振动筛的负压机构以及配送机构，所述负压机构包括喷射泵和空气压缩机，所述配送机构包括配送器和驱动所述配送器的配送电机，所述配送器与所述空气压缩机连接，所述配送器选择性地与所述喷射泵连接；

所述喷射泵包括用于通入压缩空气的第一入口、用于将所述振动筛上的泥浆内的钻井液吸附至所述喷射泵内的第二入口和用于排出压缩空气的第一出口，所述第一入口与所述空气压缩机连接，所述第二入口与所述振动筛通过连接管连接；

所述配送器包括阀芯以及与所述阀芯配合的阀座，所述阀芯与所述配送电机连接，所述阀座设置有第一孔道，所述阀芯设置有第二孔道，所述第一孔道与所述喷射泵的所述第一入口连通，所述第二孔道与所述空气压缩机连通；所述第二孔道包括进气孔和多个分流孔，多个所述分流孔分别与所述进气孔连通，所述进气孔与所述空气压缩机连通；所述进气孔的轴心线与所述阀芯同轴设置，所述分流孔的轴心线垂直于所述阀芯的轴心线，所述进气孔和所述分流孔呈“L”形，所述第一孔道和所述分流孔为同轴设置；

所述脉动负压振动设备还包括气液分离机构、排气管和排液管，所述气液分离机构包括气液旋流分离器，所述喷射泵、所述排气管和所述排液管分别与所述气液旋流分离器连通；

所述气液旋流分离器包括第三入口、第二出口和第三出口，所述气液旋流分离器的第三入口与所述喷射泵的第一出口连通，所述气液旋流分离器的第二出口与所述排气管连接，所述气液旋流分离器的第三出口 与所述排液管连接。

2.根据权利要求1所述的脉动负压振动设备，其特征在于，所述阀座套设在所述阀芯的外侧，所述阀座和所述阀芯之间通过轴承连接。

3.根据权利要求1所述的脉动负压振动设备，其特征在于，所述阀芯套设在所述阀座的外侧，所述阀芯的外侧设有从动轮，所述配送电机设置有与所述从动轮啮合的主动轮。

4.根据权利要求1所述的脉动负压振动设备，其特征在于，所述振动筛包括筛框和设置于所述筛框内的多个筛网，所述负压机构包括与所述筛网对应的多个所述喷射泵，每个所述筛网均与对应的所述喷射泵连接。

5.根据权利要求4所述的脉动负压振动设备，其特征在于，所述脉动负压振动设备包括一个所述配送器和一个所述空气压缩机，所述喷射泵分别与所述配送器连接。

6.根据权利要求4所述的脉动负压振动设备，其特征在于，多个所述筛网距离所述筛框的底部的距离依次增大。

7.根据权利要求4所述的脉动负压振动设备，其特征在于，所述振动筛还包括连接至所述筛网的泥浆盘，所述泥浆盘设置于所述筛框内，所述泥浆盘为四棱锥形，所述泥浆盘与所述喷射泵连接。