CN106943797B - 井下钻井液固液分离装置及其固液分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了井下钻井液固液分离装置及其固液分离方法。本发明井下钻井液固液分离装置，包括检测模块、第一耐压套筒、第一螺旋套、刮刀、透盖、滤板、第二螺旋套、转换接头、活塞端盖、泥浆泵模块、楔形滤芯、第二耐压套筒、固液分离基体、活塞杆和钻铤接头。透盖端面中心位置开设的进液孔与固液分离基体内的第一过滤腔连通。进液孔的外端固定有滤板；第一过滤腔内端固定有活塞端盖，活塞端盖与楔形滤芯固定；固液分离基体的检测端开设有第二过滤腔。第二过滤腔包括圆柱腔和圆台腔，圆柱腔的一端与圆台腔的大径端相连。本发明对上行钻井液进行多重固液分离，使上行钻井液固液分离更加彻底。本发明能够实现油气含量的井下实时检测。

Description

井下钻井液固液分离装置及其固液分离方法

技术领域

本发明属于井下钻井液固液分离领域，具体涉及一种井下钻井液固液分离装置及其固液分离方法。

背景技术

传统的井下固液分离装置一般是在靠近钻头的钻铤内安装固液分离装置，其目的是将从地面由增压打压来的下行钻井液进行固液分离，而分离后的钻井液再流入钻头部分，从而达到减少钻具磨损，延长钻具寿命的目的，随着测井录井技术和井下测试仪器的发展，一些井下的测试仪器需要对上行钻井液进行分析，从而达到检测钻井液内油气成分等目的。上行钻井液中含有钻井岩屑、劣质膨润土、砂粒等固体，如果钻井液不在进入检测仪器之前将其中的较大固体颗粒去除，将导致检测仪器和相关密封结构的寿命减少，甚至导致检测仪器无法正常工作。井下下行钻井液的压力大于井下上行钻井液的压力，根据钻井液阻力公式的计算，在靠近钻头部分的钻铤短节处，钻铤短节内外钻井液的压差很小(压差小于0.5MPa)。传统的的井下固液分离装置的分离特点是从较高压力的上行钻井液中抽取钻井液，经固液分离后，将分离后的钻井液流入钻头部分或外界上行钻井液中。安装在随钻测试器内的固液分离装置需要对压力较低的上行钻井液进行抽取，经过固液分离后，将分离后的钻井液送入检测模块进行检测，经过检测后的钻井液再外排到压力较高的下行钻井液中。因此，设计一种低压差环境下(压差≤0.5MPa)从上行钻井液中抽取泥浆并进行固液分离的装置十分重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下钻井液固液分离装置及其固液分离方法。

本发明井下钻井液固液分离装置，包括检测模块、第一耐压套筒、第一螺旋套、刮刀、透盖、滤板、第二螺旋套、转换接头、活塞端盖、泥浆泵模块、楔形滤芯、第二耐压套筒、固液分离基体、活塞杆和钻铤接头。

所述的钻铤接头套置在固液分离基体上。所述固液分离基体的检测端通过第一螺旋套与第一耐压套筒固定，加压端通过第二螺旋套与第二耐压套筒相连。所述的第一耐压套筒内固定有检测模块，所述的第二耐压套内固定有转换接头及泥浆泵模块。钻铤接头的侧部与固液分离基体的侧部通过透盖固定。透盖端面中心位置开设的进液孔与固液分离基体的第一过滤腔连通。所述进液孔的外端固定有滤板；滤板上开设有20～50个直径为a的过滤孔，1mm≤a≤3mm。第一过滤腔内端固定有活塞端盖，活塞端盖与楔形滤芯固定；所述楔形滤芯的缝隙宽度为b，0.1mm≤b≤0.5mm。所述活塞杆的外端穿过活塞端盖并伸入第一过滤腔，活塞杆内端与固液分离基体的活塞腔构成滑动副。活塞杆、活塞腔及活塞端盖形成液压缸结构。活塞杆外端与刮刀固定，刮刀的外圆面与楔形滤芯的内壁接触。

所述的第一过滤腔内壁通过泥浆入口通道与转换接头的输入口连通。转换接头的输入口与泥浆泵模块的输入口连通。泥浆泵模块的输出口与转换接头的高压入口连通。转换接头的高压入口与转换接头的n个输出口均连通，3≤n≤8。转换接头的n个输出口与固液分离基体内的n个泥浆通道分别连通。

固液分离基体的检测端开设有第二过滤腔。第二过滤腔包括圆柱腔和圆台腔，圆柱腔的一端与圆台腔的大径端相连。n个泥浆通道与圆柱腔通过n个斜向孔分别连通。圆柱腔的另一端作为溢流口与检测模块的检测入口连通，圆台腔的小径端与底流口连通，底流口与钻铤接头的外壁连通。

本发明还包括密封插管，密封插管固定在钻铤接头上，底流口通过密封插管与钻铤接头的外壁连通。

所述的斜向孔轴线与圆柱腔轴线的距离等于圆柱腔半径与斜向孔半径之差。

所述的检测模块的出口与钻铤的下行钻井液通道连通。

该井下钻井液固液分离装置的固液分离方法，具体如下：

步骤一、泥浆泵模块开始工作，钻铤接头外侧的上行钻井液经透盖上的进液孔被吸入第一过滤腔内。上行钻井液进入进液孔的过程中，滤板将外径大于a的固体物质阻挡在滤板外侧。

步骤二、第一过滤腔内的上行钻井液穿过楔形滤芯进入泥浆泵模块的输入口。上行钻井液穿过楔形滤芯的过程中，楔形滤芯将外径大于b的固体物质阻挡在楔形滤芯内部。

步骤三、上行钻井液经泥浆泵模块增压后进入转换接头的高压入口。

步骤四、转换接头将进入高压入口的上行钻井液分为n股。n股上行钻井液分别经过n个泥浆通道，从第二过滤腔的n个斜向孔进入第二过滤腔。

步骤五、进入第二过滤腔的上行钻井液旋转产生旋流。在旋流的作用下，上行钻井液中的固体经过第二过滤腔的底流口后从密封插管流出至钻铤接头外侧，上行钻井液的液体在第二过滤腔内产生流向溢流口的上旋流。检测模块检测出上行钻井液的油气含量。经检测后的上旋流从检测模块的出口流出并与下行钻井液混合。

步骤六、泥浆泵模块停止工作，活塞杆带动刮刀推出，刮刀刮除楔形滤芯内部的固体物质。检测完成。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明能够抽取上行钻井液并进行固液分离，分离后的钻井液由检测模块检测油气含量。实现了油气含量的井下实时检测。

2、本发明对上行钻井液进行多重固液分离，使上行钻井液固液分离更加彻底。

附图说明

图1是本发明的侧部视图；

图2是图1的俯视图；

图3是图2中A-A截面的剖视图；

图4是图2中B-B截面的剖视图；

图5是图1中C-C截面的剖视图；

图6是图4中D-D截面的剖视图；

图7是图4中E-E截面的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2和3所示，井下钻井液固液分离装置，包括检测模块1、第一耐压套筒2、第一螺旋套4、密封插管7、刮刀9、透盖10、滤板12、第二螺旋套13、转换接头15、活塞端盖16、泥浆泵模块17、插接头18、楔形滤芯19、第二耐压套筒20、固液分离基体21、活塞杆22和钻铤接头23。

如图3、4和5所示，钻铤接头23套置在固液分离基体21上。第一螺旋套4固定在固液分离基体21的检测端，并与第一耐压套筒2螺纹连接；第二螺旋套13固定在固液分离基体21的加压端，并与第二耐压套筒20螺纹连接。第一耐压套筒2内固定有检测模块1，第二耐压套20内固定有转换接头15及泥浆泵模块17。钻铤接头23的侧部与固液分离基体21的侧部通过透盖10固定，即透盖10的内端与固液分离基体21侧部螺纹连接，外端凸缘压紧钻铤接头23侧部。透盖10端面中心位置开设的进液孔与固液分离基体21的第一过滤腔连通。进液孔的外端固定有滤板12；滤板12上开设有三十个直径2mm的过滤孔。第一过滤腔内端固定有活塞端盖16，活塞端盖16与楔形滤芯19固定，楔形滤芯19的缝隙宽度为0.2mm。楔形滤芯19呈圆筒状。活塞杆22的外端穿过活塞端盖16并伸入第一过滤腔，活塞杆22内端与固液分离基体21的活塞腔8构成滑动副。活塞杆22、活塞腔8及活塞端盖16形成液压缸结构，活塞杆22由外部液压油路驱动，活塞腔8被活塞杆22分隔的两端均设有输油口。活塞杆22外端与刮刀9固定，刮刀9的外圆面与楔形滤芯19的内壁接触。

如图3、4和6所示，第一过滤腔内壁通过泥浆入口通道14与转换接头15的输入口连通。转换接头15的输入口与泥浆泵模块17的输入口连通。泥浆泵模块17的输出口通过插接头18与转换接头15的高压入口连通。转换接头15的高压入口与转换接头15的四个输出口均连通。转换接头15的四个输出口与固液分离基体21内的四个泥浆通道11分别连通。

如图3、4和7所示，固液分离基体21的检测端开设有第二过滤腔。第二过滤腔5包括圆柱腔和圆台腔，圆柱腔的一端与圆台腔的大径端相连。四个泥浆通道11与圆柱腔通过四个斜向孔24分别连通。斜向孔24轴线与圆柱腔轴线的距离等于圆柱腔半径与斜向孔24半径之差。圆柱腔的另一端作为溢流口与检测模块1的检测入口3连通，圆台腔的小径端与底流口6连通，底流口6通过密封插管7与钻铤接头23的外壁连通。密封插管7固定在钻铤接头23上。检测模块1的出口与钻铤的下行钻井液通道连通。

该井下钻井液固液分离装置的固液分离方法，具体如下：

步骤一、泥浆泵模块17开始工作，钻铤接头23外侧的上行钻井液经透盖10上的进液孔被吸入第一过滤腔内。上行钻井液进入进液孔的过程中，滤板12将外径大于2mm的固体物质阻挡在滤板外侧。

步骤二、第一过滤腔内的上行钻井液穿过楔形滤芯19进入泥浆泵模块17的输入口。上行钻井液穿过楔形滤芯19的过程中，楔形滤芯19将外径大于0.2mm的固体物质阻挡在楔形滤芯19内部。

步骤三、上行钻井液经泥浆泵模块17增压后进入转换接头15的高压入口。

步骤四、转换接头15将进入高压入口的上行钻井液分为四股。四股上行钻井液分别经过四个泥浆通道，从第二过滤腔5的四个斜向孔沿切向进入第二过滤腔5。

步骤五、进入第二过滤腔5的上行钻井液旋转产生旋流。在旋流的作用下，上行钻井液的固体经过第二过滤腔5的底流口后从密封插管7流出至钻铤接头23外侧，上行钻井液的液体在第二过滤腔内产生流向溢流口的上旋流，上旋流进入检测模块1。检测模块1检测出上行钻井液的油气含量。经检测后的上旋流从检测模块的出口流出并与下行钻井液混合。

步骤六、泥浆泵模块17停止工作，活塞杆22带动刮刀9推出，刮刀9刮除楔形滤芯19内部的固体物质。检测完成。

Claims (3)

1.井下钻井液固液分离装置，包括检测模块、第一耐压套筒、第一螺旋套、刮刀、透盖、滤板、第二螺旋套、转换接头、活塞端盖、泥浆泵模块、楔形滤芯、第二耐压套筒、固液分离基体、活塞杆和钻铤接头；其特征在于：还包括密封插管；所述的钻铤接头套置在固液分离基体上；所述固液分离基体的检测端通过第一螺旋套与第一耐压套筒固定；固液分离基体的加压端通过第二螺旋套与第二耐压套筒相连；所述的第一耐压套筒内固定有检测模块，所述的第二耐压套内固定有转换接头及泥浆泵模块；钻铤接头的侧部与固液分离基体的侧部通过透盖固定；透盖端面中心位置开设的进液孔与固液分离基体的第一过滤腔连通；所述进液孔的外端固定有滤板；滤板上开设有20～50个直径为a的过滤孔，1mm≤a≤3mm；第一过滤腔内端固定有活塞端盖，活塞端盖与楔形滤芯固定；所述楔形滤芯的缝隙宽度为b，0.1mm≤b≤0.5mm；所述活塞杆的外端穿过活塞端盖并伸入第一过滤腔，活塞杆内端与固液分离基体的活塞腔构成滑动副；活塞杆、活塞腔及活塞端盖形成液压缸结构；活塞杆外端与刮刀固定，刮刀的外圆面与楔形滤芯的内壁接触；

所述的第一过滤腔内壁通过泥浆入口通道与转换接头的输入口连通；转换接头的输入口与泥浆泵模块的输入口连通；泥浆泵模块的输出口与转换接头的高压入口连通；转换接头的高压入口与转换接头的n个输出口均连通，3≤n≤8；转换接头的n个输出口与固液分离基体内的n个泥浆通道分别连通；

固液分离基体的检测端开设有第二过滤腔；第二过滤腔包括圆柱腔和圆台腔，圆柱腔的一端与圆台腔的大径端相连；n个泥浆通道与圆柱腔通过n个斜向孔分别连通；圆柱腔的另一端作为溢流口与检测模块的检测入口连通，圆台腔的小径端与底流口连通，底流口与钻铤接头的外壁连通；

密封插管固定在钻铤接头上，底流口通过密封插管与钻铤接头的外壁连通；所述的斜向孔轴线与圆柱腔轴线的距离等于圆柱腔半径与斜向孔半径之差。

2.根据权利要求1所述的井下钻井液固液分离装置，其特征在于：所述的检测模块的出口与钻铤的下行钻井液通道连通。

3.如权利要求1所述的井下钻井液固液分离装置的固液分离方法，其特征在于：步骤一、泥浆泵模块开始工作，钻铤接头外侧的上行钻井液经透盖上的进液孔被吸入第一过滤腔内；上行钻井液进入进液孔的过程中，滤板将外径大于a的固体物质阻挡在滤板外侧；

步骤二、第一过滤腔内的上行钻井液穿过楔形滤芯进入泥浆泵模块的输入口；上行钻井液穿过楔形滤芯的过程中，楔形滤芯将外径大于b的固体物质阻挡在楔形滤芯内部；

步骤三、上行钻井液经泥浆泵模块增压后进入转换接头的高压入口；

步骤四、转换接头将进入高压入口的上行钻井液分为n股；n股上行钻井液分别经过n个泥浆通道，从第二过滤腔的n个斜向孔进入第二过滤腔；

步骤五、进入第二过滤腔的上行钻井液旋转产生旋流；在旋流的作用下，上行钻井液中的固体经过第二过滤腔的底流口后从密封插管流出至钻铤接头外侧，上行钻井液的液体在第二过滤腔内产生流向溢流口的上旋流；检测模块检测出上行钻井液的油气含量；经检测后的上旋流从检测模块的出口流出并与下行钻井液混合；

步骤六、泥浆泵模块停止工作，活塞杆带动刮刀推出，刮刀刮除楔形滤芯内部的固体物质；检测完成。

Images