CN112275012B - 一种钻井用泥浆振动筛及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿用振动筛技术领域，具体为一种钻井用泥浆振动筛及其工作方法，包括：外壳和内桶，所述内桶底部通过阻尼吊杆与外壳连接，内桶顶部通过阻尼弹簧与外壳连接，外壳内壁四个侧面上固定设置定子，内桶外侧与定子对应的位置上固定设置振子。采用磁场驱动振动筛实现振动筛分，既可以实现往复运动的振动筛分，又可以实现旋转筛分，并提高了筛分效率，也解决了泥浆挂壁的问题。

Description

一种钻井用泥浆振动筛及其工作方法

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泥浆振动筛。

背景技术

废弃泥浆是石油天然气工业的主要污染源之一。它是一种含黏土、加重材料、各种化学处理剂、污水、污油及钻屑的多项稳态胶体悬浮体系，主要成分是烂类、盐类、各种聚合物、木质素磺酸盐、某些金属离子（汞、铜、砷、铬、锌及铅）和重晶石中的杂质。由于泥浆中这些成分存在，里面含有大量的有害物质，这些含有重金属和化合物的固相部分（大概含油量在12%~18%左右），如果不经处理随意排放，长期沉淀就会对附近的植被、土壤、地下水等自然环境和人类的生存环境造成很大的危害。

振动筛是常用的筛分过滤装置，其主要作用是用于分离石油工业中使用的井液中的不需要的颗粒，被分离的颗粒可包括钻屑、岩石颗粒、金属颗粒、添加剂颗粒以及化学物质。筛分后，小颗粒的散碎物可透过筛网流入指定的容器，现有的钻井泥浆用振动筛的运行轨迹大多为直线轨迹，无法进行旋转筛分，筛分效率较低，此外现有泥浆振动筛在筛分过程中，泥浆容易粘附在振动筛的内壁上，长时间不清理容易造成堵料的现象，影响了泥浆的正常排放。

发明内容

为解决上述技术问题至少之一，本发明提供一种钻井用泥浆振动筛采用磁场驱动振动筛实现振动筛分，既可以实现往复运动的振动筛分，又可以实现旋转筛分，为使振动筛内桶实现平面内多自由度的运动，本发明还提供一种内桶悬挂装置——阻尼吊杆，通过阻尼吊杆和阻尼弹簧的配合，可以实现内桶在平面内灵活移动。

一种钻井用泥浆振动筛，包括：外壳和内桶，所述内桶底部通过阻尼吊杆与外壳连接，内桶顶部通过阻尼弹簧与外壳连接，外壳内壁四个侧面上固定设置定子，内桶外侧与定子对应的位置上固定设置振子，内桶用于对泥浆进行筛分，阻尼吊杆一方面用于支撑内桶，另一方面阻尼吊杆可活动的安装在外桶和内桶之间，当内桶在筛分运动时可以为内桶提供一定的自由度，允许内桶在平面内做往复运动或圆周运动，定子和振子共同作用，为振动筛内桶提供驱动力，阻尼弹簧与阻尼吊杆共同作用，在内桶振动过程中为内桶提供阻尼作用。

所述外壳包括外桶、第一吊板、第一拉环和支腿，

支腿安装在外桶底部，第一吊板安装在外桶内壁的四个内角，以及第一拉环安装在外桶的四个内壁上的，所述第一吊板上还设置有第一吊座和第一断口，其第一吊座设置在第一吊板上方，其底部为球型凹槽，第一吊座的一侧设置有第一断口。

所述内桶包括筛桶、漏斗、第二拉环、第二吊座和筛网，被过滤的泥浆从筛桶上方进入，经过筛网后从下方漏斗流出，筛桶底部与漏斗连接，筛桶外壁顶部正交的4个位置安装有第二拉环，筛桶外壁底部固定设置4个第二吊板，所述第二吊板上还设置有第二吊座和第二断口，其中第二吊座设置在第二吊板上方，其顶部为球型凹槽，第二吊座的一侧设置有第二断口。

所述内桶外壁的四个侧面设置有振子安装槽，振子安装槽与外筒四个侧壁平行设置，4组振子分别固定安装在振子安装槽内。

所述阻尼吊杆包括上球座、吊杆、下球座、弹簧和弹簧座，上球座为球冠结构，其弧面一端与吊杆上端固定连接，下球座为球冠结构，其轴线方向设置有上下贯穿的通孔，其平面一端与弹簧连接，吊杆下端依次穿过下球座和弹簧并与弹簧座固定连接。

所述阻尼吊杆的上球座安装在第一吊座内，阻尼吊杆的下球座安装在第二吊座内，第一吊座的球形凹槽半径与上球座球冠的半径相同，第二吊座的球形凹槽半径与下球座球冠的半径相同。

阻尼弹簧安装在外桶的第一拉环和内桶的第二拉环上，将外桶与内桶连接。

所述振子包括2块相邻设置的永磁铁，以及设置在相邻接的两永磁铁之间的导磁轭，所述定子包括线圈和位于所述线圈中间的导磁芯。

所述同一振子内的2块永磁铁水平排列，且两块永磁铁的邻接端极性相同，

所述导磁芯与导磁轭高度相同，且位于与其对应的导磁轭的一侧。

所述任意不相邻的一对定子中的线圈中通入相同的交变电流，通电后产生变化的磁场，通过改变磁场磁力线的走向来驱动所述振子和内桶做往复运动。

所述任意不相邻的一对定子中的线圈中通入相同的正弦电流U1，另一组不相邻的一对定子中的线圈中通入正弦电流U2，所述正弦电流U1和正弦电流U2振幅相同，相位差90°，通过4个磁场变化的磁场，驱动振子和内桶做圆周运动。

所述任意不相邻的一对定子中的线圈中通入相同的正弦电流U1，另一对不相邻的一组定子中的线圈中通入正弦电流U2，所述正弦电流U1和正弦电流U2振幅不同，相位差90°的正弦电流，通过四组磁场变化的磁场，驱动振子和内桶做椭圆运动。

与现有技术相比，本发明中可以通过控制一对线圈或两对线圈的磁场，实现驱动内桶做往复运动或圆周运动，为实现更好的筛分效果，本领域技术人员可以将往复运动和圆周运动进行不同的组合，以达到更优的效果。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为本发明一种钻井用泥浆振动筛的正面剖视图；

图2为本发明一种钻井用泥浆振动筛的俯视图；

图3为本发明中外壳的结构示意图；

图4为本发明中外壳的俯视图；

图5为本发明中内桶的结构示意图；

图6为本发明中内桶的俯视图；

图7为本发明中内桶的剖视图；

图8为本发明中阻尼吊杆的结构示意图；

图9为本发明一种钻井用泥浆振动筛俯视剖视图；

图10为本发明中定子和振子组合结构示意图，图10a和图10b为振子中永磁铁的两种组合方式；

图11为本发明中实施例1的工作原理图；

图12为本发明中实施例2的工作原理图；

图13为本发明中实施例3的工作原理图。

附图标记说明：

外壳1，内桶2，阻尼吊杆3，阻尼弹簧4，

外桶11，第一吊板12，第一拉环13，支腿14，第一吊座121，第一断口122，

筛桶21，漏斗22，第二拉环23，第二吊板24，振子安装槽25，筛网26，第二吊座241，第二断口242，

上球座31，吊杆32，下球座33，弹簧34，弹簧座35，

线圈51，导磁芯52，永磁铁61、导磁轭62，

定子5（5a、5b、5c、5d），振子6（6a、6b、6c、6d）。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

图1和图2为本发明一种钻井用泥浆振动筛的正面剖视图和俯视图。

根据图1和图2所示，一种钻井用泥浆振动筛，包括：外壳1和内桶2，所述内桶2底部通过阻尼吊杆3与外壳1连接，内桶2顶部通过阻尼弹簧4与外壳1连接，外壳1内壁四个侧面上固定设置定子5，内桶2外侧与定子5对应的位置上固定设置振子6，内桶2用于对泥浆进行筛分，阻尼吊杆3一方面用于支撑内桶2，另一方面阻尼吊杆3可活动的安装在外壳1和内桶2之间，当内桶2在筛分运动时可以为内桶2提供一定的自由度，允许内桶2在平面内做往复运动或圆周运动，定子5和振子6共同作用，为振动筛内桶2提供驱动力，阻尼弹簧4与阻尼吊杆3共同作用，在内桶2振动过程中为内桶2提供阻尼作用。

图3和图4为外壳1的立体图和俯视图，

所述外壳1包括外桶11、第一吊板12、第一拉环13和支腿14，支腿14安装在外桶1底部，第一吊板12安装在外桶11内壁上方的四个内角，以及第一拉环13安装在外桶11的四个内壁上的，所述第一吊板12上还设置有第一吊座121和第一断口122，其第一吊座121设置在第一吊板12下方，其底部为球型凹槽，第一吊座121的一侧设置有第一断口122。

图5、图6和图7分别为内桶2的立体图、俯视图和剖面图，

所述内桶2包括筛桶21、漏斗22、第二拉环23、第二吊座241和筛网26，被过滤的泥浆从筛桶21上方进入，经过筛网26后从下方漏斗22流出，筛桶21底部与漏斗22连接，筛桶21外壁顶部正交的4个位置安装有第二拉环23，第二拉环23与外壳1上第一拉环13的高度相同，位置一一对应。

筛桶21外壁底部固定设置4个第二吊板24，第二吊板24的位置与外筒11的四个内角一一对应。

所述第二吊板24上还设置有第二吊座241和第二断口242，其中第二吊座241设置在第二吊板24上方，其顶部为球型凹槽，第二吊座241的一侧设置有第二断口242，所述内桶2外壁的四个侧面设置有振子安装槽25，振子安装槽25与外筒11四个侧壁平行设置，4组振子6分别固定安装在振子安装槽25内。

图8为阻尼吊杆3的结构示意图，

所述阻尼吊杆3包括上球座31、吊杆32、下球座33、弹簧34和弹簧座35，上球座31为球冠结构，其弧面一端与吊杆32上端固定连接，下球座33为球冠结构，其轴线方向设置有上下贯穿的通孔，其平面一端与弹簧34连接，吊杆34下端依次穿过下球座33和弹簧34并与弹簧座35固定连接。

结合图1～图8所示，所述阻尼吊杆3可经过第一断口122和第二断口242，将阻尼吊杆3的上球座31安装在第一吊座121内，阻尼吊杆3的下球座33安装在第二吊座241内，第一断口122的开口间隙与第二断口242的开口间隙大于吊杆32的直径3～5mm，可以方便阻尼吊杆3的安装。

第一吊座121的球形凹槽半径与上球座31球冠的半径相同，第二吊座241的球形凹槽半径与下球座33球冠的半径相同。

由于阻尼吊杆3的上球座31和弹簧座35分别与阻尼吊杆3的上端和下端固定，下球座33可沿阻尼吊杆3方向自由活动，内桶2在做往复运动时，阻尼吊杆3的弹簧34会随着内桶2的移动不断的压缩或拉伸，为内桶2提供恢复力。

阻尼弹簧4的两端分别安装在外壳1的第一拉环13和内桶2的第二拉环23上，将外壳1与内桶2连接，当内桶2在做往复运动时，阻尼弹簧4会随着内桶2的移动不断的压缩或拉伸，为内桶2提供恢复力。

图9为本发明一种钻井用泥浆振动筛俯视剖视图，

4组定子5分别设置在外筒11内侧的四个侧面，4组振子6设置在内桶2的四个侧面外侧，且4组定子5与4组振子6分别一一对应。

图10为本发明中定子和振子组合结构示意图，

所述振子6包括2块相邻设置的永磁铁61，以及设置在相邻接的两永磁铁61之间的导磁轭62，所述定子5包括线圈51和位于所述线圈51中间的导磁芯52，所述同一振子6内的2块永磁铁61水平排列，且两块永磁铁61的邻接端极性相同，所述导磁芯52与导磁轭62高度相同，且位于与其对应的导磁轭62的一侧。

如图10a和图10b所示，一个振子6内的永磁铁61按照S-N、N-S顺序或按照N-S、S-N顺序排列，由于两个永磁铁61相邻接的极性相同的两端之间会产生相斥的力量，因此，永磁铁61的磁力线能够集中通过相邻接的两个永磁铁61之间的导磁轭62以及设置在振子6一侧的线圈51，这种结构设计方式能够尽可能增大穿过线圈51的磁通量。

所述任意不相邻的一对定子5中的线圈51中通入相同的交变电流，通电后产生变化的磁场，通过改变磁场磁力线的走向来驱动所述振子6和内桶2做往复运动。

所述任意不相邻的一对定子5中的线圈51中通入相同的正弦电流U1，另一组不相邻的一对定子5中的线圈51中通入正弦电流U2，所述正弦电流U1和正弦电流U2振幅相同，相位差90°，通过4个磁场变化的磁场，驱动振子6和内桶2做圆周运动。

所述任意不相邻的一对定子5中的线圈51中通入相同的正弦电流U1，另一对不相邻的一组定子5中的线圈51中通入正弦电流U2，所述正弦电流U1和正弦电流U2振幅不同，相位差90°的正弦电流，通过四组磁场变化的磁场，驱动振子6和内桶2做椭圆运动。

实施例1：

图11为振动筛沿平面Y方向做往复运动的工作原理图，

如图11所示，将本发明一种钻井用泥浆振动筛中，定子5a和定子5c中的线圈51通入相同的交变电流，控制电流正半周期内产生的磁场与导磁轭62相互作用产生互相吸引的作用力，由于定子5a和定子5c位置固定不动，此时，内桶2随着振子6a和振子6c向定子5a和定子5c中心方向移动，由于内桶2的移动，与内桶2相连接的4组阻尼吊杆3内的弹簧34和阻尼弹簧5产生相应的拉伸或压缩，阻止内桶2的移动。

当线圈51中电流方向改变进入负半周期时，振子6a和6c受到定子5a和定子5c的作用力方向改变，由于定子5a和定子5c的位置固定不动，此时，振子6a和6c带动内桶2向远离定子5a和定子5c中心方向移动，同时使阻尼吊杆3内的弹簧34和阻尼弹簧5从挤压/拉伸状态恢复原状后继续被拉伸/挤压。

随着定子5a和定子5c中线圈51电流周期性改变，上述运动交替进行，使永磁铁61和导磁轭62组成的振子6与平行于定子5的安装平面的方向做往复运动。

实施例2：

图12为振动筛沿平面X方向做往复运动的工作原理图，

如图11所示，将本发明一种钻井用泥浆振动筛中，定子5b和定子5d中的线圈51通入相同的交变电流，控制电流正半周期内产生的磁场与导磁轭62相互作用产生互相吸引的作用力，由于定子5b和定子5d位置固定不动，此时，内桶2随着振子6b和振子6d向定子5b和定子5d中心方向移动，由于内桶2的移动，与内桶2相连接的4组阻尼吊杆3内的弹簧34和阻尼弹簧5产生相应的拉伸或压缩，阻止内桶2的移动。

当线圈51中电流方向改变进入负半周期时，振子6b和6d受到定子5b和定子5d的作用力方向改变，由于定子5b和定子5d的位置固定不动，此时，振子6b和振子6d带动内桶2向远离定子5b和定子5d中心方向移动，同时使阻尼吊杆3内的弹簧34和阻尼弹簧5从挤压/拉伸状态恢复原状后继续被拉伸/挤压。

随着定子5b和定子5d中线圈51电流周期性改变，上述运动交替进行，使永磁铁61和导磁轭62组成的振子6与平行于定子5的安装平面的方向做往复运动。

实施例3：

图13为振动筛做圆周运动的工作原理图，

如图13所示，将本发明一种钻井用泥浆振动筛中，定子5a和定子5c中的线圈51通入相同的正弦电流U1，定子5b和定子5d中的线圈51中通入正弦电流U2，正弦电流U1和正弦电流U2振幅相同，相位差90°。

此时，若定子5a和定子5c中的线圈51产生的磁场为B1＝Asinωt，则定子5b和定子5d中的线圈51产生的磁场为B2＝Acosωt，叠加后的磁场方向按圆周变化，使得内桶2也随着磁场方向做圆周运动。

调整定子5中线圈51电流的方向，可改变内桶2的旋转方向，当内桶2做顺时针和逆时针交替的旋转运动时，使黏附在内桶2桶壁上的泥浆脱落，防止筛桶21和漏斗22的内壁与过滤的泥浆粘连。

实施例4：

本实施例为实施例3的优化方案，将本发明一种钻井用泥浆振动筛中，定子5a和定子5c中的线圈51通入相同的正弦电流U1，定子5b和定子5d中的线圈51中通入正弦电流U2，正弦电流U1和正弦电流U2振幅不同，相位差90°。

此时，若定子5a和定子5c中的线圈51产生的磁场为B1＝A1sinωt，则定子5b和定子5d中的线圈51产生的磁场为B2＝A2cosωt，叠加后的磁场方向按椭圆轨迹变化，使得内桶2也随着磁场方向做椭圆运动。

调整定子5中线圈51电流的方向，可改变内桶2的旋转方向，当内桶2做顺时针和逆时针交替的椭圆运动时，使黏附在内桶2桶壁上的泥浆脱落，防止筛桶21和漏斗22的内壁与过滤的泥浆粘连。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (4)

1.一种钻井用泥浆振动筛，包括：外壳(1)和内桶(2)，其特征在于：所述内桶(2)底部通过阻尼吊杆(3)与外壳(1)连接，内桶(2)顶部通过阻尼弹簧(4)与外壳(1)连接，外壳(1)内壁四个侧面上固定设置定子(5)，内桶(2)外侧与定子(5)对应的位置上固定设置振子(6)，

所述外壳(1)包括外桶(11)、第一吊板(12)、第一拉环(13)和支腿(14)，支腿(14)安装在外桶(11)底部，第一吊板(12)安装在外桶(11)内壁的四个内角，以及第一拉环(13)安装在外桶(11)的四个内壁上的，

所述第一吊板(12)上还设置有第一吊座(121)和第一断口(122)，其第一吊座(121)设置在第一吊板(12)上方，其底部为球型凹槽，第一吊座(121)的一侧设置有第一断口(122)，

所述内桶(2)包括筛桶(21)、漏斗(22)、第二拉环(23)、第二吊座(24)和筛网(26)，筛桶(21)底部与漏斗(22)连接，筛桶(21)外壁顶部正交的4个位置安装有第二拉环(23)，筛桶(21)外壁底部固定设置4个第二吊板(24)，

所述第二吊板(24)上还设置有第二吊座(241)和第二断口(242)，其中第一吊座(241)设置在第二吊板(24)上方，其顶部为球型凹槽，第二吊座(241)的一侧设置有第二断口(242)，

所述阻尼吊杆(3)包括上球座(31)、吊杆(32)、下球座(33)、弹簧(34)和弹簧座(35)，上球座(31)为球冠结构，其弧面一端与吊杆(32)上端固定连接，下球座(33)为球冠结构，其轴线方向设置有上下贯穿的通孔，其平面一端与弹簧(34)连接，吊杆(32)下端依次穿过下球座(33)和弹簧(34)与弹簧座(35)固定连接，

所述阻尼吊杆(3)的上球座(31)安装在第一吊座(121)内，阻尼吊杆(3)的下球座(33)安装在第二吊座(241)内，第一吊座(121)的球形凹槽半径与上球座(31)球冠的半径相同，第二吊座(241)的球形凹槽半径与下球座(33)球冠的半径相同，

所述振子(6)包括2块相邻设置的永磁铁(61)，以及设置在相邻接的两永磁铁(61)之间的导磁轭(62)，所述定子(5)包括线圈(51)和位于所述线圈(51)中间的导磁芯(52)，所述同一振子(6)内的2块永磁铁(61)水平排列，且两块永磁铁(61)的邻接端极性相同，所述导磁芯(52)与导磁轭(62)高度相同，且位于与其对应的导磁轭(62)的一侧。

2.根据权利要求1所述的一种钻井用泥浆振动筛的工作方法，其特征在于：所述任意不相邻的一组定子(5)中的线圈(51)中通入相同的交变电流，通电后产生变化的磁场，通过改变磁场磁力线的走向来驱动所述振子(6)和内桶(2)做往复运动。

3.根据权利要求1所述的一种钻井用泥浆振动筛的工作方法，其特征在于：所述任意不相邻的一组定子(5)中的线圈(51)中通入相同的正弦电流，另一组不相邻的一组定子(5)中的线圈(51)中通入振幅相同，相位差90°的正弦电流，通过四组磁场变化的磁场，驱动振子(6)和内桶(2)做圆周运动。

4.根据权利要求1所述的一种钻井用泥浆振动筛的工作方法，其特征在于：所述任意不相邻的一组定子(5)中的线圈(51)中通入相同的正弦电流，另一组不相邻的一组定子(5)中的线圈(51)中通入振幅不同，相位差90°的正弦电流，通过四组磁场变化的磁场，驱动振子(6)和内桶(2)做椭圆运动。

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