CN113006720B - 一种钻井液泥浆负压筛装置及其分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井液泥浆负压筛装置及其分离方法，包括对进入装置本体内的钻井液泥浆进行第一次固液分离，再将剩余的钻井液泥浆通过传送辊进行第二次固液分离，钻井液泥浆进入传送带上，在负压腔负压和振动的配合下，加速对钻井液泥浆进行第三次固液分离；并将第三次固液分离后的固体部分进行离心过滤，分离出钻井液泥浆中的液体部分；同时将第三次固液分离后的液体部分进行精过滤，吸附、去除液体中的固体杂质，得到纯度较高的钻井液。本发明通过对钻井液泥浆进行多次固液分离，得到固体杂质较少的，即纯度较高的钻井液泥浆中的液体部分，其固液分离效果好，便于对钻井液的回收利用。

Description

一种钻井液泥浆负压筛装置及其分离方法

技术领域

本发明属于钻井装置的技术领域，具体涉及一种钻井液泥浆负压筛装置及其分离方法。

背景技术

钻井液，是钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体总称。钻井液是钻井的血液，又称钻孔冲洗液。钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。清水是使用最早的钻井液，无需处理，使用方便，适用于完整岩层和水源充足的地区。泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。

在钻井过程中会使用大量的化学处理剂，造成废弃钻井泥浆COD高、色度深、pH高、重金属离子多等污染有害物质严重超标，废弃钻井泥浆是石油天然气工业的主污染源之一，为了降低钻井泥浆带来的污染以及降低钻井成本，通常对钻井泥浆进行循环回用，在钻井泥浆循环回用的过程中，需要通过振动筛对钻井泥浆中携带的固体进行分离，以便于钻井泥浆循环利用。

而现有的振动筛对钻井泥浆固液分离效果不佳，其主要表现为：

1、分离后的泥浆固体部分，仍含有大量的液体；

2、分离后的液体部分，仍含有大量的细小的固体杂质。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种钻井液泥浆负压筛装置，以解决振动筛对钻井泥浆固液分离效果不佳的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种钻井液泥浆负压筛装置，其包括装置本体；装置本体顶部开设进料管道，进料管道与装置本体内的输送管道连通；输送管道与进料管道之间的连接处套设软管；输送管道倾斜设置，其上开设若干个第一通孔，位于输送管道的管壳上开设至少两个环形凹槽；输送管道下方设置与环形凹槽数量相同的至少两个第一振动组件；第一振动组件包括嵌入环形凹槽内的振动环、第一直线电机和振动轴；振动环底部与安装块焊接相连，振动轴一端与第一直线电机连接，振动轴另一端穿过第一限位罩并与焊接块底部开设的螺纹孔螺纹连接；振动轴位于第一限位罩内的部分套设第一弹簧，第一弹簧底部固定于限位块上；第一直线电机固定于第一安装座内，安装座固定于支撑板上；

输送管道出口端下方安装传送辊，沿传送辊旋转方向的下方设置传送带，传送带套设于呈矩形状分布的四个传动辊上；位于顶部的传送带的下方与传动板接触相连；传动板的两端分别与第二振动组件相连；传送带和传动板上均开设若干个通孔；在位于四个传动辊之间的区域内设置负压腔；负压腔通过管道与外部的抽气泵连通；负压腔的侧壁上均安装加速板，负压腔底部设置吸附组件；吸附组件包括设置于负压腔外部的第二伺服电机、内环形板、和设置于内环形板外围的外环形板；内环形板和外环形板之间构成涡流腔，涡流腔内容置若干个可相互旋转运动的涡流吸附球；涡流吸附球上开设若干个贯通的螺旋通孔；第二伺服电机与搅拌桨连接；搅拌桨位于内环形板形成的圆柱形区域内；负压腔底部通过导流管与储液腔连通；

沿传送带移动方向的侧下方设置分离组件；分离组件包括固定于基座上的内桶、环绕于内桶外的外桶和第一伺服电机；第一伺服电机通过第三安装座固定于顶板上，第一伺服电机的旋转轴与内桶相连；内桶的筒体上开设若干个通孔，筒体顶部的开口处设置限位竖板和与传送带接触相连的导流板；限位竖板和导流板之间构成V型进口；内桶外部和外桶内部之间的区域通过出液管与储液腔连通，内桶底部与排污管连通；基座和顶板之间安装四根缓冲柱；缓冲柱的两端分别与第三弹簧固定连接，且缓冲柱的一端通过上底座与顶板连接，其另一端通过下底座固定于基座上。

优选地，传送辊为镂空的金属管结构，其上开设若干个第二通孔，传送辊与外部电机轴连接。

优选地，传送辊上均匀焊接若干个呈弧形状的导流片；所述导流片弧形状的最凹处开设若干个网格孔。

优选地，第二振动组件包括固定于第二安装座内的第二直线电机；所述第二直线电机的输出轴与传动板连接；所述第二直线电机的两侧均设置一个凹型底座，凹型底座外套设第二限位罩，凹型底座内容置一根传动轴，传动轴下方套设弹簧，其另一端穿过第二限位罩与传动板相连。

优选地，加速板上竖直开设若干条纵向导流槽，第二伺服电机安装于第四安装座内。

优选地，储液腔上开设排液管。

一种钻井液泥浆负压筛装置的分离方法，包括：

S1、将钻井液泥浆导入输送管道，输送管道振动，加速分离钻井液泥浆中的液体部分和固体泥浆部分；

S2、分离后的固体泥浆部分流经传送辊，传送辊旋转运动，分离固体泥浆部分中的液体部分和固体部分；

S3、S2中的固体部分在导流片的引流牵引下，平顺展开，并导入传送带上；

S4、传送带传送S3中的固体部分，传动板带动传送带振动，同时，抽出负压腔中的空气，加速抽离固体部分中的液体；

S5、抽离后的液体进入负压腔，流经涡流吸附球，形成若干个局部涡流力场，加速液体中的固体杂质进入螺旋通孔，并分离固体杂质；

S6、传送带将固体杂质无缝导入分离组件，旋转产生离心力，将固体杂质中的液体分离；

S7、将S5和S6中分离后的液体导入储液腔，完成钻井液泥浆的固液分离。

本发明提供的钻井液泥浆负压筛装置，具有以下有益效果：

本发明先对进入装置本体内的钻井液泥浆进行第一次固液分离，再将剩余的钻井液泥浆通过传送辊进行第二次固液分离，钻井液泥浆进入传送带上，在负压腔负压和振动的配合下，对钻井液泥浆进行第三次固液分离；并将第三次固液分离后的固体部分进行离心过滤，分离出钻井液泥浆中的液体部分，同时将第三次固液分离后的液体部分进行精过滤，吸附、去除液体中的固体杂质，得到纯度较高的钻井液。

本发明通过对钻井液泥浆进行多次固液分离，得到固体杂质较少的，即纯度较高的钻井液泥浆中的液体部分，其固液分离效果好，便于对钻井液的回收利用。

附图说明

图1为钻井液泥浆负压筛装置的结构图。

图2为钻井液泥浆负压筛装置的输送管道纵剖图。

图3为钻井液泥浆负压筛装置的第一振动组件结构图。

图4为钻井液泥浆负压筛装置的导流片结构图。

图5为钻井液泥浆负压筛装置的第二振动组件结构图。

图6为钻井液泥浆负压筛装置的分离组件结构图。

图7为钻井液泥浆负压筛装置的吸附组件结构图。

图8为钻井液泥浆负压筛装置的涡流吸附球的结构图。

图9为钻井液泥浆负压筛装置的涡流吸附球纵剖图。

图10为钻井液泥浆负压筛装置的加速板结构图。

其中，1、装置本体；2、进料管道；3、输送管道；4、第一振动组件；5、支撑板；6、第一通孔；7、传送辊；8、导流片；9、第二通孔；10、传送带；11、传动板；12、第二振动组件；13、吸附组件；14、负压腔；15、加速板；16、导流管；17、出液管；18、储液腔；19、排液管；20、分离组件；21、传动辊；22、排污管；301、环形凹槽；302、第三通孔；401、振动环；402、安装块；403、振动轴；404、第一弹簧；405、限位块；406、第一限位罩；407、第一直线电机；408、第一安装座；801、网格孔；1201、第二安装座；1202、第二直线电机；1203、输出轴；1204、凹型底座；1205、第二限位罩；1206、传动轴；1207、第二弹簧；2001、第三安装座；2002、第一伺服电机；2003、顶板；2004、上底座；2005、缓冲柱；2006、下底座；2007、第三弹簧；2008、旋转轴；2009、内桶；2010、外桶；2011、导流板；2012、限位竖板；2013、V型进口；1301、第二伺服电机；1302、第四安装座；1303、外环形板；1304、内环形板；1305、涡流腔；1306、涡流吸附球；1307、搅拌桨；1308、螺旋通孔；1501、纵向导流槽。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的钻井液泥浆负压筛装置，包括装置本体1，装置本体1顶部开设进料管道2，进料管道2与装置本体1内的输送管道3连通，输送管道3与进料管道2之间的连接处套设软管，软管可起到缓冲作用，避免在输送管道3振动时，输送管道3与进料管道2之间脱落。

输送管道3倾斜设置，其上开设若干个第一通孔6，第一通孔6用于液体流出，钻井液泥浆中的固体部分，则主要从输送管道3的出口端流出。

参考图2，位于输送管道3的管壳上开设两个环形凹槽301。输送管道3下方设置与环形凹槽301数量相同的两个第一振动组件4。输送管道3在本实施例中具有如下作用：

1、作为运输载体；

2、作为振动载体；

3、作为第一次固液分离发生场所。

参考图3，第一振动组件4包括嵌入环形凹槽301内的振动环401、第一直线电机407和振动轴403；振动环401底部与安装块402焊接相连，振动轴403一端与第一直线电机407连接，振动轴403另一端穿过第一限位罩406并与焊接块底部开设的螺纹孔螺纹连接；振动轴403位于第一限位罩406内的部分套设第一弹簧401，第一弹簧401底部固定于限位块405上；第一直线电机407固定于第一安装座408内，安装座固定于支撑板5上。

其中，第一限位罩406上开设通孔，该通孔的孔径小于第一弹簧401的直径，故在第一弹簧401、限位块405和第一限位罩406的配合下，可限制振动轴403的输出长度。

其工作原理为：

将振动环401嵌设于环形凹槽301内，开启第一直线电机407，带动振动轴403反复的上下运动，进而带动振动环401和输送管道3一起上下振动运动；位于输送管道3内的钻井液泥浆随之上下振动，即实现钻井液泥浆的第一次固液分离。其中，液体部分则直接从第三通孔302流出，并通过支撑板5上的第一通孔6流入传送带10上；而固体部分则进入传送辊7上。

传送辊7安装于输送管道3出口端的下方，传送辊7为镂空的金属管结构，其上开设若干个第二通孔9，传送辊7与外部电机轴连接，用于带动传送辊7旋转，其旋转方向为图1中的逆时针方向。

参考图4，传送辊7上均匀焊接若干个呈弧形状的导流片8，所导流片8弧形状的最凹处开设若干个网格孔801。

其工作原理为：

钻井液泥浆第一次固液分离后的大部分固体进入传送辊7上，由于传送辊7的圆柱形结构，泥浆中的固体杂质在其上附着，并随传送辊7旋转运动而流动，在流动的过程中，一部分固体和液体分离，液体部分则直接通过第二通孔9流入传送带10上。其中的固体杂质部分，在传送辊7的运动下进入导流片8，并到达其底部的网格孔801，在网格孔801的过滤作用下配合传送辊7的旋转作用下，将固体杂质部分平顺的运送至传送带10上。需要注意的是，在网格孔801的作用下，可以将杂乱无章的固体部分平顺展开，便于传送带10的运输和提高下一次固液分离的效果，且在展开的过程中，再一次实现了固液分离。

沿传送辊7旋转方向的下方设置传送带10，传送带10套设于呈矩形状分布的四个传动辊21上，位于顶部的传送带10的下方与传动板11接触相连，传动板11的两端分别与第二振动组件12相连，传送带10和传动板11上均开设若干个通孔。

第一次固液分离和第二次固液分离后的液体部分流入传送带10，并流经通孔，进入负压腔14。

参考图5，第二振动组件12包括固定于第二安装座1201内的第二直线电机1202；第二直线电机1202的输出轴1203与传动板11连接；第二直线电机1202的两侧均设置一个凹型底座1204，凹型底座1204外套设第二限位罩1205，凹型底座1204内容置一根传动轴1206，传动轴1206下方套设弹簧，其另一端穿过第二限位罩1205与传动板11相连。

其工作原理为：

第二直线电机1202带动输出轴1203上下运动，输出轴1203带动传动板11上下运动，传动板11与传送带10接触连接，即传送带10也随之上下振动运动；传送带10振动运动将带动其上运输的固体泥浆一起振动运动，即加快了固体部分的再一次固液分离。

需要注意的是，避免振动强度过大，影响装置本体1整体的稳定性，当通过第二限位罩1205、传动轴1206和第二弹簧1207限制输出轴1203的振动幅度，当振动幅度过大时，在弹簧的拉伸作用下，可限制其幅度的进一步扩大。

在位于四个传动辊21之间的区域内设置负压腔14，负压腔14通过管道与外部的抽气泵连通，图中未画。

负压腔14的侧壁上均安装加速板15，负压腔14底部设置吸附组件13。

参考图7、图8和图9，吸附组件13包括设置于负压腔14外部的第二伺服电机1301、内环形板1304、和设置于内环形板1304外围的外环形板1303。第二伺服电机1301安装于第四安装座1302上。

内环形板1304和外环形板1303之间构成涡流腔1305，涡流腔1305内容置若干个可相互旋转运动的涡流吸附球1306，涡流吸附球1306上开设若干个贯通的螺旋通孔1308，第二伺服电机1301与搅拌桨1307连接，搅拌桨1307位于内环形板1304形成的圆柱形区域内，负压腔14底部通过导流管16与储液腔18连通。

参考图10，加速板15上竖直开设若干条纵向导流槽1501，可加速杂质的沉降。

其工作原理为：

与负压腔14连通的外部的抽气泵作业，将负压腔14内的空气抽出，负压腔14内部形成负压，在负压的作用下，配合传动板11与传送带10的振动作用下，进一步加快泥浆中的固液分离，将泥浆中的液体向下抽离，液体抽离后进入吸附组件13。

开启第二伺服电机1301，带动搅拌桨1307搅拌，搅拌桨1307搅拌带动液体进入涡流腔1305中，涡流吸附球1306旋转运动，产生多个局部涡流，涡流吸附球1306采用活性炭材质，即可加速液体中的固体杂质的运动，加速固体杂质进入螺旋通孔1308中，并吸附固定于其中，即达到去除液体中的固体杂质的目的。

分离后的液体通过出液管17进入储液腔18，并通过排液管19进行循环使用。

参考图6，沿传送带10移动方向的侧下方设置分离组件20，分离组件20包括固定于基座上的内桶2009、环绕于内桶2009外的外桶2010和第一伺服电机2002。

第一伺服电机2002通过第三安装座2001固定于顶板2003上，第一伺服电机2002的旋转轴2008与内桶2009相连；内桶2009的筒体上开设若干个通孔，筒体顶部的开口处设置限位竖板2012和与传送带10接触相连的导流板2011；限位竖板2012和导流板2011之间构成V型进口2013，用于无缝衔接传送带10分离的泥浆固体。

内桶2009外部和外桶2010内部之间的区域连通，内桶2009底部与排污管22连通；基座和顶板2003之间安装四根缓冲柱2005；缓冲柱2005的两端分别与第三弹簧2007固定连接，且缓冲柱2005的一端通过上底座2004与顶板2003连接，其另一端通过下底座2006固定于基座上。

缓冲柱2005可增加第一伺服电机2002旋转运动的稳定性，避免离心力过大，影响装置本体1的稳定性，同时，也可减小噪音污染。

其工作原理为：

分离后的固体沿导流板2011进入V型进口2013，并进入内桶2009中；第一伺服电机2002作业，带动内桶2009旋转，在离心力的作用下，将固体中剩余的水分从筒体中的通孔导出，导出的液体通过出液管17流入储液腔18中；剩余的固体杂质，则通过排污管22排出。

根据本申请的一个实施例，一种钻井液泥浆负压筛装置的分离方法，包括：

S1、将钻井液泥浆导入输送管道3，输送管道3振动，加速分离钻井液泥浆中的液体部分和固体泥浆部分；

S2、分离后的固体泥浆部分流经传送辊7，传送辊7旋转运动，分离固体泥浆部分中的液体部分和固体部分；

S3、S2中的固体部分在导流片8的引流牵引下，平顺展开，并导入传送带10上；

S4、传送带10传送S3中的固体部分，传动板11带动传送带10振动，同时，抽出负压腔14中的空气，加速抽离固体部分中的液体；

S5、抽离后的液体进入负压腔14，流经涡流吸附球1306，形成若干个局部涡流力场，加速液体中的固体杂质进入螺旋通孔1308，并分离固体杂质；

S6、传送带10将固体杂质无缝导入分离组件20，旋转产生离心力，将固体杂质中的液体分离；

S7、将S5和S6中分离后的液体导入储液腔18，完成钻井液泥浆的固液分离。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (5)

1.一种钻井液泥浆负压筛装置，其特征在于：包括装置本体；所述装置本体顶部开设进料管道，进料管道与装置本体内的输送管道连通；所述输送管道与进料管道之间的连接处套设软管；所述输送管道倾斜设置，其上开设若干个第三通孔，位于输送管道的管壳上开设至少两个环形凹槽；所述输送管道下方设置与环形凹槽数量相同的至少两个第一振动组件；所述第一振动组件包括嵌入环形凹槽内的振动环、第一直线电机和振动轴；所述振动环底部与安装块焊接相连，振动轴一端与第一直线电机连接，振动轴另一端穿过第一限位罩并与安装块底部开设的螺纹孔螺纹连接；所述振动轴位于第一限位罩内的部分套设第一弹簧，第一弹簧底部固定于限位块上；所述第一直线电机固定于第一安装座内，第一安装座固定于支撑板上，支撑板上开设有第一通孔；

所述输送管道出口端下方安装传送辊，沿传送辊旋转方向的下方设置传送带，传送带套设于呈矩形状分布的四个传动辊上；位于顶部的传送带的下方与传动板接触相连；所述传动板的两端分别与第二振动组件相连；所述传送带和传动板上均开设若干个通孔；在位于四个传动辊之间的区域内设置负压腔；所述负压腔通过管道与外部的抽气泵连通；所述负压腔的侧壁上均安装加速板，负压腔底部设置吸附组件；所述吸附组件包括设置于负压腔外部的第二伺服电机、内环形板、和设置于内环形板外围的外环形板；所述内环形板和外环形板之间构成涡流腔，涡流腔内容置若干个可相互旋转运动的涡流吸附球；所述涡流吸附球上开设若干个贯通的螺旋通孔；所述第二伺服电机与搅拌桨连接；所述搅拌桨位于内环形板形成的圆柱形区域内；所述负压腔底部通过导流管与储液腔连通；

沿所述传送带移动方向的侧下方设置分离组件；所述分离组件包括固定于基座上的内桶、环绕于内桶外的外桶和第一伺服电机；所述第一伺服电机通过第三安装座固定于顶板上，第一伺服电机的旋转轴与内桶相连；所述内桶的筒体上开设若干个通孔，筒体顶部的开口处设置限位竖板和与传送带接触相连的导流板；所述限位竖板和导流板之间构成V型进口；所述内桶外部和外桶内部之间的区域通过出液管与储液腔连通，内桶底部与排污管连通；所述基座和顶板之间安装四根缓冲柱；所述缓冲柱的两端分别与第三弹簧固定连接，且缓冲柱的一端通过上底座与顶板连接，其另一端通过下底座固定于基座上；

所述传送辊为镂空的金属管结构，其上开设若干个第二通孔，所述传送辊与外部电机轴连接；

所述传送辊上均匀焊接若干个呈弧形状的导流片；所述导流片弧形状的最凹处开设若干个网格孔。

2.根据权利要求1所述的钻井液泥浆负压筛装置，其特征在于：所述第二振动组件包括固定于第二安装座内的第二直线电机；所述第二直线电机的输出轴与传动板连接；所述第二直线电机的两侧均设置一个凹型底座，凹型底座外套设第二限位罩，凹型底座内容置一根传动轴，传动轴下方套设第二弹簧，其另一端穿过第二限位罩与传动板相连。

3.根据权利要求1所述的钻井液泥浆负压筛装置，其特征在于：所述加速板上竖直开设若干条纵向导流槽，第二伺服电机安装于第四安装座内。

4.根据权利要求1所述的钻井液泥浆负压筛装置，其特征在于：所述储液腔上开设排液管。

5.一种根据权利要求1-4任一所述的钻井液泥浆负压筛装置的分离方法，其特征在于，包括：

S1、将钻井液泥浆导入输送管道，输送管道振动，加速分离钻井液泥浆中的液体部分和固体泥浆部分；

S2、分离后的固体泥浆部分流经传送辊，传送辊旋转运动，分离固体泥浆部分中的液体部分和固体部分；

S3、S2中的固体部分在导流片的引流牵引下，平顺展开，并导入传送带上；

S4、传送带传送S3中的固体部分，传动板带动传送带振动，同时，抽出负压腔中的空气，加速抽离固体部分中的液体；

S5、抽离后的液体进入负压腔，流经涡流吸附球，形成若干个局部涡流力场，加速液体中的固体杂质进入螺旋通孔，并分离固体杂质；

S6、传送带将固体杂质无缝导入分离组件，旋转产生离心力，将固体杂质中的液体分离；

S7、将S5和S6中分离后的液体导入储液腔，完成钻井液泥浆的固液分离。

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