CN114687686B - 一种钻探泥浆配方及自动化泥浆循环净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻探泥浆配方及自动化泥浆循环净化装置，涉及钻探泥浆技术领域；具体包括调制泥浆原材料，所述调制泥浆原材料包括以下百分比组成分：清水1000份、膨润土20份、聚丙烯酰胺4份、植物胶4份、腐植酸钾6份、羧甲基纤维素钠盐3份、铬铁木质素磺酸钠盐3份、碳酸钠4份、重晶石细粉4份、干锯末3份、石棉4份和聚丙烯酰胺絮凝剂5份。本发明通过选用优质的膨润土，可有效使得浆液具有相对密度低、粘度低、砂量少、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力强、钻具回转阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点；且通过使用羧甲基纤维素钠盐可增加泥浆粘性，使土层表面形成薄膜而防护孔壁剥落并有降低失水量的作用。
Description
技术领域
本发明涉及钻探泥浆技术领域，尤其涉及一种钻探泥浆配方及自动化泥浆循环净化装置。
背景技术
水文水井钻探是探测和开采地下水资源的重要手段之一，对于社会主义建设、改造大自然具有重要意义。近年来，随着山东省工业化、城镇化进程加速推进，山东省人均用水量逐年攀升，因此，需要依赖水文钻井寻求开发地下水资源来解决此类问题；然而，大量的开发利用地下水资源，导致地下水位逐年下降，且建井越深，钻遇地层就越复杂。这样不仅需要研制开发一大批钻探新技术、新方法，而且还需要将这些新技术、新方法及时推广应用到实际工程中去。
当前水文地质井钻探施工过程中，从井底返回地面的泥浆中含有大量的岩屑和砂粒，经过人工捞砂、泥浆池和沉淀池的自然沉降，其中的固相颗粒只能稍稍减少，继续使用这种泥浆，必然会有相当一部分岩屑和砂粒随泥浆进入钻井泵，并被再次送入井底，造成钻井泵易损件和钻头寿命大大缩短，钻头进尺减少，钻速显著降低，甚至会造成钻进过程中钻杆遇卡事故；并且由于泥浆流经地面以下的泥浆池、沉淀池，再次循环使用，在这种循环过程中，很难避免泥浆中有害物质对周围土壤的侵染，作为环保施工达不到要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种钻探泥浆配方及自动化泥浆循环净化装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种钻探泥浆配方及自动化泥浆循环净化装置，包括调制泥浆原材料，所述调制泥浆原材料包括以下百分比组成分：清水1000份、膨润土20份、聚丙烯酰胺4份、植物胶4份、腐植酸钾6份、羧甲基纤维素钠盐3份、铬铁木质素磺酸钠盐3份、碳酸钠4份、重晶石细粉4份、干锯末3份、石棉4份和聚丙烯酰胺絮凝剂5份。
优选地：所述调制泥浆原材料用量计算公式为：
M=Vρ1=（ρ2-ρ3）/（ρ1-ρ2）-ρ1。
进一步地：所述调制泥浆原材料包括以下步骤：
S1：向配比搅拌设备中的搅拌桶内倒入桶体积的80%清水，并开启配比搅拌设备，在此期间，依次倒入膨润土、聚丙烯酰胺、植物胶、腐植酸钾、羧甲基纤维素钠盐、铬铁木质素磺酸钠盐、碳酸钠、重晶石细粉、干锯末、石棉和聚丙烯酰胺絮凝剂，且搅拌时间在40-50mim；
S2：将上述搅拌后的浆液放入到大泥浆池中以待用，随后，重复操作，制备泥浆液，并将制得的泥浆液倒入到大泥浆池中来供钻探循环使用；
S3：在重复制备浆液的过程中，根据现场浆液的粘度变化不断向大泥浆池中补加新鲜浆液；
S4：随着浆液循环次数的递增，根据含砂量的百分比的极限值，来更换整个大泥浆池，重新配制；
S5：在浆液循环过程中，将大泥浆池内的泥浆导入到自动化泥浆循环净化设备中，且对大泥浆池的一侧开有浆液出口，并设置沉沙池，安排人员定时清理砂粒和钻屑。
在前述方案的基础上：所述含砂量百分比极限值为4%。
一种钻探泥浆的自动化泥浆循环净化装置，包括底桶、初滤箱和主滤桶，底桶通过螺纹与主滤桶的底部相连接，初滤箱通过螺栓与底桶底部外壁相连接，所述主滤桶的底部内壁设置有隔离桶，且底桶和主滤桶内分别设置有弧形往复机构和圆周运动机构，且弧形往复机构的摆动端设置有两个L型滤板圆周运动机构的旋转端设置有颗粒吸附组件，所述弧形往复机构和圆周运动机构的驱动端通过齿啮组件相连接。
作为本发明进一步的方案：所述主滤桶的一侧外壁通过导料管与初滤箱相连接，且初滤箱的一侧外壁设置有进料管。
同时，所述圆周运动机构包括滑杆、滑块、半圆安装板、L型导接板、连接轴和转板；
滑杆，滑杆的两端分别设置于主滤桶的顶部两侧内壁上；
滑块，滑块滑动连接于滑杆的外表面上；
L型导接板，L型导接板通过旋转轴连接于滑块的底部；
连接轴，连接轴设置于L型导接板的底部中间。
作为本发明的一种优选的：所述半圆安装板设置于L型导接板的一端底部，且颗粒吸附组件通过螺栓与半圆安装板的底部相连接；
转板，转板设置于连接轴的底部圆周上，转板的一端设置有导接轴，且导接轴的圆周通过轴承固定有固定板。
同时，所述弧形往复机构包括U型板、伺服电机、摆动板、联动板、内齿、驱动齿、外齿、导孔和不完全齿；
U型板，U型板设置于固定板的底部外壁上；
伺服电机，伺服电机通过支板固定于U型板的一侧外壁上；
不完全齿，不完全齿用过螺纹连接于伺服电机的输出端，伺服电机输出端的圆周通过螺纹有导环；
联动板，联动板通过导孔滑动连接于导环的圆周上；
两排内齿，两排内齿焊接于联动板顶部和底部内壁上，不完全齿与两排内齿相互啮合；
摆动板，伺服电机的输出端设置有安装轴，且摆动板设置于安装轴的端部，摆动板底部两侧通过扭簧与两个L型滤板相连接,两个L型滤板置于初滤箱的内部，且初滤箱的顶部外壁开有滑槽，L型滤板与滑槽形成滑动配合；
外齿，三个以上的外齿焊接于联动板的底部外壁上；
驱动齿，驱动齿通过转杆转动连接于U型板的底部，且驱动齿与外齿相互啮合。
作为本发明的一种更优的方案：所述导接轴的底部外壁设置有主齿轮，安装轴的端部设置有次齿轮，主齿轮和次齿轮相互啮合。
本发明的有益效果为：
1.该一种钻探泥浆配方及自动化泥浆循环净化装置，通过选用优质的膨润土，可有效使得浆液具有相对密度低、粘度低、砂量少、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力强、钻具回转阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点；且通过使用羧甲基纤维素钠盐可增加泥浆粘性，使土层表面形成薄膜而防护孔壁剥落并有降低失水量的作用；同时，通过使用铬铁木质素磺酸钠盐，可改善因混杂有土，砂粒、碎、卵石及盐分等而变质的泥浆性能，可使钻渣等颗粒聚集而加速沉淀，改善护壁泥浆性能，使其继续循环使用。
2.该一种钻探泥浆配方及自动化泥浆循环净化装置，在浆液中加有聚丙烯酰胺絮凝剂，可在泥浆循环中能清除劣质钻屑，保存造浆的膨润土粒，它具有低固相、低相对密度、低失水、低矿化、泥浆触变性能强的特点；且在浆液中加入干锯末、石棉等纤维物质，有效防止了泥浆渗水，且提高泥浆的循环效果。
3.该一种钻探泥浆配方及自动化泥浆循环净化装置，当导接轴通过齿啮组件带动转板旋转时，转板带动了连接轴进行圆周运动，而旋转的连接轴拉动L型导接板做圆周运动，在此过程中，L型导接板底部一端的滑块正好在滑杆上滑动，从而完成了L型导接板底部半圆安装板在自转的同时绕着隔离桶进行旋转，由此，保证了半圆安装板底部的颗粒吸附组件对主滤桶内的泥浆进行全面的吸附，避免了主滤桶内部泥浆液净化过滤不全面而影响泥浆循环工作。
4.该一种钻探泥浆配方及自动化泥浆循环净化装置，通过启动伺服电机，伺服电机带动不完全齿旋转，而不完全齿在旋转时，与联动板内的两排内齿相互联动，带动了导环在联动板内侧的导孔内进行左右滑动，此时，往复移动的联动板底部外齿带动了驱动齿进行顺逆时针旋转，从而有效带动了摆动板进行弧形运动，带动了其底部的两个L型滤板进行弧形摆动，而进入到初滤箱内的泥浆，会被连续交叉的L型滤板进行有效初滤，保证了泥浆的净化质量，伺服电机带动了安装轴端部的次齿轮旋转，旋转的次齿轮通过与主齿轮啮合关系，有效带动了导接轴旋转，从而有效保证了泥浆的初滤和主滤桶内部的主滤进行同步工作，提高了泥浆循环净化的效率。
5.该一种钻探泥浆配方及自动化泥浆循环净化装置，通过L型滤板顶部的扭簧可通过伸缩弹力，对初滤箱的内壁击打，从而有效避免了初滤箱内壁泥浆吸附的问题。
附图说明
图1为本发明提出的一种钻探泥浆配方中调制泥浆原材料的流程示意图；
图2为本发明提出的一种钻探泥浆的自动化泥浆循环净化装置的主视结构示意图；
图3为本发明提出的一种钻探泥浆的自动化泥浆循环净化装置的俯视结构示意图；
图4为本发明提出的一种钻探泥浆的自动化泥浆循环净化装置中圆周运动机构和弧形往复机构联动的主视结构示意图；
图5为本发明提出的一种钻探泥浆的自动化泥浆循环净化装置中圆周运动机构和弧形往复机构联动的背面结构示意图；
图6为本发明提出的一种钻探泥浆的自动化泥浆循环净化装置中弧形往复机构的局部结构示意图。
图中：1、底桶；2、初滤箱；3、进料管；4、主滤桶；5、导料管；6、隔离桶；7、滑杆；8、滑块；9、半圆安装板；10、L型导接板；11、连接轴；12、转板；13、固定板；14、U型板；15、伺服电机；16、导接轴；17、主齿轮；18、次齿轮；19、L型滤板；20、摆动板；21、联动板；22、内齿；23、驱动齿；24、外齿；25、导孔；26、不完全齿。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本专利和简化描述，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专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
实施例1：
一种钻探泥浆配方，包括调制泥浆原材料，且调制泥浆原材料包括以下百分比组成分：清水1000份、膨润土20份、聚丙烯酰胺4份、植物胶4份、腐植酸钾6份、羧甲基纤维素钠盐3份、铬铁木质素磺酸钠盐3份、碳酸钠4份、重晶石细粉4份、干锯末3份、石棉4份和聚丙烯酰胺絮凝剂5份。
所述调制泥浆原材料用量计算公式为：
M=Vρ1=（ρ2-ρ3）/（ρ1-ρ2）-ρ1；
式中：M—每m³泥浆所需原料的重量（t），V—每m³泥浆所需原料的体积（m³），ρ1的的密度（t/m³），ρ2—要求的泥浆密度（t/m³），ρ2=Vρ1t（1-v）ρ3，ρ3—水的密度，取ρ3=1t/m³。
如图1所示，所述调制泥浆原材料包括以下步骤：
S1：向配比搅拌设备中的搅拌桶内倒入桶体积的80%清水，并开启配比搅拌设备，在此期间，依次倒入膨润土、聚丙烯酰胺、植物胶、腐植酸钾、羧甲基纤维素钠盐、铬铁木质素磺酸钠盐、碳酸钠、重晶石细粉、干锯末、石棉和聚丙烯酰胺絮凝剂，且搅拌时间在40-50mim；
S2：将上述搅拌后的浆液放入到大泥浆池中以待用，随后，重复操作，制备泥浆液，并将制得的泥浆液倒入到大泥浆池中来供钻探循环使用；
S3：在重复制备浆液的过程中，根据现场浆液的粘度变化不断向大泥浆池中补加新鲜浆液；
S4：随着浆液循环次数的递增，根据含砂量的百分比的区间值，来更换整个大泥浆池，重新配制；
S5：在浆液循环过程中，将大泥浆池内的泥浆导入到自动化泥浆循环净化设备中，且对大泥浆池的一侧开有浆液出口，并设置沉沙池，安排人员定时清理砂粒和钻屑；
所述含砂量百分比的区间值在2-4%。
通过选用优质的膨润土，可有效使得浆液具有相对密度低、粘度低、砂量少、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力强、钻具回转阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点；且通过使用羧甲基纤维素钠盐可增加泥浆粘性，使土层表面形成薄膜而防护孔壁剥落并有降低失水量的作用；同时，通过使用铬铁木质素磺酸钠盐，可改善因混杂有土，砂粒、碎、卵石及盐分等而变质的泥浆性能，可使钻渣等颗粒聚集而加速沉淀，改善护壁泥浆性能，使其继续循环使用。
在浆液中加有聚丙烯酰胺絮凝剂，可在泥浆循环中能清除劣质钻屑，保存造浆的膨润土粒，它具有低固相、低相对密度、低失水、低矿化、泥浆触变性能强的特点；且在浆液中加入干锯末、石棉等纤维物质，有效防止了泥浆渗水，且提高泥浆的循环效果。
实施例2：
一种钻探泥浆的自动化泥浆循环净化装置，为了对大泥浆池中泥浆液进行循环净化，本实施例在实施例1的基础上作出以下改进：如图2-6所示，包括底桶1、初滤箱2和主滤桶4，底桶1通过螺纹与主滤桶4的底部相连接，初滤箱2通过螺栓与底桶1底部外壁相连接，所述主滤桶4的底部内壁通过螺纹连接有隔离桶6，且底桶1和主滤桶4内分别设置有弧形往复机构和圆周运动机构，且弧形往复机构的摆动端设置有两个L型滤板19圆周运动机构的旋转端设置有颗粒吸附组件，所述弧形往复机构和圆周运动机构的驱动端通过齿啮组件相连接。
所述主滤桶4的一侧外壁通过导料管5与初滤箱2相连接，且初滤箱2的一侧外壁通过螺纹连接有进料管3。
所述圆周运动机构包括滑杆7、滑块8、半圆安装板9、L型导接板10、连接轴11和转板12；
滑杆7，滑杆7的两端分别通过螺栓固定于主滤桶4的顶部两侧内壁上；
滑块8，滑块8滑动连接于滑杆7的外表面上；
L型导接板10，L型导接板10通过旋转轴连接于滑块8的底部；
连接轴11，连接轴11通过螺纹连接于L型导接板10的底部中间；
半圆安装板9，半圆安装板9通过螺纹连接于L型导接板10的一端底部，且颗粒吸附组件通过螺栓与半圆安装板9的底部相连接；L型导接板10底部一端的滑块8可正好在滑杆7上滑动，从而完成了L型导接板10底部半圆安装板9在自转的同时绕着隔离桶6进行旋转。
转板12，转板12通过螺纹连接于连接轴11的底部圆周上，转板12的一端通过螺纹连接有导接轴16，且导接轴16的圆周通过轴承固定有固定板13；当导接轴16通过齿啮组件带动转板12旋转时，转板12带动了连接轴11进行圆周运动，而旋转的连接轴11拉动L型导接板10做圆周运动。
在此过程中，保证了半圆安装板9底部的颗粒吸附组件对主滤桶4内的泥浆进行全面的吸附，避免了主滤桶4内部泥浆液净化过滤不全面而影响泥浆循环工作。
所述弧形往复机构包括U型板14、伺服电机15、摆动板20、联动板21、内齿22、驱动齿23、外齿24、导孔25和不完全齿26；
U型板14，U型板14通过螺栓连接于固定板13的底部外壁上；
伺服电机15，伺服电机15通过支板固定于U型板14的一侧外壁上；
不完全齿26，不完全齿26用过螺纹连接于伺服电机15的输出端，伺服电机15输出端的圆周通过螺纹有导环；
联动板21，联动板21通过导孔25滑动连接于导环的圆周上；
两排内齿22，两排内齿22焊接于联动板21顶部和底部内壁上，不完全齿26与两排内齿22相互啮合；启动伺服电机15，伺服电机15带动不完全齿26旋转，而不完全齿26在旋转时，与联动板21内的两排内齿22相互联动，带动了导环在联动板21内侧的导孔25内进行左右滑动。
摆动板20，伺服电机15的输出端通过螺纹连接有安装轴，且摆动板20通过螺纹连接于安装轴的端部，摆动板20底部两侧通过扭簧与两个L型滤板19相连接,两个L型滤板19置于初滤箱2的内部，且初滤箱2的顶部外壁开有滑槽，L型滤板19与滑槽形成滑动配合；
外齿24，三个以上的外齿24焊接于联动板21的底部外壁上；
驱动齿23，驱动齿23通过转杆转动连接于U型板14的底部，且驱动齿23与外齿24相互啮合；往复移动的联动板21底部外齿24带动了驱动齿23进行顺逆时针旋转，从而有效带动了摆动板20进行弧形运动，带动了其底部的两个L型滤板19进行弧形摆动，而进入到初滤箱2内的泥浆，会被连续交叉的L型滤板19进行有效初滤，而在此过程中，L型滤板19顶部的扭簧可通过伸缩弹力，对初滤箱2的内壁击打，从而有效避免了初滤箱2内壁泥浆吸附的问题。
当伺服电机15带动了安装轴端部的次齿轮18旋转，旋转的次齿轮18通过与主齿轮17啮合关系，有效带动了导接轴16旋转，从而有效保证了泥浆的初滤和主滤桶4内部的主滤进行同步工作，提高了泥浆循环净化的效率。
所述导接轴16的底部外壁通过螺纹连接有主齿轮17，安装轴的端部通过螺纹连接有次齿轮18，主齿轮17和次齿轮18相互啮合。
本实施例在使用时,通过伺服电机15带动不完全齿26旋转，旋转的不完全齿26与联动板21内的两排内齿22相互联动，带动了导环在联动板21内侧的导孔25内进行左右滑动，而往复移动的联动板21底部外齿24带动了驱动齿23进行顺逆时针旋转，促进了摆动板20进行弧形运动，且带动了其底部的两个L型滤板19进行弧形摆动，而进入到初滤箱2内的泥浆；
同时，伺服电机15带动了安装轴端部的次齿轮18旋转，旋转的次齿轮18带动了主齿轮17内环的导接轴16旋转；
此时，导接轴16带动转板12旋转，转板12带动了连接轴11进行圆周运动，进而拉动L型导接板10做圆周运动，在此期间，L型导接板10底部一端的滑块8正好在滑杆7上滑动，完成了L型导接板10底部半圆安装板9在自转的同时绕着隔离桶6进行旋转，使得半圆安装板9底部的颗粒吸附组件对主滤桶4内的泥浆的颗粒物进行全面的吸附。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种钻探泥浆的自动化泥浆循环净化装置，包括底桶（1）、初滤箱（2）和主滤桶（4），底桶（1）通过螺纹与主滤桶（4）的底部相连接，初滤箱（2）通过螺栓与底桶（1）底部外壁相连接，其特征在于，所述主滤桶（4）的底部内壁设置有隔离桶（6），且底桶（1）和主滤桶（4）内分别设置有弧形往复机构和圆周运动机构，且弧形往复机构的摆动端设置有两个L型滤板（19）圆周运动机构的旋转端设置有颗粒吸附组件，所述弧形往复机构和圆周运动机构的驱动端通过齿啮组件相连接，主滤桶（4）的一侧外壁通过导料管（5）与初滤箱（2）相连接，且初滤箱（2）的一侧外壁设置有进料管（3）；
所述圆周运动机构包括滑杆（7）、滑块（8）、半圆安装板（9）、L型导接板（10）、连接轴（11）和转板（12），滑杆（7）的两端分别设置于主滤桶（4）的顶部两侧内壁上，滑块（8）滑动连接于滑杆（7）的外表面上，L型导接板（10）通过旋转轴连接于滑块（8）的底部，连接轴（11）设置于L型导接板（10）的底部中间，半圆安装板（9）设置于L型导接板（10）的一端底部，且颗粒吸附组件通过螺栓与半圆安装板（9）的底部相连接，转板（12）设置于连接轴（11）的底部圆周上，转板（12）的一端设置有导接轴（16），且导接轴（16）的圆周通过轴承固定有固定板（13）；
所述弧形往复机构包括U型板（14）、伺服电机（15）、摆动板（20）、联动板（21）、内齿（22）、驱动齿（23）、外齿（24）、导孔（25）和不完全齿（26），U型板（14）设置于固定板（13）的底部外壁上，伺服电机（15）通过支板固定于U型板（14）的一侧外壁上，不完全齿（26）通过螺纹连接于伺服电机（15）的输出端，伺服电机（15）输出端的圆周通过螺纹连接有导环，联动板（21）通过导孔（25）滑动连接于导环的圆周上，两排内齿（22）焊接于联动板（21）顶部和底部内壁上，不完全齿（26）与两排内齿（22）相互啮合，驱动齿（23）通过转杆转动连接于U型板（14）的底部，伺服电机（15）的输出端设置有安装轴，且摆动板（20）设置于转杆的端部，摆动板（20）底部两侧通过扭簧与两个L型滤板（19）相连接,两个L型滤板（19）置于初滤箱（2）的内部，且初滤箱（2）的顶部外壁开有滑槽，L型滤板（19）与滑槽形成滑动配合，三个以上的外齿（24）焊接于联动板（21）的底部外壁上，驱动齿（23）与外齿（24）相互啮合，导接轴（16）的底部外壁设置有主齿轮（17），安装轴的端部设置有次齿轮（18），主齿轮（17）和次齿轮（18）相互啮合。
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