CN114749043A - 一种油田钻井液泡沫发生器 - Google Patents

Abstract

一种油田钻井液泡沫发生器，包括搅拌器、内层筒、中层筒、外层筒，内层筒一体化套设于外层筒内部并整体固定在泡沫发生器内部空间中，且内层筒和外层筒之间设置有中层筒，使得内层筒、中层筒和外层筒形成多层套筒，且中层筒能够绕所述多层套筒中轴转动，多层套筒将泡沫发生器内部空间分为混合腔与集泡腔，且混合腔中设置有带有喷头的搅拌器，能够在对混合腔中喷液的同时进行搅拌，各筒层上均设置有筛泡孔，各筒层的筛泡孔能够组合形成连通混合腔与集泡腔的通孔；泡沫发生器可根据油田施工的需要对泡沫平均大小进行控制，保证了泡沫钻井液的稳定性，泡沫发生器中设置的搅拌器上带有喷头，可在喷液的同时实现搅拌混合。

Description

一种油田钻井液泡沫发生器

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种油田钻井液泡沫发生器。

背景技术

泡沫钻井液是一种将气体分散在液体中的分散体系，一般情况下，气体以不连续相的形式分散在呈连续相的液体当中，当泡沫中气体含量较低时，以小球型均匀分布，当气体含量较高时，则可能呈现接触的多面体结构；作为一种低密度钻井流体，其静液柱压力较低，泡沫钻井液有利于提高钻井速度、减少产层污染、有利于防止井漏，并具有较强的固体携带能力，因此泡沫钻井液被广泛应用于低压、易漏失地层的勘探开发中。

就其本质而言，钻井液中的泡沫亦是一种热力学不稳定体系，因此在制备泡沫钻井液时，需要通过调节配方等方式，在钻井液中引入泡沫稳定剂，如增粘或提高气泡薄膜质量，来增加泡沫的稳定性，起到维持泡沫钻井液稳定性的作用。

另一方面，由于泡沫钻井液是气体分散在液体中的分散体系，液体中的气体总是存在聚集倾向，根据Laplace方程可知，小泡中的气体压力高于大泡中的气体压力，于是小泡中的气体存在透过液膜扩散到邻近大泡中的趋势，使得小泡融入邻近大泡当中，引发泡沫液膜上出现重力排液等现象，导致局部液膜强度下降，从而引起泡沫破裂。

可以看到，气泡的合并是泡沫破裂的主要原因之一，而大型泡沫的存在将加速这一过程，大型泡沫大量存在时，将导致泡沫体系的稳定性显著降低，影响泡沫钻井液的使用效果，因而对于泡沫钻井液中泡沫平均大小的控制也是维持泡沫钻井液效果的重要因素，而目前的泡沫钻井液发生装置并未设置有相关控制泡沫钻井液中泡沫平均大小的功能。

发明内容

鉴于此，本发明目的在于提供一种油田钻井液泡沫发生器，在充分混合气液相生成泡沫钻井液的同时，能够根据需要对泡沫钻井液中的泡沫平均大小进行控制，从而提高泡沫钻井液的稳定性。

为解决上述至少一个技术问题，本发明提供的技术方案是，

提供一种油田钻井液泡沫发生器，本泡沫发生器为设置有气体入口和泡沫出口的中空容器，且泡沫发生器连接在增压系统上，泡沫发生器还包括搅拌器、内层筒、中层筒、外层筒，其中，内层筒、中层筒和外层筒均为至少有一侧开口的箱状结构，内层筒一体化套设于外层筒内部且两者整体固定在泡沫发生器内部空间中，内层筒和外层筒之间设置有动力夹层，中层筒套设在动力夹层中，使得内层筒、中层筒和外层筒形成开口位于同侧的多层套筒，且中层筒能够绕所述多层套筒中轴转动，所述多层套筒将泡沫发生器内部空间分为混合腔与集泡腔，混合腔包括所述多层套筒内部，且混合腔中设置有带有喷头的搅拌器，能够在对混合腔中喷液的同时进行搅拌，内层筒、中层筒和外层筒上均设置有筛泡孔，且各筒层的筛泡孔能够组合形成连通混合腔与集泡腔的较大筛泡孔。

本发明的一种实施方式在于，搅拌器为带有至少一个喷头的管状结构，搅拌器在混合腔中的部分沿其管状结构侧面径向设置有搅拌桨叶，其喷头正对所述多层套筒开口，且搅拌器穿出至泡沫发生器外部，能够通过外部驱动机构驱动绕其管状结构中轴自转，并依次经所述管状结构和喷头向混合腔内部喷射流体。

进一步的，所述中层筒、外层筒上的的筛泡孔沿搅拌桨叶转动方向同侧倾斜。

进一步的，所述混合腔中设置有分流块，分流块为至少有部分是连续变径结构的柱体，所述变径结构的直径最小处正对指向所述喷头，且相对于所述变径结构中其他部分距离喷头最近。

进一步的，所述混合腔中设置有旋流段，旋流段为槽体结构，套设在分流块上，槽体开口面对搅拌器喷头，所述槽体结构底端与分流块上直径非最小处接触。

进一步的，所述旋流段为圆弧槽。

进一步的，所述气体入口所在的平面垂直于搅拌器喷头的流体喷射方向，且气体入口指向分流块。

本发明的另一种实施方式在于，所述内层筒上的筛泡孔至少有部分为变径结构，且内层筒上的筛泡孔直径最小端与中层筒上的筛泡孔相连。

本发明的另一种实施方式在于，所述内层筒和外层筒之间的动力夹层中设置有转动电机，中层筒上设置有转动齿，转动电机输出端与转动齿啮合，使得中层筒能够绕所述多层套筒中轴转动。

本发明的另一种实施方式在于，所述泡沫出口上设置有泡沫滤网。

本发明起到的技术效果是：

1、泡沫发生器中生成的泡沫需经过多层套筒筛选后才能进入后续设备，可根据油田施工的需要对泡沫平均大小进行控制，保证了泡沫钻井液的稳定性。

2、泡沫发生器中设置的搅拌器上带有喷头，可在喷液的同时实现搅拌混合，确保制备泡沫钻井液时气液的均匀混合。

3、泡沫发生器中针对搅拌器喷头设置有分流块和旋流段，可有效生成旋流，且气体入口与旋流运动方向的切线垂直，提高了气体与液体的混合效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式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是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中A处放大的结构示意图；

图3是本发明中筛泡孔为竖直状态下中层筒的移动状态示意图；

图4是本发明中筛泡孔为倾斜状态下中层筒的移动状态示意图；

图5是本发明中筛泡孔的倾斜方向示意图；

图中1-泡沫发生器、2-混合腔、3-集泡腔、4-分流块、5-旋流段、6-气体入口、7-泡沫出口、8-泡沫滤网、9-搅拌器、10-内层筒、11-中层筒、12-外层筒、13-筛泡孔、14-动力夹层、15-转动电机、16-转动齿、17-转动轴承。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明。

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式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方式。

实施例：

一种油田钻井液泡沫发生器，包括气体入口6和泡沫出口7，气体入口6用于向泡沫发生器中注入产生泡沫的气体，与液体在泡沫发生器中完成混合之后经泡沫出口7排出，且泡沫发生器1连接在增压系统上，压力条件对于泡沫稳定性具有较大影响，设置增压系统是泡沫钻井液稳定产生的关键点之一。

参见图1，内层筒10、中层筒11和外层筒12均为至少有一侧是开口的箱状结构，本实施例中的内层筒10、中层筒11和外层筒12均为一侧开口的筒状结构，内层筒10一体化套设于外层筒12内部并整体固定在泡沫发生器1内部空间中，如图1所示，本实施例中内层筒10和外层筒12呈一体化穿出泡沫发生器1，使得位于泡沫发生器1内部的内层筒10和外层筒12部分得到固定。

内层筒10和外层筒12之间设置有动力夹层14，中层筒11套设在动力夹层14中，使得内层筒10、中层筒11和外层筒12形成开口位于同侧的多层套筒，且中层筒11能够绕所述多层套筒中轴转动，本实施例中，内层筒10和外层筒12之间的动力夹层14中设置有转动电机15，中层筒11上设置有转动齿16，转动电机15输出端与转动齿16啮合，使得中层筒11能够绕所述多层套筒中轴转动，具体设置方式如图2所示，转动电机15及其底座一并被固定在外层筒12上，成为固定结构，中层筒11的一部分套设在内层筒10上，其上设置有转动齿16，经传动电机15的输出端与转动齿16接触驱动中层筒11绕轴自转，使其能够转动，而中层筒11与转动电机15的底座之间经传动轴承17连接，从而允许其实现绕轴自转，显然，本发明的实施方式也不限于将中层筒11的转动动力源设在动力夹层14中，在一些实施方式中，中层筒11还可以选择以套设在内层筒10上的形式延伸出泡沫发生器1，由外部动力机构对其提供转动动力，从而实现内层筒10和外层筒12保持固定，而中层筒11可以绕多层套筒的中轴转动。

内层筒10、中层筒11和外层筒12上均设置有筛泡孔13，且各筒层的筛泡孔13能够组合形成连通混合腔2与集泡腔3的通孔，筛泡孔13的作用是连通内层筒10、中层筒11和外层筒12组成的多层套筒的内外部分，其数量可根据需要任意设定，在此不作特别限定，值得注意的是，内层筒10、中层筒11和外层筒12中上各自设置的筛泡孔13在数量上需要一一对应，由此构成完整的较大通孔，参见图3，在内层筒10、中层筒11和外层筒12上各筛泡孔13形成完整的较大通孔的条件下，混合腔2中生成的气泡将随钻井液穿过通孔进入集泡腔3中，并连续进入后续设备中，此时，可通过通孔的最大气泡是通孔直径所允许的气泡，由前述可知，中层筒11可以在内层筒10和外层筒12之间绕多层套筒的中轴转动，中层筒11转动后，中层筒11上的筛泡孔13将与内层筒10和外层筒12上的筛泡孔13之间出现错位，使得较大通孔实际内径减小，降低实际容许通过的气泡直径，大于该直径的气泡因接触错位的较大通孔而破裂，只允许小于等于实际容许通过直径的气泡通过，实质进行气泡筛选，从而起到控制气泡平均大小的作用，防止制备的泡沫钻井液中的平均泡沫过大，影响泡沫钻井液的稳定性，中层筒11的转动幅度可根据通孔直径变化和传动电机15驱动幅度之间的关系进行预先确定，实现通过中层筒11的转动动力源控制内层筒10、中层筒11和外层筒12较大通孔的作用。

本实施例中，内层筒10上的筛泡孔13至少有部分为变径结构，且内层筒10上的筛泡孔13直径最小端与中层筒11上的筛泡孔13相连，即内层筒10上的筛泡孔13为漏斗状，便于在搅拌混合过程中捕捉生成的气泡。

多层套筒将泡沫发生器1内部空间分为混合腔2与集泡腔3，混合腔2包括所述多层套筒内部，且混合腔2中设置有带有喷头的搅拌器9，能够在对混合腔2中喷液的同时进行搅拌，参见图1，在本实施例中，搅拌器9为一端是喷头的喷管结构，搅拌器9在混合腔2中的部分沿其管状结构侧面径向设置有搅拌桨叶，其喷头正对所述多层套筒开口，且搅拌器9穿出至泡沫发生器1外部并分别与驱动机构和注液机构相连，注液机构连接在喷头上，能够通过外部驱动机构驱动绕其管状结构中轴自转，并依次经所述管状结构和喷头向混合腔2内部喷射流体，其中，转动注流体的机械结构为现有技术，比如在泡沫发生器1外部采用能够与搅拌器9同步转动的导液管体接入搅拌器9中，具体结构在此不再赘述。

参见图4、图5，在本实施例中，中层筒11、外层筒12上的的筛泡孔13沿搅拌桨叶转动方向同侧倾斜，即中层筒11、外层筒12上的的筛泡孔13可与部分气泡的运动轨迹的倾斜方向相同，便于符合直径筛选的气泡通过较大通孔。

混合腔2中设置有分流块4，分流块4为至少有部分是连续变径结构的柱体，变径结构的直径最小处正对指向所述喷头，且相对于所述变径结构中其他部分距离喷头最近，可以看到，分流块4可以是缩径圆台、缩径棱柱、圆锥或棱锥等结构，参见图1，本实施例中采用的是圆锥结构，其最小端正对喷头，当喷头向混合腔2中喷钻井液液体流时，液体流将首先接触圆锥尖端，并被其斜面向各个方向分散，从而将液体流分散开。

混合腔2中设置有旋流段5，旋流段5为槽体结构，套设在分流块4上，槽体开口面对搅拌器9喷头，所述槽体结构底端与分流块4上直径非最小处接触，这样的设置将使得经分流块4分散开的液体流接触旋流段5槽体结构的内壁后，产生转向，转向后的液体流运动方向将重新指向搅拌器9喷头一侧，与喷头喷入的泡沫钻井液流体方向基本相反，从而实现搅拌器9喷头喷出流体在混合腔2中的充分混合，本实施例中，旋流段5为圆弧槽，从而有效保证分流块4分散后的流体能够形成旋流，进一步提高混合效果。

参见图1，气体入口6所在的平面垂直于搅拌器9喷头的流体喷射方向，且气体入口6指向分流块4，气体入口6的喷气方向将垂直于前述由旋流段5产生的旋流某一点的切线方向，从而提高气体与液体流的混合效果。

泡沫出口7上设置有泡沫滤网8，根据对其的孔径设置，一方面可起到进一步筛选泡沫的作用，同时还可防止混合得到的泡沫钻井液中的部分杂质进入后续流程中。

本发明在使用时：

将泡沫钻井液的液相经搅拌器9注入混合腔2中，气体入口6向混合腔2中注入泡沫钻井液的气相，搅拌器9在注液的同时进行自转混合，泡沫钻井液的液相经分流块4分散后被旋流段5转向，进而产生旋流，在搅拌器9的搅拌作用下，与泡沫钻井液的气相实现充分混合，进而产生大量气泡；

产生的气泡通过内层筒10、中层筒11和外层筒12各自筛泡孔13组成的较大通孔向集泡腔3移动，并经泡沫出口7移动出泡沫发生器1，较大通孔的实际允许通过直径可经过转动中层筒11进行调节，以此控制通过较大通孔的泡沫钻井液中的泡沫平均大小，避免得到的泡沫钻井液因平均泡沫规格较大导致整个体系的稳定性下降，在充分混合的产生泡沫钻井液的同时，维持了所得泡沫钻井液的稳定性。

在本发明的描述中，需指出的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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，不能理解为对本发明的限制。

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实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种油田钻井液泡沫发生器，包括气体入口（6）和泡沫出口（7），且泡沫发生器（1）连接在增压系统上，其特征在于，泡沫发生器（1）还包括搅拌器（9）、内层筒（10）、中层筒（11）、外层筒（12），其中，

内层筒（10）、中层筒（11）和外层筒（12）均为至少有一侧是开口的箱状结构，内层筒（10）一体化套设于外层筒（12）内部且两者整体固定在泡沫发生器（1）内部空间中，内层筒（10）和外层筒（12）之间设置有动力夹层（14），中层筒（11）套设在动力夹层（14）中，使得内层筒（10）、中层筒（11）和外层筒（12）形成开口位于同侧的多层套筒，且中层筒（11）能够绕所述多层套筒中轴转动；

所述多层套筒将泡沫发生器（1）内部空间分为混合腔（2）与集泡腔（3），混合腔（2）包括所述多层套筒内部，且混合腔（2）中设置有带有喷头的搅拌器（9），能够在对混合腔（2）中喷液的同时进行搅拌；

内层筒（10）、中层筒（11）和外层筒（12）上均设置有筛泡孔（13），且各筒层的筛泡孔（13）能够组合形成连通混合腔（2）与集泡腔（3）的通孔。

2.根据权利要求1所述的一种油田钻井液泡沫发生器，其特征在于：所述搅拌器（9）为带有至少一个喷头的管状结构，搅拌器（9）在混合腔（2）中的部分沿其管状结构的侧面径向设置有搅拌桨叶，其喷头正对所述多层套筒开口，且搅拌器（9）穿出至泡沫发生器（1）外部，能够通过外部驱动机构驱动绕其管状结构中轴自转，并依次经所述管状结构和喷头向混合腔（2）内部喷射流体。

3.根据权利要求2所述的一种油田钻井液泡沫发生器，其特征在于：所述中层筒（11）、外层筒（12）上的的筛泡孔（13）沿搅拌桨叶转动方向同侧倾斜。

4.根据权利要求2所述的一种油田钻井液泡沫发生器，其特征在于：所述混合腔（2）中设置有分流块（4），分流块（4）为至少有部分是连续变径结构的柱体，所述变径结构的直径最小处正对指向所述喷头，且相对于所述变径结构中其他部分距离喷头最近。

5.根据权利要求4所述的一种油田钻井液泡沫发生器，其特征在于：所述混合腔（2）中设置有旋流段（5），旋流段（5）为槽体，套设在分流块（4）上，槽体开口面对搅拌器（9）喷头，所述槽体底端与分流块（4）上直径非最小处接触。

6.根据权利要求5所述的一种油田钻井液泡沫发生器，其特征在于：所述旋流段（5）为圆弧槽。

7.根据权利要求5所述的一种油田钻井液泡沫发生器，其特征在于：所述气体入口（6）所在的平面垂直于搅拌器（9）喷头的流体喷射方向，且气体入口（6）指向分流块（4）。

8.根据权利要求1所述的一种油田钻井液泡沫发生器，其特征在于：所述内层筒（10）上的筛泡孔（13）至少有部分为变径结构，且内层筒（10）上的筛泡孔（13）直径最小端与中层筒（11）上的筛泡孔（13）相连。

9.根据权利要求1所述的一种油田钻井液泡沫发生器，其特征在于：所述内层筒（10）和外层筒（12）之间的动力夹层（14）中设置有转动电机（15），中层筒（11）上设置有转动齿（16），转动电机（15）输出端与转动齿（16）啮合，使得中层筒（11）能够绕所述多层套筒中轴转动。

10.根据权利要求1所述的一种油田钻井液泡沫发生器，其特征在于：所述泡沫出口（7）上设置有泡沫滤网（8）。

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