CN1331785C - 钻井泥浆回收净化再利用装置及泥浆净化回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井泥浆回收净化再利用装置，由一个贮存罐与振动筛相接，振动筛与水力旋流器相接，水力旋流器与第一级离心机相接，离心机与微波炉相接，微波炉与粉碎机相接，粉碎机与自动包装机相接组成装置。回收方法：将钻井后废弃泥浆存入贮存罐中；通过管道将废弃泥浆送入振动筛进行粗净化，再通过泥浆泵将泥浆送入水力旋流器分离，分离出颗粒经水力旋流器下端口排出，分离出泥浆送入离心机过滤和净化。经过充分过滤、净化泥浆经微波炉装置干燥后再被自动粉碎，包装回收。整套装置具有结构简单，使用方便，造价低，泥浆重复利用，不浪费土地资源，无污染隐患。废泥浆被净化再利用，每年有亿元经济效益，环境保护效益高。

Description

钻井泥浆回收净化再利用装置及泥浆净化回收方法

技术领域

本发明涉及地质勘探泥浆回收，特别适用钻井泥浆回收净化再利用的装置及泥浆净化回收方法。

背景技术

我国每年新钻油气井几千口，每口油气井完井后产生的废泥浆大约有70～80立方米，含水率高达60％以上。这种废泥浆是一种包含多种有害物质的混合物，可直接造成土壤板结，使植物难从土壤中吸收水分，不利于植物的生长。废钻井液中的有机组分，因含有油类和木质素磺酸盐对植物的毒害最大。废钻井液中的杀菌剂，因含有荃和胺等有毒成分，对鱼类、鸟类造成危害，对环境存在潜在的毒性。泥浆中的重金属离子在土壤中，可与土壤进行复杂的物理、化学、生物作用，如吸附、离子交换、化学沉淀、有机物和微生物降解等。重金属离子向地下渗滤迁移的速度十分缓慢，其向下渗入土壤的深度一般不超过50厘米，随着土壤中有机物的降解，重金属离子可重新污染环境，具有潜在的危害性，对地下饮用水以及海洋生物都会造成一定的影响。由于这些废泥浆的处理难度较大，常堆积在井场附近，造成泥浆配料的浪费和环境的污染，同时占用了宝贵的土地资源。若每口井产生的废泥浆能够被净化再利用，每年可节约近亿元。可见，钻井泥浆净化再利用系统的开发、应用具有显著的经济效益。在生态环境愈来愈被重视的今天，从环境保护的角度上考虑，钻井泥浆净化再利用系统的开发带来的益处更是难以估量的。

目前国内外在处理废钻井泥浆方面的研究甚少，技术尚未成熟，只是做了对钻井液简单的处理工作，但大多都有一定的局限性，存在污染隐患。其处理方法大致有以下几种：

(1)回填法

回填法用从存储坑挖出的土将废钻井液进行填埋。这种方法要求存储坑结构坚实而且不渗透，衬垫材料通常使用塑料软膜，沥青，混凝土及经化学处理的土壤——膨润土掺和物等。在填埋前需要进行脱水等处理，以减少废钻井液的体积。

回填法是最方便的处理方法，但是有害的化学物质的存在有可能对环境造成潜在的危害。

(2)土地耕作法

将脱水后的残余固相均匀的颗粒撒到钻井现场，然后用耕作机械将它们混入土壤。使用该法要求严格控制废钻井液残渣中可溶性盐含量不能超过土壤安全负荷，并且不能在下雨天，坡度大于5％或地下水位太浅的地区实施。

土地耕作法比较适用于淡水钻井液和有机钻井液。但是，由于柴油基和矿物油基废钻井泥浆在土壤中降解速度很快，会对环境造成一定的污染，所以，此类钻井液不易用本方法来处理。

(3)泵入井眼环形空间或安全地层法

该法是一种安全且方便的处理方法，可以及时就地处理废钻井泥浆，而且不需要预处理便可直接泵入井眼环形空间或安全地层，不会给地面留下长期遗患。

该方法可适用于水基油基钻井液，但需注意，泵入地层深度应大于600米，且远离油气区2000米以上，防止注入地层后再反流，否则需用水泥密封。所以该方法具有较大的局限性，在有些地区禁止使用。

(4)固相分离法

目前一般通过加入混凝剂破坏胶体稳定性，再用机械装置将水脱离来实现该方法。

该方法的工艺流程为：将混凝剂加入废钻井液机→搅拌→静置→机械脱水→生成污水和浓缩污泥。机械脱水装置常用离心机、真空过滤机和压滤机。

固液分离后得到的浓缩污泥比脱水前含水量降低，表面变干，体积缩小，可将其就地进行填埋或运送到别处进行填埋，固液分离后得到的污水经处理后可重新用于钻井，也可在达标后就地排放。

(5)化学固化法

由于钻井液含有一定数量的固相物质，可加入一定数量的化学添加剂，与废钻井泥浆发生一系列复杂的物理，化学作用，将废钻井泥浆中有害的成分固化，从而降低其渗滤性及迁移作用，达到防止污染的目的。

固化作业过程是将固化剂直接注入废钻井液池，然后搅拌，让其充分混合。放置几天或几十天后即硬化。硬化处理不仅能防止环境污染，而且还可以生产成固化材料，用于建筑、铺路。

美国，前苏联，欧洲做了较多的工作。国内对废钻井液的化学固化处理基本上是80年代后才发展起来的。目前尚处于借鉴国外技术阶段。

(6)废钻井液的回收利用

将已完井的钻井液经过性能调整后运送到另一新井使用。另外还可以用天然气，原油等热源的喷雾干燥法回收粒状钻井液材料，重复使用。

这种方法虽然避免了环境的污染，但耗损大，特别是会耗损很多的自然资源。

(7)转化为固井水泥浆

泥浆转化为水泥浆技术(MTC技术)是利用具有降滤失性和悬浮性的废钻井液，通过高炉，水淬矿渣，激活剂，使钻井液转化为性能完全和油井泥浆相似的钻井液固化剂。

目前处理废弃钻井泥浆的方法，均存在费用高，费时费力，局限性大，污染隐患大等缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，使用方便，可使被处理物质重复利用，不浪费土地资源，无污染隐患，费用低的钻井泥浆回收净化再利用装置。

本发明的另一目的是提供泥浆净化回收方法。

实现发明目的的技术方案是这样解决的：钻井泥浆回收净化再利用装置，本发明显著的进步在于由一个贮存罐与振动筛相接，振动筛与水力旋流器相接，水力旋流器与第一离心机相接，第一离心机再与第二离心机相接，第二离心机与微波炉相接，微波炉与粉碎机相接，粉碎机与自动包装机相接，共同组成装置。

钻井泥浆净化回收的方法，按下述步骤进行：

a、将钻井后废弃的泥浆存入贮存罐或沉淀池中；

b、再通过管道将钻井后废弃的泥浆送入振动筛进行粗净化，将钻井过程中钻出的大于筛孔直径的岩石除去；

c、再通过泥桨泵将泥浆送入水力旋流器进行分离，分离出的杂质颗粒经水力旋流器下端口排到地面，另一部分泥浆被送入第一离心机进行过滤和净化。过滤和净化后，其中一部分通过经传送带被送入微波炉进行干燥，另一部分还需在串联的第二级离心机再进行深度净化，而被排掉的固相颗粒可当作填料用在建筑上，排出的水通过排水口可用来浇灌农田。经过第二级离心机净化剩余的泥浆再通过另一传送带被送入微波炉进行干燥；

d、经过微波炉干燥后的固相泥浆送入自动粉碎机进行粉碎；

e、自动包装装置将回收的泥浆粉通过自动包装机分袋包装；

f、该装置由中央控制系统和控制器进行两级控制，实现全系统的自动连续作业。

本发明与现有技术相比，具有设备结构简单，使用方便，造价低，可使被处理泥浆重复利用，不浪费土地资源，无污染隐患等突出特点。每年每口井的占地费用达4万元左右。若每口井产生的废泥浆能够净化再利用，又可节省上万元，就这两项每年可节约近亿元，经济效益显著。在生态环境愈来愈被重视的今天，从环境保护的角度上考虑，其社会和经济效益更是难以估量的。因此，钻井泥浆净化再利用系统的开发具有良好的应用前景和实用价值。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为图1的振动筛结构示意图；

图3为图1的水力旋流器示意图；

图4为图1的离心机结构示意图；

图5为图1的一种改进型微波炉结构示意图；

图6为图1的新型粉碎机结构示意图；

图7为图6的刀片及刀架简图结构示意图；

图8为图1的自动包装工艺流程结构示意图；

图9为图1的控制系统示意框图；

图10为图1的测温电路原理结构示意图；

图11为图1的测速电路原理结构示意图。

具体实施方式

附图为本发明实施例。

下面结合附图对本发明的内容作进一步说明：

a、系统工艺流程

参照图1所示，钻井泥浆回收净化再利用装置，由一个贮存罐1与振动筛2相接，振动筛2与水力旋流器3相接，水力旋流器3与第一级离心机4相接，第一级离心机4再与第二级离心机5相接，第二级离心机5与微波炉6相接，微波炉6与粉碎机7相接，粉碎机7与自动包装机8相接，共同组成装置。由水力旋流器排出口9排出分离出来的杂质颗粒，由第二级离心机排出口10排出深度净化后脱离出的水。

b、输送系统

对液体采用管道输送，由泥浆泵提供能量。对粘稠状液体和固体采用传输带进行自动节拍输送。

c、净化系统

首先通过两级振动筛2，将钻井过程中带出的岩屑颗粒直接排除，排出物可当作沙石使用在建筑上。第二步通过水力旋流器3进一步分离杂质，然后进入第一级离心机4进行深度净化。由离心机排出的粘稠状的泥浆进入微波炉6进行干燥，含有少量分散固相的半纯净水进入第二级离心机5进行最后的净化，由第二级离心机排出的粘稠状的泥浆同样送入微波炉进行干燥，脱离的达标水由该级离心机排出口10排出。

d、干燥系统

采用微波炉6干燥。由槽状金属传送带将泥浆从入口输入微波炉6，进行微波干燥。经干燥后，又将干燥的泥浆由传送带输出，这样就可以连续工作。采用PLC进行控制。在微波炉出口处装有湿度传感器，随时监测着干燥情况。根据湿度的高低来调节磁控管的输出功率和传输速度，实现整个干燥系统的自动控制。

e、自动粉碎包装系统

由传送带传送过来的干燥固体进入粉碎机7进行粉碎，在出口处配有振动筛2进行筛分，将不合格的排出再次返回粉碎机7入口，合格的进入自动包装机8系统进行包装。自动包装系统采用PLC控制器进行控制，实现称重和包装自动化。

1传输系统

1.1泵的选择

根据泥浆的流量小，而且比较均匀，恒定，粘性高等特点选用容积式转子泵。型号：GL型单螺杆泵。特点：容积式转子泵流量比较均匀、恒定、范围适合，结构简单，造价低，体积小，重量轻，安装检修方便适用于中低压力，中小流量尤其适用于粘性高的介质。

GL型单螺杆泵流量：0.63～65m³/h

出口压力：≤3Mpa

温度：≤100℃

介质粘度：1～1500m³/s，低转速时可达10⁵m³/s。

1.2采用管道和传送带传输

(1)在泵的入口处采用橡胶管，直径为10cm，长5m，由于橡胶管具有可活动性和耐腐蚀性等特点，可以根据实际情况自由的深长或缩短，因而可以将管道直接通入存储灌中抽取泥浆。

(2)从泵到振动筛之间采用钢管传送，由于这时候泥浆的流动性比较好，考虑到固定性以及抗压性，寿命等因素，采用钢管比较合适。另外，在振动筛与水力旋流器之间、水利旋流器到离心机之间也采用钢管传送。

(3)在离心机4与微波炉6之间采用钢制传送带。从离心机出来的泥浆经过过滤已经成了粘稠状的，流动性降低，因而采用输送带传输。为了避免泥浆外溢和输送带在微波炉内受损，采用钢制槽型输送带。

2净化系统

2.1振动筛净化

采用振动筛清除岩屑是钻井泥浆净化的第一步。振动筛净化程度愈高，岩屑清除量愈多，经济效果愈好。

在钻井泥浆净化再利用系统中，振动筛安装在最前面，以防止岩屑在其它设备中细磨合沉淀。

2.2.1振动筛原理

图2所示，振动筛2包括底座2-8与支架2-1连接，支架2-1一端连接有分流槽2-2、振动框架2-5，振动框架2-5内连接有缓冲器2-6，振动框架2-5外侧与防护罩2-4连接，防护罩2-4内两端连接有电机2-3、进筛筒7固定在机架2-1上。

支架2-1有一个用槽钢制作的四滑道底座，焊上侧壁后形成储罐，以盛放经过筛选的钻井液。分流槽和两个振动框架2-5固定在支架上。振动筛分流槽2-2的结构可使钻井液从三个方向流入，并在钻井液液面达到一定高度时，通过两个分流槽流向筛面。在溢流槽内设有匀流器，它即可促使液流沿筛面宽度均匀的流出，又可在它处于最低位置时完全覆盖槽断面。

在分流槽中部还有一个盖着角状挡板的排水口与贮灌相通。当匀流器封闭溢流槽时，角状挡板稍微抬起，钻井泥浆液可不经过筛面，直接从分流槽流向池子。

驱动振动筛的两台电动机2-3，装在分流槽上部。

每个振动框架均配备有带偏心论的振动器，并分别支撑于四个橡胶缓冲器上2-6。振动器由同步电动机单独驱动。在框架的两端装有两个带棘轮机构的圆筒。筛面即通过圆筒绷紧，并支撑于框架横拉件上。上圆筒为进筛筒7，所缠储备筛面的长度超过筛网工作长度的两倍。使用过程中，随着筛面磨损，可移动筛面，保证筛选质量。

2.1.2 CB-2型振动筛技术性能

钻井液流通量，L/s      50～60

筛面每分钟振动次数     1600和2000

筛孔净尺寸，mm         1×5

单个框架上筛面长度     4500

筛面宽度               900

电动机数量    2

功率kw        2.2

外形尺寸cm    2450×2650×1530

重量kg        1380

2.1.3振动筛筛面

筛面是振动筛的一个重要组成部分。振动筛的净化效果和流通量，钻井泥浆的消耗量以及筛面使用期限，在很大程度上取决于筛孔尺寸的大小。筛孔尺寸越小，清除的岩屑越多；但筛孔尺寸小的筛面存在流通量小，强度低等缺点。即便如此，采用这种筛面取得的经济效益远远超过了这些欠缺所造成的损失。筛面流通量在很大程度上取决于它的有效面积。而筛面的有效面积又取决于筛孔净面积之和与筛面总面积的比——L(采用百分比值)。筛面的流通量是随着它的有效面积的增大(随着钢丝直径减少)而增大；而筛面的强度和使用期限却恰恰相反。

为了筛出的岩屑能更好的脱水，可采用T型截面钢丝制作的可调缝筛面，缝隙的宽度为0.25-1mm。

实际上，筛面都是根据其净化能力和流通量来选用的。根据净化能力选择筛面的原则是，任何一种筛面能从钻井液中完全筛出的颗粒尺寸均大于筛孔尺寸。因此可将筛出颗粒的尺寸选作筛面筛孔尺寸。

对筛面流通量影响最大的因数是钻井液固相含量及其粒度组成。钻井液中固相含量增高，筛面载荷增加，流通量即随之降低。

岩屑类型及颗粒大小，往往是引起振动筛筛孔堵塞和流通量降低的原因。当钻井液中还有小颗粒状的盐类物质，钻井成为饱和盐水溶液时，这些盐类物质就会再结晶，导致筛孔堵塞，为了防止孔堵塞，应在钻井过程中定时利用升降钻具、钻井液停止循环的机会，用清水冲洗筛面。当钻井液中含有粘土类颗粒时，岩屑颗粒同样会引起筛孔堵塞，导致岩屑在第二极筛面上脱水不足，钻井液损耗增大。

为了预防筛面堵塞，本发明采用：

(1)改变振动筛轴的旋转方向，使岩屑颗粒在筛面上逆着转轴旋转方向运动；

(2)采用筛孔尺寸小的筛面；

(3)采用几个不同的筛面，多级筛选时，第一级选用尺寸较小的筛面，第二级选用较大的筛面；

采用这样串联起来的多级振动筛，可以提高筛面流通量以及钻井液达到充分净化的程度。

2.1水力旋流器净化

振动筛只能对大于0.5mm的颗粒进行分离，欲进行更细的分离，需要另外一种设备——水力旋流器。水力旋流器是目前石油和矿山选矿工业最常用的一种设备，其净化效果主要取决于作用在岩屑颗粒上的离心力超出重力的程度，而离心力场又以岩屑颗粒沉降离心加速度与重力加速度之比来表示。

当具有一定储能的液流从水力旋流器进浆口切向射入时，液流将被迫沿旋流器内腔作强烈的旋转运动，并沿螺旋线轨迹向排沙口作推进运动，从而形成外液流。

当液流从旋流器的圆柱形通体向圆锥形通体运动时，一方面由于直径减小，液流切向旋转速度增加，导致离心力变大；另一方面由于圆锥形筒体容积小和排沙嘴口小，又有利于靠近圆锥形上部的液流大多沿径向与外液流分离，形成旋转方向相通的内上升液流并通过顶部溢流口排除。

在内上升液流中，液流中的切向速度最大，离心力也最大。旋流器中固相分离主要就是在此区域实现的。

由于液流以高的圆周速度绕旋转中心轴作旋转运动，结果沿中心轴形成一个低压空气柱，其尺寸由排沙口和溢流口直径决定。空气柱的高度和直径，对钻井液的分离效果和分离程度有很大的影响。

颗粒粒度分选的细度和精度还与液流中的紊流性质有关。

紊流使部分液体产生径向位移。因为紊流不断的发生在旋流器内壁附近，并将外液流甩向内流液。在圆锥形筒体发生的这一过程类似沸腾现象。在内壁附近，旋转的分选物颗粒，不断的受到三种力的作用：平移、翻滚和颗粒间的排斥。紊流中的运动阻力不决定于钻井泥浆流变特性，而主要决定于介质密度；钻井泥浆相界面处具有各种较高的电化学效应能，这又导致在相界面处形成负荷的吸附层和吸附膜。

虽然水力旋流器结构看来简单，但其中存在着圆周的、垂直的、径向的和循环的种种液流，正是这些液流的综合作用造成了钻井液中颗粒分离的流体动力学过程的异常复杂性。在设计供净化钻井液用的水力旋流器时如果忽略其工艺因素和流体动力学特点，那就会出现严重的错误。

2.2.1水力旋流器的结构

图3所示，水力旋流器3由下列部件组成：包括一个漏斗型下外壳(3-3)与圆柱型上外壳(3-2)固定连接，圆柱型上外壳(3-2)的上端面还连接有粘土和水出口(3-1)，漏斗型下外壳(3-3)下端设有固相排沙嘴(3-4)，在圆柱型上外壳(3-2)的侧面有原桨进口(3-6)，漏斗型下外壳(3-3)、圆柱型上外壳(3-2)内腔壁上固定有耐磨内衬(3-5)。

事先经过振动筛净化的钻井液，被送进主进浆管，进入水力旋流器，并在其中分离岩屑颗粒。

2.2.2技术性能

流通量，L/S                     60

进浆口最小许用压力MPa           0.3

可分离出最小颗粒的最大直径mm    0.05

驱动功率KW                      110

外形尺寸  长×宽mm            1315×700

2.2.3净化系统的水力旋流器

水力旋流器包括一组水力旋流器和一组水泵。钻井液先经过振动筛净化，在0.3-0.4Mpa压力作用下被送入水力旋流器，进行净化。轻组份的水和粘土颗粒流入下一阶段设备进行继续分离，含有大量的加重剂的砂浆，则通过水力旋流器的排沙口排出，可当作沙料用在建筑上。

水力旋流器的工作效率取决于多种因素：钻井液的稀释程度，进浆口压力，溢流口和排沙口直径比等。水力旋流的工作效果可通过选择合适的切向进浆口尺寸和排沙口尺寸来调节。

水力旋流器进浆口压力对固相成分分离效率的影响最大。当进口的压力为0.20-0.22Mpa增至0.35-0.40Mpa时分离率从68.4％提高到82.2％。

水力旋流器分离出的颗粒尺寸，除了与水力旋流器的几何尺寸和进浆口压力有关外，很大程度上还取决于净化钻井液的塑性粘度和密度。在其它条件相同的情况下，钻井液的塑性粘度和密度越高，水力旋流器分离出的颗粒越粗。

水力旋流器直径与进入排沙嘴的岩屑直径成正比。随着直径的减小，可净化更细的细分散相岩屑，尺寸大的岩屑颗粒成为沙子排出，尺寸小的将随悬浊液溢出。当岩屑颗粒的密度增大，进浆口液流速度增大，以及极限动力降低时，均可提高净化质量。

2.3离心机的净化

经过水力旋流器净化过的泥浆已经是比较纯净的。但它的含水量比较高，固相颗粒比较多。因此还需要有一个设备来分离出其中的水分。离心机可用来进行分离。

早在十九世纪末，类似于现代的离心机就已用于采矿和加工工业中。1952年，首次试验并证明倾析式离心机是适用于油田作业的一种适用工具。它很快就被公认为一种有用的设备

2.3.1离心机原理

图4所示，离心机的主要部件有滚筒、输送器和变速器。这三部分总称为旋转总成。

离心机4，包括一个机架4-1，其上连接一个滚筒4-2，滚筒4-2的内腔置一个螺旋推进器4-4，螺旋推进器4-4的外径上设有固相底流槽4-5，在滚筒4-2的进口端设有液相溢流槽4-6，螺旋推进器4-4与变速器4-7滚动连接，螺旋推进器4-4设有进浆口4-3。

把需要处理的泥浆叫进口泥浆，进口泥浆通过一根固定的空心进浆管进入离心机，泥浆在螺旋推进器4-4轴筒上被加速，然后通过在轴筒上开的进浆孔4-3流入滚筒内或分离室。在这里泥浆被甩到滚筒4-2的内壁上，在滚筒壁上形成一个液层，这个液层的厚度可通过液相溢流槽4-6的开口而改变。自由液体和悬浮细固相体流向离心机的大端，通过液相溢流槽排出。

在离心机滚筒里，高速离心力迫使固相沉淀，在滚筒内壁形成一层固相，由螺旋推进器铲掉并输送到锥筒处的干湿区过渡带发生脱水，然后固相通过底流槽4-5排出。螺旋推进器是通过变速器和滚筒相连的。变速器使螺旋推进器的旋转速度与滚筒的旋转转速的稍有不同。在滚筒和螺旋推进器之间造成这样一个速度差是为了输送固相。

如果在一定的限制范围内适当的操作离心机，那么大多数粉沙和较大的固相将沉淀，然后被输送到底流槽排出。大部分胶体和粘土固相及自由液体将从大直径液相溢流槽排出。

2.3.2影响离心机性能的因素

离心机是一个分离装置，由于滚筒旋转，装置内的沉降力比重力大许多倍。理论上讲，离心机从液体混浆中分离固相颗粒的能力是由进口混浆特性控制的。固相颗粒的粒度和密度及液相的粒度和密度都会影响离心机的分离能力。随着固相颗粒粒度的增大，固相颗粒密度的增加，液相密度减小，液相粘度减小，及其分离固相的能力将增大。其它因素，如颗粒形状和孔隙度也影响分离效果。

从机械和实际的观点出发，对离心机分离影响最大的变量是沉降时间、离心力、扭矩特性和进口泥浆流量

(1)沉降时间

沉降时间取决于离心机滚筒的大小和形状及液层厚度。滚筒可能是圆锥形或是圆锥形和圆柱形的组合。在滚筒长度和直径一定时，能提供更大的内部沉降空间，泥浆在滚筒内的停留时间较长，分离能力较强。如果需要较好的分离效果，通常就需要用能力较强的离心机。内液层的厚度可通过调节滚筒溢流口而改变，一般来讲液层越厚，分离效果越好。最大液层厚度的大小主要受到泥饼和排出固相干湿度要求的限制。通常情况下，液层越厚，排出的泥饼越湿。对于这种情况，大多数选择油层厚度的选择区折中方案

(2)离心力

离心机转速越高，离心机给进口泥浆施加的离心力将越大。在理想的沉淀条件下，离心力越大，固相清除效率就越高。

但必须注意，与旋转机器的任何部件一样，转速越高，磨损就越大，需要的维护工作就越多。离心机的维修费是转速的三次方函数，基于这个原因大部分油田离心机的转速在1600～2000转之间，在这个范围中，固相清除较好，而且机器故障最少。

(3)扭矩特性

一般来说，作用的离心力越大，螺旋输送器清除泥饼就越困难，结果输送器扭矩增加。进口泥浆中的固相浓度越大，扭矩也就越大，不论任何离心机，其设计所允许的扭矩是一定的。为了保持在这个扭矩值，可能需要减小转速或降低进口泥浆流量。

(4)进口泥浆流量

具体应用时，离心机的能力也受离心机进口泥浆流量的影响。对于任何离心机，减少其进口泥浆流量就会增加其分离效率。在实际的操作范围内，离心机的进口泥浆流量减半，通常会导致分离点的降低，降低系数大约是0.71。

2.3.3离心机的分离效果

与现场的所有其它机械设备相比，一台设计很好的离心机能够分离出最细的颗粒。

按照厂家的规定操作，离心机能对加重水基泥浆中2～3微米大小的重金石作中等分离。给定尺寸的固相进入离心机后，可能进入离心机的溢流或底流中分离点为D50的固相一半在溢流中，一半在底流中。

2.3.4离心机的应用特点

采用水力旋流器净化只能净化固相颗粒比较大的，细分散相颗粒是很难分选出来的。回收率仅为60～70％。为了提高净化效果，净化设备必须具有更强烈的离心力场，而离心机正是符合这一要求的设备。

钻井液进入转鼓，由于钻井液在离心力场中作旋转运动，即导致固相物分离。首先在转鼓内壁产生沉淀物，然后通过螺旋器的缓慢螺旋推动，将它送至狭窄的排沙口，液相则顺着旋流器送至宽阔端的溢流口。离心机的工作效率基本上取决于转鼓转速。

虽然在分离过程中水力旋流器和离心机都利用了离心力场，但他们之间仍有区别，他们分别遵循不同的规律。旋浊液的离心分离有两种方法：一是依靠分散相重度的不同进行分离；二是依靠分散介质和部分分散相的重度不同进行分离。离心分离作用在转鼓中进行分离。采用第一种方法时，转鼓是无孔的；采用第二种方法时是有孔的。

采用有孔转鼓的装置，钻井液的离心分离过程又分为澄清和沉淀作用。采用有孔转鼓的装置，钻井液将进行离心过滤作用，其中包括：过滤并形成沉淀物，压出沉淀物中的液相，清除沉淀物中由分子力结合的液相。

离心分离过程又分为周期式、连续式及综合式。连续式的特点是分离过程中的各个阶段都是相同的，工作情况稳定，并能连续的排出分离物。恒定的转鼓转速，可确保离心分离机能连续的进行分离和连续的分别排出不同的分离物。

2.3.5离心机的操作提示

大约由99％的离心机都是由于忽视了下列建议造成的：

1、如果要让固相底流返回系统中，那么安装离心机时就必须使用离心机的底流能向下流入搅拌状况良好的部位。

2、如果要排除底流，那么安装离心机时，就必须考虑能用装载车定期的排除固相。

3、如果要让液体溢流返回到系统中，就要引导溢流进入搅拌良好的部位。

4、当回收固相时，不能让离心机太接近泥浆泵的吸浆口，要有足够的时间和空间使回收箱和系统中的泥浆进行适当的混合。

5、液体排出管线要有恒定的下斜坡度，以保证适当的重力流动。

6、在启动离心机之前，先用手转动滚筒，要保证滚筒自由转动。

7、经常的重视厂家的启动和停机说明书，并且遵照去做。如果发现操作程序有不当之处，可提出建议。

8、按照厂家推荐的进口泥浆流量和离心机转速来决定进口泥浆的流量和转速。

9、进口泥浆流量不应太大，否则在加重泥浆中，安全销易被剪断。

10、如果泥浆粘度非常高，必须另外再进行稀释，以防止液相在固相底流口流出。

3微波干燥

3.1微波干燥设备的组成

本发明微波干燥设备是微波炉。如图5所示，微波炉6，是由机架6-1；纠偏机构6-2；输送带6-3；抑制器6-4；加热腔6-5；观察窗6-6；连接器6-7；张紧机构6-8；温度传感器6-9；电机6-10组成，其机架6-1两端连接有电机6-10，电机6-10的皮带轮与输送带6-3滑动相接，同时机架6-1还分别与纠偏机构6-2、张紧机构6-8相接，抑制器6-4与加热腔6-5、观察窗6-6、温度传感器6-9、连接器6-7连接。

物料输送采用聚四氟烯输送带，用电机驱动，且可以实现输送速度的无级调速，设置了输送带6-3、纠偏机构6-2及张紧机构6-8，，设备由前、中、后三部分组成，相互间可以拆卸，当加热腔数量变化时可通过增减中间件而使二者相互协调。

待干燥物料通过输送带送入加热腔中，物料干燥过程中散发水分通过微波炉6中原有风扇散气孔散出，微波炉6改造时去处其时间调节部分直接连接，使其在工作中处于连续工作状态温度调节可通过微波炉6上原有五挡可调旋纽对此作分段控制，则物料干燥程度主要取决于物料在加热腔中干燥时间。

4自动粉碎与自动包装装置

4.1粉碎装置

图6所示，粉碎机7由下列部件组成：包括一个进料漏斗6-1与螺旋推进器6-2相连，螺旋推进器6-2与自动粉碎主机6-3相连，自动粉碎主机6-3与旋风分离器6-4相连，在进料漏斗6-1的前端设有冷却器6-5，在冷却器6-5上开有冷风入口6-6，在自动粉碎机6-3上开有制冷剂入口6-7，在旋风分离器6-4上部开有热风出口6-8，下部开有物料出口6-9。

由于干燥后的粉末硬度比较大，在粉碎时会产生大量的热，不能达到预期的目的，本系统采用一种新型的粉碎机。其特点是具有物料进口的冷风冷却和主机的制冷冷却，使机器在常温25℃到低温-70℃的范围内变动。使用时根据物件的要求，可选择各种冷却温度，以达到预期的目的。

粉碎机刀架与刀片结构示意如图7所示，包括一个刀架7-1上连接有连接杆7-2，连接杆7-2另一端固定连接刀片7-3。机器粉碎物料是通过具有高速旋转的性能的柔性刀具，对物料的振动、碰撞和冲击切削，刀具在高速旋转时，由于连接杆是一柔性杆会发生高频振动。冲击吸入气流，使气流发生超声振动，气流的超声振动传给物料，此时物料也会产生超声振动。此时如果带动刀盘高速旋转，在两刀之间就会产生高速旋转的气流，由于系统的鼓风作用，气流会穿过刀片的隙缝。此时由于连接杆的振动产生最大的振动频率，气体在连接杆振动的推动下，达到超音速，而又把此音速传递给固体颗粒，使固体表面张力降低，并在许多情况下都是化学的电势下降，分子扩散急剧加快，达到破碎颗粒的目的。超音速通过分散的离子，使各种离子具有不同的加速度，因此也就产生了使颗粒破坏的力量。

在超声作用下，加上冲击和剪切使粉碎机的效率提高。因此形成既有超声作用、又有冲击碰撞和刀具剪切是设计新一代粉碎机粉碎的任务。我们用一层弹性体，一层刀片的方法进行初步的研究。例如材料发生器的选择，发生器形状和振动频率的确定，两薄片之间的距离，形成气流的汽笛作用。在此基础上物料处于超生态，此时物料表面张力很低，物料的分子链开始离散。在稍微用力冲击下，即可粉碎。但是由于超声作用，物料表面产生很大的热量及时散发热量是此机器工作的重要特点，可不同的物料施加不同的冷却温度。

5自动包装装置

5.1自动包装工艺流程

图8所示为系统工艺流程，运行开关——停机——检测料桶开关——关门——粗细进料——采样比较——粗定值到——停粗料——采样比较——细定值到——停细进料——称量完毕提示——夹袋——放料打开——延时关闭——释放夹袋。

自动包装装置采用二级给料方式：粗给料流量大，用短时间加入额定重量，细给料流量小，这样即可保证速度又可保证精度。

在每个称重循环中，缓冲料斗可消除由于物料的粘附引起的称量误差，停机时设置处理功能，保证停机排空称斗内物料。一方面可以保证下次开机时称斗无料，且避免了物料较长时间停留在称斗内吸湿而凝结在称斗壁上。细加料信号设置后，待其稳定，然后进行实测，得到误差，使下一个循环进行补偿矫正。系统功能为：

(1)对装袋重量实现自动控制，其设定值可由编程器设置；

(2)每次放料后，对称斗的皮重进行监测修正；

(3)对称量误差进行自动补偿；

(4)实现自动包装。

5.2系统主要组成

称重传感器：目前在称重技术领域中广泛应用电阻应变式传感器，分为金属丝电阻应变式和半导体应变式两种。前者具有精度高、温度影响小、限度和重复性好的优点，但价格较高，输出灵敏度底。后者与前者相反，在精度和温度性能方面较前者差一个数量级，而输出灵敏度比前者高一个数量级，价格仅为前者的一半。根据实际要求和工作环境。我们选用半导体应变式传感器。

(1)PLC控制器

为实现准确计量，本系统除开关量控制外，还需要较高分辨率的模拟量通道。系统中开关量输入信号有启动按钮，停机键，斗门状态，夹带加紧和气源压力开关等监测信号。开关量输出有粗细进料气缸、放料气缸、夹带气缸等控制信号和一些显示，报警输出信号，模拟量通道接收传感器重量输入信号。其中称重斗门关闭和夹带夹紧监测用接近开关、缓冲料门称重斗门和夹袋由电磁阀带动气缸来控制，主要输入输出和内部寄存器地址分配如下：

图9为图1的电路控制系统结构示意框图，输入电路包括湿度信号9-5、转速信号9-4、晶振信号9-3、键盘接口9-2、键盘信号输入给单片机9-13；单片机P3.0端分两路输出，其一路输出给锁存器1(9-6)，锁存器1(9-6)的信号又输给可编程只读存储器(EPROM 2764A)、另一路输出给只读存储器(ROM6264A)；单片机P4.7端输出给锁存器2(9-7)，锁存器2(9-7)的信号又输给译码驱动9-8，译码驱动9-8将信号送入显示器9-9显示，单片机P2端输出给整形放大9-10，整形放大9-10的信号又输给控制驱动9-11，控制驱动将信号送入直流电动机9-12控制电机转速。单片机控制系统采用8098芯片，由于8098芯片集成度高，自带掉电保护及A/D和D/A转换电路，且具有高可靠性和强干扰能力，软件编程方便，性能价格比较高。测量电路将测量加热腔温度，由于两单元是由同型号设备组成，故只设一路温度测量和电动机转速，经8098芯片P0的两个输入端口输入单片机，由其自带的A/D转换器进行模数转换后通过单片机P0接口外接键盘，用作每次干燥前输入待干燥物料的初始含水率和干燥后达到的含水率等参数。单片机由测得的温度参数和键盘输入参数来决定电机转速，并与所测参数相比较以形成对应控制输出量，经内部转换后从P2接口以脉冲形式输出，最后，经外设整形放大电路处理后调节控制驱动电路控制直流电动机调速。

图10为图1的测温电路原理结构示意图。+5V电源一端串联一个电阻R1，电阻R1的另一端串联一个可调电阻R2，可调电阻R2另一端分两路分别与温度传感器AD590、比较器I(LM324)连接，比较器I的正极上分别串并联有电容C1、C2、电阻R3、R4，比较器I的负极上串联一个电阻R5并接地，电容C1、C2、电阻R4另一端分别与比较器I的输出端和比较器II(LM324)的正极相连接，比较器II的输出端串接一个电阻R6，电阻R6的另一端与比较器II的负极并联一个电容C3，温度传感器AD590的另一端接入-5V电源上。本系统控温是通过微波炉上原有的五挡可调旋纽实现的，为监视温度变化特通过8098的P4口设计了外温度显示电路。测温电路采用集成温度传感器AD590将测量信号经放大调整电路输出到单片机的P0.0端，由于AD590是电流源输出的，它的电流灵敏度为1uA/K与温度的关系为1＝k(Ua)，(其中k为绝对温度)。图10中III为温度信号输出。

图11为图1的测速电路原理结构示意图。其测速电路包括一个发光二极管D，一端串接一个电阻R7，电阻R7另一端分两路分别连接在三极管T1的发射极、电阻R9的一端并接地，电阻R9的另一端分两路分别连接在电阻R10的一端和比较器A1的4脚上，电阻R8一端接入三极管T1的集电极与比较器A1的3脚上，电阻R8、发光二极管D的另一端依次分别与比较器A1的1、14、13脚、电容C4、+5V电源、N7412A的5、14脚、电阻R11、可调电阻RV1、电容C5一端连接，+5V电源还分别串联连接电阻R12、可调电阻RV2，可调电阻RV2又分别与比较器A2的5脚、N7412A的7脚连接，电阻R13一端与N7412A连接，另一端分两路分别与比较器A2的6脚和电容C6、电阻R14的一端连接，电容C6、电阻R14的另一端连接在比较器A2的速度信号输出端，其中10脚与-5V电源连接，电容C4另一端分两路分别与比较器A1的10脚和地连接。光电管装于一个探头内，固定于实验仪机架上，通过在转轴上粘贴锡泊纸反光，可将电动机转速变为电脉冲信号，其频率即为电动机转速n，转换器将电脉冲信号转换为对应电压经A0整形后输出。图11中I为温度信号输出。

直流电动机驱动控制电路采用汽车用的直流刮水电动机，以报废汽车上拆下的，充分利用其优越的调速性能来增加调速功能。通过控制信号调节输出端电压施加于电动机上，同时增设达林顿管为扩流电路。

5.3系统软件设计

系统软件采用模块化设计，主要包括：

(1)系统监视模块，具有初始化(键盘管理)；

(2)采样模块完成采样及转换；

(3)数据处理模块完成分析、计算、比较等功能；

(4)控制输出模块实现控制输出；

(5)串行口通讯及打印模块完成打印。

本设备克服了微波炉间歇干燥而不能适用于生产的缺点，大大节省了电力和物料过多的消耗，提高了加热的均匀性，并且造价低，质量高，使用维护方便，且采用单片机控制，精度高，效果好。

Claims (8)

1、一种钻井泥浆回收净化再利用装置，其特征在于由一个贮存罐(0)与泥浆泵(1)相接，泥浆泵(1)与振动筛(2)相接，振动筛(2)与水力旋流器(3)相接，水力旋流器(3)与第一级离心机(4)相接，第一级离心机(4)再与第二级离心机(5)相接，第二级离心机(5)与微波炉(6)相接，微波炉(6)与粉碎机(7)相接，粉碎机(7)与自动包装机(8)相接，共同组成装置。

2、根据权利要求1所述的钻井泥浆回收净化再利用装置，其特征在于所说的振动筛由底座(2-8)与支架(2-1)连接，支架(2-1)一端连接有分流槽(2-2)、振动框架(2-5)，振动框架(2-5)内连接有缓冲器(2-6)，振动框架(2-5)外侧与防护罩(2-4)连接，防护罩(2-4)内两端连接有电机(2-3)、进筛筒(2-7)与机架(2-8)连接，组成的振动筛装置。

3、根据权利要求1所述的钻井泥浆回收净化再利用装置，其特征在于所说的水力旋流器由一个漏斗型下外壳(3-3)与圆柱型上外壳(3-2)固定连接，圆柱型上外壳(3-2)的上端面还连接有粘土和水出(3-1)，漏斗型下外壳(3-3)下端设有固相排沙嘴(3-4)，在圆柱型上外壳(3-2)的侧面设有原浆进(3-6)，漏斗型下外壳(3-3)、圆柱型上外壳(3-2)内腔壁上固定有耐磨内衬(3-5)。

4、根据权利要求1所述的钻井泥浆回收净化再利用装置，其特征在于所说的离心机，由一个机架(4-1)上连接一个滚筒(4-2)，滚筒(4-2)的内腔置一个螺旋推进器(4-4)，螺旋推进器(4-4)的外径上设有固相底流槽(4-5)，在滚筒(4-2)的进口端设有液相溢流槽(4-6)，螺旋推进器(4-4)与变速器(4-7)滚动连接，螺旋推进器(4-4)设有进浆(4-3)。

5、根据权利要求1所述的钻井泥浆回收净化再利用装置，其特征在于所说的微波炉，又是由机架(5-1)；纠偏机构(5-2)；输送带(5-3)；抑制器(5-4)；加热腔(5-5)；观察窗(5-6)；连接器(5-7)；张紧机构(5-8)；温度传感器(5-9)；电机(6-10)组成，其机架(5-1)两端连接有电机(5-10)，电机(5-10)的皮带轮与输送带(5-3)滑动相接，同时机架(5-1)还分别与纠偏机构(5-2)、张紧机构(5-8)相接，抑制器(5-4)与加热腔(5-5)、观察窗(5-6)、温度传感器(5-9)、连接器(5-7)连接。

6、根据权利要求1所述的钻井泥浆回收净化再利用装置，其特征在于所说的粉碎装置，由一个进料漏斗(6-1)与螺旋推进器(6-2)相连，螺旋推进器(6-2)与自动粉碎主机(6-3)相连，自动粉碎主机(6-3)与旋风分离器(6-4)相连，在进料漏斗(6-1)的前端设有冷却器(6-5)。

7、根据权利要求6所述的钻井泥浆回收净化再利用装置，其特征在于所说的自动粉碎主机的专用刀片及刀架，包括一个刀架(7-1)上连接有连接杆(7-2)，连接杆(7-2)另一端固定连接刀片(7-3)。

8、一种钻井泥浆净化回收的方法，按下述步骤进行：

a、将钻井后废弃的泥浆存入贮存罐或沉淀池中；

b、再通过管道将钻井后废弃的泥浆送入振动筛进行粗净化，将大于筛孔直径的岩石除去；

c、再通过泥桨泵将筛液送入水力旋流器进行分离，分离出的杂质颗粒经水力旋流器下端口(9)排到地面，另一部分浆液送入第一级离心机进行过滤和净化，一部分通过离心机(4)离心后经传送带被送入微波炉(6)进行干燥，另一部分还需在串联的第二级离心机(5)再离心，被排掉的固相颗粒可当作填料用在建筑上，排出的水通过排水口(10)可用来浇灌农田，第二级离心机(5)离心剩余泥浆再通过另一传送带被送入微波炉(6)进行干燥；

d、经过微波炉(6)干燥后的固相泥浆送入自动粉碎机(7)进行粉碎；

e、自动包装装置将回收的泥浆粉通过自动包装机(8)分袋包装，

f、该装置由中央控制系统和控制器(PLC)控制，实现全系统的自动作业。

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