RU2268786C1

RU2268786C1 - Screen shaker

Info

Publication number: RU2268786C1
Application number: RU2004116656/03A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иванович Костюк (RU); Анатолий Иванович КОСТЮК
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-инвестиционная Корпорация Развития технологий "НИКОР"
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2006-01-27
Also published as: RU2004116656A

Abstract

FIELD: petroleum industry; natural gas industry; production of devices for drilling mud fluid cleaning.

SUBSTANCE: the invention is pertaining to the field of petroleum industry and natural gas industry, in particular, to production of devices for drilling mud fluid cleaning. The screen shaker consists of: a base; a frame mounted with the help of dampers; screen plates fixed on the frame; a device of changing a tilt angle of the frame; a feeding chute; a vibration exciter mounted on the beam fixed to the frame. The beam is made in the form of a resilient construction, the stiffness of which together with the stiffness of the dampers in a direction of a vector of the vibrations of the frame and the mass of the frame are defined by the following: ratio C + Ca·n/M = ω² , where C is the stiffness of the beam in respect to the frame, in H/m; Ca is stiffness of one damper, in H/m; n is a quantity of dampers, in pieces; M is the mass of the frame, in kg; ω is a resonance angular frequency of the frame vibrations, in radians/s; at that the beam is connected to the frame in its lower part by means of the vertical poles having heightened stiffness in a direction of vector of vibrations of the frame and made with a capability of being deformed in a horizontal direction together with the ends of the beam, the vibration exciter is connected to the mains supply through a frequency converter made with a capability of the electric current frequency change. On the frame there is a vibrations sensor connected to a device for control over a frequency converter, the output of which is connected to the channel of control of the frequency converter and the device for control over the frequency converter is made with a capability of operation in two modes: the mode of a manual adjustment of the frame vibrations and the mode of an automatic keeping of the preset values of the frame vibrations. The technical result of the invention is an increased stability of maintenance of a preset value of vibration acceleration of the frame of the resonance screen shaker.

EFFECT: the invention ensures an increased stability of maintenance of the resonance screen shaker frame preset values of vibration acceleration.

2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для очистки бурового раствора и может быть использовано в нефтяной и газовой отраслях промышленности.The invention relates to a device for cleaning drilling fluid and can be used in the oil and gas industries.

Известно вибросито по А.С. СССР 848084, В 07 В 1/40, Е 21 В 21/00, включающее станину, раму, установленную с помощью амортизаторов на станину и снабженную вибратором, два последовательно расположенных ситовых полотна, закрепленных на раме, причем разгрузочный конец первого ситового полотна расположен над загрузочным концом второго полотна, установленного наклонно в сторону разгрузки материалов под углом 5°, первое ситовое полотно установлено наклонно в сторону загрузки материалов с возможностью изменения угла наклона от 0 до 10°, при этом рама снабжена механизмом регулировки угла наклона первого ситового полотна.Known shale shaker according to A.S. USSR 848084, B 07 V 1/40, E 21 V 21/00, including a bed, a frame mounted by means of shock absorbers on the bed and equipped with a vibrator, two sieve sheets in series mounted on the frame, the discharge end of the first sieve sheet being located above the loading end of the second web installed obliquely in the direction of unloading materials at an angle of 5 °, the first sieve web installed obliquely in the direction of loading of materials with the possibility of changing the angle of inclination from 0 to 10 °, while the frame is equipped with an adjustment mechanism the angle of inclination of the first screen cloth.

Известно сито вибрационное с линейными колебаниями СВ1Л, которое имеет подобное устройство и применяется в РФ в массовом порядке. Это сито производится в настоящее время ОАО "Краснодарский завод "Нефтемаш" и другими производителями по ТУ 39-0147001-145-96 (см. также Каталог продукции НПО "Техойл", М., 2003 г.). В соответствии с требованиями указанного ТУ сито СВ1Л обеспечивает амплитуду колебаний рамы вибрирующей, равную 2 мм (с учетом допуска амплитуда может колебаться в пределах от 1,7 до 3,0 мм), при частоте колебаний рамы в пределах от 23 до 25 Гц.Known vibration sieve with linear vibrations SV1L, which has a similar device and is used in Russia in droves. This sieve is currently being produced by Krasnodar Plant Neftemash OJSC and other manufacturers according to TU 39-0147001-145-96 (see also the Product Catalog of NPO Tekhoil, M., 2003). In accordance with the requirements of the specified TU the SV1L sieve provides an amplitude of the vibrations of the vibrating frame equal to 2 mm (taking into account the tolerance, the amplitude can range from 1.7 to 3.0 mm), with a frame oscillation frequency in the range from 23 to 25 Hz.

Известно вибросито двойного действия Mongoose компании Swaco, содержащее станину, раму, установленную с помощью амортизаторов на станину и снабженную двумя вибраторами, закрепленные на раме ситовые полотна, механизм изменения угла наклона рамы, подающий желоб, при этом основной вибратор направленных колебаний состоит из двух вибраторов круговых колебаний, а дополнительный вибратор представляет собой вибратор круговых колебаний и выполнен с возможностью включения во время перегрузки вибросита, вибраторы установлены на балке, прикрепленной к боковинам рамы (см. Mongoose Shaker. Dual - Motion Shaker. Swaco, A Division of M - I L.L.C., A Smith/ Schlumberger Company, Houston, Texas, 2001).A Swaco Mongoose double-acting vibrating screen is known, which comprises a bed, a frame mounted with shock absorbers on the bed and equipped with two vibrators, screen webs mounted on the frame, a mechanism for changing the frame angle, the supply chute, and the main directional vibrator consists of two circular vibrators vibrations, and the additional vibrator is a circular vibrator and is configured to turn on the vibrating screen during overload, the vibrators are mounted on a beam attached frame sidewalls (see Mongoose Shaker Dual -.. Motion Shaker Swaco, A Division of M -. I L.L.C., A Smith / Schlumberger Company, Houston, Texas, 2001).

Известно вибросито Flo - Line Cleaner 2000 фирмы Derrick, оснащенное вибраторами повышенной мощности (вибраторы Super G со встроенной системой смазки), что позволило поднять виброускорение рамы до 7,3 G (G - ускорение свободного падения, G=9,81 м/с²). Благодаря этому данное вибросито является в настоящее время самым мощным по пропускной способности (см. проспект "Вибросито Flo - Line Cleaner 2000". Derrick Equipment Company, Oiltools (Europe) Limited, 2000).It is known that Derrick vibrating sieve Flo - Line Cleaner 2000 is equipped with high-power vibrators (Super G vibrators with an integrated lubrication system), which made it possible to raise the frame vibration acceleration to 7.3 G (G - gravity acceleration, G = 9.81 m / s ² ) Due to this, this vibrating screen is currently the most powerful in terms of throughput (see prospectus "Flo - Line Cleaner 2000". Derrick Equipment Company, Oiltools (Europe) Limited, 2000).

Общим недостатком указанных аналогов является то, что они работают в режиме вынужденных колебаний в области частот, далекой от резонанса. Вследствие этого колеблющиеся рамы указанных устройств подвергаются воздействию вынуждающей силы, которая многократно превышает значение вынуждающей силы, требующейся при работе в режиме поддержания резонансных колебаний. Это приводит к значительному повышению металлоемкости рамы, мощности вибраторов, получению при использовании серийно выпускаемых вибраторов низких значений виброускорения рамы, - главного вибрационного параметра сита, определяющего пропускную способность и эффективность очистки бурового раствора. Кроме того, важным недостатком указанных устройств является отсутствие возможности регулирования виброускорения рамы без остановки сита и разборки узлов вибраторов для перестановки дебалансов.A common drawback of these analogues is that they operate in the forced oscillation mode in the frequency region far from resonance. As a result, the vibrating frames of these devices are exposed to a driving force that is many times greater than the driving force required when operating in the mode of maintaining resonant vibrations. This leads to a significant increase in the metal consumption of the frame, the power of the vibrators, obtaining, when using commercially available vibrators, low values of the frame acceleration, which is the main vibration parameter of the sieve, which determines the throughput and the efficiency of cleaning the drilling fluid. In addition, an important disadvantage of these devices is the lack of the ability to control vibration acceleration of the frame without stopping the sieve and disassembling the nodes of the vibrators to rearrange the unbalances.

Задачей изобретения является повышение стабильности поддержания заданного значения виброускорения рамы резонансного сита.The objective of the invention is to increase the stability of maintaining a given value of vibration acceleration of the frame of the resonant sieve.

Решение указанной задачи достигается тем, что резонансное сито включает станину, раму, установленную с помощью амортизаторов, закрепленные на раме ситовые полотна, устройство изменения угла наклона рамы, подающий желоб, вибратор, установленный на балке, прикрепленной к раме, при этом балка выполнена в виде упругой конструкции, жесткость которой относительно рамы вместе с жесткостью амортизаторов в направлении вектора колебаний рамы и масса рамы связаны соотношениемThe solution to this problem is achieved by the fact that the resonant sieve includes a frame, a frame installed using shock absorbers, screen cloths mounted on the frame, a device for changing the angle of the frame, a feed chute, a vibrator mounted on a beam attached to the frame, and the beam is made in the form elastic structure, the rigidity of which relative to the frame, together with the stiffness of the shock absorbers in the direction of the oscillation vector of the frame and the mass of the frame are related by

где C - жесткость балки относительно рамы в Н/м;where C is the stiffness of the beam relative to the frame in N / m;

Ca - жесткость амортизатора в Н/м;Ca — shock absorber stiffness in N / m;

n - количество амортизаторов в шт;n is the number of shock absorbers in units;

M - масса рамы в кг;M is the mass of the frame in kg;

ω - резонансная угловая частота колебаний рамы в рад/с;ω is the resonant angular frequency of the frame oscillations in rad / s;

причем балка присоединена к раме в нижней ее части с помощью вертикальных стоек, имеющих повышенную жесткость в направлении вектора колебаний рамы и выполненных с возможностью деформирования в горизонтальном направлении вместе с концами балки, вибратор подключен к питающей сети через преобразователь частоты, выполненный с возможностью изменения частоты электрического тока, на раме установлен датчик колебаний, соединенный с устройством управления преобразователем частоты, выход которого соединен с каналом управления преобразователя частоты, при этом устройство управления преобразователем частоты выполнено с возможностью работы в двух режимах: режиме ручной настройки колебаний рамы и режиме автоматического поддержания заданных колебаний рамы.moreover, the beam is attached to the frame in its lower part using vertical struts having increased rigidity in the direction of the frame oscillation vector and made with the possibility of deformation in the horizontal direction along with the ends of the beam, the vibrator is connected to the mains through a frequency converter configured to change the frequency of the electric current, an oscillation sensor is installed on the frame, connected to the control device of the frequency converter, the output of which is connected to the control channel of the converter frequency, the frequency converter control unit is arranged to work in two modes: manual tuning mode frame vibrations and automatic maintenance of the specified frame oscillations.

Применение предложенной совокупности существенных признаков в резонансном сите позволяет получить новый технический результат: повысить в сравнении с аналогами стабильность поддержания заданного значения виброускорения рамы резонансного сита.The application of the proposed set of essential features in a resonant sieve allows us to obtain a new technical result: to increase, in comparison with analogs, the stability of maintaining a given value of vibration acceleration of the resonant sieve frame.

Анализ уровня техники в области вибрационных устройств для очистки растворов показал, что предложенная в резонансном сите совокупность существенных признаков является новой, явным образом не следует из уровня техники и таким образом предлагаемое изобретение является новым и имеет изобретательский уровень.The analysis of the prior art in the field of vibrating devices for cleaning solutions showed that the set of essential features proposed in the resonant sieve is new, does not explicitly follow from the prior art and thus the present invention is new and has an inventive step.

Сущность изобретения поясняется рисунками, при этом на фиг.1 изображен общий вид резонансного сита, на фиг.2 - вид по А. Резонансное сито содержит станину 1, раму 2, которая установлена на станине с помощью амортизаторов 3 и снабжена вибратором 4. На раме закреплены ситовые полотна 5. На станине установлены устройство изменения угла наклона рамы 6 и подающий желоб 7. Упругая балка 8 соединена с вертикальными стойками 9. Обмотки вибратора подключены к выходу преобразователя частоты (ПЧ) 10. На раме установлен датчик 11, выход которого подключен к входу устройства управления преобразователем частоты (УУПЧ) 12. Выход УУПЧ подключен к каналу управления ПЧ.The invention is illustrated by drawings, while figure 1 shows a General view of the resonant sieve, figure 2 is a view of A. The resonant sieve contains the frame 1, frame 2, which is mounted on the frame using shock absorbers 3 and is equipped with a vibrator 4. On the frame the screen webs are fixed 5. A device for changing the angle of inclination of the frame 6 and a feed chute are installed on the bed 7. The elastic beam 8 is connected to the vertical posts 9. The vibrator windings are connected to the output of the frequency converter (IF) 10. A sensor 11 is installed on the frame, the output of which is connected to entrance frequency converter control devices (UPCH) 12. The output of the UPCH is connected to the inverter control channel.

Резонансное сито работает следующим образом. При подаче напряжения питания на обмотки вибратора 4 он возбуждает вынужденные колебания рамы 2 на упругой балке 8, связывающей через стойки 9 раму с источником силы инерционной природы, т.е. с вибратором 4. Включив УУПЧ 12 в режим ручной настройки, изменяют частоту электрического тока и, следовательно, угловую частоту вынуждающей силы, создаваемой вибратором. Настроив угловую частоту вынуждающей силы на резонансную угловую частоту колебательной системы: станина 1 - амортизаторы 3 - рама 2 - балка 8 - стойки 9 - вибратор 4, подбирают амплитуду вынуждающей силы, при которой достигается требуемое максимальное значение виброускорения рамы. Вибратор настраивают на выбранное значение амплитуды вынуждающей силы. На этом заканчивается подготовка резонансного сита к работе. При эксплуатации резонансного сита сначала в режиме ручной настройки УУПЧ изменяют угловую частоту вынуждающей силы в области частот восходящей части резонансной кривой и настраивают резонансное сито на требуемый режим колебаний в соответствии со свойствами бурового раствора, поступающего на ситовые полотна. После этого УУПЧ переключают в режим автоматического поддержания заданных колебаний рамы.Resonance sieve works as follows. When a supply voltage is applied to the windings of the vibrator 4, it excites the forced vibrations of the frame 2 on the elastic beam 8, which connects the frame through the posts 9 to a source of inertial force, i.e. with a vibrator 4. By turning on the UPCH 12 in the manual tuning mode, the frequency of the electric current and, consequently, the angular frequency of the driving force created by the vibrator are changed. By adjusting the angular frequency of the driving force to the resonant angular frequency of the oscillatory system: bed 1 - shock absorbers 3 - frame 2 - beam 8 - racks 9 - vibrator 4, select the amplitude of the driving force at which the required maximum value of vibration acceleration of the frame is achieved. The vibrator is tuned to the selected value of the amplitude of the driving force. This completes the preparation of the resonance sieve for operation. When operating a resonant sieve, first, in the manual adjustment mode, the UPCF change the angular frequency of the driving force in the frequency region of the ascending part of the resonance curve and adjust the resonant sieve to the required oscillation mode in accordance with the properties of the drilling fluid supplied to the sieve sheets. After that, the UPCH switch to the mode of automatically maintaining the given frame vibrations.

Данное резонансное сито позволяет повысить в сравнении с прототипом стабильность поддержания заданного значения виброускорения рамы за счет обратной связи по сигналу датчика колебаний.This resonant sieve allows to increase, in comparison with the prototype, the stability of maintaining a given value of vibration acceleration of the frame due to feedback on the signal of the vibration sensor.

Пример. Сравнивали стабильность поддержания заданного значения виброускорения рамы резонансного сита, выполненного по совокупности существенных признаков прототипа (вариант А) и по совокупности существенных признаков предлагаемого изобретения (вариант Б). Резонансную угловую частоту колебаний рамы ω определяли для следующих данных: масса рамы без бурового раствора М=800 кг, жесткость упругой балки относительно рамы С=6000·10⁴ H/м, жесткость амортизатора Са=10·10⁴ Н/м, количество амортизаторов n=4 шт. Расчет ω производили по формуле для ω², приведенной выше в данном описании. Получено, что ω² =75500(рад/с)². Следовательно, ω=275 рад/с. Изучение данных из практики бурения показало, что максимальная масса бурового раствора, находящегося на ситовых полотнах, может быть принята равной 50 кг. Увеличив массу рамы на эту величину, получили по вышеуказанной формуле резонансную угловую частоту колебаний рамы ω₁ для случая максимальной колеблющейся массы ω₁=267 рад/с. Таким образом, максимальное отклонение резонансной угловой частоты Δω составляет Δω =275-267=8 [рад/с]. При этом относительное отклонение Δω_отн составляет Δω_отн=3%. Несмотря на то что относительное отклонение имеет весьма незначительную величину, эксперименты показали, что при изменении угловой частоты колебаний вынуждающей силы на указанную величину отклонение виброускорения рамы достигает 40% (вариант А). Для варианта Б экспериментально установлено, что стабильность поддержания заданного значения виброускорения составляет 10%, что вполне соответствует требованиям технологии очистки буровых растворов. Изложенный пример показывают, что предлагаемое изобретение промышленно применимо.Example. The stability of maintaining a given value of vibration acceleration of the resonant sieve frame was compared, made on the basis of the essential features of the prototype (option A) and the essential features of the present invention (option B). The resonance angular frequency frame oscillation ω is determined for the following data: the frame weight without mud M = 800 kg, the stiffness of the elastic beams relative to the frame C = 6000 × 10 ⁴ H / m, the stiffness of the shock absorber Ca = 10 · 10 ⁴ N / m, the number of shock absorbers n = 4 pcs. The calculation of ω was carried out according to the formula for ω ² given above in this description. It was found that ω ² = 75500 (rad / s) ² . Therefore, ω = 275 rad / s. A study of data from drilling practice showed that the maximum mass of drilling fluid located on sieve sheets can be taken equal to 50 kg. By increasing the mass of the frame by this value, we obtained according to the above formula the resonant angular frequency of oscillations of the frame ω ₁ for the case of the maximum oscillating mass ω ₁ = 267 rad / s. Thus, the maximum deviation of the resonant angular frequency Δω is Δω = 275-267 = 8 [rad / s]. In this case, the relative deviation Δω _rel is Δω _rel = 3%. Despite the fact that the relative deviation is very insignificant, the experiments showed that when the angular frequency of the driving force oscillations changes by the indicated value, the frame vibration acceleration deviation reaches 40% (option A). For option B, it was experimentally established that the stability of maintaining a given value of vibration acceleration is 10%, which fully complies with the requirements of drilling mud cleaning technology. The set out example shows that the present invention is industrially applicable.

Claims

A resonant sieve, including a bed, a frame mounted with shock absorbers, screen cloths mounted on the frame, a device for changing the angle of the frame, a feeding chute, a vibrator mounted on a beam attached to the frame, the beam being elastic, the rigidity of which relative to the frame along with the stiffness of the shock absorbers in the direction of the oscillation vector of the frame and the mass of the frame are related by the ratio

where C is the stiffness of the beam relative to the frame, N / m;

Ca - the stiffness of the shock absorber, N / m;

n is the number of shock absorbers, pcs;

M is the mass of the frame, kg;

ω is the resonant angular frequency of the frame, rad / s,

moreover, the beam is attached to the frame in its lower part using vertical struts having increased rigidity in the direction of the frame oscillation vector and made with the possibility of deformation in the horizontal direction along with the ends of the beam, the vibrator is connected to the mains through a frequency converter configured to change the frequency of the electric current, while on the frame there is an oscillation sensor connected to the control device of the frequency converter, the output of which is connected to the control channel of the converter zovatelya frequency, and a frequency converter control device is configured to operate in two modes: manual tuning mode frame vibrations and automatic maintenance of the specified frame oscillations.