[发明专利]从载有固体的液体中分离固体的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及从载有固体的液体中分离固体的设备和方法，尤其但不排他地涉及从载有固体的钻井泥浆中分离固体的设备和方法。

背景技术

在油井或气井构造中钻井眼时，钻头布置在钻柱的端部，所述钻柱旋转以钻出穿过地层的井眼。称作“钻井泥浆”的钻井流体经由钻柱被泵送到钻头以润滑钻头。钻井泥浆还用于将钻头产生的钻屑或其他固体通过形成于钻柱和井眼之间的环状空间输送至地面。精确控制钻井泥浆的密度以防止井眼倒塌和确保最佳地执行钻进操作。钻井泥浆的密度影响钻头的钻进速度。在可能引起使井眼倒塌时，通过调节钻井泥浆的密度可以改变钻进速度。钻井泥浆还可以输送用于密封井眼的多孔部分的井漏材料(lost circulation materials)。还可以根据被钻地层的类型调节钻井泥浆的酸度。钻井泥浆尤其包含昂贵的以合成油为基础的润滑剂，因此，通常回收和重复使用用过的钻井泥浆，但是这尤其需要从钻井泥浆中去除固体。这通过对钻井泥浆进行处理来实现。处理的第一部分是从载有固体的钻井泥浆中分离固体。这利用振动分离器至少部分地实现，所述分离器例如为US 5,265,730、WO96/33792和WO 98/16328中公开的泥浆振动筛。可以使用例如离心机和旋液分离器的其它处理设备进一步清洁固体的泥浆。固体包含在污染物和残余物中。在井眼中通常有30到100m³的钻井流体处于循环。

对所产生的固体(在此称作“钻井钻屑”)进行处理以从固体中去除大体上全部残余物和污染物。固体随后可以在固体来自的环境中被丢弃在地下掩埋场中或者倾泄在海洋中。可选地，固体可以用作建筑工业中的材料或者具有其他工业用途。

泥浆振动筛通常包括具有一个敞开排出端和实壁进给端的开底篮。在篮的敞开底部上布置有多个矩形筛。所述篮布置在位于容纳回收的钻井泥浆的接收器上方的弹簧上。箕斗(skip)或沟槽(ditch)设置在篮的敞开排出端的下面。具有驱动转子的马达固定到篮上，所述驱动转子设置有偏置配重块。在使用中，马达使转子和偏置配重块旋转，从而导致篮和固定于其上的筛发生震动。载有固体的泥浆在篮的进给端被引导到筛上。振动使固体沿着筛朝向敞开排出端移动。钻井泥浆经过所述筛。回收的钻井泥浆容纳在用于进一步处理的接收器中，固体通过篮的排出端上方进入沟槽或箕斗。

筛通常为两种类型之一：钩带式和预张紧式。

钩带式筛包括处于夹层结构的若干个矩形网层，通常包括一层或两层细小等级网以及具有较大网孔和较粗金属线的支撑网。网层通过细长钩状带连接在每个侧边。在使用中，细长钩钩在沿泥浆振动筛的每个侧面布置的张紧装置上。泥浆振动筛还包括冠状支撑构件组，其沿泥浆筛的篮长度延伸，网层在所述篮上方张紧。GB-A-1,526,663中公开了这类筛的实例。支撑网可以设置有带孔板或由带孔板代替。

预张紧式筛包括若干个矩形网层，通常包括一层或两层细小等级网以及具有较大网孔和较粗金属线的支撑网。网层在包括矩形角铁框架的刚性支撑件上预张紧并附着于其上。筛随后插入到布置于泥浆振动筛篮中的C-槽形导轨内。GB-A-1,578,948中公开了这种筛的实例，GB-A-2,176,424中公开了适于接收预张紧式筛的泥浆振动筛的实例。

WO 01/76720和NO 303323中公开了从载有固体的钻井泥浆中分离固体的可选设备。所述设备包括可旋转滚筒，所述滚筒围绕其纵向轴线旋转。滚筒具有入口端和排出端并且设置有内部同心带孔滚筒。具有螺旋叶片的同心螺杆布置在带孔滚筒内部，以便在滚筒围绕其纵向轴线旋转时使载有固体的钻井泥浆从入口端向排出端流动。载有固体的钻井泥浆被拖向滚筒的排出端。然而，钻井泥浆在其从入口端向排出端流动时流过带孔滚筒，使得只有干固体留在靠近排出端的滚筒内。因此，在滚筒的入口端存在湿润段，在接近滚筒的排出端存在干燥段。抽吸装置位于湿润段中以破坏钻井泥浆中边界层的表面张力，从而有助于与固体的分离。这种跨过筛布的压降受到气锁(air lock)的控制。

与泥浆振动筛相关的问题在于其中使用的筛易于堵塞，尤其是当固体为粘性的(例如，粘土)或者尺寸接近筛的筛孔尺寸时更是如此。后一种类型的堵塞称作相近尺寸的颗粒堵塞。为解决该问题已经提出了许多解决方案，例如GB-A-1,526,663公开了一种筛组件，其使用采用夹层结构的两层筛分材料，允许筛分材料层单独移动以清除堵塞在所述筛之一中的任何相近尺寸的颗粒。涉及可旋转滚筒分离器的WO01/76720还公开了使用位于带孔滚筒外部的空气喷嘴以通过带孔滚筒在干燥区内提供正压空气，从而确保穿孔不被固体堵塞。