[发明专利]双馈送离心机

说明书

技术领域

这里公开的实施例通常涉及一种用于处理流体的离心机系统，所述的流体包括固体和液体。在另一方面中，这里公开的实施例涉及一种用于从流体材料中去除固体的双馈送离心机系统。在另一方面中，这里公开的实施例涉及一种用于从钻井流体材料中去除固体的双馈送离心机系统。仍然在另一方面中，这里公开的实施例涉及一种通过使用双馈送离心机从流体材料中的液体分离固体的方法。

技术背景

油田钻井流体，通常被称为“泥浆”，典型地为在其内有悬浮固体的液体。通常情况下，固体的作用是使钻井泥浆具有期望的密度和流变特性。钻井泥浆也可以包括在井下钻井操作中产生的以钻屑为形式的需要被分离的不希望的固体，所述的不希望的固体。

钻井泥浆可包含添加在油基或水基流体中的聚合物、生物高聚物、泥土和有机胶体，以获得所要求的粘性和过滤特性。重矿物，例如重晶石或碳酸钙，可被添加以增加密度。

钻井泥浆在工业中用于多种目的。在其许多功能中，钻井泥浆作为润滑剂以冷却旋转钻头和提供更快的切削速度。典型地，所述泥浆在地表被混合，并在高压下通过钻柱孔被泵送至井下钻头处。一旦所述泥浆到达钻头，其通过不同的喷嘴和端口喷出，在所述的喷嘴和端口处所述泥浆对钻头进行润滑和冷却。在通过喷嘴喷出之后，“被消耗”的钻井流体通过钻柱与钻孔之间的环空(annulus)返回至地表。

而且，钻井泥浆提供流体静压柱或静压头，以防止正在被钻开的油井发生井喷。流体静压对地层压力进行补偿，从而可在地层中的高压沉积物被破坏时防止流体喷出。有助于钻井泥浆柱流体静压的两个因素是钻井泥浆柱自身的高度(或深度)(即，地表距井口底部的垂直距离)和所用流体的密度(或其倒数，比重)。如上所述，与待钻地层的类型和结构有关，不同的增重剂和润滑剂被混合于钻井泥浆内以获得适合的混合物。典型地，钻井泥浆重量以“磅”表述，是磅/加仑的简略形式。增加溶解在钻井泥浆基质内的填充剂溶解物的量通常可产生更重的钻井泥浆。过轻的钻井泥浆不能防止地层的爆裂，并且过重的钻井泥浆会对地层产生过分侵害。因此，钻井泥浆可被称为加重的或未加重的，取决于包含在其内的增重剂和其它附加物的数量。

钻井泥浆的另一个重要目的是将钻屑从井底的钻头带至地面。随着钻头对井底的岩层进行粉碎或刮擦，小块的固体材料被遗留。在钻头处从喷嘴喷出的钻井泥浆对岩石和地层的固体颗粒进行搅拌，并携带至地表。因此，从环空喷出井眼的钻井泥浆为包含有地层钻屑的浆体。

在钻井泥浆可以通过钻头的喷嘴被循环和重新向下泵送之前，某些固体，例如钻屑，必须被去除。通常情况下，通过使用泥浆振动筛、离心机和泥浆池的各种组合，钻井固体可从钻井泥浆中被分离。

一种用于从钻井泥浆中去除钻屑和其它固体颗粒的设备在工业中通常被称为泥浆振动筛。泥浆振动筛，又以振动分离器为大家熟知，其为类似于振动筛的台，返回的已用钻井泥浆在所述台上被沉积，并通过所述的平盘产生基本上更干净的钻井泥浆。

在一些情况下，从泥浆振动筛回收的钻井泥浆可不与大钻屑接触，而被送至泥浆池以进一步被分离和处理。例如，剩余的流体可进一步被处理以形成用于井下重新注入的钻井泥浆。但是，在一些情况下，从泥浆振动筛流出的钻井流体会需要进一步地固体分离，例如，用于从钻井泥浆中对不同添加剂的水平进行调整或回收。这种进一步分离可通过使用离心机实现。

离心机工作原理取决于钻井泥浆内固体与液体之间的密度差。当旋转扭矩施加于产生离心力(这里以后，表示为作用力G)的离心机时，具有较高密度的固体偏向于聚积在离心机内侧的外周上，而具有较低密度的液体偏向于聚积在更接近离心机旋转轴的位置。当在作用力G的作用下开始分离时，通过使用带状螺旋输送机，有时也被称为涡形管(scroll)，固体和液体可从离心机的相对侧被去除。

参考图1，示出传统的离心机，例如在美国专利申请No.2006/0105896A1中所公开的。离心机10具有滚筒(bowl)12，所述滚筒被支撑以绕纵向轴线旋转，其中，大滚筒部分12d具有开口端12b，以及圆锥形部分12e具有开口端12a，且开口端12a用于容纳传动法兰盘14，所述传动法兰盘与驱动轴(未显示)相连用于使滚筒12旋转。传动法兰盘14具有单个纵向通道，所述纵向通道容纳有馈送管16，用于将钻井泥浆引入至滚筒12的内部。螺旋输送机18以与其同轴的方式在滚筒12内延伸，并被支撑以在滚筒12内旋转。中空的法兰盘轴19被布置在滚筒的末端12b内，并容纳有外啮行星齿轮箱的驱动轴17，在选定的速度下以与滚筒12相同的方向使螺旋输送机18旋转。