[发明专利]用于使固体从含有固体的钻井流体分离的设备和方法

说明书

本申请是名称为“用于使固体从含有固体的钻井流体分离的设备和方法”、国际申请日为2011年3月24日、国际申请号为PCT/GB2011/050599、国家申请号为201180021383.5的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于使固体从含有固体的钻井流体分离的设备和方法，特别但不排他地涉及用于使固体从含有固体的钻井泥浆分离的设备和方法。本发明还涉及用于此目的的泥浆振动筛和筛网组件。

背景技术

在油气井的结构中进行钻孔时，钻头布置在钻柱端部，钻柱旋转以在地层中钻出钻孔。称作“钻井泥浆”的钻井流体经由钻柱泵送到钻头以对钻头进行润滑。钻井泥浆还用于将由钻头产生的切屑和其它固体通过形成在钻柱和钻孔之间的环形空间输送至地面。钻井泥浆的密度受到严格控制以避免钻孔塌陷和确保最佳地进行钻进。钻井泥浆的密度影响钻头的钻进速度。通过调节钻井泥浆的密度，钻进速度以可能避免钻孔塌陷的方式改变。钻井泥浆还可以输送用于密封钻孔的多孔部分的堵漏材料。还可以根据被钻地层的类型调节钻井泥浆的酸性。钻井泥浆含有特别昂贵的合成油基润滑剂，因此通常回收和再使用用过的钻井泥浆，但是这尤其需要将固体从钻井泥浆中去除。这通过处理钻井泥浆实现。处理的第一部分是使固体从含有固体的钻井泥浆分离。这至少部分地利用振动分离器完成，诸如US5,265,730、WO96/33792和WO98/16328中公开的那些泥浆振动筛。可以使用诸如离心机和旋液分离器的进一步处理设备对固体泥浆进行进一步清理。固体包括于污染物和残渣中。在钻孔中的循环中通常有30-100m³的钻井流体。

对这里称作“钻屑”的所得固体进行处理以从固体中大体上去除全部残渣和污染物。固体随后可以丢弃在地下掩埋场或者倾泻在产生固体的海洋环境中。替代地，固体可以作为建筑工业中的材料使用或者具有其它工业用途。

泥浆振动筛通常包括底部敞开的筛篮，具有一个敞开的排出端和一个实心壁进给端。多个矩形筛网布置在筛篮敞开底部的上方。筛网可以为大体上平坦的或者具有轻微隆起。筛篮布置在弹簧上，位于接收回收的钻井泥浆的容器上方。料车或泥浆槽设置在筛篮的敞开排出端的下面。马达固定到筛篮上，其具有配置有偏心配重块的驱动转子。在使用中，马达使转子和偏心配重块转动，导致筛篮和固定于其上的筛网产生振动。含有固体的泥浆从筛篮的进给端引到筛网上。振动使钻井泥浆与固体分离，钻井泥浆穿过筛网并且固体留在筛网上方。振动还使固体沿着筛网朝向敞开的排出端运动。回收的钻井泥浆接收在容器中以进一步处理，固体通过筛篮排出端流到泥浆槽或料车中。

矩形筛网可以布置成与水平方向成一定角度，例如，从泥浆振动筛的进给端到排出端成7度倾斜。角度可以进行调节。筛网通常固定在筛篮中并且筛篮可以进行调节以调节筛网相对于水平方向的角度。含有固体的钻井流体的流动可以在倾斜筛网上形成储池。振动机构的作用使固体爬上倾斜筛网到达振动筛的排出端并进入泥浆槽或料车。

通常，引起圆形振动的振动机构往往将固体以圆形运动从筛网甩到空气中，常见于具有水平筛板的泥浆振动筛中。引起椭圆运动的振动机构使固体沿椭圆的长弦方向运动，通常在具有倾斜筛板的泥浆振动筛中使用，以使得在使用中，固体沿倾斜筛网向上的运动变得方便。具有引起极窄椭圆运动的振动机构的泥浆振动筛称作线性泥浆振动筛并且导致固体沿着筛网快速运动，但是筛网由于固体在它们与筛网接触时突然减速而受到迅速破坏。

泥浆振动筛中使用的筛网在处理钻井流体时经受大加速度和重载。需要大加速度以便产生穿过筛网的通过量并且在筛网上方输送固体进行排放。

泥浆振动筛振动驱动设备的尺寸设置成基于组件的总质量产生优化行程曲线，组件的总质量包括振动驱动设备、筛篮、筛网和位于其中的含有固体的钻井流体，即所有被振动部件，基本上为弹簧支撑的质量。筛网被夹持或以其它方式紧固到筛篮上并且筛网支撑要处理的含有固体的钻井流体。

在组件中产生的运动典型地为简谐运动，从其最低点开始，振动驱动设备、筛篮、筛网和含有固体的钻井流体典型地以椭圆运动被向上加速，椭圆的最长弦通过大正加速度作用力设定为朝向筛篮前方大约45度，该大正加速度作用力朝向加速度值减小为零的中间行程减少，随后产生负加速度，将速度在行程顶点减少到最小。这个循环在下行行程重复进行，显示为在速度最小的每个行程顶点经受大加速度值(正负)，在速度最大的行程中点加速度值为零。