多筛板振动筛 |
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| 申请号 | CN201280035283.2 | 申请日 | 2012-05-16 | 公开(公告)号 | CN103687677B | 公开(公告)日 | 2016-05-11 |
| 申请人 | M-I有限公司; | 发明人 | B·L·霍尔顿; | ||||
| 摘要 | 本公开涉及用于从钻井 流体 中分离固体的方法和器械。根据本公开的 振动筛 包括具有第一通道和第二通道的第一筛板，并且还包括第二筛板。由第一通道接收且通过第一筛板分离的钻井流体被引导到第二筛板，且由第二通道接收且通过第一筛板分离的钻井流体被引导到振动筛的贮槽。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于从流体中分离固体的振动筛，包括： |
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| 说明书全文 | 多筛板振动筛技术领域背景技术[0002] 通常称为“泥浆”的油田钻井流体在工业中用于多种目的。在它的很多功能之中，钻井泥浆作为润滑剂用以冷却旋转的钻头并便于更快的切割速率。通常，泥浆在地面处混合并且在高压下通过钻柱的钻孔向井下泵送到钻头。一旦泥浆到达钻头，它便通过不同的喷嘴和端口离开，在此处它润滑并且冷却钻头。通过喷嘴离开之后，“用过的”流体通过在钻柱与已钻井眼之间的环形空间返回地面。 [0003] 而且，钻井泥浆产生静水压力柱，或者净水压力头，用以防止被钻的井“井喷”。净水压力抵消地层压力，从而防止如果在地层中增压沉积物突然增加时流体的喷出。两个对钻井泥浆柱的静水压力有贡献的因素是：柱(即从地面到井眼底部的垂直距离)自身的高度(或深度)，以及使用的流体的密度(或者与其相反的，具体的重力)。根据待钻地层的类型和结构，将各种增重剂和润滑剂混合到钻井泥浆中用以获得合适的混合物。通常地，钻井泥浆重力用“磅”记录，其是磅每加仑的缩写。一般地，溶解在泥浆基体中的增重剂量的增加将会产生更重的钻井泥浆。太轻的钻井泥浆不能防止地层喷射，而太重的钻井泥浆可能过度侵入地层。因此，需要花费很多时间和精力用以确保泥浆混合物的最优化。由于泥浆的评价和混合过程既耗时又昂贵，钻井人员和服务公司宁愿回收返回的钻进泥浆，并再循环用于继续使用。 [0004] 钻井泥浆的另一个显著目的是用于从井眼底部的钻头处将钻屑携带到地面。由于钻头会磨到或刮到井眼底部处的岩石地层，会留下固体材料的小碎片。在钻头处离开喷嘴的钻井流体将岩石和地层的固体微粒搅动且在钻柱与井眼之间的环形空间内携带到地面。因此，从环形空间离开井眼的流体是钻井泥浆中的地层钻屑的泥浆。在泥浆可再循环并通过钻头的喷嘴重新泵入之前，需去除钻屑微粒。 [0005] 目前使用的从钻井流体中去除钻屑和其它固体微粒的装置在工业中一般称为页岩振动筛或振动分离器。振动筛是振动筛状平台或筛网平板(筛板)，其使携带在钻井流体中的返回固体沉积在其上，并使与从振动筛浮现的固体分离的钻井流体通过。通常，振动筛是成一定角度的平台，具有一般穿孔的过滤器筛网底部，其也称为“筛板(deck)”返回的钻井流体沉积在振动筛的供给端。当钻井流体沿着振动平台的长度行进时，流体通过穿孔下落到下部的储蓄器，并将固体微粒材料留下。振动筛平台的振动作用将留下的固体微粒运输，直到它们从振动筛平台的排放端落下为止。筛板可以相对于地面成一定角度。在一些振动筛中，筛板的倾斜角度导致微粒在通常向上的方向上移动，而其它振动筛倾斜使得微粒在通常向下的方向上移动，以及另外其它振动筛不相对于地面倾斜或成角度。不管怎样，现有振动筛的平台倾斜和/或设计振动不应视为对本公开的限制。 [0006] 振动的量和振动筛筛板的倾斜角度可以是可调的用以在钻井流体中调节不同的钻井流体流动速率和微粒百分比。在流体通过振动筛筛板的穿孔底部之后，其可以马上返回到井眼中服务、被存储用于测量和评估、或者通过其它设备(例如，干燥振动筛、离心分离机、或更小尺寸的页岩振动筛)用以进一步去除更小的钻屑。 [0007] 具有筛板的典型振动筛包括细长的、盒状的、刚性的床，以及附连至该床且延伸穿过该床的筛网。床的振动将待分离的材料引导到筛网。经常与重力结合的振动将相对大尺寸的材料沿着筛网移动且离开床的端部。床通常以常规的方式通过气动、液压、或旋转振动器来振动。在特定的振动筛中，多级筛网可以用于将携带固体的流体限定到需要的纯度。为了减少空间需求，可以在单个振动筛中布置多级筛板。 [0008] 参考图1，示出了多筛板振动筛100的透视图。多筛板振动筛100包括顶部筛板102、中间筛板104、以及底部筛板106。将携带固体的流体在顶部筛板102上引导到振动筛 100。小于顶部筛网筛孔的流体和固体通过顶部筛板102，而大于顶部筛网筛孔的固体存留在顶部筛板上且从振动筛100去除。 [0009] 在具有串联构造的振动筛中，来自顶部筛板102的废液通过布置在顶部筛板102之下的第一回流盘(未示出)被引导到中间筛板104。大于中间筛板104的筛网的固体不会通过中间筛板104且从振动筛100丢弃，而来自中间筛板104的废液被引导到底部筛板106。可以将来自底部筛板106的废液收集在贮槽(未示出)中，同时由于太大而不能通过底部筛板106的固体从振动筛100移除并丢弃。因此，在串联操作中，流体被顶部筛板102、中间筛板104、以及底部筛板106按顺序进行处理。构造为用于串联处理流体的多筛板振动筛可以从被处理的流体中去除更多的固体，且可以用在要回收特殊固体用于再利用的选择的筛网应用中。 [0010] 具有并联流体处理构造的另一个振动筛可以代替上文描述的串联构造而使用。在并联构造中，将来自顶部筛板102的废液通过第一回流盘(未示出)分成两股液流。将一股液流引导到中间筛板104，而将另一股液流引导到底部筛板106。然后可以将通过中间筛板104和底部筛板106的废液收集在贮槽(未示出)中用于再利用。对于筛板102、104以及 106给定的筛网尺寸，构造为用于并联处理流体的多筛板振动筛可以具有更高的容量，且因此可以在给定的时间中比构造为用于串联处理流体的振动筛处理更多的流体。 [0011] 因此，存在可以以串联或并联形式操作的多筛板振动筛的需求。而且，存在从串联模式向并联模式、或从并联模式向串联模式的可以选择性转换的多筛板振动筛的需求。发明内容 [0012] 在一个方面，本文公开的实施例涉及一种用于从流体中分离固体的振动筛。该振动筛包括具有第一通道和第二通道的第一筛板；以及第二筛板。由第一通道接收且通过第一筛板分离的流体被引导到第二筛板，且由第二通道接收且通过第一筛板分离的流体被引导到振动筛的贮槽。 [0013] 在另一个方面，本文公开的实施例涉及一种用于从钻井流体中分离固体的方法。该方法包括接收钻井流体到第一筛板的第一通道上，第一筛板具有第一通道和第二通道； 在第一筛板的第一通道中从钻井流体中分离固体；将钻井流体从第一筛板的第一通道引导到第二筛板上；以及在第二筛板中从钻井流体中分离固体。由第二通道接收且通过第一筛板分离的钻井流体被引导到振动筛的贮槽。 [0014] 在又一个方面，本文公开的实施例涉及一种用于从钻井流体中分离固体的方法。所述方法包括以串联布置方式操作振动筛来处理钻井流体，包括：在所述振动筛的第一筛板的第一通道中接收钻井流体，所述第一筛板具有所述第一通道和第二通道；在所述第一筛板的所述第一通道中从钻井流体中分离固体；将钻井流体从所述第一筛板的所述第一通道引导到所述振动筛的第二筛板上；在所述第二筛板中从钻井流体中分离固体；以及将钻井流体从所述第二筛板引导到所述振动筛的贮槽。所述方法还包括以并联布置方式操作所述振动筛来处理钻井流体，包括：在所述振动筛的所述第一筛板的所述第二通道中接收钻井流体；在所述第一筛板的所述第二通道中从钻井流体中分离固体；将钻井流体从所述第一筛板的所述第二通道引导到所述振动筛的所述贮槽；在所述振动筛的所述第二筛板中接收钻井流体；在所述第二筛板中从钻井流体中分离固体；以及将钻井流体从所述第二筛板引导到所述振动筛的所述贮槽。所述方法进一步包括：在串联布置方式与并联布置方式之间调整振动筛的操作模式来处理钻井流体。 [0016] 图1是现有技术的多筛板振动筛的一个剖视图。 [0017] 图2A-2F是根据本公开的一个或多个实施例的多筛板振动筛的多个视图。 [0018] 图3-10是根据本公开的一个或多个实施例的振动筛之内流动构造框图的多个视图。 具体实施方式[0019] 在一个方面，本文公开的实施例涉及用于从钻井流体中分离固体的器械和方法。尤其，本公开的实施例提供振动筛，例如多筛板振动筛，其具有第一筛板和第二筛板，其中，当从钻井流体中分离固体时筛板可以以串联构造和/或并联构造进行操作。因此，本文公开的实施例可以涉及用于增加振动筛效率的器械和方法，例如根据需要通过提供钻井流体到振动筛的多个筛板。 [0020] 参考图2A-F，示出了根据本公开的一个或多个实施例的振动筛201的多个视图。尤其，图2A示出振动筛201的透视图，图2B示出振动筛201的另一个透视图，图2C示出了振动筛201的顶视图，图2D示出了振动筛201的另一个顶视图，图2E示出了振动筛201的剖视图，以及图2F示出了振动筛201的另一个剖视图。振动筛201可以包括多个筛板。如图2A-F所示，振动筛201可以包括第一筛板211，例如顶部筛板；以及第二筛板221，例如布置在顶部筛板之下的底部筛板。进一步地，例如第三和/或第四筛板的其它筛板可以包括在振动筛之内，而不背离本公开的范围。 [0021] 如示出的，第一筛板211和/或第二筛板221可以具有一个或多个通道213。例如，第一筛板211可以包括第一通道213A、第二通道213B、以及第三通道213C。进一步地，第二筛板221可以包括第一通道223A和第二通道223B。但是，根据筛网操作的需求，筛板211和221可以包括一个或多个通道。例如，第一筛板211可以包括两个或更多通道213，第二筛板221可以包括一个或多个通道223。因此，应该理解，第二筛板221包括至少一个通道用于接收和引导钻井流体，在一些实施例中其可以是唯一的通道。 [0022] 进一步地，振动筛201可以包括与其联接的供给器203，例如具有联接到振动筛201的供给端的供给器203。供给器203可以用于接收和引导钻井流体到振动筛201的第一筛板211。尤其，供给器203可以用于控制和选择性地引导钻井流体到振动筛201的第一筛板211，例如通过选择性地引导钻井流体到第一筛板211的第一通道213A、第二通道213B、和/或第三通道213C。 [0023] 因此，供给器203可以具有一个或多个入口和/或一个或多个出口用于根据需要来接收和引导钻井流体到第一筛板211的第一或多个通道213A-C，其中，入口和出口的数量可以例如对应于在第一筛板211内使用的通道的数量。在一个或多个实施例中，所述供给器可以包括一个或多个闸、阀、和/或任意其它机构，其可以用于便于接收和/或引导流体到振动筛。进一步地，在一个或多个实施例中，供给器可以包括一个或多个随其包括的固定筛网，例如通过具有布置在供给器内的一个或多个筛网用于在将钻井流体引导到振动筛的筛板之前便于从钻井流体中分离固体。而且，如示出的，一个或多个电机209可以联接和/或附连到振动筛201，用于当使用振动筛201从钻井流体中分离固体时提供振动运动。 [0024] 筛网筛孔可以提供在每一个振动筛的筛板上，并且更特殊地，可以提供在每一个振动筛的筛板的通道上。根据相应的筛网筛孔的尺寸，筛网筛孔可以用于从钻井流体中过滤掉且分离不同尺寸的固体。因此，在图2A-2F中，可以提供筛网筛孔用于第一筛板211的通道213A-213C，且还可以提供用于第二筛板223的通道223A和223B。进一步地，在一个或多个实施例中，用于筛板的通道的筛网筛孔的尺寸可以不同，使得筛板的通道可以能够过滤掉且分离不同尺寸的固体。 [0025] 例如，筛板可以使用或包含不同尺寸的筛网筛孔，例如通过在第一筛板211上具有较粗的筛网筛孔、在第二筛板221上具有较精细的筛网筛孔，因而第二筛板221可以能够过滤掉且分离与第一筛板211相比具有较小尺寸的固体。而且，筛板的通道可以使用或包含不同尺寸的筛网筛孔，例如通过在第一筛板211的第一通道213A上具有较粗的筛网筛孔且在第一筛板211的第二通道213B和/或第三通道213C上具有较精细的筛网筛孔。因此，第二通道213B和/或第三通道213C可以能够过滤掉且分离与第一通道213A相比具有较小尺寸的固体。 [0026] 仍然参考图2A-2F，第一筛板211可以包括供给端215和排放端217，且近似地第二筛板可以包括供给端225和排放端227。尤其，第一筛板211的通道213A-213C可以分别包括供给端215A-215C和排放端217A-217C，且第二筛板221的通道223A和223B可以分别包括供给端225A和225B以及排放端217A和217B。筛板211和221的供给端215可以用于接收钻井流体到筛板211和221上，且排放端217可以用于排放来自筛板211和221以及来自振动筛201的从钻井流体中分离的固体。 [0027] 根据本公开的一个或多个实施例的振动筛还可以包括一个或多个回流盘。例如，如图2A-2F所示，回流盘231可以用于接收使用第一筛板211的一个或多个通道213A-213C与固体分离的钻井流体，且用于引导钻井流体到振动筛201的第二筛板221的一个或多个通道223A和223B。附加地或可选地，回流盘231可以用于接收由第一筛板211的一个或多个通道213A-213C分离的钻井流体且引导钻井流体到振动筛201的贮槽241。引导到振动筛201的贮槽241的钻井流体可以由贮槽241收集，例如在钻井时用于再利用。 [0028] 根据本文公开的实施例，振动筛201可以包括一个或多个回流盘231，或可以不包括任何回流盘231。进一步地，回流盘231可以分离成多个分离的回流盘231。例如，不使回流盘231定位在第一筛板211下方以及第一筛板211与第二筛板221之间，相反多个回流盘231可以布置在第一筛板的不同通道213A-213C之下。因此，对于回流盘231可以使用不同的形状、尺寸、结构、布置方式、以及构造，而这不会背离本公开的范围。 [0029] 如上文讨论的，当从钻井流体中分离固体时，根据本公开的振动筛201可以以串联构造和/或并联构造形式使用。因此，关于图2A-2F，且还如图2E中以及图3中的框图所特殊说明的，在串联构造中，可以将钻井流体引导到第一筛板211的第一通道213A。当将钻井流体引导到第一筛板211的第一通道213A时，第一通道213A可以在供给端215A接收钻井流体且然后使用第一筛板211的第一通道213A从钻井流体中分离固体。因此来自钻井流体的具有大于第一通道213A的筛网筛孔尺寸的固体将从第一筛板211的第一通道213A的排放端217A排放掉。 [0030] 进一步地，钻井流体将通过且流动通过第一通道213A的筛网筛孔。因此，在回流盘231包括在振动筛201之内的实施例中，可以然后通过回流盘231将钻井流体接收进而引导钻井流体到第二筛板221。尤其，回流盘231可以用于引导钻井流体到第二筛板221的第一通道223A和/或第二通道223B，进而分别到第一通道223A和第二通道223B的供给端225A和225B。但是，在回流盘没有包括在振动筛201之内的实施例中，钻井流体可以流动通过筛网筛孔，进而将其引导且直接掉落到第二筛板221的第一通道223A和/或第二通道 223B上。在一个或多个实施例中，回流盘231可以用于防止振动筛的一个或多个筛板不必要的磨损。 [0031] 当钻井流体被引导到第二筛板221的第一通道223A和/或第二通道223B时，通道223A和223B可以用于从接收的钻井流体中分离固体。尤其，来自钻井流体的具有大于第一通道223A和/或第二通道223B的筛网筛孔尺寸的固体将从第二筛板221的通道223A和/或223B的排放端227A和/或227B排放掉。进一步地，钻井流体可以通过且流动通过通道223A和/或223B的筛网筛孔，然后可以将钻井流体引导到振动筛201的贮槽241。如上文所讨论的，图3中的框图示出了在振动筛201之内这种串联流动构造的描述。而且，且如上文所讨论的，第一筛板211的第一通道213A可以具有与第二筛板221的第一通道223A和/或第二通道223B的筛网筛孔相比更粗的筛网筛孔。 [0032] 继续，如上文关于图2E和3所讨论的，在并联流动构造中可以仍然将钻井流体引导到第一筛板211的第一通道213A，因而可以通过第二筛板221的第一通道223A和/或第二通道223B将钻井流体引导到振动筛201的贮槽241。进一步地，且仍如图2F中和图4的框图中所特别说明的，还可以将钻井流体引导到第一筛板211的第二通道213B和/或第三通道213C。当将钻井流体引导到第一筛板211的通道213B和/或213C时，通道213B和/或213C可以在其供给端215B和215C处接收钻井流体，其中，第一筛板211的通道213B和/或213C可以用于从钻井流体中分离固体。因此，来自钻井流体的具有大于通道213B和/或213C的筛网筛孔尺寸的固体将从第一筛板211的通道213B和/或213C的排放端217B和/或217C排放掉。 [0033] 进一步地，钻井流体可以通过且流动通过通道213B和/或213C的筛网筛孔，然后可以将钻井流体引导到振动筛201的贮槽241。例如，如上文所讨论的，回流盘231(如果需要的话)，或另一个分离的回流盘，可以用于从第一筛板211的通道213B和/或213C将钻井流体引导到振动筛201的贮槽241。但是，在一个或多个实施例中，可以不使用回流盘，其中其它方法，例如振动筛201的侧部或底部可以用于将钻井流体引导到振动筛201的贮槽241。 [0034] 如上文所讨论的，图4中的框图示出了在振动筛201内的这种并联流动构造的描述。而且，仍然如上文所讨论的，第一筛板211的第二通道213B和/或第三通道213C可以具有与第一筛板211的第一通道213A相比较精细的筛网筛孔，例如通过在第一筛板211的第二通道213B和/或第三通道213C与第二筛板221的第一通道223A和/或第二通道223B之间具有大体上近似的筛网筛孔尺寸。 [0035] 根据本公开的一个或多个实施例，一个或多个筛板，以及筛板的一个或多个通道，可以相对彼此成不同筛板的角度布置。例如，如果需要的话，第一筛板211的一个或多个通道213A-213C以及第二筛板221的一个或多个通道223A和223B可以相对彼此成不同的筛板角度布置，且可以在相对彼此成不同的筛板角度之间移动。 [0036] 在一个实施例中，第一筛板211可以与第二筛板221成不同的筛板角度布置。在另一个实施例中，如图2E和2F所特别示出的，第一筛板211的第一通道213A可以以大约0度布置，然而第一筛板211的第二通道213B和/或第三通道213C可以以大约4度倾斜布置。这可以使得当通过通道和筛板在钻井流体之内运输大的、且通常较重的固体用于分离时能够使用较低的筛板角度。这还可以使得在通道和筛板上能够使用较大池深度用于增加振动筛的流体容量。因此，筛板的通道的筛板角度可以是可移动的且相对彼此改变，以用于改变和调整振动筛的流体容量。而且，在一个或多个实施例中，通道和筛板可以以混合的角度布置，例如与振动筛的排放端相比使振动筛的供给端处的一个或多个通道具有不同的角度。 [0037] 参考图3-10，示出了根据本文公开的一个或多个实施例的振动筛的流动构造的框图的多个视图。如上文讨论的，图3示出了在振动筛201之内串联构造的流动构造，图4示出了在振动筛201之内并联构造的流动构造。 [0038] 进一步地，如图5和6中所示，不使第一筛板211的第二通道213B和/或第三通道213C将钻井流体引导到振动筛201的贮槽241，相反第一筛板211的第二通道213B和/或的第三通道213C可以将钻井流体引导到第二筛板221的第一通道223A和/或第二通道223B。例如，钻井流体可以被回流盘231(如果存在的话)从第一筛板211的第二通道213B和/或第三通道213C接收，其中，回流盘231可以将钻井流体引导到第二筛板221的第一通道223A和/或第二通道223B。因此，第一筛板的一个或多个通道可以用于选择性地将钻井流体引导到振动筛的第二筛板和/或振动筛的贮槽。在一些实施例中，第一筛板的一个或多个通道的筛网筛孔可以比第二筛板的一个或多个通道的筛网筛孔更粗。 [0039] 如图7和8中所示，在振动筛201仅仅包括第一筛板211的第一通道213A和第二通道213B的实施例中，振动筛201可以用于以串联构造从钻井流体中分离固体，类似于图3中所示。在上述的实施例中，当使用时根据需要，可以选择性地将钻井流体引导到第一筛板211的第一通道213A和/或第二通道213B，尤其在第一通道213A和第二通道213B彼此具有不同流动速率和不同的流体容量特性时。 [0040] 关于图7和8，通道213A和213B彼此可具有不同的筛板角度和/或不同的筛网筛孔，其中，可能需要将钻井流体引导到第一筛板211的第一通道213A和/或第二通道213B，用于增加和/或减少振动筛201的流体容量。在一个实施例中，第一通道213A可以具有大约3度倾斜的筛板角度，且第二通道213B可以具有大约0度的筛板角度。在上述的实施例中，为了增加振动筛的流体容量，可以优选图7中示出的流动构造，然而对于较难运输固体的钻井流体，可以优选图8中示出的流动构造。此外，在上述的实施例中，第一通道213A可以与第二通道213B具有不同尺寸的筛网筛孔，例如根据需要使第二通道213B具有较粗和/或较精细的筛网筛孔。 [0041] 进一步地，如图9中所示，在振动筛201仅仅包括第一筛板211的第一通道213A和第二通道213B的实施例中，振动筛201可以用于以并联构造从钻井流体中分离固体，类似于图4中所示。而且，如图10中所示，在振动筛201包括第一通道213A、第二通道213B、以及第三通道213C的实施例中，振动筛201可以仅仅在第二通道213B和/或第三通道213C中接收钻井流体，然后振动筛201可以将钻井流体引导到贮槽241。 [0042] 如上文所述，振动筛不限于仅仅两个筛板的构造。因此，振动筛可以包括多于两个筛板，且筛板的布置可以彼此变化。例如，不使第一筛板布置在第二筛板之上，相反筛板可以布置为并排构造，或其它构造。例如，在一个实施例中，振动筛可以包括多个筛板分离器，例如MD-3页岩振动筛，其可商购于得克萨斯州休斯顿的M-I,L.L.C.斯伦贝谢公司。因此，与振动筛一起使用的筛板的数量、布置、以及构造不应该考虑是对本公开的限制。 [0043] 有利地，本文公开的一个或多个实施例可以提供更高效的振动筛。尤其，本文公开的实施例可以提供可以能够无缝改变流动构造的振动筛。例如，振动筛无需断电便可以重新构造振动筛的流动。而且，可以根据需要通过改变通过供给器的流动和改变包括在振动筛之内的一个或多个回流盘的构造来引导钻井流体通过振动筛。进一步地，本文公开的实施例可以提供能够具有多个筛板角度的振动筛，例如对于不同通道和/或不同筛板采用多个筛板角度。例如，在一个实施例中，第一筛板的一个或多个通道可以与第一筛板和/或第二筛板的一个或多个通道成不同的筛板角度布置和/或在第一筛板和/或第二筛板的一个或多个通道的不同的筛板角度之间可移动。而且，本文公开的实施例可以提供具有增加的有效筛板面积的振动筛。例如，如图2A-2F中所示，第一筛板可以具有超过传统振动筛的增加的尺寸，其中，振动筛的一个或多个弹簧支架可以附连至第一筛板的底部，从而增加本公开的振动筛的筛网面积。尽管本文公开的实施例已描述从钻井流体中分离固体，但是还可以通过本文描述的实施例和振动筛构造实现从其它类型流体中分离固体。 [0044] 虽然本发明关于有限数量的实施例，但受益于本公开，本领域技术人员将理解，能够设计出其它的实施例而不脱离如本文公开的本发明的范围。因此，本发明的保护范围应仅由所附权利要求所限制。 |
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