旋转式钻井液过滤方法 及其实施设备上的四种专用装置 本发明涉及一种固相颗粒控制系统中的旋转式钻井液过滤方法，以及用该方法过滤钻井液的设备上的四种专用装置，它们包括专用过滤单元、专用传动装置、专用固相颗粒收集装置和专用注入装置。
近半个世纪以来，用于清除钻井液中固相颗粒的技术层出不穷。目前，技术比较全面的固相控制系统包括五种顺序连接的设备，它们是振动筛、除气器、旋流除砂机、清洁机和离心机，其中除除气器外，其他四种设备均用于清除钻井液中的固相颗粒。振动筛主要由筛架、筛网、激振器、减振单元等构成，筛网面基本是平直的，激振器与筛架连接。过滤钻井液时，在激振器作用下，固定在筛架上的筛网作上下高频振动，清洁钻井液通过筛网，固相颗粒被截留在筛网上。加大激振器产生的激振力可以提高清洁钻井液的滤失量，但是加大激振力会对过滤钻井液产生自相矛盾的作用：固相颗粒是一些经过高温液体浸泡、大小不一的半破碎团絮物，本身比较松软，当激振力加大到超过固相颗粒的承受能力时，固相颗粒就会破碎成众多小于原来尺寸的固相颗粒，而且，由于激振力是高频的，使得固相颗粒在短时间内反复经历从大到小的破碎过程，这就造成一些本来不能通过筛网的固相颗粒能够随清洁钻井液通过筛网进入下一级过滤设备，给下一级设备增加了额外的负担，这意味着整个系统的效率降低了。另外，高频交变地激振力也是筛网早期破损失效的主要原因。
实际生产中，处于固控系统第一级的设备均采用这种振动式的过滤方法，对1986年以来过滤钻井液方面的专利文献进行检索，未发现如下所述的钻井液过滤技术。
本发明的目的是提供一种旋转式钻井液过滤方法，该方法能使钻井液中的固相颗粒在过滤过程中免受激振力的破碎作用。
本发明的第二目的是提供一种旋转式钻井液过滤设备的专用过滤单元，该过滤单元能实现仅在离心力作用下滤过清洁钻井液。
本发明的第三个目的是提供一种旋转式钻井液过滤设备的专用传动装置，该装置能实现过滤单元绕着竖直的轴心公转。
本发明的第四个目的是提供一种旋转式钻井液过滤设备的专用收集装置，该装置能使散落在环形砂槽上的固相颗粒收集在一起，并从固定出口排除。
本发明的第五个目的是提供一种旋转式钻井液过滤设备的专用注入装置，该装置能使钻井液获得动能并均匀的分配到该设备的过滤单元中。
为达到上述第一个目的，本发明旋转式钻井液过滤方法包括如下步骤：先使过滤单元和注入装置绕着竖轴旋转，然后使过滤单元自转，随后将钻井液导入注入装置，加速流过注入装置的钻井液被抛向过滤单元的筛网，由于惯性作用，清洁钻井液通过筛网，固相颗粒被截留在筛网上，从而实现钻井液在无激振力的条件下得到过滤。
本发明的第二个目的是通过具有如下结构的专用过滤单元实现的，该过滤单元包括筛网和网架，筛网侧面封闭的固定在网架上，该过滤单元还有一个与网架连接的中轴，网架与中轴之间的上部环状空间是完全开放的。
本发明的第三个目的是通过具有如下结构的专用传动装置实现的，该装置包括顺序连接的轴套、轴承和竖轴，竖轴上端有一个具有承托功能的平台，平台周边有多个用于支撑过滤单元的导向机构。
本发明的第四个目的是通过具有如下结构的专用收集装置实现的，该装置由至少一个用于收集固相颗粒的刮扫装置和一个用于承接固相颗粒的环形砂槽构成，刮扫装置上端安装在导向机构上，下端伸入环形砂槽，环形砂槽的槽底具有至少一个孔。
本发明的第五个目的是通过具有如下结构的专用注入装置实现的，该装置由一个用于容纳钻井液的接收器和多个对应于过滤单元的导管构成，导管的一端与接收器连接并连通，另一端向下弯曲伸入过滤单元。
由于钻井液在上述注入装置中的流速不断提高，离开导管后即被抛向过滤单元的筛网，惯性作用使清洁钻井液通过筛网，固相颗粒被截留在筛网上，随着筛网的自转，固相颗粒转到过滤单元内缘，同时在离心力作用下被抛离筛网，筛网每自转一圈，就完成一次过滤和自洁，从而避免了固相颗粒在过滤过程中被振碎的危险。本发明产生的离心力加速度至少能达到十倍于重力加速度，而现有振动筛产生的激振力加速度最高能达到六倍于重力加速度，因此本发明可以使用目数更细的筛网，截留更细的固相颗粒，从而达到减少固控设备，简化系统流程。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为钻井液过滤方法的原理示意图。
图2为旋转式钻井液过滤设备的侧视图。
图3为注入装置和传动装置的俯视图。
图4为皮带轮17、22安装的局部视图。
图5为传动装置上端的局部视图。
图6为动态导电装置的侧视图。
图7为导向机构和过滤单元的侧视图。
图8为图7沿A-A的剖视图。
图9为导向机构和过滤单元的第二实施例的侧视图。
图10为图9沿B-B的剖视图。
图11为刮扫装置的第二实施例的侧视图。
图12为刮扫装置的第三实施例的俯视图。
图13为环形砂槽的侧视图。
如图1所示，本发明旋转式钻井液过滤方法是采用如下步骤实现的，首先使过滤单元和注入装置绕竖轴23公转，再使过滤单元绕中轴47自转；然后将钻井液导入注入装置，钻井液在导管30内在离心力作用下加速流动；钻井液从导管30出口被抛到筛网50上，由于惯性作用，清洁钻井液63通过筛网50，而固相颗粒被截留在筛网50的内壁上，附着在筛网50外缘上的固相颗粒61随着过滤单元的自转，转向筛网50内缘，此时固相颗粒和筛网在离心力方向上的相对位置逐渐发生前后变化，在离心力的作用下，附着在筛网50内缘的固相颗粒62被抛离筛网50。过滤单元每自转一圈，筛网50就经历一次被新的固相颗粒覆盖和抛离固相颗粒的过程，如此循环往复，就避免了过滤钻井液时对固相颗粒的破碎作用。
图2所示的旋转式钻井液过滤设备包括底座26、专用传动装置、专用注入装置、专用收集装置。轴套7通过螺栓24和螺母25安装在底座26上。减速机14通过螺栓15和螺母16固定在底座26上，皮带轮17通过皮带18与皮带轮22连接，皮带轮17、22均采用图4中所示的连接形式，分别用轮托32和螺钉33固定在减速机14的输出轴和竖轴23上。
竖轴23上端有一个平台1，平台1周边的导向机构中装有过滤单元，平台1上装有两台相对平台1中心对称的减速机2，图中省略了一台，图3示出了减速机2对过滤单元的驱动方式和注入装置的实施方式，导管30一端与接收器4连接并连通，另一端伸入过滤单元，减速机2上的皮带轮3通过皮带31与过滤单元上的皮带轮29连接。
为使绕竖轴23旋转的减速机2能与电源连接，该设备还有一个动态导电装置，该装置包括滑环20和碳刷架19。碳刷架19是绝缘的，通过螺栓8和螺母9固定在支环54上，如图6所示，滑环20通过螺钉35固定在轴套7上，碳刷架19上的碳刷37与滑环20上的铜环36接触，碳刷37的接线端38通过导线与减速机2的接线端27连接，滑环的接线端39与外接电源相连。
图2中的环形液槽11和环形砂槽13通过支架装置安装在底座26上，支架装置由多个立管28构成，图中省略为一个。
图7和图8示出了本发明专用过滤单元的实施形式，它包括筛网50、网架和中轴47。为避免过滤单元自转时干扰导管30，支盘43分别装在中轴47的中部和下部，支盘43的盘面有多个孔，以便于固相颗粒从过滤单元中排出。立板51垂直于支盘43盘面固定在支盘43边沿的槽内。筛网50沿立板51的回转面包裹在网架上，将筛网50的自由端焊接在立板51上，形成封闭的侧壁。过渡轴45通过螺纹安装在中轴47上。
如图9和图10所示，所述网架还可以由一个薄壁桶58和多个辐条59构成。辐条59的一端与中轴47连接，另一端与薄壁桶58连接，薄壁桶58的侧壁上设有多个孔。
上述筛网50自由端的固定方式还可以采用其他形式，如铆接或用钢丝缝合。
图2和图5示出了本发明专用传动装置的实施形式，该装置包括顺序连接的轴套7、轴承6、21和竖轴23，竖轴23的上端有一个台肩，平台1中心有一个孔，竖轴23穿过平台1的中心孔，并通过台肩托住平台1，竖轴23和平台1彼此配合面上有一个键34。压盖5通过螺纹连接安装在竖轴23上并将平台1压紧。竖轴23旋转时，平台1也随之旋转，平台1周边装有导向机构。
平台1与竖轴23的连接形式还可以采用焊接。
平台1的形式不局限于图3所示的圆形平板，还可以采用四边形平板、八角形平板、中心厚边缘薄的板或其他框架形式。
由图7可知，导向机构包括一个外壳10、一个上盖46和一个下盖52。外壳10上端的铰板40、41通过销钉42安装在平台1上，外壳10下端的铰板40、41通过销钉42安装在支环54上。上盖46和下盖52分别用螺钉48固定在外壳10的上端和下端，上盖46中心有一个轴承座孔，轴承座孔中装有轴承44。导管30从上盖46的边缘孔穿过并伸入过滤单元。下盖52有多个孔，固相颗粒从这些孔排出。为便于清洁钻井液排出，外壳10的侧壁上有多个孔49。
导向机构和过滤单元的数量不局限于8个，可以根据需要设计成多个。
图9和图10示出了导向机构的第二实施方式，导向框55通过螺钉56固定在平台1边沿上，导向框55和平台1边沿上各有一个彼此同轴的孔，过滤单元的中轴47穿过这两个孔安装在导向框55和平台1上，导向框55的侧壁上有孔57。
为便于清洁钻井液排出，导向机构的外缘侧壁不局限于设孔，还可以是局部开放的。
图2、图7和图13示出了具有如下结构的专用收集装置，该装置由至少一个刮扫装置12和一个环形砂槽13构成。刮扫装置12是一个通过螺钉53固定在导向机构下端的刮板，刮板由角钢制成，角钢的一面与导向机构连接，另一面向下伸入环形砂槽12。环形砂槽12的槽底有孔60。环形砂槽13通过立管28固定在底座26上。
刮扫装置12随导向机构旋转时，散落在环形砂槽13上的固相颗粒会被携带着一起旋转，当转到孔60上方时，固相颗粒从孔60掉到环形砂槽13下面。
刮扫装置12的形式不局限于上述角钢，还可以采用图11所示的扫帚形式或图12所示的带有折边的变形板。
立管28构成的支架装置不局限于上述形式，还可以由焊接角钢支架构成或通过使环形砂槽13外壁向下延伸到底座26的形式实现稳定环形砂槽13的目的。
图3示出了具有如下结构的专用注入装置，该装置由接收器4和导管30构成。接收器4是一个圆形的桶，导管30的一端与桶的侧壁连接并连通，另一端向下弯曲伸入过滤单元。
接收器4的其他实施形式可以是锥形桶、环形槽或横截面为八边形的桶。
接收器4与导管30的连接部位不局限于侧壁，还可以连接在接收器4的底面。
导管30的数量不局限于图中所示的8个，也可以是除了8个以外所需要的任意多个。
实施本发明方法的设备和装置零件多，结构复杂，可替换的实施方式不局限于上述形式，只要采用使钻井液加速注入同时自转和公转的过滤单元的方式过滤钻井液，均属于本发明的保护范围。
本发明不局限于过滤钻井液，对于分离其他行业的固液混合物，同样适用本发明的保护范围，如洗煤浆或造纸浆。