清除带压泡沫中固相颗粒的装置和方法.pdf

本发明公开了一种清除带压泡沫中固相颗粒的装置及方法，涉及一种应用于泡沫钻井中清除井中返出泡沫中固相颗粒的装置和方法，目的是清除带压泡沫中的固相颗粒，以利于其循环使用，装置包括依次级联的一级过滤器和二级分离器，其中二级分离器包括第二筒体、设置在第二筒体并分别与之相通的第二泡沫入口和第二泡沫出口、设置在第二泡沫入口和第二泡沫出口之间的第二筛网，第二筒体上位于第二筛网与第二泡沫入口之间的部分设置有带压卸料器，方法包括将含有固相颗粒的带压泡沫密闭地通入一级过滤器，清除固相大颗粒；将从一级过滤器中排出的带压泡沫密闭地通入二级分离器，进一步清除固相颗粒。

1、  清除带压泡沫中固相颗粒的装置，其特征在于，至少包括依次级联的一级过滤器、二级分离器。

2、  如权利要求1所述清除带压泡沫中固相颗粒的装置，其特征在于，所述一级过滤器包括第一筒体(30)、设置在第一筒体(30)上端的上盖(27)、与第一筒体(30)的下端连接的固相颗粒储存筒(32)，第一筒体(30)的下端与固相颗粒储存筒(32)之间设置有第一阀门(31)，固相颗粒储存筒(32)的下端设置有第二阀门(33)，第一筒体(30)上开设有第一泡沫入口(25)，在上盖(27)上开设有第一泡沫出口(26)，第一泡沫入口(25)和第一泡沫出口(26)之间设置有第一筛网(29)。

3、  如权利要求1所述清除带压泡沫中固相颗粒的装置，其特征在于，所述二级分离器包括第二筒体(4)、设置在第二筒体(4)并分别与之相通的第二泡沫入口(3)和第二泡沫出口(15)、设置在第二泡沫入口(3)和第二泡沫出口(15)之间的第二筛网(6)，第二筒体(4)上位于第二筛网(6)与第二泡沫入口(3)之间的部分设置有带压卸料器(90)。

4、  如权利要求3所述清除带压泡沫中固相颗粒的装置，其特征在于，所述带压卸料器(90)包括通过入口(43)与第二筒体(4)相通的壳体(40)，壳体(40)内设置有转轴(36)，转轴(36)的中部与壳体(40)液密性配合，转轴(36)中部的外壁上开设有与入口(43)相匹配的至少一处下凹部，转轴(36)两端与壳体(40)可转动装配，壳体(40)上还开设有出口(41)。

5、  如权利要求4所述清除带压泡沫中固相颗粒的装置，其特征在于，所述转轴(36)连接有槽轮(46)，槽轮(46)处还设置有与其配合的拨盘(45)，拨盘(45)旋转时，其上的拨块依次转入槽轮(46)上的间歇槽，从而使拨盘间歇带动转轴和柱体上的下凹部间歇经过入口再经过出口。

6、  如权利要求3所述清除带压泡沫中固相颗粒的装置，其特征在于，所述第二筒体(4)的一端可拆卸设置有第一封头(1)；所述第二筛网(6)的内侧设置有第二筛网衬板(7)，第二筛网(6)的外侧设置有第二压板(5)，第二压板(5)的外端与第一弹簧(20)连接，第一弹簧(20)的另一端连接有手轮(21)，手轮(21)的轮杆伸出第一封头(1)与其转轮连接。

7、  如权利要求3所述清除带压泡沫中固相颗粒的装置，其特征在于，所述第二筒体(4)安装在弹簧(17)上，且第二筒体(4)上安装有激振器(16)。

8、  如权利要求5所述清除带压泡沫中固相颗粒的装置，其特征在于，所述第二筒体(4)内，位于第二筛网(6)与第二泡沫出口(15)之间还设置有第三筛网(8)；第二筒体(4)上位于第二筛网(6)与第三筛网(8)之间的部分也设置有带压卸料器(90)；第二筒体(4)的一端可拆卸设置有第一封头(1)，第二筛网(6)的内侧设置有第二筛网衬板(7)，第二筛网(6)的外侧设置有第二压板(5)，第二压板(5)的外端与第一弹簧(20)连接，第一弹簧(20)的另一端连接有第一手轮(21)，第一手轮(21)的轮杆伸出第一封头(1)与其转轮连接；第二筒体(4)的另一端可拆卸设置有第二封头(12)，第三筛网(8)的外侧依次设置有第三筛网衬板(9)、第三压板(10)，第三压板(10)的外端与第二弹簧(14)连接，第二弹簧(14)的另一端连接有第二手轮(13)，第二手轮(13)的轮杆伸出第二封头(12)与其转轮连接。

9、  清除带压泡沫中固相颗粒的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、将含有固相颗粒的带压泡沫密闭地通入一级过滤器，清除固相大颗粒；
b、将从一级过滤器中排出的带压泡沫密闭地通入二级分离器，进一步清除固相颗粒；
c、将从二级分离器排出的带压泡沫密闭地通入离心分离器，将微粒级的固相颗粒分离排出，得到清除固相颗粒的带压泡沫。

10、  如权利要求9所述清除带压泡沫中固相颗粒的方法，其特征在于，所述步骤a的过程是，将含有固相颗粒的带压泡沫沿与一级过滤器的筒体侧壁相切方向的第一泡沫入口通入筒体，固相大颗粒沉积在与筒体底部相通的固相颗粒储存筒中，带压泡沫通过设置在筒体上部的第一筛网由出口排出；固相颗粒储存筒内的固相大颗粒沉积到设定量时，关闭固相颗粒储存筒与筒体下端之间的第一阀门，打开设置在固相颗粒储存筒另一端的第二阀门，将固相大颗粒排出。

11、  如权利要求10所述清除带压泡沫中固相颗粒的方法，其特征在于，所述步骤b中，从一级过滤器中排出的带压泡沫至少经过渐细的两道筛网分离；其过程是，先经过二级分离器入口与设置在该分离器内部的第二筛网之间的第一区域，固相颗粒沉积后由与第一区域液密性装配的带压卸料器排出，经过第二筛网的带压泡沫进入二级分离器的第二筛网与第三筛网之间的第二区域，更小的固相颗粒沉积后由与第二区域液密性装配的另一带压卸料器排出，经过第三筛网的带压泡沫由设置在二级分离器上的出口排出。

12、  如权利要求9或10或11所述清除带压泡沫中固相颗粒的方法，其特征在于，所述步骤b中，振动二级分离器以加速分离。

清除带压泡沫中固相颗粒的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种应用于泡沫钻井中清除井中返出泡沫中固相颗粒的装置和方法，也可应用于清除泡沫修井、泡沫洗井中井内返出泡沫中的固相颗粒。
背景技术
在泡沫钻井中，由地面通过钻柱向井内注入由气体和含有多种化学剂的液体混合而成的无固相泡沫。泡沫在井内循环的过程中混入了固相颗粒，这些固相颗粒主要来自于钻头破碎岩石形成的岩屑颗粒，有时也有少部分井壁坍塌形成的大颗粒。
一般情况下，这些井内返出的含有固相颗粒的泡沫是作为废液直接排放的。考虑到环保或成本的原因，希望能循环再利用井内返出的泡沫。在这种循环利用过程中，往往需要先将泡沫中的固相颗粒分离出去。
另外，这些返回的泡沫往往是带压泡沫，在清除固相颗粒过程中，需要保持带压操作。
发明内容
本发明的目的是提供一种将带压泡沫中固相颗粒清除的装置，可以在清除过程中保持带压操作，并能使经过处理的带压泡沫内的固相颗粒被清除到满足循环使用的程度。
本发明的另一个目的是提供一种将带压泡沫中固相颗粒清除的方法，以利于泡沫循环使用。
本发明的目的分别通过下述技术方案来实现：
清除带压泡沫中固相颗粒的装置，至少包括依次级联的一级过滤器、二级分离器。
所述一级过滤器包括第一筒体、设置在第一筒体上端的上盖、与第一筒体的下端连接的固相颗粒储存筒，第一筒体的下端与固相颗粒储存筒之间设置有第一阀门，固相颗粒储存筒的下端设置有第二阀门，第一筒体上开设有第一泡沫入口，在上盖上开设有第一泡沫出口，第一泡沫入口和第一泡沫出口之间设置有第一筛网。
所述二级分离器包括第二筒体、设置在第二筒体并分别与之相通的第二泡沫入口和第二泡沫出口、设置在第二泡沫入口和第二泡沫出口之间的第二筛网，第二筒体上位于第二筛网与第二泡沫入口之间的部分设置有带压卸料器。
所述带压卸料器包括通过入口与第二筒体相通的壳体，壳体内设置有转轴，转轴的中部与壳体液密性配合，转轴中部的外壁上开设有与入口相匹配的至少一处下凹部，转轴两端与壳体可转动装配，壳体上还开设有出口。
所述转轴连接有槽轮，槽轮处还设置有与其配合的拨盘，拨盘旋转时，其上的拨块依次转入槽轮上的间歇槽，从而使拨盘间歇带动转轴和柱体上的下凹部间歇经过入口再经过出口。
所述第二筒体的一端可拆卸设置有第一封头；所述第二筛网的内侧设置有第二筛网衬板，第二筛网的外侧设置有第二压板，第二压板的外端与第一弹簧连接，第一弹簧的另一端连接有手轮，手轮的轮杆伸出第一封头与其转轮连接。
所述第二筒体安装在弹簧上，且第二筒体上安装有激振器。
所述第二筒体内，位于第二筛网与第二泡沫出口之间还设置有第三筛网；第二筒体上位于第二筛网与第三筛网之间的部分也设置有带压卸料器；第二筒体的一端可拆卸设置有第一封头，第二筛网的内侧设置有第二筛网衬板，第二筛网的外侧设置有第二压板，第二压板的外端与第一弹簧连接，第一弹簧的另一端连接有第一手轮，第一手轮的轮杆伸出第一封头与其转轮连接；第二筒体的另一端可拆卸设置在第二封头，第三筛网的外侧依次设置有第三筛网衬板、第三压板，第三压板的外端与第二弹簧连接，第二弹簧的另一端连接有第二手轮，第二手轮的轮杆伸出第二封头与其转轮连接。
清除带压泡沫中固相颗粒的方法包括如下步骤：
a、将含有固相颗粒的带压泡沫密闭地通入一级过滤器，清除固相大颗粒；
b、将从一级过滤器中排出的带压泡沫密闭地通入二级分离器，进一步清除固相颗粒；
c、将从二级分离器排出的带压泡沫密闭地通入离心分离器，将微粒级的固相颗粒分离排出，得到清除固相颗粒的带压泡沫。
所述步骤a的过程是，将含有固相颗粒的带压泡沫沿与一级过滤器的筒体侧壁相切方向的第一泡沫入口通入筒体，固相大颗粒沉积在与筒体底部相通的固相颗粒储存筒中，带压泡沫通过设置在筒体上部的第一筛网由出口排出；固相颗粒储存筒内的固相大颗粒沉积到设定量时，关闭固相颗粒储存筒与筒体下端之间的第一阀门，打开设置在固相颗粒储存筒另一端的第二阀门，将固相大颗粒排出。
所述步骤b中，从一级过滤器中排出的带压泡沫至少经过渐细的两道筛网分离；其过程是，先经过二级分离器入口与设置在该分离器内部的第二筛网之间的第一区域，固相颗粒沉积后由与第一区域液密性装配的带压卸料器排出，经过第二筛网的带压泡沫进入二级分离器的第二筛网与第三筛网之间的第二区域，更小的固相颗粒沉积后由与第二区域液密性装配的另一带压卸料器排出，经过第三筛网的带压泡沫由设置在二级分离器上的出口排出。
所述步骤b中，振动二级分离器以加速分离。
本发明的装置采用上述结构，可以使含有固相颗粒的带压泡沫在一级过滤器中带压处理，排出固相大颗粒过程中不会泄压，然后进入二级分离器中，通过二级分离器的筛网进行带压过滤分离，再经由带压卸料器不泄压地排出固相颗粒，再进入离心分离机进行处理，使带压泡沫经过上述处理后能够满足循环使用的要求。
本发明的方法采用上述步骤，可以带压操作分离含压泡沫中的固相颗粒，使带压泡沫经过处理后能够满足循环使用的要求。
可见，本发明的装置和/或方法，可以带压处理含压泡沫，使其能够循环使用，降低成本支出和环保压力。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的装置中一级过滤器的结构示意图；
图2是本发明的装置中二级分离器的结构示意图；
图3是本发明的装置中带压卸料器的结构示意图；
图4是图3的A-A向示意图；
图5是图3的B-B向示意图；
图6是本发明的方法流程示意图；
图中标号：1-第一封头、2-第一连接螺栓、3-第二泡沫入口、4-第二筒体、5-第二压板、6-第二筛网、7-第二筛网衬板、8-第三筛网、9-第三筛网衬板、10-第三压板、11-第二连接螺栓、12-第二封头、13-第二手轮、14-第二弹簧、15-第二泡沫出口、16-激振器、17-弹簧、18-第二支架、19-第一固相颗粒、20-第一弹簧、21-第一手轮、22-第二固相颗粒、25-第一泡沫入口、26-第一泡沫出口、27-上盖、28-第一筛网衬板、29-第一筛网、30-第一筒体、31-第一阀门、32-固相颗粒储存筒、33-第二阀门、34-第一支架、36-转轴、37-轴承端盖、38-螺栓、39-轴承、40-壳体、41-出口、42-固相颗粒、43-入口、44-润滑装置、45-拨盘、46-槽轮、90-带压卸料器。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。
清除带压泡沫中固相颗粒的装置包括依次级联的一级过滤器、二级分离器和离心分离器。为便于表述，本说明书在部分零部件名称前加了第一、第二、第三等字样，这些字样仅为区分部件，不具有其它含义。
如图1所示，一级过滤器包括由第一支架34支撑的第一筒体30，第一筒体30的侧壁上开设有与其相切的第一泡沫入口25，以使带压泡沫可以沿侧壁进入第一筒体30内。
第一筒体30内的上部高于第一泡沫入口25处设置有第一筛网29，第一筛网29由第一筛网衬板28支撑。
第一筒体30的上端口通过上盖27封闭，上盖27上开设有第一泡沫出口26。第一筒体30的下端收缩并通过第一阀门31连接有固相颗粒储存筒32，固相颗粒储存筒32的下端连接有第二阀门32，且固相颗粒储存筒32为透明状，可观察固相颗粒储存状况。
如图2所示，二级分离器包括通过第二支架18安装在激振弹簧17上的第二筒体4，第二筒体4左端上部开设第二泡沫入口3，其右端下部开设有第二泡沫出口15，上述第二泡沫入口3与一级过滤器的第一泡沫出口26液密性(即密封性可以使液体不致泄出)连接。
第二筒体4的下部还设置有两个带压卸料器90。为便于表述，据图2所示，分别称为左带压卸料器和右带压卸料器。
带压卸料器90的结构如图3所示，包括两半扣合用螺栓紧固可拆卸的壳体40，壳体40上部开设有入口43，下部开设有出口41，上述入口43与第二筒体4相通。壳体40内装配有转轴36，转轴36中部的外壁与壳体40的内壁液密性配合(本发明中所述的液密性配合或液密性装配是指装配的两者之间的密封性可达到液体不泄漏的水平)，转轴36的外壁上开设有与入口43相匹配的至少一处下凹部，本实施例如图3所示，均匀开设四处轴向的凹槽。如图4所示，上述转轴36的两端通过轴承39与壳体40可转动装配，轴承39外通过轴承端盖37用螺栓38装配在壳体40两端封闭。如图5所示，转轴36的一端伸出壳体40连接有槽轮46，通过拨盘45驱动与其配合的槽轮46，拨盘45上的拨块依次转入槽轮46上的间歇槽，从而使拨盘45间歇带动转轴36上的下凹部间歇经过入口43再经过出口41。可以用电机驱动拨盘45，再带动槽轮46及转轴36转动，以实现自动控制。转轴36的转速决定着固相颗粒的排出速率，排出的固相颗粒(如岩屑)量由钻速的快慢(产生岩屑的多少)决定，根据需要调节转速。
壳体40上设置有润滑转轴36的润滑机构44。
第二筒体4的两端分别设置有第一封头1和第二封头12，两个封头分别通过第一连接螺栓2、第二连接螺栓11可拆卸地安装在第二筒体4两端。
在第二泡沫入口3和第二泡沫出口15之间设置有两道筛网。第二泡沫入口3和右边的带压卸料器90之间有竖直的第二筛网6，左边的带压卸料器90安装于第二筛网6与第二泡沫入口3之间的第二筒体4上。第二筛网6的内侧设置有第二筛网衬板7，第二筛网6的外侧设置有第二压板5，第二压板5的外端与第一弹簧20连接，第一弹簧20的另一端连接有第一手轮21，第一手轮21的轮杆伸出第一封头1与其转轮连接。
右边的带压卸料器90与第二泡沫出口15之间设置有第三筛网8，第三筛网8的外侧依次设置有第三筛网衬板9、第三压板10，第三压板10的外端与第二弹簧14连接，第二弹簧14的另一端连接有第二手轮13，第二手轮13的轮杆伸出第二封头12与其转轮连接。
第二筒体4的底部安装有激振器16。
第三筛网8允许通过的固相颗粒比第二筛网6更小更细。
第二筛网6由第二压板5与第二筛网衬板7支承并定位；第三筛网8附于第三筛网衬板9之上，第三筛网8由第三筛网衬板9支承并定位。
第二筛网6由第一手轮21、第一弹簧20、第二压板5、第二筛网衬板7压紧并定位。更换第二筛网6时，只需：①松开第一手轮21，卸掉第一弹簧20压紧力；②松开第一封头1上的第一连接螺栓2；③打开第一封头1，依次取出第一弹簧20、第二压板5、取出第二筛网6；④依次放入新筛网、第二压板5、第一弹簧20；⑤关上第一封头1，上紧第一连接螺栓2；⑥转动第一手轮21、压紧第一弹簧20、锁死手轮21。
第三筛网8由第二手轮13、第二弹簧14、第三压板10、第三筛网衬板9压紧并定位。更换第三筛网8时，只需：①松开第二手轮13，卸掉第二弹簧14压紧力；②松开第二封头12上的第二连接螺栓11；③打开第二封头12，依次取出第二弹簧14、第三压板10、第三筛网衬板9、需要更换的第三筛网8；④依次放入新筛网、第三筛网衬板9、第三压板10、第二弹簧14；⑤关上第二封头12，上紧第二连接螺栓11；⑥转动第二手轮13、压紧第二弹簧14、锁死第二手轮13。
上述各筛网铺设在各自的筛网衬板上，可以延长筛网的使用寿命。
二级分离器的第二泡沫出口15液密性地与离心分离器的入口连通。
利用上述装置来清除带压泡沫固相颗粒的方法如图6所示，包括如下步骤：
a、将含有固相颗粒的带压泡沫密闭地通入一级过滤器，清除固相大颗粒；
b、将从一级过滤器中排出的带压泡沫密闭地通入二级分离器，进一步清除中小固相颗粒；
c、将从二级分离器排出的带压泡沫密闭地通入离心分离器，将微粒级的固相颗粒分离排出，得到清除固相颗粒的带压泡沫。
所述步骤a中，含有固相颗粒的带压泡沫从第一泡沫入口25液密性地沿与一级过滤器的第一筒体30的侧壁相切的方向被通入该筒体内(此时第一阀门31处于打开状态)，固相大颗粒沉积在与第一筒体30底部相通的固相颗粒储存筒32中，带压泡沫通过设置在第一筒体30上部的第一筛网29由第一泡沫出口26排出；固相颗粒储存筒32内的固相大颗粒沉积到设定量时(或通过其透明窗观察到快满时)，关闭第一阀门31，打开设置在固相颗粒储存筒另一端的第二阀门33，将固相大颗粒排出。
经过上述处理的带压泡沫液密性地从第一泡沫出口26通入二级分离器的第二泡沫入口3，进行上述步骤b的处理。
其中较大的固相颗粒经过第二筛网6的过滤而沉积在左边的带压卸料器90处，通过其转轴36的间歇旋转，由入口43落入到转轴36的一个下凹部的较大固相颗粒(如图2中所示的第一固相颗粒19)，被转入到出口41排出。这期间由于转轴36与壳体之间的液密性装配，保持了第二筒体4内的压力不泄。
经过第二筛网6处理的带压泡沫再经过第三筛网8的过滤，将更小尺寸的固相颗粒(如图2所示的第二固相颗粒22)，如上述方法由图2中右边的带压卸料器排出。
上述步骤b中，可以启动激振器16，使整个第二筒体4在弹簧17上振动，以提高分离效果。
经过上述处理的带压泡沫由第二泡沫出口15被液密性地通入离心分离器，进行步骤c的处理。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。