利用热辐射消除钻井液泡沫的消泡方法和装置.pdf

利用热辐射消除钻井液泡沫的消泡方法和装置，属钻井液物理消泡技术领域。包括一个圆柱形容器，其特征在于圆柱形容器的顶部带有气体出口，底部带有排液排渣口，中下部侧面带有泡沫入口，上部内壁设有热辐射部件，位于圆柱形容器上的热辐射部件下方设置温度传感器，圆柱形容器上的热辐射部件下方设有超声泡沫高度传感器，圆柱形容器内中、下部设有液位传感器。泡沫通过泡沫入口流入该装置内，经装置上的热辐射部件发出热辐射，使靠近的低密度泡沫破裂，分离出气体从气体出口排出，泡沫基液和泡沫携带的固体从排液排渣口排出。本发明能够快速消除泡沫钻井排出的大量泡沫，防止泡沫在矿场累积，并且不影响泡沫基液性质，有利于泡沫基液的循环利用。

1、  一种利用热辐射消除钻井液泡沫的消泡装置，包括一个圆柱形容器，其特征在于圆柱形容器的顶部带有气体出口，底部带有排液排渣口，中下部侧面带有泡沫入口，上部内壁设有热辐射部件，位于圆柱形容器上的热辐射部件下方设有超声泡沫高度传感器，位于圆柱形容器上的热辐射部件下方设置温度传感器，位于圆柱形容器内中、下部设有液位传感器。

2、  如权利要求1所述的一种利用热辐射消除钻井液泡沫的消泡装置，其特征在于所述的热辐射部件由碳纤维石英玻璃管或电热陶瓷管、电热金属丝或片组成。

3、  如权利要求1所述的一种利用热辐射消除钻井液泡沫的消泡装置，其特征在于所述的热辐射部件为功率可调节型。

4、  如权利要求1所述的一种利用热辐射消除钻井液泡沫的消泡装置，其特征在于所述的热辐射部件是形状为栅栏状或网格状或圆环状。

5、  如权利要求1所述的一种利用热辐射消除钻井液泡沫的消泡装置，其特征在于所述的热辐射部件为一层或分隔开的多层，放置位置为水平放置。

6、  如权利要求1所述的一种利用热辐射消除钻井液泡沫的消泡装置，其特征在于所述的超声泡沫高度传感器设置在圆柱形容器壁上，热辐射部件下方。

7、  如权利要求1所述的一种利用热辐射消除钻井液泡沫的消泡装置，其特征在于所述的温度传感器成组的按垂直方向分布于圆柱形容器上，间隔10～20cm，最上方处于热辐射部件下方，最下方与泡沫入口水平线平齐。

8、  如权利要求如权利要求1所述的一种利用热辐射消除钻井液泡沫的消泡装置，其特征在于所述的液位传感器分别设置在圆柱形容器下部1/5处和1/15处。

9、  如权利要求1所述的一种利用热辐射消除一种利用热辐射消除钻井液泡沫的消钻井液泡沫的消泡装置，其特征在于所述的圆柱形容器内径与泡沫入口管内径之比为10—30：1。

10、  一种利用权利要求1所述的消泡装置进行消泡的方法，步骤如下：
1)将泡沫通过泡沫入口通入圆柱形容器内，泡沫通入速度为2-4m³/min；
2)接通热辐射部件的供电电路，启动温度传感器，并将液位传感器和超声泡沫高度传感器的初始状态设定；
3)根据超声泡沫高度传感器的信号，当有泡沫上升到预定高度时，热辐射部件启动并产生热辐射对圆柱形容器内的泡沫进行消泡；当圆柱形容器内液位达到其下部1/5处时，启动液位传感器传递信息指令使排液排渣口打开并排出泡沫基液，当液位低于圆柱形容器下部1/15处时，液位传感器传递信息指令使排液排渣口关闭。

利用热辐射消除钻井液泡沫的消泡方法和装置
技术领域
本发明涉及一种利用热辐射消除钻井液泡沫的消泡方法和装置，属钻井液物理消泡技术领域。
背景技术
泡沫钻井液是低密度钻井液的一种，泡沫钻井是使用泡沫流体作为钻井液的钻井方法。与传统的泥浆钻井液相比，泡沫钻井液能够在保持良好携带能力的同时大大提高钻井速度。在泡沫钻井过程中，在地面生成泡沫后通过钻杆注入井中，然后经过环空排出，在这个过程中需要使用大量的泡沫。泡沫钻井排出的大量含有泡沫的钻井液在收集、输运和流转过程中难以实现，须对泡沫进行消除，大量泡沫的消除是其应用中面临的一大难题。
目前，消泡的方法主要分为物理法和化学法。
物理法主要利用温度、压力或者机械作用使泡沫消除。变温法利用温度的上升或下降，破坏泡沫的稳定性。提高温度，可使泡膜迅速变薄，降低温度，可降低其表面弹性。利用加热法可在泡沫区设置热源，如蒸汽管、夹套加热等。利用冷却法可在泡沫区设置冷却盘管，或是向泡沫区喷洒入温度较低的同种溶液。变压法是改变泡沫液膜内外压差，使之超过膜弹性极限，从而使泡沫破裂。机械法在搅轴上加装浆叶或打棒使之冲击泡沫区，也可破灭泡膜。此外，向泡沫区喷射气体或液体的流体喷射法也有些应用。
化学法主要是向泡沫区喷洒化学药剂，实现快速的消泡。例如，添加电性相反的表面活性剂，使阴阳离子型的表面活性作用电性中和，稳定泡沫的能力下降；添加与泡沫稳定剂发生化学反应的物质；添加使泡沫稳定剂凝聚或沉降的物质等。
在泡沫钻井中，泡沫基液的循环利用可降低成本，具有非常显著的经济效益，尤其是在缺水的地区。由于化学消泡加入的化学药剂通常会使泡沫基液的起泡能力急剧下降，因此物理消泡方法是钻井泡沫循环利用的优先选择。现有的物理消泡工艺中，通常采用机械冲击方法破坏泡沫液膜从而达到消泡的目的，例如专利200620095219.5飞碟式离心消泡器、200320107436.8造纸黑液储罐消泡装置使用的机械消泡，但机械冲击的效率较低，不适用于泡沫钻井这种泡沫流量很大的场合。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种利用热辐射消除钻井液泡沫的消泡装置和方法，即通过热辐射的形式使泡沫液膜的稳定性变差，易于破灭，从而达到快速消泡的目的。
一种利用热辐射消除钻井液泡沫的消泡装置，包括一个圆柱形容器，其特征在于圆柱形容器的顶部带有气体出口，底部带有排液排渣口，中下部侧面带有泡沫入口，上部内壁设有热辐射部件，位于圆柱形容器上的热辐射部件下方设有超声泡沫高度传感器，在圆柱形容器上的热辐射部件下方设置温度传感器，圆柱形容器内中、下部设有液位传感器。
所述的热辐射部件由碳纤维石英玻璃管或电热陶瓷管、电热金属丝或片组成。
所述的热辐射部件为功率可调节型。
所述的热辐射部件是形状为栅栏状或网格状或圆环状。
所述的热辐射部件为一层或分隔开的多层，放置位置为水平放置。
所述的所述的超声泡沫高度传感器设置在圆柱形容器壁上，热辐射部件下方。
所述的温度传感器成组的按垂直方向分布于圆柱形容器上，间隔10～20cm，最上方处于热辐射部件下方，最下方与泡沫入口水平线平齐。
所述的液位传感器分别设置在圆柱形容器下部1/5处和1/15处。
所述的圆柱形容器内径与泡沫入口管内径之比为10—30：1。
一种利用上述热辐射消泡装置进行消泡的方法，步骤如下：
1、将泡沫通过泡沫入口通入圆柱形容器内，泡沫通入速度为2-4m³/min；
2、接通热辐射部件的供电电路，启动温度传感器，并将液位传感器和超声泡沫高度传感器的初始状态设定；
3、根据超声泡沫高度传感器的信号，当有泡沫上升到预定高度时，热辐射部件启动并产生热辐射对圆柱形容器内的泡沫进行消泡；当圆柱形容器内液位达到其下部1/5处时，启动液位传感器传递信息指令使排液排渣口打开并排出泡沫基液，当液位低于圆柱形容器下部1/15处时，液位传感器传递信息指令使排液排渣口关闭。
本装置使用时，将泡沫通过泡沫入口通入圆柱形容器内，泡沫运动速度降低，气泡聚和排液使泡沫密度变化，在重力作用下，高密度泡沫下降，低密度泡沫上升；根据超声泡沫高度传感器和温度传感器的信号，当有泡沫上升到预定高度时，热辐射部件启动并产生适当强度的热辐射，使靠近的低密度泡沫液膜中的水急剧蒸发，泡沫液膜迅速变薄破裂，气体从气体出口排出，泡沫基液和泡沫中的固体从排液排渣口排出，从而实现快速消泡。
本方法实现快速消泡的原理如下：
泡沫流体是由泡沫液膜支撑形成的气液混合体，泡沫液膜具有典型的表面活性剂分子层—水—表面活性剂分子层的三层膜结构。其中，水层中的水分别为自由水、结合水和捕获水，自由水能够在膜间自由流动，在重力和毛细管力的作用下析出，并在重力驱动下沿液膜向下排驱，此过程称为析液，随着析液程度的加剧，泡沫液膜越来越薄，液膜弹性变差，抗扰动能力降低。
泡沫从入口流入圆柱形热辐射装置时，由于压力骤减，气泡体积膨胀，气体聚并和排液发生，泡沫密度减小，液膜中的自由水析出使液膜变薄。在热辐射场的作用下，泡沫液膜中剩余的自由水和捕获水迅速蒸发，导致液膜破裂，泡沫消除。
采用本发明的明显效果：
1、快速消除泡沫钻井排出的大量泡沫；
2、不影响泡沫基液的性质，消泡后的泡沫基液可循环利用。
3、热辐射强度可调节，实现不同泡沫流量的快速彻底消泡，并节约能量。
附图说明
图1是本发明热辐射消泡装置的示意图。
其中:1、圆柱形容器，2、热辐射部件，3、排液排渣口，4、液位传感器，5、泡沫入口，6、超声泡沫高度传感器，7、温度传感器，8、气体出口。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，但不限于此。
实施例1：
一种利用热辐射消除钻井液泡沫的消泡装置，包括一个圆柱形容器1，其特征在于圆柱形容器1的顶部带有气体出口8，底部带有排液排渣口3，中下部侧面带有泡沫入口5，上部内壁设有热辐射部件2，位于圆柱形容器1上的热辐射部件2下方设有超声泡沫高度传感器6，在圆柱形容器1上的热辐射部件2下方设置温度传感器7，圆柱形容器1内中、下部设有液位传感器4。
所述的热辐射部件2由碳纤维石英玻璃管组成。
所述的热辐射部件2为功率可调节型。
所述的热辐射部件2是形状为栅栏状。
所述的热辐射部件2为一层，水平放置。
所述的所述的超声泡沫高度传感器6设置在圆柱形容器1上，热辐射部件2下方。
所述的温度传感器6成组的按垂直方向分布于圆柱形容器1上，间隔10cm，最上方处于热辐射部件2下方，最下方与泡沫入口5水平线平齐。
所述的液位传感器4分别设置在圆柱形容器1下部1/5处和1/15处。
所述的圆柱形容器1内径与泡沫入口5管内径之比为10：1。
实施例2：
同实施例1，只是所述的热辐射部件2由电热陶瓷管组成。
所述的热辐射部件2是形状为网格状。
所述的热辐射部件2为分隔开的多层。
所述的温度传感器7成组的按垂直方向分布于圆柱形容器1上，间隔20cm，最上方处于热辐射部件2下方，最下方与泡沫入口5水平线平齐。
所述的圆柱形容器1内径与泡沫入口5管内径之比为15：1。
实施例3：
同实施例1，只是所述的热辐射部件2由电热金属丝组成。
所述的热辐射部件2是形状为圆环状。
所述的温度传感器6成组的按垂直方向分布于圆柱形容器1上，间隔15cm，最上方处于热辐射部件2下方，最下方与泡沫入口5水平线平齐。
所述的圆柱形容器1内径与泡沫入口5管内径之比为20：1。
实施例4：
同实施例1，只是所述的热辐射部件2由电热金属片组成。
所述的热辐射部件2为分隔开的多层。
所述的温度传感器7成组的按垂直方向分布于圆柱形容器1上，间隔18cm，最上方处于热辐射部件2下方，最下方与泡沫入口5水平线平齐。
所述的圆柱形容器1内径与泡沫入口5管内径之比为25：1。
实施例5：
一种利用上述热辐射消泡装置进行消泡的方法，步骤如下：
1、将泡沫通过泡沫入口5通入圆柱形容器1内，泡沫通入速度为2.4m³/min；
2、接通热辐射部件2的供电电路，启动温度传感器7，并将液位传感器4和超声泡沫高度传感器6的初始状态设定：两液位传感器4分别设置在圆柱形容器1下部1/5处和1/15处，超声泡沫高度传感器6置于圆柱形容器1上与最上方的温度传感器7等高的位置处，液位传感器4和超声泡沫高度传感器6处于断开状态；
3、根据超声泡沫高度传感器6的信号，当有泡沫上升到预定高度时，热辐射部件2启动并产生热辐射对圆柱形容器1内的泡沫进行消泡；当圆柱形容器1内液位达到其下部1/5处时，启动液位传感器4传递信息指令使排液排渣口3打开并排出泡沫基液，当液位低于圆柱形容器1下部1/15处时，液位传感器4传递信息指令使排液排渣口3关闭。
消泡过程在备压条件下，以0.5％十二烷基硫酸钠做为泡沫基液时，通入热辐射消泡装置的泡沫干度为90％，热辐射部件为碳纤维石英玻璃管时，控制功率为60-80kw；泡沫能够完全消除，并且消泡后的泡沫基液仍有良好的重复起泡能力。
实施例6：
一种利用上述热辐射消泡装置进行消泡的方法，步骤如下：
1、将泡沫通过泡沫入口5通入圆柱形容器1内，泡沫通入速度为3m³/min；
2、接通热辐射部件2的供电电路，启动温度传感器7，并将液位传感器4和超声泡沫高度传感器6的初始状态设定：两液位传感器4分别设置在圆柱形容器下部1/5处和1/15处，超声泡沫高度传感器6置于圆柱形容器1上与上方开始的第二个温度传感器7等高的位置处，液位传感器4和超声泡沫高度传感器6处于断开状态；
3、根据超声泡沫高度传感器6的信号，当有泡沫上升到预定高度时，热辐射部件2启动并产生热辐射对圆柱形容器1内的泡沫进行消泡；当圆柱形容器1内液位达到其下部1/5处时，液位传感器4传递信息指令使排液排渣口3打开并排出泡沫基液，当液位低于圆柱形容器1下部1/15处时，液位传感器4传递信息指令使排液排渣口3关闭。
消泡过程在备压条件下，以0.5％十二烷基硫酸钠+0.1％聚丙烯酰胺做为泡沫基液时，通入热辐射消泡装置的泡沫干度为85％，热辐射部件为电热陶瓷管时，控制功率为80-110kw；泡沫能够完全消除，并且消泡后的泡沫基液仍有良好的重复起泡能力。
实施例7：
同实施例5，只是所述的泡沫通入速度为2m³/min；排液排渣口流动速度为0.25m³/min，热辐射部件为电热金属丝，控制功率为100-140kw；泡沫能够完全消除，并且消泡后的泡沫基液仍有良好的重复起泡能力。
实施例8：
同实施例6，只是所述的泡沫通入速度为4m³/min；排液排渣口流动速度为0.45m³/min，热辐射部件电热金属片时，控制功率为120-150kw；泡沫能够完全消除，并且消泡后的泡沫基液仍有良好的重复起泡能力。