一种钻井液的固相颗粒排除系统技术领域
本发明涉及钻井液回收领域，具体涉及一种钻井液的固相颗粒排除系统。
背景技术
钻井液又称作钻井泥浆，是钻井过程中使用到的各种循环流体的总称。钻井过程
中，钻井液不仅能够有效地冷却和润滑钻头，还具备平衡底层压力，避免发生井喷和井涌的
作用，不仅如此，钻井液还能够传递动力和取芯采样。
根据分散介质不同，钻井液主要分为水基钻井液、油基钻井液和气基钻井液三大
类。
钻井过程中，钻井液通过钻杆进入至底层，在完成其作用后带着钻井中产生的废
渣一起排出，由于钻井液不仅价格高昂而且会破坏环境，所以应该对钻井液进行回收，固控
系统就是用于回收钻井液的。固控系统也叫作钻井液循环系统和钻井液净化系统。固控系
统主要包括钻井液振动筛、真空除气器、除砂器、除泥器、卧式螺旋离心机等固控设备。这些
固控设备就像一系列大小、功能不同的筛子，通过层层过滤实现对钻井液的净化和再利用。
除砂器是钻井液回收工艺的二级固控系统，钻井液在经过钻井液振动筛初步筛分
掉较大的固相颗粒后，即进入除砂器中，清除钻井液中含有的粒度为40~80μm的固相颗粒。
传统的除砂器在将钻井液与固相颗粒分离后，固相颗粒通过螺旋输送器被带出除
砂器，但是螺旋输送器是非常危险的，在实际操作中如果操作人员操作失误将产生严重的
后果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对传统除砂器的缺陷，目的在于提供一种钻井液
的固相颗粒排除系统，针对水基钻井液，解决传统除砂器由于使用螺旋输送器而容易造成
操作人员受伤的问题。
本发明通过下述技术方案实现：一种钻井液的固相颗粒排除系统，包括外壳，所述
外壳顶部设置有进料口，外壳底部设置有出料口，外壳的侧壁上设置有排沙口，外壳的内壁
上铰链连接有第一过滤板，所述第一过滤板的活动端穿过排沙口、且第一过滤板的上表面
与排沙口的顶面接触，排沙口顶面的高度低于外壳内壁上铰链的高度，第一过滤板上设置
有若干挡泥板，所述挡泥板在第一过滤板上的投影呈V字形，挡泥板夹角的角平分线均与第
一过滤板的中轴线重合、且挡泥板的夹角均朝向第一过滤板的活动端，第一过滤板的活动
端的下方安装有若干第一弹簧，所述第一弹簧的下端固定在排沙口的底面上，第一过滤板
的正下方水平设置有位于外壳内的第二过滤板，所述第二过滤板下方固定有套筒，所述套
筒内设置有第二弹簧，所述第二弹簧下端固定有支撑杆，所述支撑杆下端固定有支撑板，所
述支撑板安装在外壳的内壁上。现有技术中，传统的除砂器在将钻井液与固相颗粒分离后，
固相颗粒通过螺旋输送器被带出除砂器，但是螺旋输送器是非常危险的，在实际操作中如
果操作人员操作失误将产生严重的后果。为了解决上述问题，本发明提供了一种针对水基
钻井泥浆，不需要使用螺旋输送器输送固相颗粒的除砂器。水基钻井泥浆的粘度较油基钻
井泥浆低，且液相包裹固相的现象相对少一些，导致固液两相比较容易分离。本装置拥有外
壳、进料口、出料口等现有除砂器都拥有的零部件，不同的是，本装置在外壳的侧壁上设置
有排沙孔，在外壳的内壁上通过铰链连接有第一过滤板，第一过滤板的活动端穿过排沙孔
与外界连通，第一过滤板的上表面与排沙孔顶面接触，下表面连接有若干第一弹簧，第一弹
簧固定在排沙孔的底部上。排沙孔的顶面的高度低于铰链的高度，通过这种设置，使得第一
过滤板具有一定的倾斜角度，而不是与水平面平行的，当本装置水平放置在地面上、且第一
过滤板的活动端与排沙孔的顶面接触时，第一过滤板铰接端的高度大于活动端的高度，当
进料口中的钻井泥浆落在第一过滤板上后，钻井泥浆是能够沿着第一过滤板从铰接端滑向
活动端的。第一过滤板的下方设置有第二过滤板，第二过滤板也位于外壳的内部。通过上述
结构，当有水基钻井泥浆从进料口进入外壳内部时，首先落在第一过滤板上，由于重力作用
以及倾斜设置的第一过滤板，钻井泥浆沿着第一过滤板从铰接端向活动端移动。移动的同
时，钻井泥浆中的水相穿过第一过滤板落入至第二过滤板上，经过第二过滤板的再一次过
滤后，钻井泥浆中的水相从出料口中排出。另一方面，由于钻井泥浆在向活动端移动，并且，
位于活动端的钻井泥浆与刚落至第一过滤板上的钻井泥浆相比，其包含的固体颗粒更多，
导致活动端受到钻井泥浆的重力后竖直向下移动，活动端下方的第一弹簧受到挤压，此时
活动端的上表面不再与排沙口的顶面接触，排沙口与第一过滤板之间形成缝隙，少量的钻
井泥浆带着大量的固相颗粒从排沙口与第一过滤板之间的缝隙中排出，进入下一级固控设
备。排沙完成后，活动端受到的压力减小，第一弹簧恢复至最初的位置，第一过滤板的上表
面再次接触排沙口的顶面。综上所述，本发明通过水基钻井泥浆自身的重力，在一边进行固
相分离的同时，一边由堆积在活动端的固相颗粒自身的重力开启排沙口，实现固相颗粒的
排出，避免了使用螺旋输送器排出外壳内的固相颗粒，不仅降低了操作人员受伤的风险，而
且节约了除砂器的使用成本。
钻井泥浆落在第一过滤板上后，是逐渐散开的过程，当钻井泥浆在第一过滤板上
的流速较快时，钻井泥浆不会向第一过滤板的两侧展开，而是直接滑向活动端，造成大部分
固液两相还未来得及分离就已经移动至排沙口，造成液相的回收效率低。为了提高第一过
滤板的利用效率，在第一过滤板上设置有若干挡泥板，所述挡泥板在第一过滤板上的投影
呈V字形，并且挡泥板投影的夹角的角平分线同第一过滤板的沿铰接端至活动端的中轴线
重合，夹角正对第一过滤板的活动端。通过设置挡泥板，当钻井泥浆从进料口落至第一过滤
板上时，挡泥板将钻井泥浆带向第一过滤板的两侧，增大了钻井泥浆的过滤面积，不仅充分
利用了第一过滤板两侧的滤孔，而且减缓了钻井泥浆在第一过滤板上的移动速度，在进一
步提升第一过滤板分离效果的同时，避免了钻井泥浆在第一过滤板上流速较快而导致的大
部分固液两相还未来得及分离就已经移动至排沙口。
由于第一过滤板与第二过滤板之间有一定的距离，钻井泥浆穿过第一过滤板后落
至第二过滤板上，将会对第二过滤板产生冲击，频繁的冲击容易导致第二过滤板损坏。为了
解决上述问题，在第二过滤板下方安装有套筒，套筒内设置有第二弹簧，第二弹簧下端连接
支撑杆，支撑杆固定在支撑板上，支撑板固定在外壳的内壁上。通过上述结构，当钻井泥浆
落在第二过滤板上时，第二过滤板通过竖直向下移动卸去一部分冲力，减弱了第二过滤板
受到的撞击，达到了保护第二过滤板的目的，增加了第二过滤板的使用寿命。
进一步地，外壳的侧壁上设置有位于排沙口下方的回流口，外壳的侧面上固定有
位于排沙口和回流口之间的第三过滤板，第三过滤板固定在外壳上的一端的高度高于另一
端，第三过滤板的下方设置有接液板，所述接液板的一端设置在回流口内，设置在回流口内
的一端的高度小于另一端。为了进一步分离固液两相，尽可能多的回收钻井泥浆中的液相，
在少量钻井泥浆带着大部分固相颗粒离开外壳之后，落入第三过滤板上，第三过滤板倾斜
设置，钻井泥浆沿着第三过滤板从靠近外壳的一端向远离外壳的一端滑动，一边滑动的过
程中，钻井泥浆一边与固相颗粒进行分离，分离的水相落至第三过滤板下方的接液板上。接
液板同样是倾斜设置，通过回流口将水相送回至外壳内，并最终从出料口中排出。通过上述
设置，能够进一步分离钻井液中的固液两相，达到回收更多的钻井泥浆的目的。
进一步地，第二过滤板的滤网孔径小于第一过滤板的滤网孔径的二分之一。在实
践中发现，将第二过滤板的滤网孔径设置为小于第一过滤板的滤网孔径的二分之一不仅能
够保证钻井泥浆在第一过滤板上能很好的移动并控制第一过滤板的活动端与排沙口产生
缝隙，同时第二过滤板能够进一步除掉钻井泥浆中的固相颗粒。
进一步地，第一弹簧为涨紧弹簧。涨紧弹簧能够在保持弹性的同时，具有足够的硬
度去支撑第一过滤板，增加了装置的使用寿命，避免了对第一弹簧频繁的更换或维修。
进一步地，挡泥板的夹角为20~45°，挡泥板两端与第一过滤板两侧的距离为20~40
厘米。实践中发现，在钻井泥浆正常流速下，挡泥板的夹角若小于20°，则第一过滤板两侧的
部分滤网依旧无法起到过滤作用；挡泥板的夹角若大于45°，将明显减弱钻井泥浆在第一过
滤板上的移动速度，造成钻井泥浆的堆积，对第一过滤板以及第一弹簧造成负荷，容易导致
损坏。挡泥板两端与第一过滤板两侧的距离为20~40厘米时，挡泥板能够较平稳地将钻井泥
浆带至第一过滤板的两侧。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过水基钻井泥浆自身的重力，在一边进行固相分离的同时，一边由堆积在
活动端的固相颗粒自身的重力开启排沙口，实现固相颗粒的排出，避免了使用螺旋输送器
排出外壳内的固相颗粒，不仅降低了操作人员受伤的风险，而且节约了装置的使用成本；
2、本发明通过设置挡泥板，当钻井泥浆从进料口落至第一过滤板上时，挡泥板将钻井
泥浆带向第一过滤板的两侧，增大了钻井泥浆的过滤面积，不仅充分利用了第一过滤板两
侧的滤孔，而且减缓了钻井泥浆在第一过滤板上的移动速度，在进一步提升第一过滤板分
离效果的同时，避免了钻井泥浆在第一过滤板上流速较快而导致的大部分固液两相还未来
得及分离就已经移动至排沙口；
3、本发明在第二过滤板下方设置了套筒、支撑杆、支撑板和第二弹簧，当钻井泥浆落在
第二过滤板上时，第二过滤板通过竖直向下移动卸去一部分冲力，减弱了第二过滤板受到
的撞击，达到了保护第二过滤板的目的，增加了第二过滤板的使用寿命；
4、本发明通过设置第三过滤板、回流口、接液板，实现了进一步分离钻井液中的固液两
相，达到回收更多的钻井泥浆的目的；
5、在实践中发现，将第二过滤板的滤网孔径设置为小于第一过滤板的滤网孔径的二分
之一，不仅保证钻井泥浆在第一过滤板上能很好地移动且控制第一过滤板的活动端与排沙
口产生缝隙，同时第二过滤板能够进一步除掉钻井泥浆中的固相颗粒。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部
分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明结构示意图；
图2为图1中A处的放大图；
图3为挡泥板的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-外壳，2-进料口，3-出料口，4-第一过滤板，5-第二过滤板，6-第一弹簧，7-第三过滤
板，8-接液板，9-支撑板，10-支撑杆，11-第二弹簧，12-套筒，13-挡泥板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本
发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作
为对本发明的限定。
实施例
如图1、图2和图3所示，本发明为一种钻井液的固相颗粒排除系统，包括外壳1，外
壳1顶部设置有进料口2，外壳1底部设置有出料口3，外壳1的侧壁上设置有排沙口，外壳1的
内壁上铰链连接有第一过滤板4，第一过滤板4的活动端穿过排沙口、且第一过滤板4的上表
面与排沙口的顶面接触，排沙口顶面的高度低于外壳1内壁上铰链的高度，第一过滤板4上
设置有若干挡泥板9，挡泥板9在第一过滤板4上的投影呈V字形，挡泥板9夹角的角平分线均
与第一过滤板4的中轴线重合、且挡泥板9的夹角均朝向第一过滤板4的活动端，第一过滤板
4的活动端的下方安装有若干第一弹簧6，第一弹簧6的下端固定在排沙口的底面上，第一过
滤板4的正下方水平设置有位于外壳1内的第二过滤板5，第二过滤板5下方固定有套筒12，
套筒12内设置有第二弹簧11，第二弹簧11下端固定有支撑杆10，支撑杆10下端固定有支撑
板9，支撑板9安装在外壳1的内壁上。外壳1的侧壁上设置有位于排沙口下方的回流口，外壳
1的侧面上固定有位于排沙口和回流口之间的第三过滤板7，第三过滤板7固定在外壳1上的
一端的高度高于另一端，第三过滤板7的下方设置有接液板8，接液板8的一端设置在回流口
内，设置在回流口内的一端的高度小于另一端。第二过滤板5的滤网孔径小于第一过滤板4
的滤网孔径的二分之一。第一弹簧6为涨紧弹簧。挡泥板9的夹角为20~45°，挡泥板9两端与
第一过滤板4两侧的距离为20~40厘米。
使用本装置时，首先，检查涨紧弹簧的弹性，观察第一过滤板4是否与排沙口顶面
接触；之后，开启进料口2、排料口3，倒入水基钻井泥浆，钻井泥浆撞上挡泥板9后，被挡泥板
9带至第一过滤板4的两侧；然后，等待钻井泥浆在外壳内部的分离，也可以人工对第一过滤
板4进行上下振动，增加固液分离效果和速度；最后在排料口3处收集水相、在第三过滤板7
远离外壳1的一端收集固相颗粒。本发明通过水基钻井泥浆自身的重力，在一边进行固相分
离的同时，一边由堆积在第一过滤板4的活动端的固相颗粒自身的重力开启排沙口，实现固
相颗粒的排出，避免了使用螺旋输送器排出外壳内的固相颗粒，不仅降低了操作人员受伤
的风险，而且节约了装置的使用成本。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步
详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明
的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含
在本发明的保护范围之内。