本發(fā)明屬油氣勘探技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種錄井用仿生減污油氣分離裝置。

背景技術(shù)：

目前錄井工作脫氣環(huán)節(jié)應(yīng)用半透膜脫氣技術(shù)的脫氣方法還很匱乏，油氣分離形式比較單一，針對(duì)改變半透膜結(jié)構(gòu)和覆蓋方式從而改善油氣分離性能的裝置少之又少。

基于半透膜脫氣技術(shù)的油氣分離裝置受限于半透膜的耐壓性和抗沖擊性，其使用壽命較短，從而造成很高的使用成本。

油氣分離裝置的工作環(huán)境較惡劣，鉆井液中含大量泥沙等雜質(zhì)，易沉積于半透膜表面，從而影響油氣分離裝置的效率和準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種錄井用仿生減污油氣分離裝置，通過該裝置獨(dú)特的半透膜脫氣單元結(jié)構(gòu)和排布方式，有效改善鉆井液在脫氣罩上分布的均勻性，顯著降低鉆井液顆粒的沉積，同時(shí)穩(wěn)流罩結(jié)構(gòu)能被動(dòng)控制經(jīng)過脫氣罩鉆井液的流量，使之更均勻，從而緩沖鉆井液對(duì)半透膜脫氣單元的沖擊，有效提高裝置脫氣效率，延長裝置使用壽命。

自然界中許多植物的葉片排列方式符合嚴(yán)格的數(shù)學(xué)法則，這種排列規(guī)律稱之為“葉序”，如向日葵花盤，其種子排列順序符合斐波那契數(shù)列規(guī)律，這樣的排布方式一方面使種子能夠最大限度的排列在花盤上，另一方面使每朵小花受光更均勻，另外還可增加迎風(fēng)時(shí)的穩(wěn)定性。本發(fā)明受向日葵花盤結(jié)構(gòu)及種子排布規(guī)律啟發(fā)，將半透膜脫氣單元按向日葵花盤種子排列順序排布在脫氣罩盤面上，從而在增加排布數(shù)目的前提下改善鉆井液在脫氣罩上分布的均勻性，減少對(duì)脫氣單元的沖擊，同時(shí)盤面弧形結(jié)構(gòu)能提高裝置抗壓性能。

研究表明，鯊魚皮膚表面的“膚齒”結(jié)構(gòu)不僅能降低其游動(dòng)過程中的阻力，還能起到減少微生物附著、減污自潔的功能，其皮膚表面通過改變“鱗盾”的角度改變“膚齒”的迎流角形成獨(dú)特的流場(chǎng)形式，為本發(fā)明中半透膜脫氣單元的設(shè)計(jì)提供了仿生參考，通過將齒形半透膜固定在柔性環(huán)狀基座上來實(shí)現(xiàn)改變半透膜迎流角的功能，齒形半透膜表面也會(huì)形成獨(dú)特的流場(chǎng)形式，使細(xì)小的鉆井液顆粒不易沉積從而保持半透膜表面的整潔性，保證油氣分離裝置的脫氣效率和準(zhǔn)確性。

本發(fā)明由穩(wěn)流罩A、脫氣罩B、墊片C、后蓋D、4個(gè)調(diào)節(jié)螺母1、6個(gè)固定螺釘2和4個(gè)固定螺母3組成，穩(wěn)流罩A、4個(gè)調(diào)節(jié)螺母1、脫氣罩B、墊片C、后蓋D和4個(gè)固定螺母3自左至右順序排列，其中4個(gè)調(diào)節(jié)螺母1分別螺紋連接于穩(wěn)流罩A的4個(gè)支腳6中部，穩(wěn)流罩A中4個(gè)支腳6的右部分別穿過脫氣罩B中4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅰ15、墊片C中4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅱ18和后蓋D中4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅲ26，4個(gè)支腳6的右端分別與4個(gè)固定螺母3螺紋連接。

6個(gè)固定螺釘2自右至左分別穿過后蓋D中6個(gè)固定孔Ⅲ25、墊片C中6個(gè)固定孔Ⅱ19與脫氣罩B中6個(gè)固定孔Ⅰ14螺紋連接，將脫氣罩B、墊片C和后蓋D固接成一體。

所述的穩(wěn)流罩A由8個(gè)彈性片4、底圈5和4個(gè)支腳6組成，其中8個(gè)彈性片4均為相同的等腰三角形，等腰三角形的底邊長度L₂為35mm、高t₁為40mm，頂角設(shè)有半徑r₁為1.5mm的倒角。

彈性片4上設(shè)有寬L₅為2-3mm的鏤空槽Ⅰ7、鏤空槽Ⅱ8、鏤空槽Ⅲ9、鏤空槽Ⅳ10和鏤空槽Ⅴ11；

鏤空槽Ⅰ7、鏤空槽Ⅱ8、鏤空槽Ⅲ9、鏤空槽Ⅳ10和鏤空槽Ⅴ11的兩端均設(shè)有半徑r₂為1-1.5mm的圓?。荤U空槽Ⅲ9的縱軸線與等腰三角形底邊的中垂線重合。鏤空槽Ⅴ11、鏤空槽Ⅰ7和鏤空槽Ⅳ10、鏤空槽Ⅱ8對(duì)稱設(shè)于鏤空槽Ⅲ9兩邊；鏤空槽Ⅴ11和鏤空槽Ⅳ10的長度t₄均為8-10mm，鏤空槽Ⅴ11和鏤空槽Ⅳ10的縱軸線間距L₄為8-10mm；鏤空槽Ⅰ7和鏤空槽Ⅱ8的長度t₆均為12-14mm，鏤空槽Ⅰ7和鏤空槽Ⅱ8的縱軸線間距L₃為14-16mm；鏤空槽Ⅲ9的長度t₂為27-29mm，鏤空槽Ⅲ9的底端與等腰三角形底邊的間距t₃為4mm；鏤空槽Ⅰ7和鏤空槽Ⅱ8的底端與等腰三角形底邊的間距t₇為2mm；鏤空槽Ⅳ10和鏤空槽Ⅴ11的底端與等腰三角形底邊的間距t₅為15mm；

底圈5為正八邊形，正八邊形的外接圓直徑D₁為100mm；8個(gè)彈性片4的等腰三角形底邊與底圈5的正八邊形邊固接；彈性片4與底圈5平面的夾角θ₁為30°,每個(gè)彈性片的彈性系數(shù)為260N/m—500N/m。

支腳6的長度L₁為24mm，4個(gè)支腳6上均設(shè)有螺紋，4個(gè)支腳6的左端均布并固接于底圈5中正八邊形的4個(gè)頂端。

所述的脫氣罩B由底環(huán)13、球冠形盤面12和半透膜脫氣單元E組成，底環(huán)13外圓直徑D₂為100mm，底環(huán)13內(nèi)圓直徑D₃為85-90mm，外圓和內(nèi)圓之間平面圓周上均布4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅰ15和6個(gè)固定孔Ⅰ14，4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅰ15內(nèi)設(shè)有內(nèi)螺紋，4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅰ15和6個(gè)固定孔Ⅰ14的孔徑均為3mm，4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅰ15與6個(gè)固定孔Ⅰ14最接近的夾角α₁為15°；底環(huán)13的厚度T₁為4mm，球冠形盤面12所在球體的半徑R₁為90-110mm，球冠形盤面12高h(yuǎn)₁為10mm；半透膜脫氣單元E按葉序理論的斐波那契螺旋規(guī)律i在球冠形盤面12上排布，其排布公式為：

其中：R為第n個(gè)半透膜脫氣單元的極坐標(biāo)半徑；R₀為半透膜脫氣單元的半徑，取3-5mm；K為葉序參數(shù)，取5-8；n為從中心向外節(jié)點(diǎn)的序號(hào)，例：半透膜脫氣單元排布的第一個(gè)點(diǎn)n＝0，第二個(gè)點(diǎn)n＝1，以此類推；θ為極坐標(biāo)系中第n個(gè)點(diǎn)與第n+1個(gè)點(diǎn)之間的夾角。

所述的半透膜脫氣單元E由柔性環(huán)狀基座17和齒形半透膜16組成；柔性環(huán)狀基座17外徑D₄為14mm，厚度T₂為2mm，高度h₂為2mm；齒形半透膜16截面輪廓正中部設(shè)有夾角α₂為75°的6個(gè)齒，齒頂所在圓的半徑R₂為7mm，齒根所在圓的半徑R₃為6mm，齒形半透膜16由截面輪廓繞軸o-o旋轉(zhuǎn)180°形成，齒形半透膜16底端與柔性環(huán)狀基座17上端固接。

所述的墊片C外徑D₅為100mm，內(nèi)徑D₆為90mm，厚度為2mm，墊片C中直徑為95mm圓周上均布有4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅱ18和6個(gè)固定孔Ⅱ19，4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅱ18和6個(gè)固定孔Ⅱ19的孔徑和孔位分布與脫氣罩B中4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅰ15和6個(gè)固定孔Ⅰ14相同。

所述的后蓋D為回轉(zhuǎn)體，由圓臺(tái)20、蓋板21、凸臺(tái)22、樣氣輸出管23和6個(gè)載氣輸入管24組成，其中圓臺(tái)20的外圓直徑D₇為100mm，圓臺(tái)20的內(nèi)圓直徑D₈為85-90mm，圓臺(tái)20的厚度T₃為4mm，圓臺(tái)20的外圓和內(nèi)圓之間的平面上均布有4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅲ26和6個(gè)固定孔Ⅲ25，4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅲ26和6個(gè)固定孔Ⅲ25的孔徑和孔位分布與脫氣罩B中4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅰ15和6個(gè)固定孔Ⅰ14相同。

蓋板21與圓臺(tái)20豎直平面的夾角θ₂為20°；蓋板21左端與圓臺(tái)20的內(nèi)圈固接，蓋板21右端與凸臺(tái)22底端固接，凸臺(tái)22為圓柱形，凸臺(tái)22的外徑D₁₂為50mm，凸臺(tái)22的中心固接樣氣輸出管23，樣氣輸出管23的外徑D₁₃為12-14mm，樣氣輸出管23的內(nèi)徑D₁₁為10mm，樣氣輸出管23右端與圓臺(tái)20左端豎直平面的距離L₆為35-40mm。

凸臺(tái)22中直徑D₁₀為50mm的圓周上均布6個(gè)載氣輸入管24，凸臺(tái)22右端面與圓臺(tái)20左端豎直平面的距離L₇為25mm。

載氣輸入管24的內(nèi)徑D₉為5mm，載氣輸入管24的外徑D₁₄為7-9mm，載氣輸入管24的長度L₈為32-36mm，載氣輸入管24左端凸出圓臺(tái)20左端豎直平面的長度L₉為4mm。

本發(fā)明的工作過程如下：

鉆井液經(jīng)穩(wěn)流罩A的緩沖穩(wěn)流作用，較均勻的分布到脫氣罩盤面上，脫氣罩盤面上半透膜脫氣單元E獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和葉序排列方式使鉆井液分布更加均勻，在半透膜脫氣單元表面形成獨(dú)特的流場(chǎng)形式，有利于降低鉆井液細(xì)微顆粒在半透膜表面的沉積，保證其整潔性，分離出的氣體在脫氣罩B和后蓋D形成的腔體中和載氣混合，通過樣氣輸出管道15輸出至檢測(cè)裝置。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.穩(wěn)流罩能借助鉆井液的沖擊改變其與外圈平面的夾角從而改變鉆井液的通過面積，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)控制經(jīng)過脫氣罩鉆井液的流量，使之更穩(wěn)定均勻，從而緩沖鉆井液對(duì)半透膜脫氣單元的沖擊，提高裝置使用壽命。

2.脫氣罩獨(dú)特的半透膜脫氣單元結(jié)構(gòu)和排布方式，有效改善鉆井液在脫氣罩上分布的均勻性，減少對(duì)脫氣單元的沖擊，齒形半透膜能顯著降低鉆井液細(xì)微顆粒的沉積，從而保持半透膜表面的整潔性，保證油氣分離裝置的脫氣效率和準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1為錄井用仿生減污油氣分離裝置拆解示意圖

圖2為穩(wěn)流罩的側(cè)視圖

圖3為穩(wěn)流罩的俯視圖

圖4為圖3中剖視圖A-A

圖5為穩(wěn)流罩彈性片的結(jié)構(gòu)示意圖

圖6為脫氣罩側(cè)視圖

圖7為脫氣罩盤面示意圖

圖8為半透膜脫氣單元結(jié)構(gòu)示意圖

圖9為圖8中剖視圖B-B

圖10為墊片結(jié)構(gòu)示意圖

圖11為后蓋立體圖

圖12為后蓋主視圖

圖13為后蓋結(jié)構(gòu)示意圖

其中：A.穩(wěn)流罩 B.脫氣罩 C.墊片 D.后蓋 E.半透膜脫氣單元 1.調(diào)節(jié)螺母 2.固定螺釘 3.固定螺母 4.彈性片 5.底圈 6.支腳 7.鏤空槽Ⅰ 8.鏤空槽Ⅱ 9.鏤空槽Ⅲ10.鏤空槽Ⅳ 11.鏤空槽Ⅴ 12.球冠形盤面 13.底環(huán) 14.固定孔Ⅰ 15.調(diào)節(jié)孔Ⅰ16.齒形半透膜 17.柔性環(huán)狀基座 18.調(diào)節(jié)孔Ⅱ 19.固定孔Ⅱ 20.圓臺(tái) 21.蓋板22.凸臺(tái) 23.樣氣輸出管 24.載氣輸入管 25.固定孔Ⅲ 26.調(diào)節(jié)孔Ⅲ

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步分析。

如圖1所示，本發(fā)明由穩(wěn)流罩A、脫氣罩B、墊片C、后蓋D、4個(gè)調(diào)節(jié)螺母1、6個(gè)固定螺釘2和4個(gè)固定螺母3組成，穩(wěn)流罩A、4個(gè)調(diào)節(jié)螺母1、脫氣罩B、墊片C、后蓋D和4個(gè)固定螺母3自左至右順序排列，其中4個(gè)調(diào)節(jié)螺母1分別螺紋連接于穩(wěn)流罩A的4個(gè)支腳6中部，穩(wěn)流罩A中4個(gè)支腳6的右部分別穿過脫氣罩B中4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅰ15、墊片C中4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅱ18和后蓋D中4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅲ26，可通過調(diào)節(jié)螺母控制穩(wěn)流罩距離盤面的高度。4個(gè)支腳6的右端分別與4個(gè)固定螺母3螺紋連接。6個(gè)固定螺釘2自右至左分別穿過后蓋D中6個(gè)固定孔Ⅲ25、墊片C中6個(gè)固定孔Ⅱ19與脫氣罩B中6個(gè)固定孔Ⅰ14螺紋連接，將脫氣罩B、墊片C和后蓋D固接成一體。

如圖3、圖5所示，穩(wěn)流罩A由8個(gè)彈性片4、底圈5和4個(gè)支腳6組成，其中8個(gè)彈性片4均為相同的等腰三角形，等腰三角形的底邊長度L₂為35mm、高t₁為40mm，頂角設(shè)有半徑r₁為1.5mm的倒角。彈性片4上設(shè)有寬L₅為2-3mm的鏤空槽Ⅰ7、鏤空槽Ⅱ8、鏤空槽Ⅲ9、鏤空槽Ⅳ10和鏤空槽Ⅴ11；鏤空槽Ⅰ7、鏤空槽Ⅱ8、鏤空槽Ⅲ9、鏤空槽Ⅳ10和鏤空槽Ⅴ11的兩端均設(shè)有半徑r₂為1-1.5mm的圓弧；鏤空槽Ⅲ9的縱軸線與等腰三角形底邊的中垂線重合。鏤空槽Ⅴ11、鏤空槽Ⅰ7和鏤空槽Ⅳ10、鏤空槽Ⅱ8對(duì)稱設(shè)于鏤空槽Ⅲ9兩邊；鏤空槽Ⅴ11和鏤空槽Ⅳ10的長度t₄均為8-10mm，鏤空槽Ⅴ11和鏤空槽Ⅳ10的縱軸線間距L₄為8-10mm；鏤空槽Ⅰ7和鏤空槽Ⅱ8的長度t₆均為12-14mm，鏤空槽Ⅰ7和鏤空槽Ⅱ8的縱軸線間距L₃為14-16mm；鏤空槽Ⅲ9的長度t₂為27-29mm，鏤空槽Ⅲ9的底端與等腰三角形底邊的間距t₃為4mm；鏤空槽Ⅰ7和鏤空槽Ⅱ8的底端與等腰三角形底邊的間距t₇為2mm；鏤空槽Ⅳ10和鏤空槽Ⅴ11的底端與等腰三角形底邊的間距t₅為15mm；

如圖3、圖4所示，底圈5為正八邊形，正八邊形的外接圓直徑D₁為100mm；8個(gè)彈性片4的等腰三角形底邊與底圈5的正八邊形邊固接；彈性片4與底圈5平面的夾角θ₁為30°,每個(gè)彈性片的彈性系數(shù)為260N/m—500N/m。

如圖2所示，支腳6的長度L₁為24mm，4個(gè)支腳6上均設(shè)有螺紋，4個(gè)支腳6的左端均布并固接于底圈5中正八邊形的4個(gè)頂端。

如圖6、圖7所示，脫氣罩B由底環(huán)13、球冠形盤面12和半透膜脫氣單元E組成，底環(huán)13外圓直徑D₂為100mm，底環(huán)13內(nèi)圓直徑D₃為85-90mm，外圓和內(nèi)圓之間平面圓周上均布4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅰ15和6個(gè)固定孔Ⅰ14，4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅰ15內(nèi)設(shè)有內(nèi)螺紋，4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅰ15和6個(gè)固定孔Ⅰ14的孔徑均為3mm，4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅰ15與6個(gè)固定孔Ⅰ14最接近的夾角α₁為15°；底環(huán)13的厚度T₁為4mm，球冠形盤面12所在球體的半徑R₁為90-110mm，球冠形盤面12高h(yuǎn)₁為10mm；半透膜脫氣單元E按葉序理論的斐波那契螺旋規(guī)律i在球冠形盤面12上排布，其排布公式為：

其中：R為第n個(gè)半透膜脫氣單元的極坐標(biāo)半徑；R₀為半透膜脫氣單元的半徑，取3-5mm；K為葉序參數(shù)，取5-8；n為從中心向外節(jié)點(diǎn)的序號(hào)，例：半透膜脫氣單元排布的第一個(gè)點(diǎn)n＝0，第二個(gè)點(diǎn)n＝1，以此類推；θ為極坐標(biāo)系中第n個(gè)點(diǎn)與第n+1個(gè)點(diǎn)之間的夾角。

如圖8、圖9所示，半透膜脫氣單元E由柔性環(huán)狀基座17和齒形半透膜16組成；柔性環(huán)狀基座17外徑D₄為14mm，厚度T₂為2mm，高度h₂為2mm；齒形半透膜16截面輪廓正中部設(shè)有夾角α₂為75°的6個(gè)齒，齒頂所在圓的半徑R₂為7mm，齒根所在圓的半徑R₃為6mm，齒形半透膜16由截面輪廓繞軸o-o旋轉(zhuǎn)180°形成，齒形半透膜16底端與柔性環(huán)狀基座17上端固接。

如圖10所示，墊片C外徑D₅為100mm，內(nèi)徑D₆為90mm，厚度為2mm，墊片C中直徑為95mm圓周上均布有4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅱ18和6個(gè)固定孔Ⅱ19，4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅱ18和6個(gè)固定孔Ⅱ19的孔徑和孔位分布與脫氣罩B中4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅰ15和6個(gè)固定孔Ⅰ14相同。

如圖11、圖12、圖13所示，后蓋D為回轉(zhuǎn)體，由圓臺(tái)20、蓋板21、凸臺(tái)22、樣氣輸出管23和6個(gè)載氣輸入管24組成，其中圓臺(tái)20的外圓直徑D₇為100mm，圓臺(tái)20的內(nèi)圓直徑D₈為85-90mm，圓臺(tái)20的厚度T₃為4mm，圓臺(tái)20的外圓和內(nèi)圓之間的平面上均布有4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅲ26和6個(gè)固定孔Ⅲ25，4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅲ26和6個(gè)固定孔Ⅲ25的孔徑和孔位分布與脫氣罩B中4個(gè)調(diào)節(jié)孔Ⅰ15和6個(gè)固定孔Ⅰ14相同。

如圖12、圖13所示，蓋板21與圓臺(tái)20豎直平面的夾角θ₂為20°；蓋板21左端與圓臺(tái)20的內(nèi)圈固接，蓋板21右端與凸臺(tái)22底端固接，凸臺(tái)22為圓柱形，凸臺(tái)22的外徑D₁₂為50mm，凸臺(tái)22的中心固接樣氣輸出管23，樣氣輸出管23的外徑D₁₃為12-14mm，樣氣輸出管23的內(nèi)徑D₁₁為10mm，樣氣輸出管23右端與圓臺(tái)20左端豎直平面的距離L₆為35-40mm。

凸臺(tái)22中直徑D₁₀為50mm的圓周上均布6個(gè)載氣輸入管24，凸臺(tái)22右端面與圓臺(tái)20左端豎直平面的距離L₇為25mm。

載氣輸入管24的內(nèi)徑D₉為5mm，載氣輸入管24的外徑D₁₄為7-9mm，載氣輸入管24的長度L₈為32-36mm，載氣輸入管24左端凸出圓臺(tái)20左端豎直平面的長度L₉為4mm。