專利名稱：一種水力噴射攪拌的圓柱錐底罐鉆井固控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種水力噴射攪拌的圓柱錐底罐鉆井固控系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于石油鉆探技術(shù)領(lǐng)域，涉及石油鉆井用的一種固控系統(tǒng)的研究、設(shè) 計(jì)及制造。
技術(shù)背景目前，國內(nèi)外石油鉆井行業(yè)所用的固控系統(tǒng)中，其循環(huán)罐及儲(chǔ)罐大多使用若干矩 形長(zhǎng)方體方罐組成，其缺點(diǎn)是矩形長(zhǎng)方體罐體上，雖然有時(shí)安裝兩個(gè)大功率機(jī)械攪拌器，但 大罐的四角仍然有鉆井液無法得到充分?jǐn)嚢璧乃澜?；由于罐系平底，沉砂很難清除干凈； 矩形長(zhǎng)方體罐的砂泵及鉆井泵的吸入中心由于沉砂問題，不得不設(shè)置在較高的位置，不但 影響泵效，其而且底部液體無法完全吸入而達(dá)到全循環(huán)等等缺陷存在。國外，在20世紀(jì)80年代曾有報(bào)道，建議采用圓柱形固控循環(huán)罐以克服以上矩形長(zhǎng) 方體罐的缺陷，但一直未有工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用。國內(nèi)，最近已有關(guān)于圓柱形鉆井固控系統(tǒng)的專 利(ZL200720098376. 6)報(bào)道，并有規(guī)模用于鉆井行業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例，但仍存在以下問題1.圓柱形罐底采用封頭結(jié)構(gòu)，底部坡角較小，清砂及泵的吸入條件雖有所改善，但 未徹底解決沉砂及全循環(huán)問題。2.由于循環(huán)罐由2到6個(gè)子罐組成，因此大功率機(jī)械攪拌器的數(shù)量增加數(shù)倍，耗能 大增。3.不能徹底的清除罐底內(nèi)粘度相對(duì)較大的鉆井液內(nèi)的沉砂問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的，是針對(duì)上述技術(shù)問題通過采用圓柱錐底罐代替圓柱形封頭 罐，水力噴射攪拌代替機(jī)械攪拌，底部圓錐形沉砂收集器代替清砂門，同心安裝的泵的吸入 口管路代替仍有一定吸收高度的圓柱形封頭罐吸入口，采用壓縮空氣排液的方式代替人工 清淤作業(yè)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下本實(shí)用新型提供的一種水力噴射攪拌的圓柱錐底罐鉆井固控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由若干 個(gè)循環(huán)罐組成，循環(huán)罐則由安裝在底座上的2到6個(gè)圓柱錐底罐及附件組成，附件包括每個(gè) 圓柱錐底罐頂部設(shè)有能進(jìn)行密封的人孔蓋板，圓柱錐底罐中部設(shè)有水力噴射攪拌裝置，圓 柱錐底罐的上部一側(cè)設(shè)有大直徑溢流連通管，另一側(cè)設(shè)有壓縮空氣管路，圓柱錐底罐的最 下部設(shè)圓錐形沉砂收集器及砂泵及鉆井泵的吸入管路。圓柱錐底罐的錐角為35° 40°。 多個(gè)水力噴射攪拌裝置安裝在同一個(gè)水平面上，并均勻分布在圓柱錐底罐的外壁上，由一 根圓形管線互相連通，管線與砂泵相連，水力噴射攪拌裝置中的噴射本體用螺柱與罐壁固 緊，固緊螺栓可選擇四個(gè)位置固定，噴射本體的端部垂直方向上安裝有由超硬材料制造的 噴嘴。圓柱錐底罐上部一側(cè)的溢流管通過一個(gè)溢流控制間閥與圓柱錐底罐相接，圓柱錐底 罐上部的另一側(cè)的壓縮空氣管線與圓柱錐底罐之間安裝有壓縮空氣控制閘閥，圓柱錐底罐 下部設(shè)有圓錐形沉砂收集器，沉砂收集器中部設(shè)有一根圓形高壓沖砂盤管，圓形高壓沖砂盤管上均布著12個(gè)向下的圓孔，管線的端部安裝有高壓閘閥，并與高壓泵連接，沉砂收集器外部安裝有清砂閥門。泵的吸入管線安裝在沉砂收集器的中部，其吸入進(jìn)口略高于沉砂 收集器的上端，吸入管線的外部安裝有吸入控制閥，各控制閥的另一端與下部循環(huán)罐吸入 總管匯連接在一起，循環(huán)罐吸入總管匯端則根據(jù)振動(dòng)篩罐、吸入罐、儲(chǔ)備罐及混合罐分別接 入砂泵或鉆井泵。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于1.本實(shí)用新型所采用的圓柱錐底罐結(jié)構(gòu)和水力噴射攪拌裝置后，沿罐壁旋轉(zhuǎn)的鉆 井液在內(nèi)部離心流場(chǎng)及垂直攏動(dòng)的作用下，使罐內(nèi)液體得到充分?jǐn)嚢瑁瑫r(shí)將鉆井液中的 大顆粒固相拋向罐壁而沿錐壁沉入圓錐形沉砂收集器內(nèi)。本實(shí)用新型去掉了所有大功率機(jī) 械攪拌器，而攪拌的水功率的耗能遠(yuǎn)小于機(jī)械耗能，這一裝置在運(yùn)行過程中對(duì)鉆井液中的 有害固相將進(jìn)行進(jìn)一步控制，從而改善了鉆井液的固相含量，對(duì)提高鉆井速度、降低成本至 關(guān)重要。2.在整個(gè)圓柱錐底罐組成的固控系統(tǒng)中采用圓錐形沉砂收集器，清砂效果好，所 有泵(砂泵、鉆井泵)灌注充分、吸入完全，除圓錐形沉砂收集器中高濃度的砂漿外，缸內(nèi)的 液體參與了全循環(huán)，提高了砂泵及鉆井泵的泵效，減少了各泵的磨損。3.壓縮空氣清罐方法，可以加快稀稠鉆井液的清罐速度，減小勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短循環(huán) 罐裝運(yùn)的等待時(shí)間。

圖1是本實(shí)用新型外形結(jié)構(gòu)示意圖，圖Ia是正視圖，圖Ib是俯視圖。其中，1-循環(huán)罐底座，2-人孔蓋板，3-圓柱錐底罐，4-水力噴射攪拌裝置的進(jìn)液管 線，5-大直徑溢流連通管，6-壓縮空氣接頭，7-沖砂高壓管線，8-錐形沉砂收集器，9-泵吸 入?yún)R總管線。圖2是本實(shí)用新型圓柱錐底罐的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2a是正視圖，圖2b是K-K處的剖面圖。其中，10-壓縮空氣控制閥門，11-水力噴射攪拌裝置，12-大直徑溢流管控制閥 門，13-高壓管線控制閥，14-環(huán)形沖砂盤管，15-清砂閥門，16-圓柱錐底罐下部泵的吸入管 線控制閥，17-吸入管線，18-錐面上的砂礫，19-泵入鉆井液的入口。圖3是本實(shí)用新型水力噴射攪拌裝置的結(jié)構(gòu)示意放大圖，圖3a是水力噴射攪拌裝 置放大圖，圖3b是M方向放大圖。其中，20-固定螺釘，21-0型密封圈，22-噴射體，23-四個(gè)固定螺孔，24-噴嘴。
具體實(shí)施方式
結(jié)合圖1、圖2和圖3說明如下如圖1所示，一種水力噴射攪拌的圓柱錐底罐鉆井固控系統(tǒng)，每個(gè)鉆井液循環(huán)罐 包括底座1以及并排安裝在上面的4 6個(gè)圓柱錐底罐3及附件，附件包括每個(gè)圓柱錐底 罐都設(shè)有可密封的人孔蓋板2，罐的中部安裝有水力噴射攪拌裝置4，罐的同一側(cè)設(shè)有大直 徑的溢流連通管5，另一側(cè)設(shè)有壓縮空氣接頭6，每一個(gè)罐的底部都設(shè)有圓錐形沉砂收集器 8、高壓沖砂管線7以及吸入口匯總管線9，各個(gè)循環(huán)罐的吸入口匯總管線要根據(jù)循環(huán)罐的不同用途振動(dòng)篩罐、吸入罐、儲(chǔ)備罐或混合罐來接入砂泵或鉆井泵。圓柱錐底罐工作方式如圖2所示，水力噴射攪拌器裝置7由指定的循環(huán)罐的吸入 匯總管線9種接入砂泵，將鉆井液進(jìn)入圓周6個(gè)水力噴射攪拌轉(zhuǎn)裝置內(nèi)，并由攪拌裝置中的 噴嘴，將速度達(dá)到6 15m/sec的鉆井液沿罐壁的切向噴出，帶動(dòng)罐內(nèi)鉆井液旋轉(zhuǎn)，液體中 的大顆粒固相懸浮物在離心力的作用下，在罐壁附近聚集，在內(nèi)流場(chǎng)的作用下，砂粒18沿 錐體壁向下滑移至沉砂收集器8內(nèi)，而罐的中心部分的鉆井液含砂相對(duì)較少，再次由砂泵 吸入后參與噴射攪拌過程，這一過程與除砂器的作用原理類似。我們知道，泥質(zhì)石英粉砂巖的自然坡角為35° 40°，圓柱錐底罐的錐角設(shè)定為 35°，是防止沉砂在錐面上堆集的最小角度，也是最較為優(yōu)化的錐角，錐度角可以再加大， 但大大減少了圓柱錐底罐的容積。如圖3所示，如要調(diào)整噴嘴24與水平面的夾角，可將固定螺釘20松開更換一個(gè)位 置即可，噴射本體22旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，噴嘴21 —起轉(zhuǎn)動(dòng)，每向下更換一個(gè)位置，噴射液流的 夾角增大5°，調(diào)整不同的噴射角，有利于不同理化性能各異的鉆井液的懸浮能力和沉砂能 力。
權(quán)利要求一種水力噴射攪拌的圓柱錐底罐鉆井固控系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)由若干個(gè)循環(huán)罐組成，每個(gè)循環(huán)罐包括底座以及底座上安裝的2到6個(gè)圓柱錐底罐及附件組成，附件包括每個(gè)圓柱錐底罐頂端設(shè)有的人孔蓋板，圓柱錐底罐中部設(shè)有的水力噴射攪拌裝置，圓柱錐底罐上部一側(cè)設(shè)有的大直徑溢流連通管和另一側(cè)設(shè)有的壓縮空氣管路，圓柱錐底罐的最下部設(shè)有的圓錐形沉砂收集器、砂泵以及鉆井泵的吸入管路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水力噴射攪拌的圓柱錐底罐鉆井固控系統(tǒng)，其特征是圓 柱錐底罐的最優(yōu)錐角為35° 40°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水力噴射攪拌的圓柱錐底罐鉆井固控系統(tǒng)，其特征是多 個(gè)水力噴射攪拌裝置在同一水平面上均勻安裝在圓柱錐底罐中部的外壁上，并由一根圓形 管線互相連通，管線進(jìn)口與砂泵相連，水力噴射裝置中的噴射本體用螺柱與罐壁固緊，應(yīng)用 密封圈密封，固緊螺栓可選擇四個(gè)位置固定，噴射本體的端部垂直方向上安裝有由超硬材 料制造的噴嘴。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水力噴射攪拌的圓柱錐底罐鉆井固控系統(tǒng)，其特征是每 一個(gè)圓柱錐底罐上部一側(cè)的大直徑溢流管通過一個(gè)溢流控制間閥與圓柱錐底罐相連接，而 各循環(huán)罐之間的大直徑溢流管聯(lián)接在一起，圓柱錐底罐的另一側(cè)的壓縮空氣管線與圓柱錐 底罐之間安裝有壓縮空氣控制閘閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水力噴射攪拌的圓柱錐底罐鉆井固控系統(tǒng)，其特征是 圓柱錐底罐下部設(shè)有圓錐形沉砂收集器，沉砂收集器外部安裝有清砂閥門，沉砂收集器中 部設(shè)有一根高壓沖砂盤管，盤管上均布著12個(gè)向下的圓孔，沖砂管線的端部安裝有高壓閘 閥，并與高壓泵連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水力噴射攪拌的圓柱錐底罐鉆井固控系統(tǒng)，其特征是泵 的吸入管線安裝在圓錐形沉砂收集器的中部，其吸入進(jìn)口略高于沉砂收集器的上端，吸入 管線的外部安裝有吸入控制閥，各吸入控制閥的另一端與循環(huán)罐吸入總管匯連接在一起， 循環(huán)罐吸入總管匯端則根據(jù)振動(dòng)篩罐、吸入罐、儲(chǔ)備罐及混合罐的需要分別接入砂泵或鉆 井泵。
專利摘要一種水力噴射攪拌的圓柱錐底罐鉆井固控系統(tǒng)，它由若干個(gè)圓柱錐底罐及附件組成。圓柱錐底罐的頂端有一個(gè)人孔蓋板，罐的中部均勻分布著多個(gè)水力噴射攪拌裝置，砂泵灌注的鉆井液沿罐內(nèi)壁切線方向高速噴射，帶動(dòng)罐內(nèi)鉆井液旋轉(zhuǎn)，并在離心力的作用下，較大的固相顆粒沿著錐底斜面進(jìn)入圓錐形沉砂收集器內(nèi)，在高壓沖砂盤管的沖洗下由清砂控制閥門排出，而砂泵的吸入管位于圓錐形沉砂收集器的中部，能夠?qū)⒐迌?nèi)所有鉆井液吸出。圓柱錐底罐上的斜面防止了沉砂聚集在罐底，在水力噴射攪拌的過程中，圓柱錐底罐類似于一個(gè)大型除砂器，以此降低鉆井液的固相含量。本實(shí)用新型具有攪拌均勻，清砂徹底，砂泵吸入完全，泵效較高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B21/01GK201723188SQ20092003429
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月21日
發(fā)明者耿忠厚, 耿鋒 申請(qǐng)人:西安科迅機(jī)械制造有限公司