泥浆振动筛及使用其分离含有固体的钻井流体的方法
【专利说明】泥浆振动筛及使用其分离含有固体的钻井流体的方法
[0001]本申请是名称为“用于将固体从含有固体的钻井流体分离的设备和方法”、国际申请日为2011年4月11日、国际申请号为PCT/GB2011/050714、国家申请号为201180021680.X的发明专利申请的分案申请。
[0002]为了保护从本PCT申请衍生的任何美国专利申请，本申请要求2010年4月30日提交的名称为“用于将固体从含有固体的钻井流体分离的设备和方法(Apparatus andMethod for Separating Solids from a Solids Laden Drilling Fluid) ’， 的 USSN12/771，201 的优先权，或为 USSN 12/771，201 的继续，所述 USSN 12/771，201 为 2009 年 6月24日提交的名称为“泥浆振动筛分流器(Shale Shaker flow Diverter) ”的12/490，492的部分继续申请，12/490，492为2008年10月10日提交的名称为“用于回收堵漏材料和类似材料的系统和方法(Systems and Methods for the Recovery of Lost Circulat1nand Similar Material) ”的美国申请序列号12/287，709的部分继续申请，上述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003]本发明涉及用于将固体从含有固体的钻井流体分离的设备和方法，更特别地，但不排他地，涉及泥浆振动筛及使用其分离含有固体的钻井流体的方法。本发明还涉及泥浆振动筛和用于其的筛网组件。
【背景技术】
[0004]在油或气井结构中钻出钻孔过程中，钻头布置在钻柱端部上，所述钻柱旋转来穿过地层钻出钻孔。已知为“钻井泥浆”的钻井流体通过钻柱栗送到钻头，以润滑钻头。钻井泥浆还用于将钻头产生的切肩和其他固体通过形成在钻柱和钻孔之间的环形空间运送到表面。严格控制钻井泥浆的密度来防止钻孔坍塌，并且确保钻井最佳地进行。钻井泥浆的密度影响钻头的穿透速率。通过调节钻井泥浆的密度，在可能造成钻孔坍塌损害时改变穿透速率。钻井泥浆也可运送用于密封钻孔的多孔部分的堵漏材料。钻井泥浆的酸性也可根据正在钻孔穿过的地层岩层的类型来调节。钻井泥浆尤其包含昂贵的合成油基润滑剂，并且因此通常回收和再使用已经使用过的钻井泥浆，但是这尤其需要将固体从钻井泥浆中去除。这通过处理钻井泥浆来实现。处理的第一部分是将固体从含有固体的钻井泥浆分离。这至少部分通过振动分离器实现，例如US 5, 265, 730, WO 96/33792和WO 98/16328中公开的泥浆振动筛。其他处理设备，例如离心机和旋流器可用于进一步清理固体泥浆。固体包括于污染物和残渣中。在钻孔中的循环中通常有30至10m3的钻井流体。
[0005]本文称为“钻肩”的所得固体经处理来从固体去除基本上全部残渣和污染物。然后可将固体扔到垃圾填埋场，或在海中倒入产生固体的环境中。替代地，固体可以作为建筑工业中的材料使用或者具有其它工业用途。
[0006]泥浆振动筛通常包括底部敞开的筛篮，所述筛篮具有一个敞开的排出端和实心壁进给端。多个矩形筛网布置在筛篮的敞开底部上方。筛网可基本上为平面状或具有轻微隆起。筛篮在用于接收回收钻井泥浆的容器上方布置于弹簧上。料车或沟槽设置在筛篮的敞开的排出端下方。马达固定到筛篮，具有设置有偏置配重块的驱动转子。使用中，马达使转子和偏置配重块旋转，这使筛篮和固定到其的筛网振动。含有固体的泥浆在筛篮的进给端处引入到筛网上。振动使钻井泥浆与固体分离，钻井泥浆穿过筛网并且固体留在筛网上方。振动还使固体沿着筛网朝向敞开的排出端运动。回收的钻井泥浆接收在容器中，以进一步进行处理，固体通过筛篮的排出端上方进入沟槽或料车中。
[0007]矩形筛网可关于水平方向成某个角度布置，例如从泥浆振动筛的自由端到排出端倾斜七度。该角度可以进行调节。筛网通常固定在筛篮中并且筛篮可以进行调节以调节筛网相对于水平方向的角度。含有固体的钻井流体的流动可以在倾斜筛网上形成储池。振动机构的作用使固体爬上倾斜筛网到达振动筛的排出端并进入沟槽或料车。
[0008]通常，产生圆形振动的振动机构倾向于将固体从筛网沿随机方向抛到空气中。产生椭圆形振动的振动机构将使固体沿椭圆的长弦的方向移动。具有产生非常窄椭圆的振动机构的泥浆振动筛称为线性泥浆振动筛，并且使固体沿筛网快速运动，但是筛网往往由于固体在其与筛网接触时突然减速而遭受快速损坏。
[0009]筛网通常为两种类型之一:钩带型；和预张紧型。
[0010]钩带型筛网包括夹层形式的若干个矩形栅网层，通常包括一或两层细栅网和具有较大筛孔和较重规格线材的支撑栅网。栅网层在每个侧边由形式为细长钩的带相连。在使用中，细长钩钩到沿着泥浆振动筛的每个侧部布置的张紧装置上。泥浆振动筛还包括一组冠状支撑构件，其沿着振动筛的筛篮长度延伸，栅网层在其上方张紧。GB-A-1，526，663中公开了这类筛网的实例。支撑栅网可以设置有内部具有孔的嵌板或由其替代。
[0011]预张紧型筛网包括若干个矩形栅网层，通常包括一或两层细栅网和具有较大筛孔和较重规格线材的支撑栅网。栅网层预张紧在包括矩形角钢框架的刚性支架上并附接到其上。筛网随后插入布置在泥浆振动筛的筛篮中的C形槽导轨中。GB-A-1，578，948中公开了这类筛网的实例，GB-A-2, 176，424中公开了适于接收预张紧型筛网的泥浆振动筛的实例。
[0012]与泥浆振动筛相关的一个问题在于所用筛网会趋于堵塞，尤其是在固体为粘性例如粘土或者尺寸接近筛网筛孔尺寸时。后一种类型的堵塞称作接近筛孔尺寸的颗粒堵塞。已经提出了许多方案解决该问题，例如GB-A-1，526，663中公开了筛网组件使用夹层形式的两层筛网材料并且允许筛网材料层独立移动以去除卡在筛网之一中的所有接近筛孔尺寸的颗粒。
[0013]有利地，使用细孔过滤器过滤极小颗粒，例如尺寸为50-200 μπι或以上，其中过滤装置不会被小颗粒堵塞。然而，尤其是细孔过滤器容易发生这种不希望的堵塞。
[0014]同样有利的是具有简单可靠的分离器以避免用于维修保养的停机时间。
[0015]在某些情况下优选的是利用过滤器挡住例如颗粒尺寸为50-60 μπι或更大的颗粒。
[0016]在油气井的钻井中，井壁中可能存在裂缝。这种裂缝会发展，这可能导致井壁结构问题和/或允许钻井流体通过其泄漏到地层中。此外，如果丧失大量钻井流体，井眼中钻井流体的压力会下降，这会导致井眼坍塌。因此，可以给循环钻井流体中加入井眼加固材料。井眼加固材料包括筛选的颗粒。当钻井流体在内部具有裂缝的井壁周围循环时，筛选的颗粒将其自身楔紧在裂缝中，这减少了裂缝发展的可能性。回收这些筛选的颗粒并在循环钻井泥浆中再次使用它们是有益处的。因此，泥浆振动筛已经改进以筛选含有固体的钻井流体中的固体。USSN12/490, 492中公开了这样的泥浆振动筛。一定尺寸范围的固体能够利用这种泥浆振动筛提取并且作为新钻井流体中的井眼加固材料再次循环。期望保留一些小颗粒，例如重晶石，其通常存在于钻井泥浆中，因而优选细筛网不要太细以致将重晶石从钻井泥浆筛出。
【发明内容】
[0017]根据本发明，提供了一种用于将固体从含有固体的钻井流体分离的泥浆振动筛，所述泥浆振动筛包括筛篮，所述筛篮具有在上筛板中的第一筛网组件和在下筛板中的第二筛网组件，所述筛篮还包括用于将含有固体的钻井流体进给到第一管道和第二管道的流动盘，所述第一管道用于将含有固体的钻井流体进给到所述第一筛网组件，所述第二管道用于将含有固体的钻井流体进给到所述第二筛网组件，其特征在于，所述第二管道包括用于将含有固体的钻井流体进料分开的多个第二管道开口和用于将含有固体的钻井流体散布到所述第二筛网组件上的至少一个排出开口。
[0018]VSM MultiSizer和PCT公开号WO 2010/150020显示了溢流堰作为用于产生通过振动筛的并联流的方法。英国公开号GB2055597显示了一种提高生产量、将流分配到不同高度的两个筛板上方以使得能够同时处理的方法。
[0019]泥浆振动筛的一个功能是从其处理的流体去除固体，并且试验已经表明，由于这些固体，上述分流方法可能导致由任一高度处理的流体的性