专利名称：一种回收加重钻井液中的重晶石并排除无用固相的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种石油天然气等勘探和生产钻井的加重钻井液的处理系统。
背景技术：
由钻井液(水基或油基悬浮液)从地层携带出大量的岩屑，绝大部分较粗颗粒岩屑被振动筛等设备筛除。大致小于74μm直径(200目)的岩屑颗粒使用离心机分离，否则越来越多的小颗粒将改变钻井液密度、粘度等性能，严重影响钻井的正常进行。
在一部分钻井作业中，如深井和复杂井的钻探，需要密度特别高的钻井液，最高可能高达2.5g/cm3。这种泥浆一般采用添加大量重晶石(密度4.2g/cm3左右)的方法来提高密度。由于重晶石的密度明显大于岩屑颗粒的密度(一般小于3.0g/cm3)，所以若使用离心机分离固相颗粒时，首先被分离出的是有用的重晶石而不是无用的岩屑。
目前处理加重钻井液的方法主要包括以下两种1)通过稀释全部钻井液，同时添加大量新的加重材料和化学添加剂，但采用这种方法不能有效去除掉混合在钻井液中的无用固相；2)连同加重材料和岩石钻屑一起被分离丢弃，然后再添加大量的重晶石，这显然又会造成重晶石的严重浪费。因此，无论采用哪种方法，都不能满足在有效地去除钻井液中的无用固相的同时将重晶石回收的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种回收加重钻井液中的重晶石并排除无用固相的系统，该系统能够很好地回收钻井液中的重晶石，同时将无用固相去除掉，从而改善钻井液物理性能。
本发明的一种回收加重钻井液中的重晶石并排除无用固相的系统包括前级离心机和后级离心机，待处理钻井液经过前级离心机将重晶石分离出来后，被分离出重晶石的钻井液再经过后级离心机将岩屑颗粒分离出来，得到的钻井液与先前分离出来的重晶石混合。
进一步地，还包括混合罐、溢流罐、中间罐、缓冲罐和供料泵，由所述前级离心机分离出的重晶石进入到混合罐内，所述被分离出重晶石的钻井液流入到缓冲罐内，并通过供料泵送至所述后级离心机内进行分离处理后进入到中间罐内，该中间罐与缓冲罐底部相通，中间罐内的液体可溢流到溢流罐内，溢流罐内的液体可溢流到混合罐内。
进一步地，还包括混料漏斗和循环泵，所述由前级离心机分离出的重晶石经过混料漏斗后进入到混合罐内，所述循环泵将所述混合罐内的部分液体引出，并在所述混料漏斗的下部形成用于混合所述由前级离心机分离出的重晶石的喷射流，喷射流返回混合罐，形成自循环液流。
进一步地，还包括冲洗泵，该冲洗泵将所述溢流罐内的部分液体引出，一路流入所述前级离心机的输入端，另一路流向所述混料漏斗的上部。
进一步地，在所述混合罐内还设置有防止所述混合罐内的重晶石沉淀的搅拌装置。
进一步地，所述搅拌装置为搅拌器和泥浆枪。
进一步地，在所述前级离心机的入口还安装有第一流量控制器，在所述冲洗泵接入所述前级离心机的入口的管路上还设有第二流量控制器。
进一步地，所述前级离心机为变频中速离心机，所述后级离心机为非变频高速离心机或变频高速离心机。
进一步地，所述前级变频离心机和后级变频离心机各自使用两台变频器分别控制主电机和辅电机。
进一步地，所述前级离心机和后级离心机的供料泵的入口分别设有清水接口。
本发明通过一套有机联系的系统，将两台离心机串联到一起，分两个步骤处理钻井液，同时解决了加重钻井液处理中的重晶石高效分离、重晶石回收分散、防止重晶石沉淀、提高加重钻井液处理效率等问题，在回收大多数重晶石的同时，排掉了大部分岩屑颗粒，大大减少了重晶石的消耗，既节约了成本，也保护了环境。按照本发明，重晶石的回收率可以达到70％以上，对于1.9g/cm3密度的钻井液，处理量不小于10m3/h，对于2.5g/cm3密度的钻井液，处理量不小于2.5m3/h。另外，本发明特别适用于交通不便的偏远地区和海洋钻井。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施例方式
如图1所示，中速离心机5和高速离心机6安放在由4个罐舱(即后述的混合罐20、溢流罐21、中间罐22和缓冲罐23)组合成的泥浆罐上。需要处理的钻井液从a处通过供料泵1进入前级中速离心机5，分离出的重晶石经设置在中速离心机5正下方的混料漏斗4进入混合罐20，液相排到缓冲罐23内；缓冲罐23的钻井液被供料泵7送入后级高速离心机6，经过高速离心机6处理后，主要为岩屑颗粒的固相从g处被排除掉，液相排入中间罐22内，缓冲罐23与中间罐22下部连通，保证其液面的平衡，不会因为两台离心机5、6的处理量不同而出现罐舱液体溢出或抽干现象；已经分离出大部分固相的低密度的液相经中间罐22溢流到溢流罐21，溢流罐21的液体一部分自然溢流到混合罐20，与中速离心机5分离出的主要为重晶石的固相充分混合，形成仍含有大量重晶石但剔除了大部分岩屑颗粒的钻井液，另一部分被冲洗泵11输送到中速离心机5入口，用于稀释高密度的钻井液，以提高中速离心机5的处理量，同时，有一小股液流用于冲刷混料漏斗4；循环泵10抽取混合罐20的钻井液，在混料漏斗4的下部形成喷射流，充分混合中速离心机5排出的重晶石后，返回混合罐20，另一部分支流进入设置在混合罐20内的泥浆枪9，用于必要时冲搅混合罐液体，防止重晶石沉淀。
为了防止高密度钻井液在混合罐20里沉淀，除采取大流量自循环和泥浆枪9人工冲刷的方法以外，还在混合罐20内安装了搅拌器8。
另外，在离心机5、6的供料泵1、7入口分别接有清水接口b和h，在每次使用完毕后，可以泵入清水，彻底清洗供料泵1、7、管道和离心机5、6，以防止高密度钻井液的干结堵塞。离心机5、6的液相出口e、f设有专门的清洗液旁通口j、k，使清洗水排出罐外。
中速离心机5使用两台变频器分别控制离心机的主电机和辅电机。改变主电机转速可以改变转鼓的旋转速度，从而改变离心机的分离因数，也就是改变了离心机的分离能力；改变辅电机的转速可以改变转鼓内部的推料器相对于转鼓的速度差，从而改变其排出固相物的速度和能力。两个速度的调节是无级的，并且可以在工作中调节。其控制柜的面板可以显示两台电机或转鼓与推料器的实时转速。
中速离心机5的入口还安装了第一流量控制器2，配合供料泵1，可以非常准确地改变和控制中速离心机5的处理量，保证中速离心机5在不同泥浆密度下能可靠地工作。
在冲洗泵11接入中速离心机5的入口的管路上还设有第二流量控制器3，用于改变和控制稀释液的流量。和第一流量控制器2配合使用，既控制了前级中速离心机5的处理量，又控制了稀释液量。稀释液与待处理钻井液的比例一般为1∶2到1∶1之间，具体按离心机的最佳分离效果确定。在钻井液密度较大时(如大于1.9g/cm3)，可以通过稀释的方法提高离心机的工作效率。
后级高速离心机6可以分离出2～5μm的岩屑颗粒。为了适应不同的现场要求，可以通过更换主皮带轮改变转鼓转速，也可以采用变频调速控制。其入口流量控制可以使用普通的球阀粗略地控制，也可以使用上述的流量控制器比较准确地控制。
本发明通过使用一台变频调速的前级中速离心机5(转速可为1200r/min～2000r/min)，利用重晶石的密度比岩屑颗粒大的特点，从钻井液中首先分离出钻井液加重材料重晶石；分离出大部分重晶石的钻井液再经过一台后级高速离心机6(转速可为2000r/min～3400r/min)，分离出主要为岩屑颗粒的无用固相，得到低密度的钻井液；低密度的钻井液与先前分离出的重晶石充分混合后，回到钻井液循环系统。从而，本发明具有如下的优点1、重晶石高效分离不同粒径的重晶石颗粒和不同粒径的岩屑颗粒混合在钻井液里，需要针对具体的钻井液成分构成调节适当的离心机工作参数，才能让前级中速离心机5最大效率地分离出可以回收的重晶石，而不能让更多的重晶石进入后级高速离心机6被分离丢弃，也不能让更多的岩屑颗粒在前级中速离心机5被分离而重新回到系统。使用变频中速离心机5可以在比较大的范围内无级调节离心机的运转参数，即分离因数和差转速。同时配合供料泵、流量控制器，可以方便确切地改变并控制前级中速离心机5的处理量。两种方式的应用，使重晶石的高效分离成为现实。
2.重晶石回收分散重晶石容易干结成团，回收的重晶石不容易很好地分散到钻井液中。本系统可以使用加高液池深度的中速离心机5，增加了前级中速离心机5分离出的固相的湿度，同时引用后级高速离心机6处理后的低密度钻井液润滑冲洗前级中速离心机5排出的固相，防止干结成团，然后使用混料漏斗4的高速喷射流，将回收的重晶石强劲冲散进入钻井液中。
3.防止重晶石沉淀由于重晶石的密度大，更容易沉淀。本系统除了在回收混合重晶石的混合罐20上安装搅拌器8以外，还使用离心循环泵10大流量自循环该混合罐20的钻井液，使其处于剧烈的混搅状态，防止沉淀。该循环液流，就是上述的混料漏斗4喷射流。该循环液流的支流通向泥浆枪9，可以不定期地人工冲刷罐内可能出现的沉淀死角。
4.提高加重钻井液处理效率加重钻井液的密度有时高达2.5g/cm3，一般离心机难以处理或处理量极小。本系统在提高了前级中速离心机5的动力和机械强度的同时，引用后级高速离心机6处理后的低密度钻井液，稀释前级中速离心机5入口钻井液，明显提高了处理效率。由于是引用钻井液系统内的液流，而不是用外部液流(如清水等)，所以保持了钻井液的总量不至于持续增加。使用了准确控制流量的第一流量控制器2和第二流量控制器3，可以根据具体情况调节进料量和稀释比，提高处理效率。
权利要求
1.一种回收加重钻井液中的重晶石并排除无用固相的系统，其特征在于，包括前级离心机和后级离心机，待处理钻井液经过前级离心机将重晶石分离出来后，被分离出重晶石的钻井液再经过后级离心机将岩屑颗粒分离出来，得到的钻井液与先前分离出来的重晶石混合。
2.根据权利要求1所述的一种回收加重钻井液中的重晶石并排除无用固相的系统，其特征在于，还包括混合罐、溢流罐、中间罐、缓冲罐和供料泵，由所述前级离心机分离出的重晶石进入到混合罐内，所述被分离出重晶石的钻井液流入到缓冲罐内，并通过供料泵送至所述后级离心机内进行分离处理后进入到中间罐内，该中间罐与缓冲罐底部相通，中间罐内的液体可溢流到溢流罐内，溢流罐内的液体可溢流到混合罐内。
3.根据权利要求2所述的一种回收加重钻井液中的重晶石并排除无用固相的系统，其特征在于，还包括混料漏斗和循环泵，所述由前级离心机分离出的重晶石经过混料漏斗后进入到混合罐内，所述循环泵将所述混合罐内的部分液体引出，并在所述混料漏斗的下部形成用于混合所述由前级离心机分离出的重晶石的喷射流，喷射流返回混合罐，形成自循环液流。
4.根据权利要求3所述的一种回收加重钻井液中的重晶石并排除无用固相的系统，其特征在于，还包括冲洗泵，该冲洗泵将所述溢流罐内的部分液体引出，一路流入所述前级离心机的输入端，另一路流向所述混料漏斗的上部。
5.根据权利要求4所述的一种回收加重钻井液中的重晶石并排除无用固相的系统，其特征在于，在所述混合罐内还设置有防止所述混合罐内的重晶石沉淀的搅拌装置。
6.根据权利要求5所述的一种回收加重钻井液中的重晶石并排除无用固相的系统，其特征在于，所述搅拌装置为搅拌器和泥浆枪。
7.根据权利要求3至6任一所述的一种回收加重钻井液中的重晶石并排除无用固相的系统，其特征在于，在所述前级离心机的入口还安装有第一流量控制器，在所述冲洗泵接入所述前级离心机的入口的管路上还设有第二流量控制器。
8.根据权利要求7所述的一种回收加重钻井液中的重晶石并排除无用固相的系统，其特征在于，所述前级离心机为变频中速离心机，所述后级离心机为非变频高速离心机或变频高速离心机。
9.根据权利要求8所述的一种回收加重钻井液中的重晶石并排除无用固相的系统，其特征在于，所述前级变频离心机和后级变频离心机各自使用两台变频器分别控制主电机和辅电机。
10.根据权利要求1所述的一种回收加重钻井液中的重晶石并排除无用固相的系统，其特征在于，所述前级离心机和后级离心机的供料泵的入口分别设有清水接口。
全文摘要
本发明公开了一种回收加重钻井液中的重晶石并排除无用固相的系统，该系统包括前级离心机和后级离心机，待处理钻井液经过前级离心机将重晶石分离出来后，被分离出重晶石的钻井液再经过后级离心机将岩屑颗粒分离出来，得到的钻井液与先前分离出来的重晶石混合。本发明通过一套有机联系的系统，将两台离心机串联到一起，分两个步骤处理钻井液，同时解决了加重钻井液处理中的重晶石高效分离、重晶石回收分散、防止重晶石沉淀、提高加重钻井液处理效率等问题，在回收大多数重晶石的同时，排掉了大部分岩屑颗粒，大大减少了重晶石的消耗，既节约了成本，也保护了环境。
文档编号E21B21/00GK101050695SQ20071009887
公开日2007年10月10日 申请日期2007年4月28日 优先权日2007年4月28日
发明者徐凯, 刘汝国, 刘自明, 胡俊华, 邹晖, 李自立, 任延春, 刘挺, 刘志东 申请人:中国海洋石油总公司, 成都西部石油装备有限公司, 中海油田服务股份有限公司