一种泥浆不落地固控处理装置及其处理方法与流程

本发明涉及钻井产生的废弃泥浆的固控技术领域，特别涉及一种泥浆不落地固控处理装置及其处理方法。

背景技术：

在钻井工程中，泥浆通常与钻井液是同义词。泥浆于1901年在钻井中应用。当时美国的哈米尔兄弟在德克萨斯的“纺锤顶”钻井，寻找石油，为应对钻井过程中的沙层等难题，运用泥浆加固支撑钻井壁，这一做法被沿用至今。当时泥浆就是指的普通泥浆，现代工程中使用的事实上已经是合成泥浆。泥浆中通常是含有大量的悬浮物，胶状物的水、油或是油水混合物。泥浆具有悬浮钻屑并将钻屑从从井底携带至地面、平衡地层压力、润滑冷却钻头和钻具等作用。

在钻井作业过程中，钻杆和钻头由钻机的动力驱动旋转，钻头连续破碎遇到的岩层并形成井眼。当钻头破碎地层时，通过空心钻杆向井眼注入泥浆，泥浆将钻头在破碎地层时产生的大量钻屑带到地面。带有大量钻屑的泥浆因固相颗粒含量太高、利用价值过低而被称为废弃泥浆。

废弃泥浆是石油天然气工业的主要污染源之一，它是一种含黏土、加重材料、各种化学处理剂、污水、污油及钻屑的多项稳态胶体悬浮体系，主要成分是烃类、盐类、各种聚合物、木质素磺酸盐、某些金属离子（汞、铜、砷、铬、锌及铅）和重晶石中的杂质。由于泥浆中这些成分存在，里面含有大量的有害物质，这些含有重金属和化合物的固相部分（大概含油量在12%-18%左右），如果不经处理随意排放，长期沉淀就会对附近的植被、土壤、地下水等自然环境和人类的生存环境造成很大的危害。

钻井过程中需要大量的泥浆，而且，钻井实践表明，当泥浆中固相颗粒减少1%时，钻头的寿命延长7-10%，钻速提高29%以上。在钻井过程中，优良的泥浆性能是提高钻井速度、降低钻井成本、预防井下事故、保护油气产层的前提，而泥浆固控系统是维持泥浆性能的保证，也就是说，废弃泥浆经过固控系统的处理可以再次通过泥浆泵将其泵入井眼中循环利用。

2017年4月12日授权、授权公告号为cn104499970b的中国专利“一种钻井液固控循环系统工艺方法”中，公开了一种钻井液固控循环系统工艺方法是：①钻井液经专用浓缩处理器i浓缩处理后，分级为-0.020mm的钻井液和+0.020mm的钻井液两部分：-0.020mm的钻井液直接进入专用离心机处理后分级为-0.005mm的钻井液和+0.005mm的钻井液两部分，-0.005mm的钻井液自流入循环液储备罐，+0.005mm的钻井液自流入储料箱；+0.020mm的钻井液经油田泥浆泵i输送至专用旋流器组i分级为-0.074mm的钻井液和+0.074的钻井液两部分；②经专用旋流器组i分级后，+0.074mm的钻井液直接自流入专用浓缩处理器iii内；-0.074mm的钻井液自流入专用浓缩处理器ii内，浓缩处理后分级为-0.020mm的钻井液和+0.020mm的钻井液两部分，其中，+0.020mm的钻井液经油田泥浆泵ii输送至专用旋流器组ii分级为+0.033mm的钻井液和-0.033mm的钻井液两部分；-0.020mm的钻井液返回专用浓缩处理器i内；③经专用旋流器组ii分级后，+0.033mm的钻井液自流入专用浓缩处理器iii内，-0.033mm的钻井液返回专用浓缩处理器ii；④进入专用浓缩处理器iii内的钻井液，经浓缩处理后，浓度较高的底流经油田泥浆泵iii输送至储料箱；浓度较低的溢流自流入专用浓缩处理器ii；⑤进入储料箱内的钻井液经油田泥浆泵iv输送至专用压滤机（或专用叠螺机），经专用压滤机过滤后，滤液水自流入循环液储备罐循环使用，固相泥饼直接装入固相泥饼收集桶运走（或经专用叠螺机处理后，浓度较高的底流自流入泥浆转运罐；浓度较低的溢流返回专用浓缩处理器iii）；工艺方法的设备组合是：主要设备包括专用浓缩处理器i、专用离心机、油田泥浆泵i、专用旋流器组i、专用浓缩处理器ii、油田泥浆泵ii、专用旋流器组ii、专用浓缩处理器iii、油田泥浆泵iii、储料箱、油田泥浆泵iv、专用压滤机、固相泥饼收集桶、循环液储备罐。该工艺方法的特点：固相大颗粒在固控循环系统中处理流程多；因此带来的问题有处理过程伴随钻井液流动，固相大颗粒对设备的损伤大，设备故障率高、使用寿命短；处理过程中固相大颗粒可能变为固相小颗粒导致部分钻井液需多次重复处理（返回上一级浓缩处理器进行重复处理），增加了处理难度。

技术实现要素：

本发明提供一种泥浆不落地固控处理装置及其处理方法，改进固控处理装置，优化固控处理工艺，解决上述技术问题。

具体技术方案是一种泥浆不落地固控处理装置，包括：振动筛、真空除气器、除砂器、除泥器、离心机，废弃泥浆管路与所述振动筛的进口连接，

还包括：一号泥浆罐、二号泥浆罐、三号泥浆罐、四号泥浆罐、五号泥浆罐、泥浆泵、螺旋输送机、钻屑甩干机、固相收集箱；

所述振动筛的固相出口与所述螺旋输送机的进料口连接，所述螺旋输送机的出料口与所述钻屑甩干机的进口连接，所述钻屑甩干机的固相出口与所述固相收集箱的进口连接，所述钻屑甩干机的液相出口与所述一号泥浆罐的进口连接，

所述振动筛的液相出口与所述一号泥浆罐的进口连接，所述一号泥浆罐的出口与所述真空除气器的进口连接，所述真空除气器的出口与所述二号泥浆罐的进口连接，所述二号泥浆罐的出口与所述除砂器的进口连接，所述除砂器的固相出口与所述固相收集箱的进口连接，所述除砂器的液相出口与所述三号泥浆罐的进口连接，所述三号泥浆罐的出口与所述除泥器的进口连接，所述除泥器的固相出口与所述固相收集箱的进口连接，所述除泥器的液相出口与所述四号泥浆罐的进口连接，所述四号泥浆罐的出口与所述离心机的进口连接，所述离心机的固相出口与所述固相收集箱的进口连接，所述离心机的液相出口与所述五号泥浆罐的进口连接，在所述五号泥浆罐的出口管路上安装泥浆泵。

进一步，所述振动筛包括：壳体、一级筛筒、二级筛板、三级筛板、一级电机、一级联轴器、一级连接杆、二级弹簧、二级筛床、二级固定件、三级弹簧、三级筛床和三级固定件，

所述一级筛筒是中空的圆柱状结构、其侧壁开有滤孔，所述一级连接杆上端通过所述一级联轴器与所述一级电机连接，所述一级电机安装在所述振动筛的壳体上方，

所述二级筛板固定安装在所述二级筛床上，所述二级筛床通过二级弹簧安装在二级固定件上方，

所述三级筛板固定安装在所述三级筛床上，所述三级筛床通过三级弹簧安装在三级固定件上方，

所述二级筛床的侧沿高于所述一级筛筒的上端高度，所述三级筛板的目数是200目。

进一步，所述一级筛筒的孔径大于75μm。

进一步，所述二级筛板的目数为150-200目。

进一步，所述除砂器中过滤网的滤孔孔径为38μm。

进一步，所述除泥器中包括：本体、过滤件、进液口、出液口、排泥口、上盖、连接杆、联轴器和电机，

所述上盖安装在所述本体的上方，所述电机置于所述上盖上，所述电机通过所述联轴器与所述连接杆连接，所述连接杆的下端伸入所述本体中，所述连接杆的下端刚性连接过滤件，所述过滤件呈圆台式、上方是开口的大圆面、内部中空、侧壁开有滤孔，所述过滤件和所述本体之间有流体通道，

在所述本体偏下方设置进液口、偏上方设置出液口、底部设置排泥口，进液口处的管道伸至所述过滤件和所述本体之间的流体通道，所述出液口处的管道伸至所述过滤件的内部。

进一步，所述过滤件的底部小圆面上开有滤孔。

进一步，所述过滤件上的滤孔孔径为20μm。

使用中，振动筛内部，二级筛床的侧沿高于一级筛筒的上端高度，在进行固控处理时，需要控制进入一级筛筒中的废弃泥浆量不大于一级筛筒容量的80%，需要控制进入本体内部的泥浆液位始终低于过滤件的上端，避免泥浆未经过滤件的滤除作用就流进过滤件，对于除砂器的使用要求与除泥器的使用要求类似，对于泥浆量的控制，一号泥浆罐、二号泥浆罐、三号泥浆罐、四号泥浆罐和五号泥浆罐就是起到暂时缓存泥浆的作用，以便于整个固控处理装置的平稳运行。

一种泥浆不落地固控处理方法，使用本发明中的泥浆不落地固控处理装置，步骤如下：

s1、废弃泥浆经管路进入振动筛，经振动筛作用，废弃泥浆分级为一级a泥浆和一级b泥浆，一级a泥浆中固相颗粒尺寸小于一级b泥浆中固相颗粒尺寸，一级a泥浆进入一号泥浆罐，一级b泥浆进入螺旋输送机经螺旋输送机输送至钻屑甩干机中；

s2、在钻屑甩干机作用下，一级b泥浆分级为二级a泥浆和二级b泥浆，二级a泥浆中固相颗粒尺寸小于二级b泥浆中固相颗粒尺寸，二级a泥浆进入一号泥浆罐，二级b泥浆进入固相收集箱；

s3、进入一号泥浆罐的一级a泥浆和二级a泥浆流入真空除气器，在真空除气器的作用下，气体逸出，成为三级a泥浆，三级a泥浆流经二号泥浆罐后进入除砂器；

s4、在除砂器作用下，三级a泥浆分级为四级a泥浆和四级b泥浆，四级a泥浆中固相颗粒尺寸小于四级b泥浆中固相颗粒尺寸，四级b泥浆进入固相收集箱，四级a泥浆流经三号泥浆罐后进入除泥器；

s5、在除泥器作用下，四级a泥浆分级为五级a泥浆和五级b泥浆，五级a泥浆中固相颗粒尺寸小于五级b泥浆中固相颗粒尺寸，五级b泥浆进入固相收集箱，五级a泥浆流经四号泥浆罐后进入离心机；

s6、在离心机作用下，五级a泥浆分级为六级a泥浆和六级b泥浆，六级a泥浆中固相颗粒尺寸小于六级b泥浆中固相颗粒尺寸，六级b泥浆进入固相收集箱，六级a泥浆流入五号泥浆罐中。

进一步，一级a泥浆中固相颗粒尺寸小于75μm，一级b泥浆中固相颗粒尺寸大于75μm，二级a泥浆中固相颗粒尺寸小于43μm，二级b泥浆中固相颗粒尺寸大于43μm，三级a泥浆中固相颗粒尺寸小于75μm，四级a泥浆中固相颗粒尺寸小于38μm，四级b泥浆中固相颗粒尺寸大于38μm，五级a泥浆中固相颗粒尺寸小于20μm，五级b泥浆中固相颗粒尺寸大于20μm，六级a泥浆中固相颗粒尺寸小于5μm，六级b泥浆中固相颗粒尺寸大于5μm。

本发明的有益技术效果：

①本发明中固控处理装置核心设备是振动筛、真空除气器、除砂器、除泥器、离心机、螺旋输送机和钻屑甩干机，对带有大量钻屑的泥浆进行多级处理，其中，振动筛-螺旋输送机-钻屑甩干机-固相收集箱这条处理线主要是去除泥浆中的固相大颗粒，振动筛-真空除气器-除砂器-除泥器-离心机这条处理线去除泥浆中固相颗粒、由大尺寸至小尺寸依次去除，最终达到五号泥浆罐的泥浆的固相颗粒减少，可以重复使用，对钻井设备及钻井速度的影响大大减弱；

②本发明中，振动筛有多层，振动幅度大，倾斜设置，能够有效避免筛网堵塞，不同筛网的安放，能够起到对目数大的筛网形成保护，进而延长了筛网的使用时间，减少耗材；

③本发明中，在真空除气器作用下，浸入泥浆中的气泡破碎，气体逸出，进而恢复泥浆的比重、稳定泥浆的粘度性能；

④本发明中，螺旋输送机不仅起到输送固相颗粒大而多的泥浆的作用，而且在输送中螺杆对泥浆形成剪切作用，能够破除胶状颗粒、挤出泥浆中的气体；

⑤本发明中，钻屑甩干机根据离心过滤的原理工作，对泥浆及废弃泥浆进行干燥处理，减少固相颗粒带走泥浆量；

⑥本发明中，改进除泥器的结构，倒圆台式的过滤件，固相颗粒不易堵塞滤孔，电机带动过滤件旋转也能够轻易的甩掉固相颗粒，过滤件不易损坏；除砂器和除泥器进行类似设计，只是内部过滤件的选择有差异，从而避免除砂器中过滤件的堵塞；

⑦本发明中，固控处理方法是从固相大颗粒至小颗粒依次去除，不需要重复处理，处理效率高，泥浆中固相颗粒的尺寸逐渐减小，大大降低筛网或滤网的堵塞情况的发生，能有效保护设备；

⑧采用本发明中固控处理方法，结合固控处理装置中的设备参数及操作工艺的优化，处理后的泥浆，也就是五号泥浆罐的泥浆的固相颗粒小于5μm，具备优良泥浆的性能。

附图说明

图1为本发明中一种泥浆不落地固控处理装置示意图；

图2为本发明中振动筛的示意图；

图3为本发明中除泥器的主视剖面图。

附图标记说明：

1、振动筛，2、一号泥浆罐，3、真空除气器，4、二号泥浆罐，5、除砂器，6、三号泥浆罐，7、除泥器，8、四号泥浆罐，9、离心机，10、五号泥浆罐，11、泥浆泵，12、螺旋输送机，13、钻屑甩干机，14、固相收集箱，

101、壳体，102、一级筛筒，103、二级筛板，104、三级筛板，105、一级电机，106、一级联轴器，107、一级连接杆，108、二级弹簧，109、二级筛床，110、二级固定件，111、三级弹簧，112、三级筛床，113、三级固定件，

701、本体，702、过滤件，703、进液口，704、出液口，705、排泥口，706、上盖，707、连接杆，708、联轴器，709、电机。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例：

结合图1-3，一种泥浆不落地固控处理装置，包括：振动筛1、真空除气器3、除砂器5、除泥器7、离心机9，废弃泥浆管路与所述振动筛1的进口连接，

还包括：一号泥浆罐2、二号泥浆罐4、三号泥浆罐6、四号泥浆罐8、五号泥浆罐10、泥浆泵11、螺旋输送机12、钻屑甩干机13、固相收集箱14；

所述振动筛1的固相出口与所述螺旋输送机12的进料口连接，所述螺旋输送机12的出料口与所述钻屑甩干机13的进口连接，所述钻屑甩干机13的固相出口与所述固相收集箱14的进口连接，所述钻屑甩干机13的液相出口与所述一号泥浆罐2的进口连接，

所述振动筛1的液相出口与所述一号泥浆罐2的进口连接，所述一号泥浆罐2的出口与所述真空除气器3的进口连接，所述真空除气器3的出口与所述二号泥浆罐4的进口连接，所述二号泥浆罐4的出口与所述除砂器5的进口连接，所述除砂器5的固相出口与所述固相收集箱14的进口连接，所述除砂器5的液相出口与所述三号泥浆罐6的进口连接，所述三号泥浆罐6的出口与所述除泥器7的进口连接，所述除泥器7的固相出口与所述固相收集箱14的进口连接，所述除泥器7的液相出口与所述四号泥浆罐8的进口连接，所述四号泥浆罐8的出口与所述离心机9的进口连接，所述离心机9的固相出口与所述固相收集箱14的进口连接，所述离心机9的液相出口与所述五号泥浆罐10的进口连接，在所述五号泥浆罐10的出口管路上安装泥浆泵11。

所述振动筛1包括：壳体101、一级筛筒102、二级筛板103、三级筛板104、一级电机105、一级联轴器106、一级连接杆107、二级弹簧108、二级筛床109、二级固定件110、三级弹簧111、三级筛床112和三级固定件113，

所述一级筛筒102是中空的圆柱状结构、其侧壁开有滤孔，所述一级连接杆107上端通过所述一级联轴器106与所述一级电机105连接，所述一级电机105安装在所述振动筛1的壳体101上方，

所述二级筛板103固定安装在所述二级筛床109上，所述二级筛床109通过二级弹簧108安装在二级固定件110上方，

所述三级筛板104固定安装在所述三级筛床112上，所述三级筛床112通过三级弹簧111安装在三级固定件113上方，

所述二级筛床109的侧沿高于所述一级筛筒102的上端高度，所述三级筛板104的目数是200目，所述一级筛筒102的孔径大于75μm，所述二级筛板103的目数为150-200目。

所述除泥器7中包括：本体701、过滤件702、进液口703、出液口704、排泥口705、上盖706、连接杆707、联轴器708和电机709，

所述上盖706安装在所述本体701的上方，所述电机709置于所述上盖706上，所述电机709通过所述联轴器708与所述连接杆707连接，所述连接杆707的下端伸入所述本体701中，所述连接杆707的下端刚性连接过滤件702，所述过滤件702呈圆台式、上方是开口的大圆面、内部中空、侧壁开有滤孔，所述过滤件702和所述本体701之间有流体通道，

在所述本体701偏下方设置进液口703、偏上方设置出液口704、底部设置排泥口705，进液口703处的管道伸至所述过滤件702和所述本体701之间的流体通道，所述出液口704处的管道伸至所述过滤件702的内部。所述过滤件702的底部小圆面上开有滤孔。所述过滤件702上的滤孔孔径为20μm。

所述除砂器5进行与除泥器7类似的结构改进，区别在于除砂器5与除泥器7中的过滤件不同，除砂器5中的过滤件的滤孔孔径为38μm。

对于设备的说明：对于振动筛1、除泥器7及除砂器5所作结构改进，是基于现有设备，改进目的在于避免筛板及过滤网的滤孔堵塞，延长其使用时间，同时更好地分离出固相颗粒；

真空除气器3，利用真空泵的抽吸作用，在真空罐内造成负压区，泥浆在大气压的作用下，通过吸入管进入转子的空心轴，再由空心轴四周的窗口，呈喷射状甩向罐壁，由于碰撞及分离轮的作用，使钻井液分离成薄层，浸入泥浆中的气泡破碎，气体逸出，通过真空泵的抽吸及气水分离器的分离，气体由分离器的排气管排往安全地带，泥浆则由叶轮排出罐外；

离心机9是利用离心力，分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械，在本发明中选用型号为xlw550-600系列卧螺离心机；

钻屑甩干机13，又称为钻屑干燥机，是废弃钻井液处理中使用的设备，根据离心过滤的原理工作，对泥浆及废弃泥浆进行干燥处理，甚至能够将超细的小于5μm的胶状固体去除掉，达到环保要求，在本发明中选用型号为xsg-01的即可。

使用中，振动筛1内部，二级筛床109的侧沿高于一级筛筒102的上端高度，在进行固控处理时，需要控制进入一级筛筒102中的废弃泥浆量不大于一级筛筒102容量的80%，需要控制进入本体701内部的泥浆液位始终低于过滤件702的上端，避免泥浆未经过滤件702的滤除作用就流进过滤件702，对于除砂器5的使用要求与除泥器7的使用要求类似，对于泥浆量的控制，一号泥浆罐2、二号泥浆罐4、三号泥浆罐6、四号泥浆罐8和五号泥浆罐10就是起到暂时缓存泥浆的作用，以便于整个固控处理装置的平稳运行。在管路上安装流量计用以检测流体流量以及在设备上安装液位计用以检测流体液位是本领域中常用技术手段。

一种泥浆不落地固控处理方法，使用本发明中的泥浆不落地固控处理装置，步骤如下：

s1、废弃泥浆经管路进入振动筛1，经振动筛1作用，废弃泥浆分级为一级a泥浆和一级b泥浆，一级a泥浆中固相颗粒尺寸小于一级b泥浆中固相颗粒尺寸，一级a泥浆进入一号泥浆罐2，一级b泥浆进入螺旋输送机12经螺旋输送机12输送至钻屑甩干机13中；

s2、在钻屑甩干机13作用下，一级b泥浆分级为二级a泥浆和二级b泥浆，二级a泥浆中固相颗粒尺寸小于二级b泥浆中固相颗粒尺寸，二级a泥浆进入一号泥浆罐2，二级b泥浆进入固相收集箱14；

s3、进入一号泥浆罐2的一级a泥浆和二级a泥浆流入真空除气器3，在真空除气器3的作用下，气体逸出，成为三级a泥浆，三级a泥浆流经二号泥浆罐4后进入除砂器5；

s4、在除砂器5作用下，三级a泥浆分级为四级a泥浆和四级b泥浆，四级a泥浆中固相颗粒尺寸小于四级b泥浆中固相颗粒尺寸，四级b泥浆进入固相收集箱14，四级a泥浆流经三号泥浆罐6后进入除泥器7；

s5、在除泥器7作用下，四级a泥浆分级为五级a泥浆和五级b泥浆，五级a泥浆中固相颗粒尺寸小于五级b泥浆中固相颗粒尺寸，五级b泥浆进入固相收集箱14，五级a泥浆流经四号泥浆罐8后进入离心机9；

s6、在离心机9作用下，五级a泥浆分级为六级a泥浆和六级b泥浆，六级a泥浆中固相颗粒尺寸小于六级b泥浆中固相颗粒尺寸，六级b泥浆进入固相收集箱14，六级a泥浆流入五号泥浆罐10中。

优选的，一级a泥浆中固相颗粒尺寸小于75μm，一级b泥浆中固相颗粒尺寸大于75μm，二级a泥浆中固相颗粒尺寸小于43μm，二级b泥浆中固相颗粒尺寸大于43μm，三级a泥浆中固相颗粒尺寸小于75μm，四级a泥浆中固相颗粒尺寸小于38μm，四级b泥浆中固相颗粒尺寸大于38μm，五级a泥浆中固相颗粒尺寸小于20μm，五级b泥浆中固相颗粒尺寸大于20μm，六级a泥浆中固相颗粒尺寸小于5μm，六级b泥浆中固相颗粒尺寸大于5μm。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。