油基岩屑清洗装置及方法与流程

1.本发明是关于钻井和录井工程领域，尤其涉及一种油基岩屑清洗装置及方法。


背景技术：

2.岩屑是及时认识地层岩性和油气层的直观材料，很多井下信息的获取依赖于对岩屑的观察、测量与分析。岩屑返出量监测中岩屑干湿重转换系数测量，以及元素录井中x射线荧光元素分析、x射线衍射矿物分析等过程都需要用到岩屑。岩屑是由钻井液携带出来的，井口返出的岩屑表面吸附有钻井液，要对岩屑进行测量与分析，必须先清除岩屑表面吸附的钻井液。近年来，随着页岩油气的大力开发，油基钻井液的使用越来越广泛。由于页岩储层具有较强的亲油性，使得油基岩屑(表面吸附有油基钻井液的岩屑)的清洗难度相较于水基岩屑(表面吸附有水基钻井液的岩屑)的清洗难度更大。某区块钻井时，现场要求入靶后每2米左右采集一次岩屑样品，每次采集的岩屑都要经过清洗、烘干，再进行相关实验与分析，工作量较大。
3.调研发现，大部分钻井现场采用人工淘洗的方法，人工淘洗效率低，清洗效果较差。目前已经有一些岩屑清洗装置出现，但大多数只适用于水基岩屑，油基岩屑清洗装置较少；且一些装置在旋转清洗过程中岩屑在离心力的作用下会飞出与挡筒壁发生碰撞，进而对岩屑颗粒造成二次破坏，不利于后续岩屑形态尺寸监测；还有一些装置尺寸较大，不适用于室内，且清洗过程复杂，所需清洗时间过长，一次清洗需要至少3.5小时。
4.由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种油基岩屑清洗装置及方法，以克服现有技术的缺陷。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种油基岩屑清洗装置及方法，能实现对油基岩屑的快速有效清洗，结构简单，操作简便，能避免洗砂过程造成岩屑的质量损失，降低岩屑颗粒的碰撞损坏，并可以适用于室内。
6.本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
7.本发明提供一种油基岩屑清洗装置，包括：
8.顶部开口的集液筒，其顶部设有能开合的顶盖；
9.顶部开口的洗砂杯，其顶部能拆卸地设有杯盖，洗砂杯能旋转的设在集液筒内，且洗砂杯的侧壁为滤网结构；
10.驱动机构，其由集液筒的底部穿过并与洗砂杯能拆卸地固接，以驱动洗砂杯旋转；
11.及清洗组件，其包括柴油喷头和酒精喷头，柴油喷头和酒精喷头能在顶盖盖合在集液筒的顶部时由杯盖伸入洗砂杯内。
12.在本发明的一较佳实施方式中，洗砂杯的侧壁为抛物面状，洗砂杯的底部内壁为向上突出的半球面状。
13.在本发明的一较佳实施方式中，驱动机构包括位于集液筒下方的电机，电机的输
出轴由集液筒的底部穿过后与洗砂杯的底部能拆卸地固接。
14.在本发明的一较佳实施方式中，在集液筒的底部开设有通孔，通孔的边缘向上延伸形成环形挡沿；在输出轴上套设有能滑动的废弃液挡圈，输出轴能依次穿过通孔和环形挡沿，且废弃液挡圈能紧密贴合在环形挡沿的顶部。
15.在本发明的一较佳实施方式中，清洗组件还包括柴油储集瓶、酒精储集瓶、柴油管线和酒精管线，柴油储集瓶通过柴油管线与柴油喷头连接，酒精储集瓶通过酒精管线与酒精喷头连接，并在柴油管线上设有柴油加压泵，在酒精管线上设有酒精加压泵。
16.在本发明的一较佳实施方式中，顶盖为空心结构，柴油管线和酒精管线能由顶盖的侧部穿入其内部并由顶盖的底面中心处伸出，伸出部分的柴油管线的端部与柴油喷头连接，伸出部分的酒精管线的端部与酒精喷头连接。
17.在本发明的一较佳实施方式中，在伸出部分的柴油管线和伸出部分的酒精管线的外部共套设有能滑动的一岩屑挡圈，岩屑挡圈能在顶盖盖合在集液筒的顶部后紧密贴合在杯盖的顶面上。
18.在本发明的一较佳实施方式中，柴油喷头和酒精喷头均为半球形结构，柴油喷头和酒精喷头固设在一起并构成球状结构。
19.在本发明的一较佳实施方式中，油基岩屑清洗装置还包括中空的壳体，柴油储集瓶、酒精储集瓶、驱动机构和集液筒均设在壳体内，在壳体内的底部还设有集液筒支座，集液筒的底部能通过多个楔子插设在集液筒支座内；在壳体的顶面对应集液筒的位置开设有安装口，顶盖的一侧通过铰链结构与壳体活动连接；在壳体上还设有第一开关、第二开关和第三开关，分别用于控制驱动机构、柴油加压泵和酒精加压泵的启闭。
20.本发明还提供一种油基岩屑清洗方法，采用上述的油基岩屑清洗装置进行操作，油基岩屑清洗方法包括如下步骤：
21.将待清洗岩屑样品放入洗砂杯内，盖上杯盖；
22.将洗砂杯放入集液筒内并与驱动机构连接；
23.盖上顶盖，以使柴油喷头和酒精喷头由杯盖伸入洗砂杯内；
24.利用驱动机构带动洗砂杯旋转，并等待预设时间；
25.利用柴油喷头向洗砂杯内喷出柴油，以清洗岩屑表面的油基钻井液，清洗预设时间后，停止柴油清洗，并等待预设时间；
26.利用酒精喷头向洗砂杯内喷出酒精，以清洗岩屑表面的柴油，清洗预设时间后，停止酒精清洗，并等待预设时间；
27.停止洗砂杯的旋转，打开顶盖，依次取出洗砂杯和集液筒；
28.将洗砂杯中的岩屑倒入收集容器中，以备后续烘干使用；将集液筒内的废弃液收集，定期统一处理。
29.由上所述，本发明的清洗装置，利用高压柴油和高压酒精的冲洗作用，能够对油基岩屑进行有效清洗，且对岩屑的清洗速度更快，清洗更加充分。利用洗砂杯顶部的杯盖可以防止岩屑在清洗过程中飞溅出洗砂杯，避免造成岩屑质量损失以及岩屑颗粒碰撞损坏的现象，有利于干湿重转换系数测量与岩屑形态监测。利用集液筒顶部的顶盖可以防止清洗后的废液飞溅出集液筒，避免对人员和室内环境造成污染。整个清洗装置为一个闭式系统，每次清洗产生的废液没有直接排放，而是被收集在集液筒中，清洗完成后废液被收集起来，定
期统一处理，更符合现场健康安全环保的管理要求。整个装置结构简单，操作简便，可降低现场工程师的工作量，提高油基岩屑的清洗速度和清洗效果，为后续岩屑相关测量分析提供干净的岩屑，且体积小、移动搬迁较方便，可以适用于室内。
30.本发明的清洗方法，利用高压柴油和高压酒精依次对洗砂杯中旋转的岩屑进行清洗，由于油基钻井液基本可以溶于柴油，利用柴油可以有效清洗掉岩屑表面的油基钻井液，而酒精可以将柴油萃取掉，利用酒精可以有效将岩屑表面的柴油清洗掉，以获得更加干净的岩屑，清洗后的废弃液在离心力的作用下被甩入集液筒内，能够达到对油基岩屑的有效快速清洗，且操作简单，清洗效果好。
附图说明
31.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
32.图1：为本发明提供的油基岩屑清洗装置的结构示意图。
33.图2：为本发明提供的杯盖的结构示意图。
34.图3：为本发明提供的部分柴油管线和部分酒精管线与岩屑挡圈、柴油喷头和酒精喷头配合的结构示意图。
35.附图标号说明：
36.1、集液筒；11、顶盖；111、铰链结构；12、环形挡沿；13、楔子；
37.2、洗砂杯；21、杯盖；211、中心孔；212、卡扣；
38.3、电机；31、输出轴；32、废弃液挡圈；33、卡簧结构；
39.41、柴油喷头；42、柴油储集瓶；43、柴油管线；44、柴油加压泵；
40.51、酒精喷头；52、酒精储集瓶；53、酒精管线；54、酒精加压泵；
41.6、岩屑挡圈；
42.7、壳体；71、集液筒支座；72、安装口；73、第一开关；74、第二开关；75、第三开关。
具体实施方式
43.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
44.如图1至图3所示，本实施例提供一种油基岩屑清洗装置，包括：
45.顶部开口的集液筒1，其顶部设有能开合的顶盖11；
46.顶部开口的洗砂杯2，其顶部能拆卸地设有杯盖21，洗砂杯2能旋转的设在集液筒1内，且洗砂杯2的侧壁为滤网结构；
47.驱动机构，其由集液筒1的底部穿过并与洗砂杯2能拆卸地固接，以驱动洗砂杯2旋转；
48.及清洗组件，其包括柴油喷头41和酒精喷头51，柴油喷头41和酒精喷头51能在顶盖11盖合在集液筒1的顶部时由杯盖21伸入洗砂杯2内。
49.其中，洗砂杯2的侧壁例如可以采用不锈钢滤网构成，且不锈钢滤网的目数应不低于现场所用的振动筛筛网的目数，以保证进行清洗时液体可以由不锈钢滤网流出，但岩屑仍留在洗砂杯2内。杯盖21例如可以由不锈钢薄板制成，在杯盖21的中心设有中心孔211(即同心圆孔)，该中心孔211的孔径应稍大于两个喷头的尺寸，以使得顶盖11关闭过程中这两
个喷头均可以顺利穿过杯盖21。杯盖21与洗砂杯2的连接可采用任一方式，例如本实施例中在杯盖21的边缘均匀布置有三个卡扣212，在洗砂杯2的顶部设有相应的卡孔，卡扣212可以卡设在卡孔内，以将杯盖21与洗砂杯2固定在一起，且拆装方便。
50.清洗时，将待清洗岩屑样品放入洗砂杯2后，利用驱动机构带动洗砂杯2旋转，接下来先利用柴油喷头41喷出的高压柴油对岩屑表面的油基钻井液进行清洗一定时间，然后利用酒精喷头51喷出的高压酒精对岩屑表面的柴油进行清洗一定时间；清洗完毕后，依次取出洗砂杯2和集液筒1即可。
51.由此，本实施例中的清洗装置，利用高压柴油和高压酒精的冲洗作用，能够对油基岩屑进行有效清洗，且对岩屑的清洗速度更快，清洗更加充分。利用洗砂杯2顶部的杯盖21可以防止岩屑在清洗过程中飞溅出洗砂杯2，避免造成岩屑质量损失以及岩屑颗粒碰撞损坏的现象，有利于干湿重转换系数测量与岩屑形态监测。利用集液筒1顶部的顶盖11可以防止清洗后的废液飞溅出集液筒1，避免对人员和室内环境造成污染。整个清洗装置为一个闭式系统，每次清洗产生的废液没有直接排放，而是被收集在集液筒1中，清洗完成后废液被收集起来，定期统一处理，更符合现场健康安全环保的管理要求。整个装置结构简单，操作简便，可降低现场工程师的工作量，提高油基岩屑的清洗速度和清洗效果，为后续岩屑相关测量分析提供干净的岩屑，且体积小、移动搬迁较方便，可以适用于室内。
52.在具体实现方式中，洗砂杯2的侧壁优选为抛物面状，洗砂杯2的底部内壁优选为向上突出的半球面状。
53.由于洗砂杯2旋转时，杯内的岩屑会受到离心力的作用；洗砂杯2的侧壁采用抛物面形状时，该形状的内壁面可以使得杯内的岩屑在杯壁上分布的更加均匀，不会存在一侧堆积的现象，提高岩屑的受洗面积，进而提高清洗效果。
54.洗砂杯2的内底面可以采用半球状的不锈钢薄板，该底部内壁采用向上突起的部分球面状的方式，可以有效防止洗砂杯2的底面中部堆积液体和岩屑，保证洗砂杯2底部的液体可以更好地流走，且岩屑可以基本位于杯壁上，保证对岩屑的清洗效果。
55.进一步地，为了便于驱动洗砂杯2旋转，驱动机构包括位于集液筒1下方的电机3，电机3的输出轴31由集液筒1的底部穿过后与洗砂杯2的底部能拆卸地固接。可以理解，在集液筒1的底部开设有通孔，电机3的输出轴31能由该通孔穿过；该通孔一般开设有在集液筒1的底部中心，且孔径略大于电机3的输出轴31的直径。
56.为了避免废弃液溅入上述通孔与电机3的输出轴31之间的空隙内，通孔的边缘向上延伸形成环形挡沿12；在输出轴31上套设有能滑动的废弃液挡圈32，电机3的输出轴31能依次穿过通孔和环形挡沿12，且废弃液挡圈32能紧密贴合在环形挡沿12的顶部。
57.该废弃液挡圈32例如可以采用橡胶圈，将集液筒1放在电机3上方并使电机3的输出轴31依次穿过通孔和环形挡沿12后，通过滑动废弃液挡圈32使其紧密抵靠在环形挡沿12的顶部，可以密封封堵电机3的输出轴31与通孔之间的空隙。对于环形挡沿12的高度根据实际设计需要而定，并将环形挡沿12的顶部位置高度作为集液筒1内液体的最高液位，避免将集液筒1取出的过程中，集液筒1内收集的废弃液由环形挡沿12和通孔流出；相应的，每次清洗时应提前设计好柴油和酒精的用量，以保证清洗完毕后集液筒1内的液位不会超过环形挡沿12的顶部。
58.对于电机3的输出轴31与洗砂杯2的底部之间的连接可以采用现有任一方式，例如
本实施例中，洗砂杯2的外底面为具有一定厚度的圆形不锈钢钢板，且杯底中心设有一正方形键槽；电机3的输出轴31与电机3相连的一端采用圆柱形，与洗砂杯2的外底面相连的一端采用正四棱柱，正四棱柱的边长与正方形键槽的边长相等；电机3的输出轴31的正四棱柱端的横截面内接于圆柱端的横截面；该正四棱柱插设在正方形键槽内，以实现电机3的输出轴31与洗砂杯2的周向固定。同时，在电机3的输出轴31上还设有卡簧结构33(现有结构)，正四棱柱插设在正方形键槽内时该卡簧结构33卡设在正方形键槽的槽壁内，以实现电机3的输出轴31与洗砂杯2的轴向固定。进而通过正方形键槽与正四棱柱的形状配合，以及卡簧结构33的设置可以实现电机3的输出轴31与洗砂杯2之间的可拆卸连接，旋转过程中可以防止洗砂杯2甩落，洗砂结束后可以取下洗砂杯2，简单方便。
59.参照图1和图3，清洗组件还包括柴油储集瓶42、酒精储集瓶52、柴油管线43和酒精管线53，柴油储集瓶42通过柴油管线43与柴油喷头41连接，酒精储集瓶52通过酒精管线53与酒精喷头51连接，并在柴油管线43上设有柴油加压泵44，在酒精管线53上设有酒精加压泵54。
60.为了便于安装和配合，顶盖11为空心结构，柴油管线43和酒精管线53能由顶盖11的侧部穿入其内部并由顶盖11的底面中心处伸出，伸出部分的柴油管线43的端部与柴油喷头41连接，伸出部分的酒精管线53的端部与酒精喷头51连接。在盖合顶盖11时，两个喷头便会跟随顶盖11一起移动然后由杯盖21上的中心孔211伸入洗砂杯2内，
61.为了防止清洗时岩屑从杯盖21的中心孔211处溅出，在伸出部分的柴油管线43和伸出部分的酒精管线53的外部共套设有能滑动的一岩屑挡圈6，岩屑挡圈6能在顶盖11盖合在集液筒1的顶部后紧密贴合在杯盖21的顶面上。该岩屑挡圈6例如可以采用橡胶圈，使用时，将岩屑挡圈6滑动至合适位置，以在盖上顶盖11后，该岩屑挡圈6刚好可以覆盖该中心孔211，以密封封堵管线与中心孔211之间的空隙。
62.作为优选地，柴油喷头41和酒精喷头51均为半球形结构，柴油喷头41和酒精喷头51固设在一起并构成球状结构。这样，伸出部分的柴油管线43和伸出部分的酒精管线53并联并紧靠在一起，外面共套设一岩屑挡圈6；柴油喷头41和酒精喷头51也并联设置并紧靠焊接在一起构成一球状结构，球状结构的球面上均匀分布有多个喷嘴；上述中心孔211的孔径应稍大于球状结构的外径，顶盖11盖合时可以使得这两个喷头一起更加顺利由中心孔211伸入洗砂杯2内。
63.进一步地，油基岩屑清洗装置还包括中空的壳体7，柴油储集瓶42、酒精储集瓶52、驱动机构和集液筒1均设在壳体7内，在壳体7内的底部还设有集液筒支座71，集液筒1的底部能通过多个楔子13插设在集液筒支座71内。在壳体7的顶面对应集液筒1的位置开设有安装口72，顶盖11的一侧通过铰链结构111与壳体7活动连接(顶盖11能由安装口72伸入并盖合在集液筒1的顶部)；在壳体7上还设有第一开关73、第二开关74和第三开关75，分别用于控制驱动机构(具体是控制电机3)、柴油加压泵44和酒精加压泵54的启闭。
64.集液筒支座71例如可以采用环形结构并环绕电机3设置，在集液筒支座71的顶部设有周向均匀间隔排布的多个插孔，楔子13能插设在插孔内，以将集液筒1固定，保证其不旋转，且可以方便取出。楔子13的数量根据需要而定，例如本实施中共周向均匀分布有三个楔子13。上述的顶盖11内部空心，柴油管线43和酒精管线53可以从铰链结构111的旁边进入顶盖11内，然后从顶盖11的中心处伸出，伸出后分别与对应的喷头相连接。
65.进一步地，本实施例还提供一种油基岩屑清洗方法，采用上述的油基岩屑清洗装置进行操作，油基岩屑清洗方法包括如下步骤：
66.s1、将待清洗岩屑样品放入洗砂杯2内，盖上杯盖21；
67.s2、将洗砂杯2放入集液筒1内并与驱动机构连接；
68.s3、盖上顶盖11，以使柴油喷头41和酒精喷头51由杯盖21伸入洗砂杯2内；
69.s4、利用驱动机构带动洗砂杯2旋转，并等待预设时间；
70.s5、利用柴油喷头41向洗砂杯2内喷出柴油，以清洗岩屑表面的油基钻井液，清洗预设时间后，停止柴油清洗，并等待预设时间；
71.s6、利用酒精喷头51向洗砂杯2内喷出酒精，以清洗岩屑表面的柴油，清洗预设时间后，停止酒精清洗，并等待预设时间；
72.s7、停止洗砂杯2的旋转，打开顶盖11，依次取出洗砂杯2和集液筒1；
73.s8、将洗砂杯2中的岩屑倒入收集容器(例如托盘)中，以备后续烘干使用；将集液筒1内的废弃液收集，定期统一处理。
74.该清洗方法，利用高压柴油和高压酒精依次对洗砂杯2中旋转的岩屑进行清洗，由于油基钻井液基本可以溶于柴油，利用柴油可以有效清洗掉岩屑表面的油基钻井液，而酒精可以将柴油萃取掉，利用酒精可以有效将岩屑表面的柴油清洗掉，以获得更加干净的岩屑，清洗后的废弃液在离心力的作用下被甩入集液筒1内，能够达到对油基岩屑的有效快速清洗，且操作简单，清洗效果好。
75.更具体地，在步骤s1之前，需要先将洗砂杯2和集液筒1清理干净；然后将集液筒1放入壳体7内，调整废弃液挡圈32在电机3的输出轴31上的位置，使其完全遮挡住集液筒1底部的通孔与电机3的输出轴31之间的间隙。
76.在步骤s1中，盖上杯盖21时，需扣好杯盖21上的卡扣212，以将杯盖21与洗砂杯2固定。
77.在步骤s2中，将洗砂杯2放入集液筒1时，将洗砂杯2杯底的正方形键槽与电机3的输出轴31末端的正四棱柱对齐，将洗砂杯2固定在电机3的输出轴31上，并按压卡紧卡簧结构33。
78.在步骤s3中，先将岩屑挡圈6调整至合适高度，保证顶盖11盖上后岩屑挡圈6正好可以覆盖在杯盖21的中心孔211上；然后再盖上顶盖11。
79.在步骤s3之后步骤s4之前，应分别检查柴油储集瓶42和酒精储集瓶52中柴油和酒精的储量，确保足够完成一次清洗。
80.在步骤s4中，打开第一开关73，启动电机3，电机3的输出轴31带动洗砂杯2旋转，岩屑在离心力的作用下逐渐沿洗砂杯2的杯壁铺开，岩屑上吸附的油基钻井液在离心力的作用下通过杯壁的滤网结构被甩到集液筒1中，等待30s(也即使洗砂杯2旋转30s后再打开第二开关74)。
81.在步骤s5中，打开第二开关74，启动柴油加压泵44，柴油喷头41上均匀分布的柴油喷嘴喷出高压柴油冲击岩屑颗粒表面，清洗岩屑表面的油基钻井液，柴油清洗2min后，关闭柴油加压泵44，等待30s(也即30s后再打开第三开关75)。
82.在步骤s6中，打开第三开关75，启动酒精加压泵54，酒精喷头51上均匀分布的酒精喷嘴喷出高压酒精冲击岩屑颗粒表面，清洗岩屑表面的柴油，酒精清洗2min后，关闭酒精加
压泵54，等待30s(也即30s后再关闭第一开关73)。
83.在步骤s7中，关闭第一开关73，电机3关闭，洗砂杯2停止旋转，待洗砂杯2完全停止转动后，再打开顶盖11，依次取出洗砂杯2和集液筒1。
84.在步骤s8中，可以将洗砂杯2中的岩屑倒入托盘中，以备后续烘干使用；将集液筒1中的废弃液收集起来，定期统一处理。
85.以上仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。