УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА Российский патент 1999 года по МПК E21B21/06 

Изобретение относится к оборудованию для бурения нефтяных, газовых и геологоразведочных скважин, в частности к устройствам для очистки буровых растворов.

Известна установка для очистки буровых растворов, включающая корпус с фильтрующими элементами, с вибратором и пульсатором и сбросовый узел в виде корпуса с цилиндром и шнеком (см. авт. свид-во СССР N 1837097, E 21 B 21/06, 1991). Указанная установка, обеспечивая принудительный сброс шлама в отвал, характеризуется сложностью выполнения сбросового узла, что отражается на надежности работы установки.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является устройство для очистки бурового раствора, включающее корпус с отверстием для входа бурового раствора и с фильтрующими элементами, вибратор и сбросовый узел с транспортером в виде шнека, размещенного в кожухе с отверстием для удаления шлама (см. авт. свид-во СССР N 1651609, E 21 B 21/06,1988).

К недостаткам известного устройства относится низкая степень очистки за счет накопления жидкой фазы бурового раствора в полости шнека и низкой степени отсеивания и коагуляции частиц шлама, а также низкая пропускная способность устройства, что обусловлено характером движения фильтрующих элементов, нечеткой организацией движения потоков очищенной и неочищенной жидкости и наличия застойных зон.

Задачей изобретения является повышение степени очистки бурового раствора за счет обеспечения упорядоченной циркуляции жидкой фазы неочищенного бурового раствора в корпусе, исключения застойных зон раствора и исключения забивания ячеек сеток, а также повышения пропускной способности устройства за счет организации принудительного отвода очищенного бурового раствора.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для очистки бурового раствора, содержащее корпус с патрубками для ввода отработанного бурового раствора и вывода очищенного бурового раствора, в котором размещен блок фильтрующих элементов в виде концентрично установленных сеток с ячейками разного размера, подсоединенный к нижней части корпуса транспортер шлама в виде шнека, установленного под углом к вертикальной оси корпуса и размещенного в кожухе, на верхнем конце которого выполнено отверстие для сброса шлама, и привод блока фильтрующих элементов, согласно изобретению снабжено сливным патрубком жидкой фазы раствора, один конец которого размещен на кожухе транспортера на уровне, превышающем уровень размещения патрубка для ввода отработанного бурового раствора, а другой конец подсоединен к верхней части корпуса, при этом привод выполнен в виде вибратора вращательно-колебательного движения.

А также тем, что корпус и сетки фильтрующих элементов имеют форму усеченного конуса; устройство снабжено установленным концентрично в корпусе с возможностью вращательно-колебательного движения относительно его оси перфорированным патрубком, сообщающимся с патрубком для вывода очищенного бурового раствора и соединенным с сетками фильтрующих элементов и приводом; патрубок для ввода отработанного бурового раствора и сливной патрубок жидкой фазы раствора установлены на корпусе тангенциально; в сливном патрубке жидкой фазы раствора установлена шиберная заслонка; в патрубке для ввода отработанного бурового раствора установлено сопло; сливной патрубок жидкой фазы бурового раствора размещен ниже отверстия для сброса шлама; угол между осями шнека и корпуса составляет 10-50 град.; устройство снабжено струйным насосом, к камере всасывания которого подключен патрубок для вывода очищенного бурового раствора, а ко входу сопла подсоединен центробежный насос для подачи чистого бурового раствора; устройство снабжено открытой емкостью с дополнительным выходным патрубком на верхнем конце ее боковой стенки, в которой размещены корпус с блоком фильтрующих элементов, перфорированный патрубок, патрубки для ввода отработанного бурового раствора и вывода очищенного бурового раствора, струйный и центробежный насосы и нижняя часть транспортера до уровня размещения шиберной заслонки в сливном патрубке, причем выход струйного насоса сообщается с полостью емкости; патрубок для ввода отработанного бурового раствора сообщается с полостью емкости посредством обратного клапана.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 - пример выполнения устройства в случае погружения его в буровой раствор при использовании в зимний период времени; на фиг. 3 - пример выполнения устройства с насадкой (соплом) во входном патрубке.

Устройство содержит (см. фиг. 1) корпус 1 с патрубком 2 для ввода бурового раствора. В корпусе 1 концентрично расположены фильтрующие элементы в виде усеченных конусов 3, 4 и 5 с крупными ячейками сетки, мелкими ячейками и более мелкими соответственно. Привод 6, работающий от электродвигателя 7, связан с блоком фильтрующих элементов посредством перфорированного патрубка 8 и сообщает им вращательно-колебательное движение вокруг вертикальной оси. С помощью патрубка 9 для вывода очищенного бурового раствора из внутренней полости фильтрующих элементов внутренняя полость перфорированной трубы 8 соединена со струйным насосом 10. К струйному насосу 10 присоединен шламовый насос 11, который приводится в действие электродвигателем 12. Устройство содержит также сбросовый узел с транспортером шлама, выполненный в виде шнека 13, приводимого в действие электродвигателем 14, и кожух 15 с отверстием 16 для сброса шлама и с патрубком 17, в котором установлена шиберная заслонка 18. Верхняя часть патрубка 17 соединена с кожухом шнека ниже отверстия 16 для сброса шлама и с диаметрально противоположной стороны. Нижняя часть патрубка 17 соединена с корпусом тангенциально на уровне патрубка для ввода отработанного бурового раствора. Через патрубок 17 жидкая фаза раствора со шнека 13 переливается (возвращается) в корпус 1.

Устройство содержит также (см. фиг. 2) емкость с очищенным буровым раствором 19, у которой на верхнем конце ее боковой стенки имеется дополнительный выходной патрубок 20 для слива очищенного бурового раствора в циркуляционную систему. Внутри емкости 19 размещен корпус 1 с блоком фильтрующих элементов 3-5 и перфорированным патрубком 8, с патрубками для ввода отработанного 2 и вывода очищенного 9 бурового раствора, со струйным 10 и центробежным шламовым 11 насосами.

Патрубок 2 для ввода отработанного бурового раствора расположен ниже уровня бурового раствора в емкости 19 и снабжен дополнительным входным патрубком 21 с обратным клапаном 22, обеспечивающим вход бурового раствора из емкости 19 в корпус 1.

На фиг. 3. представлено устройство, входной патрубок 2 которого оснащен насадкой (соплом) 23, позволяющей ввести буровой раствор в корпус 1 под давлением с большой скоростью. Тангенциальное соединение входного патрубка 2 с корпусом 1 и большая скорость входа неочищенного раствора обуславливают вращательное спиралеобразное движение раствора в корпусе, способствуют расслоению потока и движущихся в нем частиц по плотности, что улучшает степень очистки.

Процесс очистки бурового раствора происходит следующим образом. Буровой раствор от устья скважины подается тангенциально в корпус 1 через патрубок 2, приобретает вращательное спиралеобразное движение внутри корпуса, которое способствует расслоению раствора по плотности, проходит сначала через элемент 3 с крупными ячейками, затем элемент 4 с мелкими ячейками и элемент 5 с более мелкими ячейками сетки. При этом благодаря высокой частоте (100 Гц) и малой амплитуде (1 мм), с которой совершают вращательно-колебательное движение элементы 3, 4 и 5 вокруг вертикальной оси, частицы шлама приобретают центробежные силы, отталкиваются от центра к периферии, под действием силы тяжести, кругового спиралеобразного движения бурового раствора внутри корпуса 1 и движения сверху вниз (благодаря непрерывной работе шнека) перемещаются вниз и транспортируются шнеком 13. Благодаря наклону шнека к вертикали в пределах 10-50 градусов, частицы выбуренной породы под действием сил тяжести и трения о кожух 15 сосредотачиваются в правой части кожуха 15 (см. фиг. 1) и перемещаются шнеком 13 вверх к отверстию 16 для его удаления. Жидкая фаза раствора сосредотачивается в левой части кожуха 15, перемещается вверх шнеком 13 и через патрубок 17, проходное сечение которого регулируется заслонкой 18, возвращается в корпус 1, что позволяет значительно сократить потери бурового раствора. Центробежные силы, возникающие при вращательно-колебательном движении фильтрующих элементов, исключают забивание ячеек сетки частицами выбуренной породы. Очищенный раствор через патрубок 9 устремляется в струйный насос 10, где смешивается с чистым буровым раствором, который подается шламовым насосом 11. Смешавшийся буровой раствор из струйного насоса 10 направляется в приемную емкость. Благодаря всасывающей способности струйного насоса 10 увеличивается пропускная способность элементов 3, 4 и 5.

В случае применения устройства, погруженного в емкость с буровым раствором 19 (см. фиг. 2), очищенный буровой раствор из струйного насоса 10 попадает в емкость 19 и далее через выходной патрубок 20 направляется в циркуляционную систему. В целях обеспечения повторной (многократной) очистки бурового раствора, находящегося в емкости 19, устройство снабжено дополнительным входным патрубком 21 с обратным клапаном 22. Установка устройства в емкости 19 позволяет повысить эффективность и надежность работы его элементов и предотвращает замерзание системы в зимнее время.

С целью повышения степени очистки в устройстве может применяться сопло 23 (см. фиг. 3) расположенное между патрубком 2 и корпусом 1. В этом случае неочищенный буровой раствор подается под давлением через сопло 23. Благодаря тангенциальному истечению, буровой раствор интенсивно вращается относительно оси корпуса 1. В результате воздействия центробежных сил в движущемся по окружности растворе происходит расслоение потока по плотности. Более плотные и тяжелые компоненты потока с выбуренной породой будут более интенсивно отбрасываться к корпусу 1 и опускаться по винтообразной траектории до дна корпуса 1 и далее транспортироваться шнеком 13 к отверстию 16 для их удаления. Менее плотные слои раствора будут попадать на фильтрующие элементы 3, 4 и 5.

В этом случае степень очистки (размер удаляемых частиц) будет регулироваться скоростью движения жидкости через сопло, размером ячеек фильтрующих элементов 3, 4 и 5 и величиной перетока жидкой фазы раствора через заслонку 18.

Устройство, благодаря конической форме корпуса и фильтрующих элементов, имеющих вращательно-колебательное движение, а также благодаря тангенциальному подводу входной неочищенной жидкости, дополнительному отсосу очищенной жидкости струйным насосом, организации движения неочищенного раствора с отфильтрованной выбуренной породой вниз корпуса посредством постоянно работающего шнека, имеющего сливной парубок для возврата жидкой фазы раствора обратно в корпус, обеспечивает высокую степень очистки раствора при большой производительности и исключает необходимость во второй ступени очистки бурового раствора, то есть, в гидроциклонах.

Используется при бурении нефтяных, газовых и геолого-разведочных скважин. Устройство содержит корпус с патрубками для ввода отработанного бурового раствора и вывода очищенного бурового раствора. В корпусе размещен блок фильтрующих элементов в виде концентрично установленных сеток с ячейками разного размера. К нижней части корпуса подсоединен транспортер шлама в виде шнека, установленного под углом к вертикальной оси корпуса и размещенного в кожухе. На верхнем конце кожуха выполнено отверстие для сброса шлама. Привод блока фильтрующих элементов выполнен в виде вибратора вращательно-колебательного движения. Устройство снабжено сливным патрубком жидкой фазы раствора. Один конец патрубка размещен на кожухе транспортера на уровне, превышающем уровень размещения патрубка для ввода отработанного бурового раствора. Другой конец патрубка подсоединен к верхней части корпуса. В сливном патрубке установлена шиберная заслонка, в патрубке для ввода - сопло. Сливной патрубок размещен ниже отверстия для сброса шлама. Угол между осями шнека и корпуса составляет 10-50^o. Устройство снабжено струйным насосом, к камере всасывания которого подключен патрубок для вывода очищенного бурового раствора, а ко входу сопла подсоединен центробежный насос для подачи чистого бурового раствора. Устройство может быть снабжено открытой емкостью с дополнительным выходным патрубком на верхнем конце ее боковой стенки. В емкости размещают устройство, включая нижнюю часть транспортера до уровня размещения шиберной заслонки в сливном патрубке. Выход струйного насоса сообщен с полостью емкости. Патрубок для ввода отработанного бурового раствора сообщается с полостью емкости посредством обратного клапана. Использование изобретения позволяет благодаря конической форме корпуса и фильтрующих элементов, имеющих вращательно-колебательное движение, а также благодаря тангенциальному подводу входной неочищенной жидкости, дополнительному отсосу очищенной жидкости струйным насосом, организации движения неочищенного раствора с отфильтрованной выбуренной породой вниз корпуса посредством постоянно работающего шнека, имеющего сливной патрубок для возврата жидкой фазы раствора обратно в корпус, обеспечить высокую степень очистки раствора при большой производительности и исключить необходимость во второй ступени очистки бурового раствора, т.е. в гидроциклонах. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для очистки бурового раствора, содержащее корпус с патрубком для ввода отработанного бурового раствора и вывода очищенного бурового раствора, в котором размещен блок фильтрующих элементов в виде концентрично установленных сеток с ячейками разного размера, подсоединенный к нижней части корпуса транспортер шлама в виде шнека, установленного под углом к вертикальной оси корпуса и размещенного в кожухе, на верхнем конце которого выполнено отверстие для сброса шлама, и привод блока фильтрующих элементов, отличающееся тем, что оно снабжено сливным патрубком жидкой фазы раствора, один конец которого размещен на кожухе транспортера на уровне, превышающем уровень размещения патрубка для ввода отработанного бурового раствора, а другой конец подсоединен к верхней части корпуса, при этом привод выполнен в виде вибратора вращательно-колебательного движения. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус и сетки фильтрующих элементов имеют форму усеченного конуса. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено установленным концентрично в корпусе с возможностью вращательно-колебательного движения относительно его оси перфорированным патрубком, сообщающимся с патрубком для вывода очищенного бурового раствора и соединенным с сетками фильтрующих элементов и приводом. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что патрубок для ввода отработанного бурового раствора и сливной патрубок жидкой фазы раствора установлены на корпусе тангенциально. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в сливном патрубке жидкой фазы раствора установлена шиберная заслонка. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в патрубке для ввода отработанного бурового раствора установлено сопло. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сливной патрубок жидкой фазы бурового раствора размещен ниже отверстия для сброса шлама. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что угол между осями шнека и корпуса составляет 10 - 15^o. 9. Устройство по одному из пп. 1-8, отличающееся тем, что оно снабжено струйным насосом, к камере всасывания которого подключен патрубок для вывода очищенного бурового раствора, а к входу сопла подсоединен центробежный насос для подачи чистого бурового раствора. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно снабжено открытой емкостью с дополнительным выходным патрубком на верхнем конце ее боковой стенки, в которой размещены корпус с блоком фильтрующих элементов, перфорированный патрубок, патрубки для ввода отработанного бурового раствора и вывода очищенного бурового раствора, струйный и центробежный насосы и нижняя часть транспортера до уровня размещения шиберной заслонки в сливном патрубке, причем выход струйного насоса сообщен с полостью емкости. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что патрубок для ввода отработанного бурового раствора сообщен с полостью емкости посредством обратного клапана.