一种油田钻井液定量注入与优化装置及方法

技术领域

本发明涉及油田钻井液注入技术领域，尤其涉及一种油田钻井液定量注入与优化装置及方法。

背景技术

钻井液是钻井过程中重要组成部分，它在钻井过程中的主要功能有携带岩屑、平衡地层压力、冷却和润滑钻头、保护井壁、传递水力功率、提供地层资料；

现有的钻井液是利用泵体将水源(现有的钻井液多为水)通过套管柱注入井眼内，利用水压使得钻井液沿着井眼往上溢出，钻井液往上溢出的过程中会冲击井壁上的泥饼，从而将井眼内的岩屑等杂质冲出，现有的钻井液注入装置不具有过滤结构，使得溢出的钻井液会沿着地面流淌，无法循环利用，同时冲出的岩屑等杂质会在钻井液的冲刷作用，分散在地面上，不易回收；

另外，现有的钻井液注入装置，不具有定量作用，无法根据井眼的深度控制钻进液的用量，容易造成水资源的浪费，对于干旱地区，水资源匮乏，钻井作业会大大增加该地区水资源的负担，因此提出一种油田钻井液定量注入与优化装置及方法解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，而提出的一种油田钻井液定量注入与优化装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种油田钻井液定量注入与优化装置，包括集水罩以及固定连接在集水罩顶端中心处的套管柱，所述集水罩的底端中心处开设有圆形口，所述套管柱贯穿圆形口设置，所述套管柱的表面固定连接有泥管，所述集水罩的四周侧壁开设有多个呈圆周分布的排杂口，所述集水罩的内侧底端位于圆形口处转动连接有旋转管，所述旋转管的顶端转动连接有固定管，所述固定管的四周侧壁开设有多个呈圆周分布的开口，所述旋转管的表面固定连接有滤网罩，所述滤网罩的一端与集水罩的内壁转动连接，所述旋转管的表面滑动连接有悬浮板，所述集水罩的内侧顶端固定连接有电机箱，所述电机箱的内部安装有双轴电机，所述双轴电机一端的输出轴固定连接有叶轮，所述叶轮的外侧设置有负压盒，所述负压盒的侧壁设置有管路组件，所述双轴电机的另一端输出轴设置有联动组件。

优选的，所述集水罩的侧壁固定连接有排液管，所述集水罩的外侧壁位于排杂口处转动连接有杂质回收盒，所述杂质回收盒的底端处设置有磁铁块。

优选的，所述悬浮板的顶端固定连接有与磁铁块磁极相同的磁性环，所述悬浮板的顶端固定连接有直齿板。

优选的，所述负压盒的一端开设有排水口，所述负压盒的中心处开设有抽水口，所述管路组件包括固定连接在排水口内的连接管以及固定连接在抽水口内的抽水管。

优选的，所述抽水管上设置有抽水阀门，所述抽水管的表面固定连接有循环管，所述循环管的一端与集水罩的侧壁固定连接，所述循环管上设置有循环阀门。

优选的，所述循环阀门的阀杆与集水罩的侧壁转动连接，所述阀杆的一端贯穿集水罩的侧壁设置且该端固定连接有与直齿板啮合的从动齿轮，所述阀杆的表面固定连接有多个呈圆周分布的提示板。

优选的，所述联动组件包括固定连接在双轴电机另一端输出轴一端的主动同步轮，固定连接在旋转管表面的从动同步轮以及连接在从动同步轮和主动同步轮之间的同步带。

一种油田钻井液定量注入与优化方法，包括如下步骤：

S1、定量钻进液：关闭循环阀门，打开抽水阀门，开启双轴电机，双轴电机带动叶轮转动，实现抽取钻井液的功能，可以将外界的钻井液通过抽水管以及连接管抽入套管柱内，套管柱内的钻井液注入井眼内侧，然后在压力的作用下，使得钻井液沿着井眼往上溢出，最后通过固定管侧壁上的开口流入集水罩内侧，使得悬浮板上浮，进而带动直齿板上移，当直齿板与从动齿轮啮合并带动从动齿轮转动时，使得阀杆带动提示板转动，同时实现循环阀门的打开功能，此时说明集水罩内的钻井液量刚好；

S2、循环过滤钻井液：集水罩内的钻井液在双轴电机配合叶轮的作用下，被抽入套管柱内，最后通过固定管侧壁上的开口排入集水罩内实现循环，在钻井液排入集水罩过程中，在滤网罩的作用下，可以实现钻井液中岩屑等杂质的过滤功能，通过双轴电机配合联动组件实现旋转管的转动功能，进而实现滤网罩的旋转功能，利用滤网罩的离心力，可以将滤网罩表面的岩屑等杂质甩入杂质回收盒内进行回收；

S3、自动排杂：当钻井液在井眼内侧循环完毕之后，打开排液管上的排水阀门，将集水罩内的钻井液排出回收，当钻井液排完后，悬浮板下移复位，此过程中，直齿板带动从动齿轮反向转动，进而带动阀杆转动，实现循环阀门的关闭功能，同时在磁性环与杂质回收盒底端磁铁块之间排斥力的作用下，使得杂质回收盒打开，使其内部的岩屑等杂质自动排出，方便回收。

相比现有技术，本发明的有益效果为：

1、本发明通过设置有集水罩、双轴电机、叶轮、负压盒和悬浮板，当钻井液进入集水罩内，使得悬浮板上浮后，直齿板随着上浮，当直齿板带动齿轮转动进而带动阀杆转动，打开循环阀门后，说明集水罩内的钻井液量刚好，实现钻井液的定量功能。

2、本发明通过设置有双轴电机、管路组件、联动组件和滤网罩，当钻井液排入集水罩内侧时，滤网罩可以实现钻井液内侧杂质的滤除功能，同时双轴电机配合联动组件实现旋转管的转动功能，进而实现滤网罩的旋转功能，利用滤网罩的离心力，可以将滤网罩表面的岩屑等杂质甩入杂质回收盒内进行回收。

附图说明

图1为本发明提出的一种油田钻井液定量注入与优化装置及方法的立体结构示意图；

图2为本发明提出的一种油田钻井液定量注入与优化装置及方法的内部结构示意图一；

图3为本发明提出的一种油田钻井液定量注入与优化装置及方

法的内部结构示意图二；

图4为图3中A处放大结构示意图；

图5为本发明提出的一种油田钻井液定量注入与优化装置及方法中旋转管、固定管与联动组件的连接结构示意图；

图6为本发明提出的一种油田钻井液定量注入与优化装置及方法中悬浮板的结构示意图；

图7为本发明提出的一种油田钻井液定量注入与优化装置及方法的方法流程框图。

图中：1、集水罩；101、排杂口；2、杂质回收盒；3、套管柱；4、泥管；5、抽水管；6、循环管；7、循环阀门；8、提示板；9、固定管；901、开口；10、从动同步轮；11、同步带；12、旋转管；13、主动同步轮；14、双轴电机；15、负压盒；16、叶轮；17、电机箱；18、磁性环；19、悬浮板；20、直齿板；21、从动齿轮；22、滤网罩。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1-7，一种油田钻井液定量注入与优化装置，包括集水罩1以及固定连接在集水罩1顶端中心处的套管柱3，集水罩1的底端中心处开设有圆形口，圆形口的设置便于井眼内部溢出的钻井液流入旋转管12以及固定管9内侧；套管柱3贯穿圆形口设置，套管柱3的表面固定连接有泥管4，泥管4的设置用于将泥浆注入套管柱3内；

集水罩1的四周侧壁开设有多个呈圆周分布的排杂口101，集水罩1的内侧底端位于圆形口处转动连接有旋转管12，旋转管12的顶端转动连接有固定管9，固定管9的四周侧壁开设有多个呈圆周分布的开口901，开口901的设置便于钻井液排入集水罩1内；旋转管12的表面固定连接有滤网罩22，滤网罩22的一端与集水罩1的内壁转动连接，滤网罩22可以将钻井液内部岩屑等杂质滤除；旋转管12的表面滑动连接有悬浮板19，悬浮板19可以随着钻井液液位的升高而上移，为钻井液的定量提供前提；

集水罩1的内侧顶端固定连接有电机箱17，电机箱17的内部安装有双轴电机14，双轴电机14一端的输出轴固定连接有叶轮16，叶轮16的外侧设置有负压盒15；

需要说明的是：双轴电机14带动叶轮16转动，在负压盒15的配合下，可以使得负压盒15内侧中心处产生负压，从而可以将外界钻井液抽入抽水管5内侧，实现钻井液的抽取功能；

负压盒15的侧壁设置有管路组件，负压盒15的一端开设有排水口，负压盒15的中心处开设有抽水口，管路组件包括固定连接在排水口内的连接管以及固定连接在抽水口内的抽水管5，抽水管5上设置有抽水阀门，抽水管5的表面固定连接有循环管6，循环管6的一端与集水罩1的侧壁固定连接，循环管6上设置有循环阀门7；

需要说明的是：连接管配合循环管6可以实现集水箱、套管柱3以及井眼内侧，钻井液的循环功能；

抽水管5配合双轴电机14、叶轮16和负压盒15，可以将外界钻井液抽入套管柱3内部；

双轴电机14的另一端输出轴设置有联动组件，联动组件包括固定连接在双轴电机14另一端输出轴一端的主动同步轮13，固定连接在旋转管12表面的从动同步轮10以及连接在从动同步轮10和主动同步轮13之间的同步带11；

需要说明的是：双轴电机14带动主动同步轮13转动，进而通过同步带11带动从动同步轮10转动，从动同步轮10带动旋转管12转动，旋转管12带动滤网罩22转动，利用滤网罩22的离心力，可以将滤网罩22表面的岩屑等杂质甩入杂质回收盒2内进行回收；

集水罩1的侧壁固定连接有排液管，集水罩1的外侧壁位于排杂口101处转动连接有杂质回收盒2，杂质回收盒2的底端处设置有磁铁块，悬浮板19的顶端固定连接有与磁铁块磁极相同的磁性环18，悬浮板19的顶端固定连接有直齿板20。

需要说明的是：排液管可以实现集水罩1内侧钻井液的排空功能，方便钻井液的回收；在磁性环18与杂质回收盒2底端磁铁块之间排斥力的作用下，使得杂质回收盒2打开，使其内部的岩屑等杂质自动排出，方便回收。

循环阀门7的阀杆与集水罩1的侧壁转动连接，阀杆的一端贯穿集水罩1的侧壁设置且该端固定连接有与直齿板20啮合的从动齿轮21，阀杆的表面固定连接有多个呈圆周分布的提示板8；

需要说明的是：当悬浮板19上浮，进而带动直齿板20上移，当直齿板20与从动齿轮21啮合并带动从动齿轮21转动时，使得阀杆带动提示板8转动，同时实现循环阀门7的打开功能，此时说明集水罩1内的钻井液量刚好。

一种油田钻井液定量注入与优化方法，包括如下步骤：

第一步、定量钻进液：关闭循环阀门7，打开抽水阀门，开启双轴电机14，双轴电机14带动叶轮16转动，实现抽取钻井液的功能，可以将外界的钻井液通过抽水管5以及连接管抽入套管柱3内，套管柱3内的钻井液注入井眼内侧，然后在压力的作用下，使得钻井液沿着井眼往上溢出，最后通过固定管9侧壁上的开口901流入集水罩1内侧，使得悬浮板19上浮，进而带动直齿板20上移，当直齿板20与从动齿轮21啮合并带动从动齿轮21转动时，使得阀杆带动提示板8转动，同时实现循环阀门7的打开功能，此时说明集水罩1内的钻井液量刚好；

第二步、循环过滤钻井液：集水罩1内的钻井液在双轴电机14配合叶轮16的作用下，被抽入套管柱3内，最后通过固定管9侧壁上的开口901排入集水罩1内实现循环，在钻井液排入集水罩1过程中，在滤网罩22的作用下，可以实现钻井液中岩屑等杂质的过滤功能，通过双轴电机14配合联动组件实现旋转管12的转动功能，进而实现滤网罩22的旋转功能，利用滤网罩22的离心力，可以将滤网罩22表面的岩屑等杂质甩入杂质回收盒2内进行回收；

第三步、自动排杂：当钻井液在井眼内侧循环完毕之后，打开排液管上的排水阀门，将集水罩1内的钻井液排出回收，当钻井液排完后，悬浮板19下移复位，此过程中，直齿板20带动从动齿轮21反向转动，进而带动阀杆转动，实现循环阀门7的关闭功能，同时在磁性环18与杂质回收盒2底端磁铁块之间排斥力的作用下，使得杂质回收盒2打开，使其内部的岩屑等杂质自动排出，方便回收。

双轴电机14为现有技术，其型号为JB5274-91，其能够实现带动叶轮16和主动同步轮13转动的功能，在此不再赘述。

本发明在进行使用时，关闭循环阀门7，打开抽水阀门，开启双轴电机14，双轴电机14带动叶轮16转动配合负压盒15，实现抽取钻井液的功能，可以将外界的钻井液通过抽水管5以及连接管抽入套管柱3内，套管柱3内的钻井液注入井眼内侧，然后在压力的作用下，使得钻井液沿着井眼往上溢出，最后通过固定管9侧壁上的开口901流入集水罩1内侧，使得悬浮板19上浮，进而带动直齿板20上移，当直齿板20与从动齿轮21啮合并带动从动齿轮21转动时，使得阀杆带动提示板8转动，同时实现循环阀门7的打开功能，此时说明集水罩1内的钻井液量刚好，工作人员观察到提示板8转动后，关闭抽水阀门；

然后集水罩1内的钻井液在双轴电机14配合叶轮16的作用下，被抽入套管柱3内，最后通过固定管9侧壁上的开口901排入集水罩1内实现循环，在钻井液排入集水罩1过程中，在滤网罩22的作用下，可以实现钻井液中岩屑等杂质的过滤功能，通过双轴电机14配合联动组件实现旋转管12的转动功能，进而实现滤网罩22的旋转功能，利用滤网罩22的离心力，可以将滤网罩22表面的岩屑等杂质甩入杂质回收盒2内进行回收；

当钻井液在井眼内侧循环完毕之后，打开排液管上的排水阀门，将集水罩1内的钻井液排出回收，当钻井液排完后，悬浮板19下移复位，此过程中，直齿板20带动从动齿轮21反向转动，进而带动阀杆转动，实现循环阀门7的关闭功能，同时在磁性环18与杂质回收盒2底端磁铁块之间排斥力的作用下，使得杂质回收盒2旋转打开，使其内部的岩屑等杂质自动排出，方便回收。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。