一种泥浆循环装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及石油钻井设备技术领域，尤其涉及一种泥浆循环装置及其使用方法。

背景技术

钻井泥浆一般指钻井液，是钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。钻井泥浆具有携带和悬浮井筒中的岩屑、平衡地层压力、冷却润滑钻头和钻具、保护井壁和油气层以及提高钻井速度等功能，在钻井过程中具有非常重要的作用。钻井废弃泥浆是一种多相稳定胶态悬浮体系，含有多种无机盐、有机处理剂、聚合物、表面活性剂等物质，其中所含油类、盐类、钻井泥浆添加剂以及一些可溶性的重金属离子污染土壤、水体，影响动植物生长，危害人类健康，需要及时对其进行处理。

现有技术中，对气浸的钻井废弃泥浆进行处理时通常采用四个泥浆循环罐进行四级固控系统处理，处理过程如下：通过振动筛初筛后的钻井废弃泥浆依次经过四个泥浆循环罐进行除气、除砂、除泥和离心分离，处理后的钻井泥浆重新用于钻井工艺。四级固控系统在使用时除气效率低，设备占用多，占地面积大，泥浆处理流程长等问题，影响钻井工艺的施工效率。

发明内容

为解决上述技术问题至少之一，本发明提供一种泥浆循环装置，包括顶端开口的罐体和盖合在所述罐体上的盖体，所述罐体的侧壁上方设有泥浆入口，侧壁下方设有泥浆出口，底部设有排砂口，

所述盖体内部设有真空腔，所述真空腔内设有水气隔离器，所述水气隔离器的第一气口连通所述罐体，第二气口连通所述真空腔，所述真空腔顶部设有真空泵接口，所述盖体下方设有搅拌装置，上方设有伺服电机，竖直设置的转轴一端连接所述伺服电机的输出端，另一端连接所述搅拌装置。

罐体和盖体可拆分设置，便于各个机械部件的安装和检修。盖体盖合到盖体后，搅拌装置浸没于罐体中的泥浆液位线之下，通过搅拌装置对泥浆进行搅拌，加速泥浆的气液分离速度。真空泵接口外接真空泵，对盖体内的真空腔进行抽真空，使真空腔内保持负压状态，罐体1内分离出的气体依次通过水气隔离器的第一气口和第二气口进入真空腔内，使泥浆快速进行除气。

优选的，所述搅拌装置包括滤筒，环绕在滤筒外侧壁的外螺旋和环绕在滤筒内侧壁的内螺旋，所述滤筒上下两端封口，其上端面固定连接转轴，下端面设有中心孔，侧壁设有第一滤孔。

优选的，所述外螺旋和所述内螺旋的螺旋方向相反，所述外螺旋上设有第二滤孔和第一尖刺部，所述内螺旋上设有第三滤孔和第二尖刺部。

优选的，所述罐体内设有第一隔板，所述第一隔板上设有沉砂孔和垂直贯穿所述第一隔板的泥浆支管，所述泥浆支管一端插入所述滤筒的中心孔，另一端连通水平设置的泥浆管，所述泥浆管连通所述泥浆出口，所述泥浆出口上设有第二电磁阀，所述排砂口上设有第三电磁阀。

优选的，所述盖体为底部开口的中空结构，内部设有水平的第二隔板，底部设有滤网，所述第二隔板与所述盖体围合形成所述真空腔，所述水气隔离器的第一气口在所述第二隔板和所述滤网之间延伸，第二气口连通排气管，所述排气管包括第一排气端和第二排气端，所述第一排气端密封贯穿所述盖体与外界连通，其上设有第五电磁阀，所述第二排气端连通所述真空腔，其上设有第六电磁阀。

优选的，所述盖体顶部中心处设有升降座和所述真空泵接口；所述升降座连接旋转举升装置，所述真空泵接口外接真空泵，其上设有第四电磁阀，所述盖体的顶部还设有真空传感器和液位传感器，所述真空传感器延伸至所述真空腔内，所述液位传感器延伸至所述罐体内。

优选的，所述搅拌装置沿所述罐体的长度方向至少设有两个，所述滤网上设有第四滤孔和供所述搅拌装置旋转穿过的通孔，相邻两个所述通孔之间间隔设有两个挡板，两个所述挡板与所述滤网围合形成稳流区，所述稳流区的第四滤孔内设有翻转叶片，所述翻转叶片可随泥浆压力变化进行翻转，所述稳流区上方设有所述水气隔离器。

优选的，所述翻转叶片包括固定于所述第四滤孔内的固定轴，所述固定轴上枢轴连接半圆形的扇叶，扭簧套设于所述固定轴的两端，且一端固定于所述固定轴上，另一端固定于所述扇叶上。

一种泥浆循环装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤S100、将伺服电机、真空传感器、液位传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀和第六电磁阀连接至PLC控制器，PLC控制器连接HMI，在HMI中设定最低真空度参数、最高真空度参数、液位值参数和伺服电机的转速参数及时间参数；

步骤S200、PLC控制器控制第四电磁阀开启，通过真空泵对真空腔抽真空，使真空腔处于负压状态，当压力值达到最低真空度参数后，第四电磁阀关闭，停止抽真空；

步骤S300、PLC控制器控制第一电磁阀开启，泥浆通过泥浆入口注入罐体，液位传感器检测泥浆的液位值，当达到设定的液位值参数时，第一电磁阀关闭，停止泥浆注入；

步骤S400、PLC控制器控制伺服电机开启旋转，搅拌装置开始搅拌，滤筒上的第一滤孔、外螺旋上的第二滤孔和第一尖刺部、内螺旋上的第三滤孔和第二尖刺部挤压刺破泥浆中的气泡；

步骤S500、PLC控制器控制第六电磁阀开启，泥浆中的气体通过水气隔离器进入真空腔，当真空腔内的压力达到最高真空度参数后，第六电磁阀关闭，第四电磁阀开启，真空泵对真空腔抽真空，当达到最低真空度参数后，第四电磁阀关闭，停止抽真空，第六电磁阀重新开启，泥浆中的气体继续通过水气隔离器进入真空腔；

步骤S600、达到设定的时间参数后，PLC控制器控制伺服电机关闭，第五电磁阀开启，真空腔通过排气管与外界连通，释放压力；

步骤S700、PLC控制器控制第二电磁阀开启，通过泥浆泵从泥浆出口抽取泥浆，罐体内的泥浆通过滤筒经泥浆支管进入泥浆管，最终经由泥浆出口抽离罐体进入下一工艺流程；

步骤S800、PLC控制器控制第三电磁阀开启，沉积的泥砂通过排砂口排出罐体。

一种泥浆循环工艺，包括以下步骤：

步骤S10、泥浆经振动筛初筛后，液相进入上述泥浆循环装置，固相通过螺杆输送机输送至钻屑甩干机；

步骤S20、泥浆在泥浆循环装置内同时进行脱气除砂，脱气除砂后的泥浆液相通过泥浆泵输送至一号泥浆罐，固相通过螺杆输送机输送至钻屑甩干机；

步骤S30、一号泥浆罐连接除泥器对泥浆进行除泥，除泥后的泥浆液相通过泥浆泵输送至二号泥浆罐，固相通过螺杆输送机输送至钻屑甩干机；

步骤S40、二号泥浆罐连接离心机对泥浆进行离心分离，分离后的泥浆进入泥浆存储仓，固相通过螺杆输送机输送至钻屑甩干机；

步骤S50、钻屑甩干机将甩干的固相进行收集，甩出的液相回流至振动筛；

步骤S60、将泥浆存储仓内的泥浆注入钻井内建立循环。

与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

1、本发明提供的泥浆循环装置中，罐体、盖体、水气隔离器和搅拌装置共同形成除气结构，罐体内盛放泥浆，盖体上设置负压真空腔，通过水气隔离器分离泥浆中气体，搭配搅拌装置提高气液分离效率，可以对泥浆进行快速除气；

2、搅拌装置采用滤筒、内螺旋和外螺旋相结合的结构，提高搅拌装置对泥浆中气泡的挤压刺破效果，进一步提高气液分离效率；

3、滤筒、泥浆支管和泥浆管共同形成除砂结构，在泥浆除气完毕进入一下个工艺环节的同时进行除砂，在同一泥浆循环装置中同时实现除气和除砂的效果，减少了设备的使用数量，提高工艺效率；

4、盖体上第二隔板的下方设置滤网形成保护层，通过滤网阻挡泥浆中的砂砾与水气隔离器相接触，避免水气隔离器受砂砾的冲刷而磨损划伤；

5、水气隔离器正下方的滤网上设置两个档板形成稳流区，降低泥浆对水气隔离器的冲击力，两个挡板之间的滤网内设置若干翻转叶片，可以通过翻转叶片的受力翻转进一步降低泥浆对水气隔离器的冲击力，保护设备；

6、本发明提供的泥浆循环工艺，可以在一个泥浆循环装置内同时实现除气和除砂的效果，提高设备利用率和工艺效率，减少设备使用数量和占地面积；

综上所述，本发明提供的泥浆循环装置除气效率高，在除气的同时进行除砂，减少了设备占用量及占地面积，泥浆处理流程短，提高了钻井工艺的施工效率。

附图说明

图1为本发明的外部结构示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的右视图；

图4为图2中搅拌装置的结构示意图；

图5为图2中罐体的结构示意图；

图6为图2中盖体的结构示意图；

图7为滤网的结构示意图；

图8为图7中翻转叶片的结构示意图；

图9为本发明使用方法的控制系统图；

图10为泥浆循环工艺流程图。

附图标记说明：

1、罐体，2、盖体，3、搅拌装置，4、转轴，5、伺服电机，6、水气隔离器，7、排气管，8、真空传感器，9、液位传感器，

11、泥浆入口，111、第一电磁阀，12、泥浆出口，121、第二电磁阀，13、排砂口，131、第三电磁阀，14、第一隔板，141、沉砂孔，142、泥浆支管，143、泥浆管，

21、第二隔板，211、真空腔，22、真空泵接口，221、第四电磁阀，23、滤网，231、第四滤孔，232、通孔，233、档板，234、翻转叶片，2341、固定轴，2342、扇叶，2343、扭簧，24、升降座，

31、滤筒，311、第一滤孔，312、中心孔，32、外螺旋，321、第二滤孔，322、第一尖刺部，33、内螺旋，331、第三滤孔，332、第二尖刺部，

61、第一气口，62、第二气口，

71、第一排气端，711、第五电磁阀，72、第二排气端，721、第六电磁阀。

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，均应落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

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。

如图1至图3所示，本发明提供了一种泥浆循环装置，包括顶端开口的罐体1和盖合在所述罐体1上的盖体2，所述罐体1的侧壁上方设有泥浆入口11，侧壁下方设有泥浆出口12，底部设有排砂口13，

所述盖体2内部设有真空腔211，所述真空腔211内设有水气隔离器6，所述水气隔离器6的第一气口61连通所述罐体1，第二气口62连通所述真空腔211，所述真空腔211顶部设有真空泵接口22，所述盖体2下方设有搅拌装置3，上方设有伺服电机5，竖直设置的转轴4一端连接所述伺服电机5的输出端，另一端连接所述搅拌装置3。

上述技术方案中，罐体1和盖体2可拆分设置，便于各个机械部件的安装和检修。盖体2盖合到罐体1后，搅拌装置3浸没于罐体1中的泥浆液位线之下，通过搅拌装置3对泥浆进行搅拌，加速泥浆的气液分离速度。真空泵接口22外接真空泵，对盖体2内的真空腔211进行抽真空，使真空腔211内保持负压状态，罐体1内分离出的气体依次通过水气隔离器6的第一气口61和第二气口62进入真空腔211内，使泥浆快速进行除气。

在一个具体实施例中，搅拌装置3的具体技术方案如下：如图4所示，所述搅拌装置3包括滤筒31，环绕在滤筒31外侧壁的外螺旋32和环绕在滤筒31内侧壁的内螺旋33，所述滤筒31上下两端封口，其上端面固定连接转轴4，下端面设有中心孔312，侧壁设有第一滤孔311。

所述外螺旋32和所述内螺旋33的螺旋方向相反，所述外螺旋32上设有第二滤孔321和第一尖刺部322，所述内螺旋33上设有第三滤孔331和第二尖刺部332。

上述技术方案中，滤筒31的第一滤孔311既可以通过旋转剪切来挤压破碎泥浆中的气泡，又可以过滤掉泥浆中的颗粒较大的砂砾，对进入滤筒31内部的泥浆进行除砂，外螺旋32和内螺旋33使泥浆在搅拌过程中形成旋流，促进气液分离，外螺旋32上的第二滤孔321和第一尖刺部322以及内螺旋33上的第三滤孔331和第二尖刺部332协同作用，挤压刺破泥浆中的气泡，进一步促进气液分离效率。其中，外螺旋32和内螺旋33的螺旋方向优选为反向设置，这样可既以避免产生的旋流中心旋涡过大，在泥浆中引入气泡，又可以通过对流挤压气泡，促进其破碎。

在一个具体实施例中，罐体1的具体技术方案如下：如图5所示，所述罐体1内设有第一隔板14，所述第一隔板14上设有沉砂孔141和垂直贯穿所述第一隔板14的泥浆支管142，所述泥浆支管142一端插入所述滤筒31的中心孔312，另一端连通水平设置的泥浆管143，所述泥浆管143连通所述泥浆出口12，所述泥浆出口12上设有第二电磁阀121，所述排砂口13上设有第三电磁阀131。

上述技术方案中，第一隔板14将罐体1分隔成上部的搅拌区和下部的沉砂区，泥浆中的砂砾通过沉砂孔141进入沉砂区暂存，泥浆支管142插入滤筒31的中心孔312中，将滤筒31中被过滤后的泥浆引入泥浆管143内，最后经泥浆出口12流出，当泥浆除气完毕后，打开泥浆出口12上的电磁阀121，泥浆沿滤筒31-泥浆支管142-泥浆管143-泥浆出口12这一路线，在进入下一个工艺的同时完成除砂，后续可直接进行除泥工艺，既减少了设备的使用数量，又提高了工艺效率。

在一个具体实施例中，盖体2的具体技术方案如下：如图6所示，所述盖体2为底部开口的中空结构，内部设有水平的第二隔板21，底部设有滤网23，所述第二隔板21与所述盖体2围合形成所述真空腔211，所述水气隔离器6的第一气口61在所述第二隔板21和所述滤网23之间延伸，第二气口62连通排气管7，所述排气管7包括第一排气端71和第二排气端72，所述第一排气端71密封贯穿所述盖体2与外界连通，其上设有第五电磁阀711，所述第二排气端72连通所述真空腔211，其上设有第六电磁阀721。

所述盖体2顶部中心处设有升降座24和所述真空泵接口22；所述升降座24连接旋转举升装置，所述真空泵接口22外接真空泵，其上设有第四电磁阀221，所述盖体2的顶部还设有真空传感器8和液位传感器9，所述真空传感器8延伸至所述真空腔211内，所述液位传感器9延伸至所述罐体1内。

上述技术方案中，滤网23可以阻挡泥浆中的砂砾与水气隔离器6相接触，保护水气隔离器6的第一气口61免受砂砾的划伤磨损，排气管7带有两个排气端，可以根据实际情况选择将气体排入外界还是排入真空腔211，真空传感器8实时检测真空腔211内的真空度，确保真空腔211在除气过程中一直保持负压状态。液位传感器9检测泥浆的进入量，保证泥浆的液位线处于搅拌装置3之上。升降座24用于连接旋转举升装置，旋转举升装置是指具有水平方向旋转功能的升降装置，旋转举升装置将盖体2提起后在水平方向进行旋转，使盖体2和罐体1之间的相对位置发生交错，便于对盖体2和罐体1进行检修。

在一个具体实施例中，滤网23的具体技术方案如下：如图7所示，所述搅拌装置3沿所述罐体1的长度方向至少设有两个，所述滤网23上设有第四滤孔231和供所述搅拌装置3旋转穿过的通孔232，相邻两个所述通孔232之间间隔设有两个挡板233，两个所述挡板233与所述滤网23围合形成稳流区，所述稳流区的第四滤孔231内设有翻转叶片234，所述翻转叶片234可随泥浆压力变化进行翻转，所述稳流区上方设有所述水气隔离器6。

上述技术方案中，搅拌装置3的数量可以根据泥浆处理量进行设计，泥浆处理量越大，配置的搅拌装置3数量越多，本实施例中选用了两个，相邻两个搅拌装置3的滤网23上设置了两个档板233，在水气隔离器6的下方形成稳流区，可以有效减缓泥浆的流动冲击对水气隔离器6造成的损坏。稳流区的第四滤孔231内设有翻转叶片234，翻转叶片234可以间隔设置在稳流区的第四滤孔231内，也可设置在稳流区的全部第四滤孔231内，通过翻转叶片234的翻转进一步降低泥浆的流速，保护水气隔离器6。

现有技术中具有受力翻转功能的稳流结构都适用于本发明，在一个具体实施例中采用了如下结构的翻转叶片234，如图8所示，所述翻转叶片234包括固定于所述第四滤孔231内的固定轴2341，所述固定轴2341上枢轴连接半圆形的扇叶2342，扭簧2343套设于所述固定轴2341的两端，且一端固定于所述固定轴2341上，另一端固定于所述扇叶2342上。该结构采用半遮盖第四滤孔231的扇叶2342搭配扭簧2343，即有效的缓冲了泥浆的冲击力，又保证了泥浆的过流面积，稳流效果好。

结合图9，本发明提供了一种泥浆循环装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤S100、将伺服电机5、真空传感器8、液位传感器9、第一电磁阀111、第二电磁阀121、第三电磁阀131、第四电磁阀221、第五电磁阀711和第六电磁阀721连接至PLC控制器，PLC控制器连接HMI，在HMI中设定最低真空度参数、最高真空度参数、液位值参数和伺服电机5的转速参数及时间参数；

步骤S200、PLC控制器控制第四电磁阀221开启，通过真空泵对真空腔211抽真空，使真空腔211处于负压状态，当压力值达到最低真空度参数后，第四电磁阀221关闭，停止抽真空；

步骤S300、PLC控制器控制第一电磁阀111开启，泥浆通过泥浆入口11注入罐体1，液位传感器9检测泥浆的液位值，当达到设定的液位值参数时，第一电磁阀111关闭，停止泥浆注入；

步骤S400、PLC控制器控制伺服电机5开启旋转，搅拌装置3开始搅拌，滤筒31上的第一滤孔311、外螺旋32上的第二滤孔321和第一尖刺部322、内螺旋33上的第三滤孔331和第二尖刺部332挤压刺破泥浆中的气泡；

步骤S500、PLC控制器控制第六电磁阀721开启，泥浆中的气体通过水气隔离器6进入真空腔211，当真空腔211内的压力达到最高真空度参数后，第六电磁阀721关闭，第四电磁阀221开启，真空泵对真空腔211抽真空，当达到最低真空度参数后，第四电磁阀221关闭，停止抽真空，第六电磁阀721重新开启，泥浆中的气体继续通过水气隔离器6进入真空腔211；

步骤S600、达到设定的时间参数后，PLC控制器控制伺服电机5关闭，第五电磁阀711开启，真空腔211通过排气管7与外界连通，释放压力；

步骤S700、PLC控制器控制第二电磁阀121开启，通过泥浆泵从泥浆出口12抽取泥浆，罐体1内的泥浆通过滤筒31经泥浆支管142进入泥浆管143，最终经由泥浆出口12抽离罐体1进入下一工艺流程；

步骤S800、PLC控制器控制第三电磁阀131开启，沉积的泥砂通过排砂口13排出罐体1。

上述技术方案中，将泥浆循环装置与PLC控制器和HMI相结合，实现自动化控制，降低工人劳动强度，提高了泥浆除气除砂的标准化程度和工作效率。

本发明提供了一种泥浆循环工艺，包括以下步骤：

步骤S10、泥浆经振动筛初筛后，液相进入上述泥浆循环装置，固相通过螺杆输送机输送至钻屑甩干机；

步骤S20、泥浆在泥浆循环装置内同时进行脱气除砂，脱气除砂后的泥浆液相通过泥浆泵输送至一号泥浆罐，固相通过螺杆输送机输送至钻屑甩干机；

步骤S30、一号泥浆罐连接除泥器对泥浆进行除泥，除泥后的泥浆液相通过泥浆泵输送至二号泥浆罐，固相通过螺杆输送机输送至钻屑甩干机；

步骤S40、二号泥浆罐连接离心机对泥浆进行离心分离，分离后的泥浆进入泥浆存储仓，固相通过螺杆输送机输送至钻屑甩干机；

步骤S50、钻屑甩干机将甩干的固相进行收集，甩出的液相回流至振动筛；

步骤S60、将泥浆存储仓内的泥浆注入钻井内建立循环。

上述泥浆循环工艺，可以在一个泥浆循环装置内同时实现除气和除砂的效果，提高设备利用率和工艺效率，减少了泥浆循环工艺的设备使用数量和占地面积，泥浆处理流程短，提高钻井施工效率。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。