專利名稱：一種氣體鉆井?dāng)y巖氣體分離凈化的旋風(fēng)分離器組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油勘探技術(shù)領(lǐng)域，相關(guān)氣體鉆井工藝及其設(shè)備，具體為一種氣體鉆
井?dāng)y巖氣體分離凈化的旋風(fēng)分離器組。
背景技術(shù)：
氣體鉆井是新發(fā)展起來的一項(xiàng)油氣田欠平衡鉆探開發(fā)技術(shù)，其利用氣體(空氣、 氮?dú)?、天然氣、柴油尾氣?做鉆井介質(zhì)替代常規(guī)鉆井液，將氣體加壓后注入井內(nèi)，進(jìn)行冷 卻鉆頭和攜帶鉆屑。氣體鉆井具有減輕地層傷害，提高油井產(chǎn)能；實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)異常情況和 評(píng)價(jià)油藏；避免復(fù)雜事故發(fā)生，提高鉆井速度，縮短鉆井周期等優(yōu)點(diǎn)。 現(xiàn)行氣體鉆井工藝中，沿著井筒環(huán)空從井口返回到地面的攜巖氣體通過排砂管線 直接排放到放噴池放燃。排砂管線上安裝噴水除塵器，利用撞擊洗滌的方法除塵，由于排砂 管線中攜巖氣體速度很快，攜巖氣體中鉆屑與水接觸時(shí)間較短，只能除去攜巖氣體中的大 顆粒鉆屑，還有很多細(xì)小的鉆屑顆粒隨著攜巖氣體彌漫到空氣中。因此，如果能夠?qū)⑦€空返 回到地面的攜巖氣體進(jìn)行分離凈化，則可大大減小環(huán)境污染；如果鉆井氣體為價(jià)格昂貴的 氮?dú)饣蛘咛烊粴猓苯臃湃歼€浪費(fèi)了能源和增加了鉆井成本，將其回收利用則可節(jié)約能源 和鉆井成本。 針對(duì)當(dāng)前鉆井工藝中存在的問題，中國專利CN 1291678A(2001)提出了利用廢煙 氣做鉆井、修井循環(huán)介質(zhì)的方法及設(shè)備。該專利中，提出來利用布袋除塵器進(jìn)行氣體除塵。 由于氣體鉆井速度較快，產(chǎn)生鉆屑量較大，布袋很快就會(huì)被過濾下來的鉆屑塞滿，布袋使用 時(shí)間較短，不能保證裝置長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。 中國專利(申請(qǐng)?zhí)?00810116311. 9)提出了一種氣體循環(huán)鉆井工藝系統(tǒng)及其方法。 在此專利中，提出了對(duì)井口返回的攜巖氣體進(jìn)行三級(jí)分離與凈化的方案，井口出來的攜巖氣 體經(jīng)過一級(jí)慣性快分系統(tǒng)、二級(jí)旋風(fēng)分離系統(tǒng)的分離再進(jìn)入到過濾器，很好地解決了直接利 用過濾器使用時(shí)間短的問題。該專利中，過濾器的過濾精度與使用壽命是保證該工藝連續(xù)運(yùn) 行的關(guān)鍵，而一級(jí)慣性快分系統(tǒng)、二級(jí)旋風(fēng)分離系統(tǒng)的穩(wěn)定高效的分離效果以及長(zhǎng)時(shí)間的連 續(xù)運(yùn)行，是保證過濾器的過濾精度與使用壽命的前提。氣體循環(huán)鉆井工藝中一級(jí)慣性快分系 統(tǒng)和二級(jí)旋風(fēng)分離器系統(tǒng)均采用常規(guī)的旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)。由于氣體鉆井過程中可能會(huì)遇到水 層和油層，攜巖氣體中的90%以上的鉆屑、水和油會(huì)在一級(jí)慣性快分系統(tǒng)中被分離出來，被
攜巖氣體帶到一級(jí)慣性快分系統(tǒng)的鉆屑、水和油會(huì)和泥黏附在器壁上，結(jié)塊脫離時(shí)可能會(huì)造 成料腿排料不暢或堵塞，影響一級(jí)慣性快分系統(tǒng)的分離效率。由于井下地層復(fù)雜，當(dāng)井口壓力 較低或者排料輸送管線較長(zhǎng)時(shí)，如果僅借助于井口的壓力提供動(dòng)力，很可能會(huì)造成排料速度 降低，當(dāng)排料速度低于液體的攜巖臨界流速時(shí)，就會(huì)造成鉆屑在排料管線中沉積，很容易堵塞 排料管線。因此，氣體鉆井?dāng)y巖氣體分離凈化設(shè)備還需要進(jìn)一步完善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種對(duì)氣體鉆井井筒還空返回到地面攜巖氣體進(jìn)行凈化的
3旋風(fēng)分離器組，以克服背景技術(shù)存在的缺陷，凈化后的攜巖氣體排放可以減小環(huán)境污染；凈 化后的氣體進(jìn)入過濾器，可以延長(zhǎng)過濾器的使用壽命和使用周期，保證凈化后的氣體滿足 進(jìn)入壓縮機(jī)的要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)回收循環(huán)利用鉆井氣體，減少氣體用量，降低鉆井成本和保護(hù) 環(huán)境的目的。 本發(fā)明提供了一個(gè)用于氣體鉆井?dāng)y巖氣體分離凈化的旋風(fēng)分離器組，其由一臺(tái)一
級(jí)旋風(fēng)分離器、多臺(tái)二級(jí)旋風(fēng)分離器、注水泵、抽真空器和液位自控系統(tǒng)組成。 按照本發(fā)明提供的旋風(fēng)分離器組，一臺(tái)一級(jí)旋風(fēng)分離器和多臺(tái)二級(jí)旋風(fēng)分離器串
聯(lián)組合而成，多臺(tái)二級(jí)旋風(fēng)分離器之間可以串聯(lián)組合也可以并聯(lián)方式組合，二級(jí)旋風(fēng)分離
器的數(shù)量可以根據(jù)處理氣量進(jìn)行調(diào)整。井筒還空返回到地面的攜巖氣體首先進(jìn)入一級(jí)旋風(fēng)
分離器中進(jìn)行預(yù)分離，分離下來的鉆屑、油、水落入到底部的料罐中，凈化后的氣體再進(jìn)入
到各個(gè)二級(jí)旋風(fēng)分離器中進(jìn)行分離；二級(jí)旋風(fēng)分離器分離下來的鉆屑落入到料罐中，凈化
后的氣體就再到過濾器精細(xì)過濾后就可以回收循環(huán)利用了。 按照本發(fā)明提供的一級(jí)旋風(fēng)分離器，將常規(guī)旋風(fēng)分離器與料罐有機(jī)結(jié)合為一體， 取消了料腿，消除了料腿堵塞的隱患，降低了設(shè)備高度。該一級(jí)旋風(fēng)分離器選用圓形入口結(jié) 構(gòu)，這樣更有利于和鉆井現(xiàn)場(chǎng)的排砂管線進(jìn)行連接。 一級(jí)旋風(fēng)分離器的排氣管下端設(shè)計(jì)成 喇叭口形式，能夠提高旋風(fēng)分離器的效率。 一級(jí)旋風(fēng)分離器底部設(shè)計(jì)安裝了防返混錐，可以 減小液體夾帶，增加料罐壓力，更有利于排料。 按照本發(fā)明提供的二級(jí)旋風(fēng)分離器，其特點(diǎn)是小直徑、高效率。由于攜巖氣體中
90%以上的鉆屑、油、水都被一級(jí)旋風(fēng)分離器分離下來，進(jìn)入二級(jí)的旋風(fēng)分離器中氣體固含
量很低，不會(huì)出現(xiàn)料腿堵塞的現(xiàn)象，因此二級(jí)可以選用常規(guī)的高效旋風(fēng)分離器。由于旋風(fēng)分
離器直徑變小，可以增加旋轉(zhuǎn)切向速度，更有利于分離，可以提高分離效率，所以二級(jí)旋風(fēng)
分離器選用小直徑旋風(fēng)分離器。二級(jí)旋風(fēng)分離器的料腿伸入到料罐中。 按照本發(fā)明提供的旋風(fēng)分離器組，其特點(diǎn)是多臺(tái)旋風(fēng)分離器共用一個(gè)料罐，減少
了料罐的數(shù)量，減小了設(shè)備的整體體積。料罐的排料可以利用自壓排料；當(dāng)料罐壓力不足或
者排料管線過長(zhǎng)時(shí)，可以利用抽真空器進(jìn)行液體輸送，這樣就解決了排料輸送動(dòng)力不足的問題。 按照本發(fā)明提供的料罐液位自控系統(tǒng)，可以減小井口壓力波動(dòng)對(duì)料罐中液位的影 響。通過改變注水泵電機(jī)的輸出頻率以及排料管線上調(diào)節(jié)閥開度來調(diào)節(jié)進(jìn)水量和排料量， 進(jìn)而維持液面保持穩(wěn)定。當(dāng)井口壓力增加時(shí)，液位開始下降，首先增加注水泵電機(jī)的輸出頻 率，增加注水量；如果液位繼續(xù)下降，則減小料罐排料管線上調(diào)節(jié)閥開度來減小排料量，這 樣就可以穩(wěn)定液位。當(dāng)井口壓力降低時(shí)，液位開始上升，首先增大料罐排料管線上調(diào)節(jié)閥開 度來增加排料量，如果液位繼續(xù)上升，則減小注水泵電機(jī)的輸出頻率，減小注水量，這樣就 可以穩(wěn)定液位。 按照本發(fā)明提供的旋風(fēng)分離器組可以做成一個(gè)撬裝，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝和運(yùn)輸。兩臺(tái) 注水泵可以單獨(dú)做一個(gè)撬裝，也可以設(shè)計(jì)在旋風(fēng)分離器組撬裝中。 本發(fā)明旋風(fēng)分離器組結(jié)構(gòu)緊湊、分離效率高、能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)自動(dòng)排料，消除常規(guī)旋 風(fēng)分離器料腿堵塞的隱患，解決了排料輸送動(dòng)力不足的問題。本發(fā)明提供的旋風(fēng)分離器組 有效地減小了設(shè)備體積，可以集成為撬裝形式，增加了可移動(dòng)性，便于運(yùn)輸和安裝，更適合 流動(dòng)性較強(qiáng)的鉆井作業(yè)。


圖1是本發(fā)明旋風(fēng)分離器組方案1的正視 圖2為本發(fā)明旋風(fēng)分離器組方案2的正視圖；圖中
圖3為本發(fā)明旋風(fēng)分離器組方案1和方案2的俯視圖。
具體實(shí)施例方式為了能夠更清楚的了解本發(fā)明工藝和設(shè)備特點(diǎn)，舉以下實(shí)例說明
實(shí)施例1 : 如圖1和圖3，本發(fā)明提供的旋風(fēng)分離器組由一臺(tái)一級(jí)旋風(fēng)分離器3和四臺(tái)二級(jí)旋風(fēng)分離器5串聯(lián)組合而成，二級(jí)旋風(fēng)分離器的數(shù)量可以根據(jù)處理氣量進(jìn)行調(diào)整。
本發(fā)明實(shí)施例中旋風(fēng)分離器組工作原理氣體鉆井井筒還空返回到地面的攜巖氣體進(jìn)入到一級(jí)旋風(fēng)分離器入口 l，攜巖氣體在一級(jí)旋風(fēng)分離器中分離下來的鉆屑落入到下面的料罐9中。 一級(jí)旋風(fēng)分離器排氣管2采用了喇叭口形式，能夠提供一級(jí)旋風(fēng)分離器的分離效率；在一級(jí)旋風(fēng)分離器3底部安裝了防返混錐4，能夠有效地減小料罐中液體被上升氣流帶到上面的一級(jí)旋風(fēng)分離器3中，減小液體夾帶。 一級(jí)旋風(fēng)分離器3分離后的氣體進(jìn)入到下集氣室6，下集氣室6中的氣體分流進(jìn)入到各個(gè)二級(jí)旋風(fēng)分離器5中，二級(jí)旋風(fēng)分離器5分離下來的鉆屑落入到料罐9中，凈化后的氣體進(jìn)入到上集氣室7中，然后再進(jìn)入過濾器進(jìn)行精細(xì)過濾就可以回收利用。料罐9中為了防止一級(jí)旋風(fēng)分離器3和二級(jí)旋風(fēng)分離器5底部氣體反串，在料罐9中設(shè)計(jì)了一個(gè)環(huán)形擋板15將二級(jí)旋風(fēng)分離器5料腿與一級(jí)旋風(fēng)分離器3隔開。 料罐9的排料方式利用料罐9內(nèi)的壓力進(jìn)行自壓排料。注水泵11往料罐9中注水，利用料罐9內(nèi)的壓力將水和鉆屑的混合物排出系統(tǒng)。為了防止料罐9中的液位被壓空和過滿溢流，可以將排料流量、注水量和液位建立自控關(guān)系，通過改變排注水量和料流量來控制和調(diào)節(jié)料罐9中的液位。當(dāng)井口壓力增加時(shí)，料罐9液位開始下降，首先增加注水泵11電機(jī)的輸出頻率，增加注水量；如果液位繼續(xù)下降，則減小料罐排料管線上調(diào)節(jié)閥12開度來減小排料量，這樣就可以穩(wěn)定液位。當(dāng)井口壓力降低時(shí)，料罐9液位開始上升，減小注水泵11電機(jī)的輸出頻率，減小注水量，這樣就可以穩(wěn)定料罐9液位。
實(shí)施例2 : 如圖1和圖3。本實(shí)施例中旋風(fēng)分離器組工作原理同實(shí)施例1。
本實(shí)施例中，料罐9的排料方式利用抽真空器13進(jìn)行液體排料。注水泵11往料罐9中注水，利用注水泵14向抽真空器13注水，抽真空器13將水和鉆屑的混合物排出系統(tǒng)。為了防止料罐中的液位被壓空和過滿溢流，可以將排料流量、注水量和液位建立自控關(guān)系，通過改變排注水量和料流量來控制和調(diào)節(jié)料罐9中的液位。當(dāng)井口壓力增加時(shí)，料罐9液位開始下降，首先增加注水泵11電機(jī)的輸出頻率，增加注水量；如果液位繼續(xù)下降，則減小料罐排料管線上調(diào)節(jié)閥12開度來減小排料量，這樣就可以穩(wěn)定液位。當(dāng)井口壓力降低時(shí)，料罐9液位開始上升，首先減小注水泵11電機(jī)的輸出頻率，減小注水量，如果液位繼續(xù)上升，則這樣就可以穩(wěn)定料罐9液位。
本發(fā)明的實(shí)施案例具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)本發(fā)明提供的旋風(fēng)分離器組中的一級(jí)旋風(fēng)分離器3將常規(guī)旋風(fēng)分離器與料罐有機(jī)結(jié)合在一起，取消了料腿，消除了料腿堵塞的隱患。 (2)本發(fā)明提供的旋風(fēng)分離器組由兩級(jí)旋風(fēng)分離器串聯(lián)組成，其中一級(jí)旋風(fēng)分離器3排氣管2底部設(shè)計(jì)成喇叭口形狀，有利于提高分離效率；一級(jí)旋風(fēng)分離器3底部安裝防返混錐4均有利于減小液體返混夾帶；二級(jí)旋風(fēng)分離器5采用多臺(tái)小直徑高效型旋風(fēng)分離器，從而提高了整體的分離效果。 (3)本發(fā)明提供的旋風(fēng)分離器組具有自動(dòng)排料功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)料罐液位的自動(dòng)控制，保證裝置連續(xù)運(yùn)行。 (4)本發(fā)明提供的旋風(fēng)分離器組能夠解決料罐壓力低、排料管線過長(zhǎng)等液體輸送能力不足造成的排料不暢或堵塞的問題。 (5)本發(fā)明提供的旋風(fēng)分離器組具有整體集約性能，可以設(shè)計(jì)成一個(gè)撬裝模塊，便于運(yùn)輸和安裝，更適合流動(dòng)性較強(qiáng)的鉆井作業(yè)。 在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實(shí)例做了描述。但是很顯然仍然可以做出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而非限制性的。
權(quán)利要求
一種用于氣體鉆井井筒還空返回到地面攜巖氣體分離凈化的旋風(fēng)分離器組，其特征在于該旋風(fēng)分離器組由一級(jí)旋風(fēng)分離器、二級(jí)旋風(fēng)分離器、料罐、注水泵、抽真空器、液位自控系統(tǒng)組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋風(fēng)分離器組，其特征在于該旋風(fēng)分離器組由一臺(tái)一級(jí)旋風(fēng) 分離器和多臺(tái)二級(jí)旋風(fēng)分離器串聯(lián)組合而成，各級(jí)二級(jí)旋風(fēng)分離器之間可以并聯(lián)也可以串 聯(lián)組合，二級(jí)旋風(fēng)分離器的數(shù)量根據(jù)處理量可以適當(dāng)調(diào)整。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一級(jí)旋風(fēng)分離器，其特征在于該旋風(fēng)分離器將旋風(fēng)分離器 和料罐有機(jī)結(jié)合在一起，取消了料腿，消除了堵塞的隱患；同時(shí)排氣管底部設(shè)計(jì)成喇叭口形 狀，可以提高分離效率；旋風(fēng)分離器底部設(shè)計(jì)安裝了防返混錐，可以減小液體返混夾帶。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述料罐，其特征在于料罐利用抽真空器進(jìn)行液體輸送排料，這樣 可以解決輸送壓力不足以及排料管線過長(zhǎng)造成的排料管線堵塞問題。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋風(fēng)分離器組，其特征在于料罐的排料方式采用了液位自控 系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)注水泵電機(jī)輸出頻率和排料管線上調(diào)節(jié)閥開度來控制液位，消除井口壓力 對(duì)排料系統(tǒng)的影響。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋風(fēng)分離器組，其特征在于該地面分離系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成撬裝 形式，便于安裝和運(yùn)輸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣體鉆井?dāng)y巖氣體分離凈化的旋風(fēng)分離器組，它由一級(jí)旋風(fēng)分離器、二級(jí)旋風(fēng)分離器、排料系統(tǒng)組成。一級(jí)旋風(fēng)分離器主要除去井筒環(huán)空返回到地面攜巖氣體中的大顆粒鉆屑，分離后的氣體進(jìn)入到高效的二級(jí)旋風(fēng)分離器中進(jìn)行進(jìn)一步分離凈化。凈化后的氣體直接排放可以大大減小環(huán)境污染；如將凈化后的氣體再引入到過濾器進(jìn)行精細(xì)過濾后就可以回收循環(huán)利用，有效地降低氣體鉆井成本。排料可以采用自壓液體輸送排料，也可以采用抽真空器液體輸送排料方式，料罐液位安裝了液位自動(dòng)控制系統(tǒng)。本發(fā)明旋風(fēng)分離器組結(jié)構(gòu)緊湊、分離效率高、能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)自動(dòng)排料，消除常規(guī)旋風(fēng)分離器料腿堵塞的隱患，解決了排料輸送動(dòng)力不足的問題。
文檔編號(hào)E21B21/01GK101748980SQ20081018313
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者付雙成, 孫國剛, 鄭巨永, 郭廣軍, 高翠芝 申請(qǐng)人:中國石油大學(xué)(北京)