一种脉冲负压钻井振动筛
阅读说明：本技术 一种脉冲负压钻井振动筛 (Pulse negative pressure well drilling vibrating screen ) 是由 侯勇俊 吴先进 方潘 李华川 王钰文 杜明俊 侯度宇 刘有平 贺殷凯 蒋锐 彭红 于 2021-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种脉冲负压钻井振动筛,属于石油钻井固相控制技术领域,其包括：底座、筛分装置、负压装置、脉冲配送器以及排液装置；筛分装置包括沿其出口至入口的方向依次设置的第一筛网、第二筛网、第三筛网,第一筛网和第二筛网的底部分别连通有第一真空盘和第二真空盘；负压装置设置在底座上,脉冲配送器分别与负压装置、第一真空盘和第二真空盘连通,在工作时,脉冲配送器对第一真空盘和第二真空盘形成脉冲的负压；排液装置分别与第一真空盘和第二真空盘连通。本发明通过脉冲配送器使第一真空盘和第二真空盘的内部交替产生负压,减少临界颗粒的筛堵,提高钻井液的回收效率,同时还能充分发挥负压装置的工作能力,实现筛网下的高峰值负压。(The invention discloses a pulse negative pressure well drilling vibrating screen, which belongs to the technical field of petroleum well drilling solid phase control and comprises the following components: the device comprises a base, a screening device, a negative pressure device, a pulse distributor and a liquid drainage device; the screening device comprises a first screen, a second screen and a third screen which are sequentially arranged along the direction from an outlet to an inlet of the screening device, and the bottoms of the first screen and the second screen are respectively communicated with a first vacuum disc and a second vacuum disc; the negative pressure device is arranged on the base, the pulse distributor is respectively communicated with the negative pressure device, the first vacuum disc and the second vacuum disc, and when the pulse distributor works, the pulse distributor forms pulse negative pressure on the first vacuum disc and the second vacuum disc; the drain is respectively communicated with the first vacuum disc and the second vacuum disc. According to the invention, the pulse distributor is used for alternately generating negative pressure in the first vacuum disc and the second vacuum disc, so that the screening blockage of critical particles is reduced, the recovery efficiency of drilling fluid is improved, the working capacity of a negative pressure device can be fully exerted, and high peak negative pressure below a screen is realized.)
技术领域
本发明涉及石油钻井固相控制技术领域，具体涉及一种脉冲负压钻井振动筛。
背景技术
在石油钻井过程中，会带出钻屑，钻屑的含液量高，后续环保处理工作量大，成本高，目前，普遍采用负压钻井振动筛来大幅降低钻屑的含液量，有效回收钻井液并减少环保处理的钻屑体积，具有显著的经济效益和社会效益。
现有的恒负压钻井振动筛技术，在使用过程中负压峰值受钻屑在筛面的输送速度限制，且使用一段时间后部分临界颗粒卡死在筛网孔眼中会出现筛堵。国内外部分负压振动筛采用压缩空气在文丘里管中脉冲喷射，形成筛网下的脉冲负压，虽然负压峰值不再受到限制，但需消耗大量的压缩空气，特别是采用大面积筛网负压时，能耗极高。CN210530779U提出了一种采用负压风机形成脉冲负压的振动筛，多张筛网同时形成脉冲负压，钻井液与空气混合后进入气液分离系统，负压峰值受到气液分离系统的限制，可见，其虽然可以减少临界颗粒的筛堵，但不能避免负压峰值受限的缺点,此外，负压风机断续在负压下工作，工况不稳定，也不能充分发挥负压风机的工作能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脉冲负压钻井振动筛，以解决现有负压钻井振动筛的负压峰值受限，导致钻井液的负压吸附效率较低的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种脉冲负压钻井振动筛，包括：底座、筛分装置、负压装置、脉冲配送器以及排液装置；
筛分装置包括筛箱，设置在筛箱外部的激振电机和进液缓冲罐，以及设置在筛箱内的第一筛网、第二筛网、第三筛网；筛箱通过减振弹簧与底座连接，第一筛网、第二筛网、第三筛网沿筛分装置的出口至入口的方向依次设置，第一筛网和第二筛网的底部分别连通有第一真空盘和第二真空盘；
负压装置设置在底座上，脉冲配送器分别与负压装置、第一真空盘和第二真空盘连通，在工作时，脉冲配送器对第一真空盘和第二真空盘形成脉冲的负压；
排液装置分别与第一真空盘和第二真空盘连通。
本发明通过脉冲配送器使第一真空盘和第二真空盘的内部交替产生负压，即每个真空盘单独形成脉冲式负压，交替对第一筛网和第二筛网内的钻井液进行负压吸附，减少临界颗粒的筛堵，提高钻井液的回收效率，进一步降低钻屑中的含液量。在激振电机和脉冲负压的共同作用下，充分提高了钻井液的透筛能力，可有效提高振动筛的处理能力和对钻屑的脱液能力，未形成负压时，筛面钻屑在振动作用下可有效地向前输送，避免了连续的高负压作用使钻屑吸附在筛网面上形成的筛堵。
同时，负压装置产生的负压是在第一筛网和第二筛网中进行交替，负压峰值不会受到过度限制，实现筛网下的高峰值负压，从而提高钻井液的负压吸附效率，进一步降低钻屑中的含液量，负压装置持续产生负压，工况稳定，充分发挥负压装置的工作能力，大大提高了负压装置的效率。
进一步地，上述脉冲配送器包括壳体、转子、以及驱动电机；
壳体的顶部设有负压入口，壳体相对应的两侧分别设有第一负压出口和第二负压出口；负压入口与负压装置连通，第一负压出口和第二负压出口分别通过第一真空管和第二真空管与第一真空盘和第二真空盘连通；
转子设有L型通道，L型通道分别延伸至转子的顶部和侧壁，转子位于壳体内并与壳体的侧壁转动并密封配合，转子的底部与驱动电机连接，在工作时，L型通道将负压入口与相对应的负压出口连通。
本发明的脉冲配送器通过转子的转动实现负压通道的转换，转子转动时，负压入口通过L型通道与第一负压出口货第二负压出口连通，从而实现负压通道的转换。
进一步地，上述L型通道包括延伸至转子顶部的轴向孔以及延伸至转子侧壁的径向孔，径向孔在横向上的中心角为A；
壳体位于第一负压出口和第二负压出口之间的密封面在横向上的中心角为B，中心角A的最大值大于中心角B的最小值。
本发明的径向孔延伸至转子的侧壁，因此径向孔的孔口为“圆柱与圆柱之间的相贯线”，径向孔在经过其轴线的横向的中心角A具有最大值。同理，第一负压出口和第二负压出口延伸至壳体的内壁，第一负压出口和第二负压出口位于壳体内壁的孔口为“圆柱与圆柱之间的相贯线”，因此，壳体位于第一负压出口和第二负压出口之间的密封面为两个相贯线之间结构，此时，此密封面经过径向孔的轴线的横向上的中心角B具有最小值。当中心角A的最大值大于中心角B的最小值时，转子在转动时，径向孔至少与其中一个负压出口连通（径向孔与壳体位于第一负压出口和第二负压出口之间的密封面正对时，径向孔与两个负压出口均连通），确保负压装置一直处于正常的负压工作状态下，避免负压装置在交替抽吸过程中出现憋压，保证负压装置的稳定运转，既可充分发挥负压风机的工作能力，实现高峰值负压，又可降低负压装置负荷剧烈变化时产生的大噪音，同时降低了能耗。
进一步地，上述负压装置包括负压机、与负压机连通的连接管、以及与连接管连通的液雾分离器；负压机和液雾分离器通过支架与底座连接，液雾分离器与负压入口连通。
进一步地，上述第一真空盘和第二真空盘的结构一致，均包括锥形底部，第一真空盘和第二真空盘的锥形底部的锥形侧壁分别与第一负压出口和第二负压出口连通，第一真空盘和第二真空盘的锥形底部的锥形尖部分别与排液装置连通。
进一步地，上述其特征在于，排液装置包括箱体、挡液板以及位置调节组件；箱体安装在底座上，箱体的侧壁与第一真空盘和第二真空盘连通，箱体的侧壁设有排液孔，排液孔延伸至箱体的内侧底壁；
挡液板包括从下到上依次设置的封堵段、铰接段以及连接段；封堵段与箱体设有排液孔的一侧接触密封，用于从下到上全部封堵或部分封堵排液孔；铰接段与箱体的侧壁铰接，并且铰接的位置位于排液孔的上方，连接段与位置调节组件连接；位置调节组件与底座连接。
本发明排液装置中的箱体用于收集钻井液，排液孔延伸至箱体的内侧底部，便于排液孔的全部排出，挡液板的封堵段将排液孔进行全部封堵或者部分封堵，确保箱体顺利收集钻井液，同时，挡液板通过位置调节组件以杠杆的形式进行转动，从而打开排液孔，将钻井液全部对外排放。
进一步地，上述封堵段设有溢液孔，此时封堵段从下到上部分封堵排液孔，溢液孔的位置高于箱体与第一真空盘和第二真空盘连通的位置。
本发明在封堵段设有溢液孔，避免钻井液充满箱体后回流至真空盘，进而在负压的作用下流至负压机，造成管路和装置的污染和破坏。
进一步地，上述位置调节组件包括设置在底座上的调节螺母以及与调节螺母相配合的调节螺杆；调节螺杆与连接段之间的角度小于180度并且调节螺杆与连接段铰接。
进一步地，上述连接段的两侧对应设置有凸球面垫圈，凸球面垫圈分别设有相配合的凹球面垫圈，调节螺杆穿过凸球面垫圈和凹球面垫圈后与凹球面垫圈连接。
本发明的凹、凸球面垫圈相配合后，实现连接段与调节螺杆之间的球铰连接，求铰链具有微调角度的作用，避免调节螺杆的卡死，使封堵段能够与箱体贴紧实现密封配合。
进一步地，上述底座包括均横向设置的第一矩形钢和第二矩形钢，以及连接第一矩形钢和第二矩形钢的横梁；调节螺母安装在第一矩形钢与横梁连接的一侧，使得调节螺杆伸入到第一矩形钢的内部，第一矩形钢远离横梁的一侧设有与调节螺杆相对应的调节孔。
本发明的底座采用矩形钢作为支柱，支撑受力较好，同时还能降调节螺杆远离横梁的一端影藏在矩形钢的内部，避免对调节螺杆的误操作，从而避免钻井液的浪费。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明通过脉冲配送器使第一真空盘和第二真空盘的内部交替产生负压，即每个真空盘单独形成脉冲式负压，交替对第一筛网和第二筛网内的钻井液进行负压吸附，减少临界颗粒的筛堵，提高钻井液的回收效率，进一步降低钻屑中的含液量，提高钻井液的回收率。
（2）本发明在激振电机和脉冲负压的共同作用下，充分提高了钻井液的透筛能力，可有效提高振动筛的处理能力和对钻屑的脱液能力，未形成负压时，筛面钻屑在振动作用下可有效地向前输送，避免了连续的高负压作用使钻屑吸附在筛网面上形成的筛堵。
（3）本发明的负压装置产生的负压是在第一筛网和第二筛网中进行交替，负压峰值不会受到过度限制，实现筛网下的高峰值负压，从而提高钻井液的负压吸附效率，进一步降低钻屑中的含液量，负压装置持续产生负压，工况稳定，充分发挥负压装置的工作能力，大大提高了负压装置的效率。
（4）本发明脉冲配送器上的负压入口至少与其中一个负压出口连通（转子在转动时，能够实现负压入口与两个负压出口均连通），确保负压装置一直处于正常的负压工作状态下，避免负压装置在交替抽吸过程中出现憋压，保证负压装置的稳定运转，既可充分发挥负压风机的工作能力，实现高峰值负压，又可降低负压装置负荷剧烈变化时产生的大噪音，同时降低了能耗。
（5）本发明的排液组件的排液操作简单，能够避免钻井液的回流，排液组件中的调节螺杆能够进行微调，避免了调节螺杆的卡死，使封堵段能够与箱体贴紧实现密封配合。
附图说明
图1为本发明的脉冲负压钻井振动筛的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视示意图；
图3为本发明的排液装置的结构示意图；
图4为图3的B部放大图；
图5为本发明的筛分装置的结构示意图；
图6为本发明的脉冲配送器的结构示意图；
图7为图6的C-C剖视示意图；
图8至图10为C-C剖视处，壳体与转子之间的三个位置关系示意图。
图中：1-底座；2-筛分装置；3-负压装置；4-脉冲配送器；5-排液装置；7-支架；11-第一矩形钢；12-第二矩形钢；13-横梁；14-调节孔；21-筛箱；22-激振电机；23-第一筛网；24-第二筛网；25-第三筛网；26-第一真空盘；27-第二真空盘；28-减振弹簧；31-负压机；32-连接管；33-液雾分离器；41-壳体；42-转子；43-驱动电机；51-箱体；52-挡液板；53-位置调节组件；60-第一真空管；61-第二真空管；411-负压入口；412-第一负压出口；413-第二负压出口；421-轴向孔；422-径向孔；511-排液孔；521-封堵段；522-铰接段；523-连接段；524-溢液孔；525-凸球面垫圈；526-凹球面垫圈；531-调节螺母；532-调节螺杆。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
请参照图1，一种脉冲负压钻井振动筛，包括：底座1，以及均安装在底座1上的筛分装置2、负压装置3、脉冲配送器4以及排液装置5。负压装置3通过脉冲配送器4向负压装置3输送脉冲式负压，提高钻井液的回收效率，同时负压峰值不会受到过度限制，实现筛网下的高峰值负压，从而提高钻井液的负压吸附效率，而且能够充分发挥负压装置的工作能力，大大提高了负压装置的效率。
请参照图2，底座1包括均间隔并横向设置的第一矩形钢11和第二矩形钢12，第一矩形钢11和第二矩形钢12位于振动筛的两侧，第一矩形钢11和第二矩形钢12之间连接有横梁13，横梁13位于第一矩形钢11和第二矩形钢12的底部。
请参照图5，筛分装置2包括筛箱21、激振电机22以及进液缓冲罐。筛箱21通过减振弹簧28悬吊在第一矩形钢11和第二矩形钢12上，同时筛箱21与横梁13之间具有间隙，用于安装排液装置5等部件；激振电机22和进液缓冲罐分别安装在筛箱21的外侧；筛箱21内设有第一筛网23、第二筛网24以及第三筛网25，同时，第一筛网23、第二筛网24以及第三筛网25沿筛分装置2的出口至入口的方向依次设置。筛分装置2中的筛箱21、激振电机22、进液缓冲罐、第一筛网23、第二筛网24以及第三筛网25之间的连接方式和位置关系均为现有技术，在此不进行详细描述。
第一筛网23和第二筛网24的底部分别连通有第一真空盘26和第二真空盘27。第一真空盘26和第二真空盘27的结构一致，均包括相互连通的锥形底部和圆筒顶部，圆筒顶部与相对应的真空盘连通，第一真空盘26和第二真空盘27的锥形底部的锥形侧壁分别与脉冲配送器4连通，第一真空盘26和第二真空盘27的锥形底部的锥形尖部分别与排液装置5连通。
负压装置3包括负压机31、连接管32以及液雾分离器33。负压机31和液雾分离器33通过支架7与底座1连接，连接管32的两端分别与液雾分离器33的入口以及负压机31连通，液雾分离器33的出口与脉冲配送器4连通。由于脉冲配送器4的存在，负压装置3会持续产生负压，工况稳定，充分发挥负压装置3的工作能力，大大提高了负压装置3的效率。
请参照图6至图10，脉冲配送器4包括壳体41、转子42以及驱动电机43。壳体41从其顶部开设有腔体，使得腔体位于壳体41的顶部的位置形成负压入口411，壳体41相对应的两侧（以中轴线为参照）分别设有第一负压出口412和第二负压出口413。负压入口411通过管道与液雾分离器33的出口连通，第一负压出口412和第二负压出口413分别通过第一真空管60和第二真空管61与第一真空盘26和第二真空盘27连通，真空管与真空盘具体连接的位置位于相对应的真空盘的锥形底部的锥形侧壁处，避免钻井液被吸入到脉冲配送器4中。
转子42位于壳体41的腔体中，并且转子42与壳体41的内侧壁转动并密封配合，转子42设有L型通道，L型通道包括轴向孔421和径向孔422。轴向孔421沿转子42的轴向设置并延伸至转子42的顶部，同时轴向孔421与负压入口411连通；径向孔422沿转子42的径向设置并延伸至转子42的侧壁，同时转子42在转动时，轴向孔421用于与相对应的负压出口连通，即轴向孔421与第一负压出口412连通，或者轴向孔421与第二负压出口413连通，或者轴向孔421与第一负压出口412和第二负压出口413均连通，同时，径向孔422和所有的负压出口的轴线在同一横向上。
径向孔422在转子42的横向上对应有中心角A，由于径向孔422延伸至转子42的侧壁，因此径向孔422的孔口为“圆柱与圆柱之间的相贯线”，径向孔422在经过转子42的轴线的横向的中心角A具有最大值。壳体41位于第一负压出口412和第二负压出口413之间的密封面在壳体41的横向上对应有中心角B，由于第一负压出口412和第二负压出口413延伸至壳体41的内壁，第一负压出口412和第二负压出口413位于壳体内壁的孔口为“圆柱与圆柱之间的相贯线”，此时壳体位于第一负压出口412和第二负压出口413之间的密封面经过负压出口的轴线的横向上的中心角B具有最小值。为了确保转子42在转动时，实现轴向孔421与第一负压出口412和第二负压出口413均连通，中心角A的最大值应大于中心角B的最小值。
驱动电机43安装在壳体41的底部外侧，驱动电机43的驱动轴穿过壳体41的底部后与转子42的底部连接。
在本发明的其他实施例中，转子42在转动时，还可以仅实现轴向孔421与第一负压出口412连通，或者轴向孔421与第二负压出口413连通，此时，中心角A的最大值应小于等于中心角B的最小值。
请参照图2至图4，排液装置5包括箱体51、挡液板52以及位置调节组件53。箱体51安装在横梁13上，箱体51相对应的两侧分别通过管道与第一真空盘26和第二真空盘27的锥形底部的锥形尖部连通，箱体51的侧壁设有长条形的排液孔511，排液孔511延伸至箱体51的内侧底壁，排液孔511便于箱体51内的钻井液全部流出，在本实施例中，箱体51设有排液孔511的侧壁位于箱体51分别与第一真空盘26和第二真空盘27连通的侧壁之间，而且箱体51设有排液孔511的侧壁靠近第一矩形钢11。
挡液板52呈顺时针旋转90°的Z字型，所述挡液板52从下到上依次设置的封堵段521、铰接段522以及连接段523。封堵段522与箱体51设有排液孔511的侧壁接触密封（接触时能起到密封作用），用于封堵排液孔511。铰接段522与箱体51的侧壁铰接，并且铰接的位置位于排液孔511的上方，挡液板52在转动时，能够打开或封堵排液孔511。连接段523与位置调节组件53连接。为了封堵段521对排液孔511起到密封或封堵作用，封堵段521上设有橡胶密封环。
在本实施例中，封堵段521设有溢液孔524，溢液孔524的高度高于箱体51与第一真空盘26和第二真空盘27连通的位置，确保钻井液能够收集在箱体51内，此时，封堵段521从下到上部分封堵排液孔511，避免钻井液回流至真空盘中。在本发明的其他实施例中，封堵段521不设置溢液孔，此时，封堵段521从下到上全部封堵排液孔511。
位置调节组件53包括调节螺母531和调节螺杆532，调节螺母531横向设置在第一矩形钢11与横梁13连接的一侧，调节螺杆532穿过调节螺母531并与调节螺母531螺纹配合，使得调节螺杆532的一端位于第一矩形钢11的内部，调节螺杆532的另一端位于第一矩形钢11和箱体51之间的空间中并与连接段523铰接。在本实施例中，调节螺杆532与连接段523之间垂直，是的调节螺杆532能够通过杠杆作用使挡液板52进行旋转，从而实现对排液孔511的封堵和打开。
调节螺杆532与连接段523之间的具体铰接结构为：连接段523的两侧对应设置有凸球面垫圈525，凸球面垫圈525分别配合有凹球面垫圈526，调节螺杆532穿过凸球面垫圈525和凹球面垫圈526后通过螺母和凸台备紧，凸球面垫圈525和凹球面垫圈526之间的球面进行配合，实现调节螺杆532和连接段523之间的转动。
为了便于对调节螺杆532进行调节，第一矩形钢11远离横梁13的一侧设有与调节螺杆532相对应的调节孔14，调节孔14的大小能满足工具的进入，同时还能满足工具的转动。
负压装置3在工作时，通过脉冲配送器4分别对第一真空盘26和第二真空盘27交替产生脉冲式负压，通过脉冲式负压对第一筛网23和第二筛网24的钻井液进行负压吸附，同时减少临界颗粒的筛堵，提高钻井液的回收效率。由于脉冲配送器4中的负压在转换时，负压入口至少与一个负压出口连通，负压峰值不会受到过度限制，实现筛网下的高峰值负压，从而提高钻井液的负压吸附效率，确保足够的负压峰值来降低钻屑中的含液量，同时，负压装置持续产生负压，工况稳定，充分发挥负压装置的工作能力，大大提高了负压装置的效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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