专利名称：一种调节钻井液密度的混合装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混合装置，特别是关于一种调节钻井液密度的混合装置。
背景技术：
钻井液平衡钻井是目前国际上成熟的钻井技术，平衡钻井技术利用钻井液的静压 力来平衡底层压力，保证钻井的正常进行。目前，欠平衡钻井技术也在迅速发展，欠平衡钻 井技术利用略低于地层压力的钻井液压力，以减轻对地层的伤害、以提高钻速和减少衰竭 油藏中的井漏问题；另外在某些区域钻井时，还面临着如下问题页岩的稳定性差、钻井液 用量大、井眼清洗难、浅层气、浅层水流动、海底低温高压环境易形成天然气水合物、低温下 钻井液的流变性、地层压力和破裂压力之间窗口狭窄等问题。这些问题都要求能够及时改 变钻井液的密度，调整钻井压力，以保证钻井安全的前提下，兼顾钻井成本和环境效益。
改变钻井液的密度可以通过混合器实现，现有技术中大部分采用静态混合器。一 般的静态混合器具有流动阻力小、可靠性高等优点，但是由于混合器尺寸的限制，静态混合 器混合效果较差，特别是对于粘度很大的非牛顿流体以及具有不同粘性及表面张力的成分 而言，混合阻力激增，且难以形成需要的湍流。在石油钻井领域中，静态混合器可能会导致 混合钻井液分层等严重问题，因此必须使用一种能够获得较好混合效果的动态混合器。发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够在石油钻井过程中可以获得良好效 果的调节钻井液密度的混合装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种调节钻井液密度的混合装置，其 特征在于它包括一管状的混合装置本体，所述混合装置本体的一端设置有钻井液入口，另 一端设置有混合液出口，所述混合装置本体的周向分别通过一接口连接一高密度钻井液入 口和一海水入口，两所述接口的中心分别通过一喉部安装一横截面呈梅花状的喷嘴；两所 述接口的轴线在所述混合装置本体的截面位置上相互错开一角度，且与所述混合装置本体 的轴线呈偏心方向设置。
两所述接口的轴线在所述混合装置本体的截面位置上相互错开的角度为 360° /2η，其中，η为梅花状喷嘴的瓣数，所述梅花状的喷嘴瓣数为3瓣、4瓣、5瓣、6瓣之ο
每一所述喷嘴的纵截面呈喇叭状，即流体的出口截面大于入口截面。
两所述接口的轴线与所述混合装置本体的轴线同时呈顺时针方向偏心。
两所述接口的轴线与所述混合装置本体的轴线同时呈逆时针方向偏心。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于将混合装置本体 上连接的两接口相互错开360° /2η安装，因此可以使从两喷嘴喷入的两组高速低压流体 相互错开，并在混合装置本体的低速区域产生剪切混合，使得混合组分的粒度减小，混合地 更加均勻，实现良好的混合效果。2、本发明由于将喷嘴横截面设置成梅花状，纵截面设置成喇叭状，因此有利于创建湍流并诱导形成旋涡；由于喷嘴的喉部较短，因此液体流动阻力减 小，这些都有利于均勻混合。3、采用本发明装置进行密度调节速度快，调整精度高，特别是 对于高粘度非牛顿流体重泥浆与海水/淡水的混合具有良好的混合效果。4、本发明的动态 混合装置结构简单，无运动部件和静态扰流元件，因此不但使用寿命长，故障率低，而且体 积小，集成程度高，全撬装化，运输和安装都非常方便。
图1是本发明结构示意图
图2是本发明高密度钻井液入口和海水入口设置位置及偏心方向示意图
图3是本发明喷嘴示意图
图4是图3的A-A剖视示意图
图5是本发明混合浓度随混合器轴心方向分布示意图
图6是本发明的混合浓度分布数值模拟云图具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1、图2所示，本发明包括一管状的混合装置本体1，混合装置本体1的一端设 置一钻井液入口 2，另一端设置一混合液出口 3，混合装置本体1的周向设置有一高密度钻 井液入口 4和一海水入口 5，高密度钻井液入口 4和海水入口 5与混合装置本体1之间分 别通过一接口 6连接，每一接口 6的中心设置有一较短的喉部7，每一喉部7内安装一喷嘴 8 (如图3、图4所示)，喉部的长度可以根据需要确定。
上述实施例中，每一喷嘴8的横截面均呈梅花状，喷嘴8上梅花瓣数可以是3瓣、4 瓣、5瓣、6瓣等，不同瓣数的喷嘴8可以使液体呈不同的喷出速度。每一喷嘴8的纵截面呈 喇叭状，这种喇叭状既包括喷嘴8的外表面呈喇叭状，内表面也呈喇叭状，也包括仅有喷嘴 8的内表面呈喇叭状，两种结构都体现出流体的出口截面大于入口截面，这样有利于创建较 好的湍流，促进均勻混合。
上述实施例中，如图2所示，两个接口 6在混合装置本体1上的连接(采用焊接， 但不限于此)位置应相互错开360° /2η，其中，η为梅花瓣数。这样可以使从高密度钻井 液入口 4进入的高密度钻井液和从海水入口 5进入海水，从两个喷嘴8中喷出相互错开的 两组高速低压流体，并在混合装置本体1的低速区域产生剪切混合，使得混合后的组分粒 度减小，混合更加均勻，实现良好的混合效果。
上述实施例中，两个接口 6的轴线与混合装置本体1的轴线采取不相交，而具有一 定偏心的方式连接，以利于带动液体在混合装置本体1中呈涡旋状流动。两个接口 6的偏 心方向可以同时采用顺时针，也可以同时采用逆时针。
上述实施例中，从海水入口 5送入的也可以是淡水。
本发明在进行实验及模拟验证中证明，当从高密度钻井液入口 4喷入的高密度钻 井液和从海水入口 5喷出的海水以一定速度喷入混合装置本体1内时，可以与从钻井液入 口 2进入的钻井液快速混合，当钻井液从混合液出口 3流出时，钻井液已经混合得十分均 勻，且浓度梯度变化非常小(如图5、图6所示)。
其中图5显示了沿本发明的混合装置轴线长度方向上，高密度钻井液在稳态条件 下沿轴向的分布情况。由此可见，在高密度钻井液入口 4处，高密度钻井液浓度最大，但是 在达到混合液出口 3附件前(图中0. : 0. 5m处)，高密度钻井液浓度已经趋于稳定。由 此可见，本发明的混合装置具有很好的混合效果。
其中图6直观显示了在本发明的混合装置轴线剖面上，高密度钻井液分布情况。 其中深色显示高密度钻井液浓度为100%，浅色显示密度钻井液浓度为0，中间为过渡。在 本发明的混合装置的混合液出口 3附近，可见颜色均勻，没有色差。即高密度钻井液浓度已 经趋于稳定。由此可见，本发明的混合装置具有很好的混合效果。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所 变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的 保护范围之外。
权利要求
1.一种调节钻井液密度的混合装置，其特征在于它包括一管状的混合装置本体，所 述混合装置本体的一端设置有钻井液入口，另一端设置有混合液出口，所述混合装置本体 的周向分别通过一接口连接一高密度钻井液入口和一海水入口，两所述接口的中心分别通 过一喉部安装一横截面呈梅花状的喷嘴；两所述接口的轴线在所述混合装置本体的截面位 置上相互错开一角度，且与所述混合装置本体的轴线呈偏心方向设置。
2.如权利要求1所述的一种调节钻井液密度的混合装置，其特征在于两所述接口的 轴线在所述混合装置本体的截面位置上相互错开的角度为360° /2η，其中，η为梅花状喷 嘴的瓣数，所述梅花状的喷嘴瓣数为3瓣、4瓣、5瓣、6瓣之一。
3.如权利要求1所述的一种调节钻井液密度的混合装置，其特征在于每一所述喷嘴 的纵截面呈喇叭状，即流体的出口截面大于入口截面。
4.如权利要求2所述的一种调节钻井液密度的混合装置，其特征在于每一所述喷嘴 的纵截面呈喇叭状，即流体的出口截面大于入口截面。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种调节钻井液密度的混合装置，其特征在于 两所述接口的轴线与所述混合装置的轴线同时呈顺时针方向偏心。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种调节钻井液密度的混合装置，其特征在于 两所述接口的轴线与所述混合装置本体的轴线同时呈逆时针方向偏心。
全文摘要
本发明涉及一种调节钻井液密度的混合装置，其特征在于它包括一管状的混合装置本体，所述混合装置本体的一端设置有钻井液入口，另一端设置有混合液出口，所述混合装置本体的周向分别通过一接口连接一高密度钻井液入口和一海水入口，两所述接口的中心分别通过一喉部安装一横截面呈梅花状的喷嘴；两所述接口的轴线在所述混合装置本体的截面位置上相互错开一角度，且与所述混合装置本体的轴线呈偏心方向设置。本发明通过从两喷嘴喷出的两组高速低压流体相互错开，并在混合装置本体的低速区域产生剪切混合，使得混合组分的粒度减小，混合地更加均匀。采用本发明装置密度调节速度快，调整精度高，混合效果好，特别对于高粘度非牛顿流体重泥浆与海水/淡水的混合具有良好的混合效果。
文档编号B01F5/02GK102029120SQ20101054701
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月16日 优先权日2010年11月16日
发明者付英军, 刘科, 孔松涛, 朱荣东, 李嗣贵, 殷志明, 王堃, 雷宗明 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油研究中心, 重庆科技学院