专利名称：一种水力喷射搅拌的圆柱锥底罐钻井固控系统的制作方法
技术领域：
一种水力喷射搅拌的圆柱锥底罐钻井固控系统
技术领域：
本实用新型属于石油钻探技术领域，涉及石油钻井用的一种固控系统的研究、设 计及制造。
技术背景目前，国内外石油钻井行业所用的固控系统中，其循环罐及储罐大多使用若干矩 形长方体方罐组成，其缺点是矩形长方体罐体上，虽然有时安装两个大功率机械搅拌器，但 大罐的四角仍然有钻井液无法得到充分搅拌的死角；由于罐系平底，沉砂很难清除干净； 矩形长方体罐的砂泵及钻井泵的吸入中心由于沉砂问题，不得不设置在较高的位置，不但 影响泵效，其而且底部液体无法完全吸入而达到全循环等等缺陷存在。国外，在20世纪80年代曾有报道，建议采用圆柱形固控循环罐以克服以上矩形长 方体罐的缺陷，但一直未有工业规模的应用。国内，最近已有关于圆柱形钻井固控系统的专 利(ZL200720098376. 6)报道，并有规模用于钻井行业的现场实例，但仍存在以下问题1.圆柱形罐底采用封头结构，底部坡角较小，清砂及泵的吸入条件虽有所改善，但 未彻底解决沉砂及全循环问题。2.由于循环罐由2到6个子罐组成，因此大功率机械搅拌器的数量增加数倍，耗能 大增。3.不能彻底的清除罐底内粘度相对较大的钻井液内的沉砂问题。
发明内容本实用新型的目的，是针对上述技术问题通过采用圆柱锥底罐代替圆柱形封头 罐，水力喷射搅拌代替机械搅拌，底部圆锥形沉砂收集器代替清砂门，同心安装的泵的吸入 口管路代替仍有一定吸收高度的圆柱形封头罐吸入口，采用压缩空气排液的方式代替人工 清淤作业。本实用新型的技术方案如下本实用新型提供的一种水力喷射搅拌的圆柱锥底罐钻井固控系统，该系统由若干 个循环罐组成，循环罐则由安装在底座上的2到6个圆柱锥底罐及附件组成，附件包括每个 圆柱锥底罐顶部设有能进行密封的人孔盖板，圆柱锥底罐中部设有水力喷射搅拌装置，圆 柱锥底罐的上部一侧设有大直径溢流连通管，另一侧设有压缩空气管路，圆柱锥底罐的最 下部设圆锥形沉砂收集器及砂泵及钻井泵的吸入管路。圆柱锥底罐的锥角为35° 40°。 多个水力喷射搅拌装置安装在同一个水平面上，并均勻分布在圆柱锥底罐的外壁上，由一 根圆形管线互相连通，管线与砂泵相连，水力喷射搅拌装置中的喷射本体用螺柱与罐壁固 紧，固紧螺栓可选择四个位置固定，喷射本体的端部垂直方向上安装有由超硬材料制造的 喷嘴。圆柱锥底罐上部一侧的溢流管通过一个溢流控制间阀与圆柱锥底罐相接，圆柱锥底 罐上部的另一侧的压缩空气管线与圆柱锥底罐之间安装有压缩空气控制闸阀，圆柱锥底罐 下部设有圆锥形沉砂收集器，沉砂收集器中部设有一根圆形高压冲砂盘管，圆形高压冲砂盘管上均布着12个向下的圆孔，管线的端部安装有高压闸阀，并与高压泵连接，沉砂收集器外部安装有清砂阀门。泵的吸入管线安装在沉砂收集器的中部，其吸入进口略高于沉砂 收集器的上端，吸入管线的外部安装有吸入控制阀，各控制阀的另一端与下部循环罐吸入 总管汇连接在一起，循环罐吸入总管汇端则根据振动筛罐、吸入罐、储备罐及混合罐分别接 入砂泵或钻井泵。本实用新型与现有技术相比，其优点在于1.本实用新型所采用的圆柱锥底罐结构和水力喷射搅拌装置后，沿罐壁旋转的钻 井液在内部离心流场及垂直拢动的作用下，使罐内液体得到充分搅拌，同时将钻井液中的 大颗粒固相抛向罐壁而沿锥壁沉入圆锥形沉砂收集器内。本实用新型去掉了所有大功率机 械搅拌器，而搅拌的水功率的耗能远小于机械耗能，这一装置在运行过程中对钻井液中的 有害固相将进行进一步控制，从而改善了钻井液的固相含量，对提高钻井速度、降低成本至 关重要。2.在整个圆柱锥底罐组成的固控系统中采用圆锥形沉砂收集器，清砂效果好，所 有泵(砂泵、钻井泵)灌注充分、吸入完全，除圆锥形沉砂收集器中高浓度的砂浆外，缸内的 液体参与了全循环，提高了砂泵及钻井泵的泵效，减少了各泵的磨损。3.压缩空气清罐方法，可以加快稀稠钻井液的清罐速度，减小劳动强度，缩短循环 罐装运的等待时间。
图1是本实用新型外形结构示意图，图Ia是正视图，图Ib是俯视图。其中，1-循环罐底座，2-人孔盖板，3-圆柱锥底罐，4-水力喷射搅拌装置的进液管 线，5-大直径溢流连通管，6-压缩空气接头，7-冲砂高压管线，8-锥形沉砂收集器，9-泵吸 入汇总管线。图2是本实用新型圆柱锥底罐的结构示意图，图2a是正视图，图2b是K-K处的剖面图。其中，10-压缩空气控制阀门，11-水力喷射搅拌装置，12-大直径溢流管控制阀 门，13-高压管线控制阀，14-环形冲砂盘管，15-清砂阀门，16-圆柱锥底罐下部泵的吸入管 线控制阀，17-吸入管线，18-锥面上的砂砾，19-泵入钻井液的入口。图3是本实用新型水力喷射搅拌装置的结构示意放大图，图3a是水力喷射搅拌装 置放大图，图3b是M方向放大图。其中，20-固定螺钉，21-0型密封圈，22-喷射体，23-四个固定螺孔，24-喷嘴。
具体实施方式
结合图1、图2和图3说明如下如图1所示，一种水力喷射搅拌的圆柱锥底罐钻井固控系统，每个钻井液循环罐 包括底座1以及并排安装在上面的4 6个圆柱锥底罐3及附件，附件包括每个圆柱锥底 罐都设有可密封的人孔盖板2，罐的中部安装有水力喷射搅拌装置4，罐的同一侧设有大直 径的溢流连通管5，另一侧设有压缩空气接头6，每一个罐的底部都设有圆锥形沉砂收集器 8、高压冲砂管线7以及吸入口汇总管线9，各个循环罐的吸入口汇总管线要根据循环罐的不同用途振动筛罐、吸入罐、储备罐或混合罐来接入砂泵或钻井泵。圆柱锥底罐工作方式如图2所示，水力喷射搅拌器装置7由指定的循环罐的吸入 汇总管线9种接入砂泵，将钻井液进入圆周6个水力喷射搅拌转装置内，并由搅拌装置中的 喷嘴，将速度达到6 15m/sec的钻井液沿罐壁的切向喷出，带动罐内钻井液旋转，液体中 的大颗粒固相悬浮物在离心力的作用下，在罐壁附近聚集，在内流场的作用下，砂粒18沿 锥体壁向下滑移至沉砂收集器8内，而罐的中心部分的钻井液含砂相对较少，再次由砂泵 吸入后参与喷射搅拌过程，这一过程与除砂器的作用原理类似。我们知道，泥质石英粉砂岩的自然坡角为35° 40°，圆柱锥底罐的锥角设定为 35°，是防止沉砂在锥面上堆集的最小角度，也是最较为优化的锥角，锥度角可以再加大， 但大大减少了圆柱锥底罐的容积。如图3所示，如要调整喷嘴24与水平面的夹角，可将固定螺钉20松开更换一个位 置即可，喷射本体22旋转一个角度，喷嘴21 —起转动，每向下更换一个位置，喷射液流的 夹角增大5°，调整不同的喷射角，有利于不同理化性能各异的钻井液的悬浮能力和沉砂能 力。
权利要求一种水力喷射搅拌的圆柱锥底罐钻井固控系统，其特征是该系统由若干个循环罐组成，每个循环罐包括底座以及底座上安装的2到6个圆柱锥底罐及附件组成，附件包括每个圆柱锥底罐顶端设有的人孔盖板，圆柱锥底罐中部设有的水力喷射搅拌装置，圆柱锥底罐上部一侧设有的大直径溢流连通管和另一侧设有的压缩空气管路，圆柱锥底罐的最下部设有的圆锥形沉砂收集器、砂泵以及钻井泵的吸入管路。
2.根据权利要求1所述的一种水力喷射搅拌的圆柱锥底罐钻井固控系统，其特征是圆 柱锥底罐的最优锥角为35° 40°。
3.根据权利要求1所述的一种水力喷射搅拌的圆柱锥底罐钻井固控系统，其特征是多 个水力喷射搅拌装置在同一水平面上均勻安装在圆柱锥底罐中部的外壁上，并由一根圆形 管线互相连通，管线进口与砂泵相连，水力喷射装置中的喷射本体用螺柱与罐壁固紧，应用 密封圈密封，固紧螺栓可选择四个位置固定，喷射本体的端部垂直方向上安装有由超硬材 料制造的喷嘴。
4.根据权利要求1所述的一种水力喷射搅拌的圆柱锥底罐钻井固控系统，其特征是每 一个圆柱锥底罐上部一侧的大直径溢流管通过一个溢流控制间阀与圆柱锥底罐相连接，而 各循环罐之间的大直径溢流管联接在一起，圆柱锥底罐的另一侧的压缩空气管线与圆柱锥 底罐之间安装有压缩空气控制闸阀。
5.根据权利要求1所述的一种水力喷射搅拌的圆柱锥底罐钻井固控系统，其特征是 圆柱锥底罐下部设有圆锥形沉砂收集器，沉砂收集器外部安装有清砂阀门，沉砂收集器中 部设有一根高压冲砂盘管，盘管上均布着12个向下的圆孔，冲砂管线的端部安装有高压闸 阀，并与高压泵连接。
6.根据权利要求1所述的一种水力喷射搅拌的圆柱锥底罐钻井固控系统，其特征是泵 的吸入管线安装在圆锥形沉砂收集器的中部，其吸入进口略高于沉砂收集器的上端，吸入 管线的外部安装有吸入控制阀，各吸入控制阀的另一端与循环罐吸入总管汇连接在一起， 循环罐吸入总管汇端则根据振动筛罐、吸入罐、储备罐及混合罐的需要分别接入砂泵或钻 井泵。
专利摘要一种水力喷射搅拌的圆柱锥底罐钻井固控系统，它由若干个圆柱锥底罐及附件组成。圆柱锥底罐的顶端有一个人孔盖板，罐的中部均匀分布着多个水力喷射搅拌装置，砂泵灌注的钻井液沿罐内壁切线方向高速喷射，带动罐内钻井液旋转，并在离心力的作用下，较大的固相颗粒沿着锥底斜面进入圆锥形沉砂收集器内，在高压冲砂盘管的冲洗下由清砂控制阀门排出，而砂泵的吸入管位于圆锥形沉砂收集器的中部，能够将罐内所有钻井液吸出。圆柱锥底罐上的斜面防止了沉砂聚集在罐底，在水力喷射搅拌的过程中，圆柱锥底罐类似于一个大型除砂器，以此降低钻井液的固相含量。本实用新型具有搅拌均匀，清砂彻底，砂泵吸入完全，泵效较高的优点。
文档编号E21B21/01GK201723188SQ20092003429
公开日2011年1月26日 申请日期2009年8月21日 优先权日2009年8月21日
发明者耿忠厚, 耿锋 申请人:西安科迅机械制造有限公司