一种适用于钻井的环保粒子循环系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到油气钻井工程技术领域，尤其涉及一种适用于钻井的环保粒子循环系统。
【背景技术】
[0002]目前常规的钻井技术是利用井底钻头的钻压和旋转实现机械破岩，达到钻进的目的，钻台上设置有旋转控制头，这种方式在遇到深部硬地层和强研磨地层时，仅依靠钻头的机械作用进行破岩，泥浆的作用只是携带岩肩，无法实现水力加机械的联合破岩效果，存在钻速慢、周期长、成本高的问题。
[0003]近年来，粒子冲击钻井技术作为一项革命性的提速技术，得到了广泛的应用；粒子冲击钻井是一种通过将直径1-3毫米的球形钢粒注入井底，以辅助破碎深部硬地层和强研磨地层的钻井技术。现有技术的粒子冲击钻井系统粒子循环路径为:井内返出的粒子、岩肩和泥浆混合物依次通过井队振动筛和粒子冲击钻井系统射流混浆器、磁选机、振动筛、岩肩储存漏斗等，将返出的粒子从岩肩和泥浆混合物中分离并储存于粒子储存罐内，再通过注入装置注入井内，形成钻井循环。现有技术的粒子冲击钻井系统粒子循环路径存在的问题是:泥浆泄漏点多，易造成环境污染；岩肩需人工处理，劳动强度大；设备多、安装位置分散，安装复杂、耗时长。
[0004]粒子冲击钻井效果的好坏，其中一个关键因子便是粒子注入装置，现有技术的粒子注入装置通常采用单高压罐式注入结构，无法实现粒子连续注入；且高压罐质量和体积较大，运输不方便，高压区覆盖面广，安全风险高；此外，还存在地面单位面积承压大，需通过水泥固化加强地基，耗时长、费用高的问题。
[0005]公开号为CN201627534U，公开日为20101110的中国专利文献公开了一种粒子冲击钻井装置，其特征是:该装置主要由粒子注入系统、粒子分离系统、粒子输送系统和粒子存储处理系统组成；钻井泵泵出的泥浆管路中连接有所述的粒子注入系统，泥浆返回管路中连接有所述的粒子分离系统。
[0006]该专利文献公开的粒子冲击钻井装置，从井底返回的带有钢颗粒的泥浆通过高架管和振动筛流入管直接进入振动筛，筛分后的泥浆及大的岩肩通过振动筛流出管送至原振动筛进行进一步处理，整个过程中存在泥浆泄漏点多的问题，极易造成环境污染。
[0007]公开号为CN 203742449U，公开日为2014年07月30日的中国专利文献公开了一种粒子立式注入装置，其特征在于:包括高压容器，高压容器的上部设置进料管，底部设置出料管，出料管上设置倾斜出口，高压容器内设置旋转轴，旋转轴上设置螺旋齿，旋转轴和高压容器的顶部和底部之间分别设置上密封体和下密封体，上密封体和旋转轴之间、下密封体和旋转轴之间均设置轴承，上下端的轴承外侧分别设置上端盖和下端盖，上端盖上轴向设置泄压孔，旋转轴底部通过联轴器连接电机，电机通过支撑筋固定在支腿上，高压容器固定在支腿上，倾斜出口连接高压液动阀，高压液动阀连接高压三通。
[0008]该专利文献公开的粒子立式注入装置，虽然可使粒子均匀下落，避免粒子在高压容器底部堆积，但是，无法实现粒子连续注入，钻井速度相当有限；采用的高压容器质量和体积较大，造成地面单位面积承压大，需通过水泥固化加强地基，耗时长、费用高。
[0009]公开号为CN 103195363A，公开日为2013年07月10日的中国专利文献公开了一种负压射流式粒子冲击钻井注入装置，包括高压粒子注入罐，高压粒子注入罐顶部设置进料口，底部设置出料口，其特征在于:进料口一侧安装平衡压力射流管，平衡压力射流管一端设置射流防堵喷头，另一端置于主管汇顶部，射流防堵喷头位于高压粒子注入罐底部，出料口底部设置负压粒子注入管，负压粒子注入管一端设置喷嘴，喷嘴连通主管汇，主管汇底部设置调节管，调节管末端连通负压粒子注入管出口，调节管内设置调节阀。
[0010]该专利文献公开的负压射流式粒子冲击钻井注入装置，采用自旋转式射流防堵喷头，对高压粒子注入罐出料口实现全方位、多角度搅动，能够解决高压粒子注入罐底部堵塞问题，但是，该装置同样无法实现粒子连续注入，钻井速度受到限制；而且采用的高压粒子注入罐质量和体积较大，安装和运输都较为不便。
【发明内容】
[0011]本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种适用于钻井的环保粒子循环系统，本发明采用双注入泵连续注入装置，保证粒子注入的连续性，有效提高了粒子冲击钻井效率，将井内返出的粒子、岩肩和泥浆混合物直接引流至回收装置，极大的减少了泥浆泄漏点，降低了环境污染。
[0012]本发明通过下述技术方案实现:
一种适用于钻井的环保粒子循环系统，包括钻台、注入装置和回收装置，其特征在于:所述注入装置包括渣浆泵、螺杆输送机和通过高压管线与钻井立管连接的粒子混合料斗，所述粒子混合料斗内设置有换向管，换向管上连接有驱动换向管左右摆动的摆动液压缸，粒子混合料斗上连接有第一输送缸和第二输送缸，第一输送缸内设置有第一活塞，第二输送缸内设置有第二活塞，第一活塞通过第一活塞杆连接在第一液压缸上，第二活塞通过第二活塞杆连接在第二液压缸上，所述换向管一端与高压管线连通，另一端与第一输送缸或第二输送缸连通，渣浆泵通过第一管道与粒子混合料斗连通，螺杆输送机通过第二管道与粒子混合料斗连通，所述回收装置包括磁选机、井队振动筛、旋转储罐和砂浆泵，磁选机通过第一管线连接在钻台的旋转控制头上，所述磁选机下方通过第二管线连接有泥浆罐，所述泥浆罐通过第三管线与砂浆泵连接，砂浆泵通过第四管线与井队振动筛连接，所述磁选机上连接有水平输送机，水平输送机与所述旋转储罐连接，旋转储罐与渣浆泵连接。
[0013]还包括旋转轴，所述摆动液压缸包括缸体、活塞、活塞杆、摆杆和连接在摆杆上的花键，活塞通过活塞杆与摆杆连接，花键通过旋转轴与换向管连接。
[0014]所述粒子混合料斗内设置有螺旋式搅拌器，螺旋式搅拌器由螺旋搅拌棒和驱动螺旋搅拌棒转动的搅拌电机构成，螺旋搅拌棒位于粒子混合料斗内，搅拌电机位于粒子混合料斗外。
[0015]所述高压管线上连接有箭型止回阀。
[0016]所述第一液压缸和第二液压缸均为双杆液压缸。
[0017]所述换向管内连接有两个密封圈，两个密封圈分别位于换向管的两端。
[0018]所述螺旋搅拌棒上设置有搅拌叶片，搅拌叶片与螺旋搅拌棒滑动连接。
[0019]所述换向管的横截面呈“ S ”型。
[0020]所述旋转储罐包括罐体、位于罐体内的螺旋叶片、支撑架、筛桶和驱动罐体旋转的电机，螺旋叶片和支撑架固定连接在罐体的内壁上，筛桶通过支撑架与螺旋叶片连接。
[0021]所述泥浆罐由圆柱罐体和锥形罐体构成，锥形罐体位于圆柱罐体下方，锥形罐体和圆柱罐体为一体成型结构。
[0022]所述第二管线上连接有输送泵。
[0023]本发明的工作原理如下:
在粒子冲击钻井过程中，首先螺杆输送机将粒子钻井回收装置中分离储存的粒子通过第二管道添注至粒子混合料斗内，并通过调整螺杆输送机的螺杆转速来控制粒子的添注速度，并通过渣浆泵向粒子混合料斗内泵送泥浆，并维持粒子混合料斗内粒子、泥浆混合物占粒子混合料斗容积的1/2-2/3之间；其次，打开螺旋式搅拌器，搅拌电机带动螺旋搅拌棒不断搅动，充分混合泥浆和粒子，以保证粒子注入井内的均匀性。最后，当粒子混合料斗内粒子、泥浆混合物达到其容积的1/2时，启动第一液压缸和第二液压缸，第一液压缸驱动第一活塞杆收缩第一活塞进入添注冲程，同时摆动液压缸启动，摆动换向管到第二输送缸处，使换向管迅速与第二输送缸连通，粒子混合料斗内的粒子、泥浆混合物便添注入第一输送缸内；与此同时，第二液压缸驱动第二活塞杆推动第二活塞进入压缩冲程，挤压来自粒子混合料斗并储存在第二输送缸内的粒子、泥浆混合物，粒子、泥浆混合物通过换向管注入高压管线内，并最终进入井内循环；当第二活塞运动至极限位置，压缩冲程结束，第二液压缸驱动第二活塞杆收缩第二活塞进入添注冲程，摆动液压缸再将换向管摆动到第一输送缸处，并与第一输送缸连通，第一液压缸驱动第一活塞杆推动第一活塞由添注冲程转为压缩冲程，将第一输送缸内的粒子、泥浆混合物通过换向管注入高压管线内，并最终进入井内循环，实现了第一输送缸和第二输送缸的交替运行，使粒子能够被连续注入井内；井内返出的泥浆、岩肩和粒子混合物直接通过旋转控制头和第一管线引流到磁选机内，磁选机在泥浆、岩肩和粒子混合物中筛选出粒子，并通过水平输送机将粒子运输至旋转储罐内储存，岩肩和泥浆落入磁选机下方的泥浆罐内，通过砂浆泵和第四管线直接将泥浆罐内的岩肩、泥浆混合物直接泵至井队振动筛，就实现了粒子的分离和回收，分离出的粒子储存在旋转储罐内，再由渣浆泵泵至粒子混合料斗内，自此便实现了粒子在整个钻井过程中的循环使用。
[0024]本发明的有益效果主要表现在以下方面:
一、本发明，