一种录井用仿生减污油气分离装置的制作方法

本发明属油气勘探技术领域，具体涉及一种录井用仿生减污油气分离装置。

背景技术：

目前录井工作脱气环节应用半透膜脱气技术的脱气方法还很匮乏，油气分离形式比较单一，针对改变半透膜结构和覆盖方式从而改善油气分离性能的装置少之又少。

基于半透膜脱气技术的油气分离装置受限于半透膜的耐压性和抗冲击性，其使用寿命较短，从而造成很高的使用成本。

油气分离装置的工作环境较恶劣，钻井液中含大量泥沙等杂质，易沉积于半透膜表面，从而影响油气分离装置的效率和准确性。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种录井用仿生减污油气分离装置，通过该装置独特的半透膜脱气单元结构和排布方式，有效改善钻井液在脱气罩上分布的均匀性，显著降低钻井液颗粒的沉积，同时稳流罩结构能被动控制经过脱气罩钻井液的流量，使之更均匀，从而缓冲钻井液对半透膜脱气单元的冲击，有效提高装置脱气效率，延长装置使用寿命。

自然界中许多植物的叶片排列方式符合严格的数学法则，这种排列规律称之为“叶序”，如向日葵花盘，其种子排列顺序符合斐波那契数列规律，这样的排布方式一方面使种子能够最大限度的排列在花盘上，另一方面使每朵小花受光更均匀，另外还可增加迎风时的稳定性。本发明受向日葵花盘结构及种子排布规律启发，将半透膜脱气单元按向日葵花盘种子排列顺序排布在脱气罩盘面上，从而在增加排布数目的前提下改善钻井液在脱气罩上分布的均匀性，减少对脱气单元的冲击，同时盘面弧形结构能提高装置抗压性能。

研究表明，鲨鱼皮肤表面的“肤齿”结构不仅能降低其游动过程中的阻力，还能起到减少微生物附着、减污自洁的功能，其皮肤表面通过改变“鳞盾”的角度改变“肤齿”的迎流角形成独特的流场形式，为本发明中半透膜脱气单元的设计提供了仿生参考，通过将齿形半透膜固定在柔性环状基座上来实现改变半透膜迎流角的功能，齿形半透膜表面也会形成独特的流场形式，使细小的钻井液颗粒不易沉积从而保持半透膜表面的整洁性，保证油气分离装置的脱气效率和准确性。

本发明由稳流罩A、脱气罩B、垫片C、后盖D、4个调节螺母1、6个固定螺钉2和4个固定螺母3组成，稳流罩A、4个调节螺母1、脱气罩B、垫片C、后盖D和4个固定螺母3自左至右顺序排列，其中4个调节螺母1分别螺纹连接于稳流罩A的4个支脚6中部，稳流罩A中4个支脚6的右部分别穿过脱气罩B中4个调节孔Ⅰ15、垫片C中4个调节孔Ⅱ18和后盖D中4个调节孔Ⅲ26，4个支脚6的右端分别与4个固定螺母3螺纹连接。

6个固定螺钉2自右至左分别穿过后盖D中6个固定孔Ⅲ25、垫片C中6个固定孔Ⅱ19与脱气罩B中6个固定孔Ⅰ14螺纹连接，将脱气罩B、垫片C和后盖D固接成一体。

所述的稳流罩A由8个弹性片4、底圈5和4个支脚6组成，其中8个弹性片4均为相同的等腰三角形，等腰三角形的底边长度L₂为35mm、高t₁为40mm，顶角设有半径r₁为1.5mm的倒角。

弹性片4上设有宽L₅为2-3mm的镂空槽Ⅰ7、镂空槽Ⅱ8、镂空槽Ⅲ9、镂空槽Ⅳ10和镂空槽Ⅴ11；

镂空槽Ⅰ7、镂空槽Ⅱ8、镂空槽Ⅲ9、镂空槽Ⅳ10和镂空槽Ⅴ11的两端均设有半径r₂为1-1.5mm的圆弧；镂空槽Ⅲ9的纵轴线与等腰三角形底边的中垂线重合。镂空槽Ⅴ11、镂空槽Ⅰ7和镂空槽Ⅳ10、镂空槽Ⅱ8对称设于镂空槽Ⅲ9两边；镂空槽Ⅴ11和镂空槽Ⅳ10的长度t₄均为8-10mm，镂空槽Ⅴ11和镂空槽Ⅳ10的纵轴线间距L₄为8-10mm；镂空槽Ⅰ7和镂空槽Ⅱ8的长度t₆均为12-14mm，镂空槽Ⅰ7和镂空槽Ⅱ8的纵轴线间距L₃为14-16mm；镂空槽Ⅲ9的长度t₂为27-29mm，镂空槽Ⅲ9的底端与等腰三角形底边的间距t₃为4mm；镂空槽Ⅰ7和镂空槽Ⅱ8的底端与等腰三角形底边的间距t₇为2mm；镂空槽Ⅳ10和镂空槽Ⅴ11的底端与等腰三角形底边的间距t₅为15mm；

底圈5为正八边形，正八边形的外接圆直径D₁为100mm；8个弹性片4的等腰三角形底边与底圈5的正八边形边固接；弹性片4与底圈5平面的夹角θ₁为30°,每个弹性片的弹性系数为260N/m—500N/m。

支脚6的长度L₁为24mm，4个支脚6上均设有螺纹，4个支脚6的左端均布并固接于底圈5中正八边形的4个顶端。

所述的脱气罩B由底环13、球冠形盘面12和半透膜脱气单元E组成，底环13外圆直径D₂为100mm，底环13内圆直径D₃为85-90mm，外圆和内圆之间平面圆周上均布4个调节孔Ⅰ15和6个固定孔Ⅰ14，4个调节孔Ⅰ15内设有内螺纹，4个调节孔Ⅰ15和6个固定孔Ⅰ14的孔径均为3mm，4个调节孔Ⅰ15与6个固定孔Ⅰ14最接近的夹角α₁为15°；底环13的厚度T₁为4mm，球冠形盘面12所在球体的半径R₁为90-110mm，球冠形盘面12高h₁为10mm；半透膜脱气单元E按叶序理论的斐波那契螺旋规律i在球冠形盘面12上排布，其排布公式为：

其中：R为第n个半透膜脱气单元的极坐标半径；R₀为半透膜脱气单元的半径，取3-5mm；K为叶序参数，取5-8；n为从中心向外节点的序号，例：半透膜脱气单元排布的第一个点n＝0，第二个点n＝1，以此类推；θ为极坐标系中第n个点与第n+1个点之间的夹角。

所述的半透膜脱气单元E由柔性环状基座17和齿形半透膜16组成；柔性环状基座17外径D₄为14mm，厚度T₂为2mm，高度h₂为2mm；齿形半透膜16截面轮廓正中部设有夹角α₂为75°的6个齿，齿顶所在圆的半径R₂为7mm，齿根所在圆的半径R₃为6mm，齿形半透膜16由截面轮廓绕轴o-o旋转180°形成，齿形半透膜16底端与柔性环状基座17上端固接。

所述的垫片C外径D₅为100mm，内径D₆为90mm，厚度为2mm，垫片C中直径为95mm圆周上均布有4个调节孔Ⅱ18和6个固定孔Ⅱ19，4个调节孔Ⅱ18和6个固定孔Ⅱ19的孔径和孔位分布与脱气罩B中4个调节孔Ⅰ15和6个固定孔Ⅰ14相同。

所述的后盖D为回转体，由圆台20、盖板21、凸台22、样气输出管23和6个载气输入管24组成，其中圆台20的外圆直径D₇为100mm，圆台20的内圆直径D₈为85-90mm，圆台20的厚度T₃为4mm，圆台20的外圆和内圆之间的平面上均布有4个调节孔Ⅲ26和6个固定孔Ⅲ25，4个调节孔Ⅲ26和6个固定孔Ⅲ25的孔径和孔位分布与脱气罩B中4个调节孔Ⅰ15和6个固定孔Ⅰ14相同。

盖板21与圆台20竖直平面的夹角θ₂为20°；盖板21左端与圆台20的内圈固接，盖板21右端与凸台22底端固接，凸台22为圆柱形，凸台22的外径D₁₂为50mm，凸台22的中心固接样气输出管23，样气输出管23的外径D₁₃为12-14mm，样气输出管23的内径D₁₁为10mm，样气输出管23右端与圆台20左端竖直平面的距离L₆为35-40mm。

凸台22中直径D₁₀为50mm的圆周上均布6个载气输入管24，凸台22右端面与圆台20左端竖直平面的距离L₇为25mm。

载气输入管24的内径D₉为5mm，载气输入管24的外径D₁₄为7-9mm，载气输入管24的长度L₈为32-36mm，载气输入管24左端凸出圆台20左端竖直平面的长度L₉为4mm。

本发明的工作过程如下：

钻井液经稳流罩A的缓冲稳流作用，较均匀的分布到脱气罩盘面上，脱气罩盘面上半透膜脱气单元E独特的结构和叶序排列方式使钻井液分布更加均匀，在半透膜脱气单元表面形成独特的流场形式，有利于降低钻井液细微颗粒在半透膜表面的沉积，保证其整洁性，分离出的气体在脱气罩B和后盖D形成的腔体中和载气混合，通过样气输出管道15输出至检测装置。

本发明的有益效果在于：

1.稳流罩能借助钻井液的冲击改变其与外圈平面的夹角从而改变钻井液的通过面积，实现被动控制经过脱气罩钻井液的流量，使之更稳定均匀，从而缓冲钻井液对半透膜脱气单元的冲击，提高装置使用寿命。

2.脱气罩独特的半透膜脱气单元结构和排布方式，有效改善钻井液在脱气罩上分布的均匀性，减少对脱气单元的冲击，齿形半透膜能显著降低钻井液细微颗粒的沉积，从而保持半透膜表面的整洁性，保证油气分离装置的脱气效率和准确性。

附图说明

图1为录井用仿生减污油气分离装置拆解示意图

图2为稳流罩的侧视图

图3为稳流罩的俯视图

图4为图3中剖视图A-A

图5为稳流罩弹性片的结构示意图

图6为脱气罩侧视图

图7为脱气罩盘面示意图

图8为半透膜脱气单元结构示意图

图9为图8中剖视图B-B

图10为垫片结构示意图

图11为后盖立体图

图12为后盖主视图

图13为后盖结构示意图

其中：A.稳流罩 B.脱气罩 C.垫片 D.后盖 E.半透膜脱气单元 1.调节螺母 2.固定螺钉 3.固定螺母 4.弹性片 5.底圈 6.支脚 7.镂空槽Ⅰ 8.镂空槽Ⅱ 9.镂空槽Ⅲ10.镂空槽Ⅳ 11.镂空槽Ⅴ 12.球冠形盘面 13.底环 14.固定孔Ⅰ 15.调节孔Ⅰ16.齿形半透膜 17.柔性环状基座 18.调节孔Ⅱ 19.固定孔Ⅱ 20.圆台 21.盖板22.凸台 23.样气输出管 24.载气输入管 25.固定孔Ⅲ 26.调节孔Ⅲ

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步分析。

如图1所示，本发明由稳流罩A、脱气罩B、垫片C、后盖D、4个调节螺母1、6个固定螺钉2和4个固定螺母3组成，稳流罩A、4个调节螺母1、脱气罩B、垫片C、后盖D和4个固定螺母3自左至右顺序排列，其中4个调节螺母1分别螺纹连接于稳流罩A的4个支脚6中部，稳流罩A中4个支脚6的右部分别穿过脱气罩B中4个调节孔Ⅰ15、垫片C中4个调节孔Ⅱ18和后盖D中4个调节孔Ⅲ26，可通过调节螺母控制稳流罩距离盘面的高度。4个支脚6的右端分别与4个固定螺母3螺纹连接。6个固定螺钉2自右至左分别穿过后盖D中6个固定孔Ⅲ25、垫片C中6个固定孔Ⅱ19与脱气罩B中6个固定孔Ⅰ14螺纹连接，将脱气罩B、垫片C和后盖D固接成一体。

如图3、图5所示，稳流罩A由8个弹性片4、底圈5和4个支脚6组成，其中8个弹性片4均为相同的等腰三角形，等腰三角形的底边长度L₂为35mm、高t₁为40mm，顶角设有半径r₁为1.5mm的倒角。弹性片4上设有宽L₅为2-3mm的镂空槽Ⅰ7、镂空槽Ⅱ8、镂空槽Ⅲ9、镂空槽Ⅳ10和镂空槽Ⅴ11；镂空槽Ⅰ7、镂空槽Ⅱ8、镂空槽Ⅲ9、镂空槽Ⅳ10和镂空槽Ⅴ11的两端均设有半径r₂为1-1.5mm的圆弧；镂空槽Ⅲ9的纵轴线与等腰三角形底边的中垂线重合。镂空槽Ⅴ11、镂空槽Ⅰ7和镂空槽Ⅳ10、镂空槽Ⅱ8对称设于镂空槽Ⅲ9两边；镂空槽Ⅴ11和镂空槽Ⅳ10的长度t₄均为8-10mm，镂空槽Ⅴ11和镂空槽Ⅳ10的纵轴线间距L₄为8-10mm；镂空槽Ⅰ7和镂空槽Ⅱ8的长度t₆均为12-14mm，镂空槽Ⅰ7和镂空槽Ⅱ8的纵轴线间距L₃为14-16mm；镂空槽Ⅲ9的长度t₂为27-29mm，镂空槽Ⅲ9的底端与等腰三角形底边的间距t₃为4mm；镂空槽Ⅰ7和镂空槽Ⅱ8的底端与等腰三角形底边的间距t₇为2mm；镂空槽Ⅳ10和镂空槽Ⅴ11的底端与等腰三角形底边的间距t₅为15mm；

如图3、图4所示，底圈5为正八边形，正八边形的外接圆直径D₁为100mm；8个弹性片4的等腰三角形底边与底圈5的正八边形边固接；弹性片4与底圈5平面的夹角θ₁为30°,每个弹性片的弹性系数为260N/m—500N/m。

如图2所示，支脚6的长度L₁为24mm，4个支脚6上均设有螺纹，4个支脚6的左端均布并固接于底圈5中正八边形的4个顶端。

如图6、图7所示，脱气罩B由底环13、球冠形盘面12和半透膜脱气单元E组成，底环13外圆直径D₂为100mm，底环13内圆直径D₃为85-90mm，外圆和内圆之间平面圆周上均布4个调节孔Ⅰ15和6个固定孔Ⅰ14，4个调节孔Ⅰ15内设有内螺纹，4个调节孔Ⅰ15和6个固定孔Ⅰ14的孔径均为3mm，4个调节孔Ⅰ15与6个固定孔Ⅰ14最接近的夹角α₁为15°；底环13的厚度T₁为4mm，球冠形盘面12所在球体的半径R₁为90-110mm，球冠形盘面12高h₁为10mm；半透膜脱气单元E按叶序理论的斐波那契螺旋规律i在球冠形盘面12上排布，其排布公式为：

其中：R为第n个半透膜脱气单元的极坐标半径；R₀为半透膜脱气单元的半径，取3-5mm；K为叶序参数，取5-8；n为从中心向外节点的序号，例：半透膜脱气单元排布的第一个点n＝0，第二个点n＝1，以此类推；θ为极坐标系中第n个点与第n+1个点之间的夹角。

如图8、图9所示，半透膜脱气单元E由柔性环状基座17和齿形半透膜16组成；柔性环状基座17外径D₄为14mm，厚度T₂为2mm，高度h₂为2mm；齿形半透膜16截面轮廓正中部设有夹角α₂为75°的6个齿，齿顶所在圆的半径R₂为7mm，齿根所在圆的半径R₃为6mm，齿形半透膜16由截面轮廓绕轴o-o旋转180°形成，齿形半透膜16底端与柔性环状基座17上端固接。

如图10所示，垫片C外径D₅为100mm，内径D₆为90mm，厚度为2mm，垫片C中直径为95mm圆周上均布有4个调节孔Ⅱ18和6个固定孔Ⅱ19，4个调节孔Ⅱ18和6个固定孔Ⅱ19的孔径和孔位分布与脱气罩B中4个调节孔Ⅰ15和6个固定孔Ⅰ14相同。

如图11、图12、图13所示，后盖D为回转体，由圆台20、盖板21、凸台22、样气输出管23和6个载气输入管24组成，其中圆台20的外圆直径D₇为100mm，圆台20的内圆直径D₈为85-90mm，圆台20的厚度T₃为4mm，圆台20的外圆和内圆之间的平面上均布有4个调节孔Ⅲ26和6个固定孔Ⅲ25，4个调节孔Ⅲ26和6个固定孔Ⅲ25的孔径和孔位分布与脱气罩B中4个调节孔Ⅰ15和6个固定孔Ⅰ14相同。

如图12、图13所示，盖板21与圆台20竖直平面的夹角θ₂为20°；盖板21左端与圆台20的内圈固接，盖板21右端与凸台22底端固接，凸台22为圆柱形，凸台22的外径D₁₂为50mm，凸台22的中心固接样气输出管23，样气输出管23的外径D₁₃为12-14mm，样气输出管23的内径D₁₁为10mm，样气输出管23右端与圆台20左端竖直平面的距离L₆为35-40mm。

凸台22中直径D₁₀为50mm的圆周上均布6个载气输入管24，凸台22右端面与圆台20左端竖直平面的距离L₇为25mm。

载气输入管24的内径D₉为5mm，载气输入管24的外径D₁₄为7-9mm，载气输入管24的长度L₈为32-36mm，载气输入管24左端凸出圆台20左端竖直平面的长度L₉为4mm。