一种粒子冲击钻井用磁通量动态调节系统的制作方法

本实用新型涉及石油钻井技术领域，尤其是涉及一种粒子冲击钻井用磁通量动态调节系统。

背景技术：

粒子冲击钻井技术属于石油勘探行业一项新型前沿钻井技术，主要利用直径1～3mm的钢珠粒子对岩石进行高速、高频冲击，借助瞬间作用力快速破碎岩石，从而实现在坚硬、难钻地层中的高效钻进。粒子冲击钻井技术是基于粒子冲击钻井系统来应用的，粒子冲击钻井系统主要包括粒子注入系统和粒子分离系统，其中，粒子分离系统的作用是从井底返出的粒子、钻井液、岩屑等混合浆料中将粒子分离出来，重新注入井底，提高粒子使用率，以实现循环利用。

目前，粒子分离回收方式主要有如下两种：其一为振动式回收，利用单级或者多级振动筛，将粒子、钻井液、岩屑等混合浆料进行分离，该方式实现简单，但无法将粒子与同尺寸的岩屑分离，长期应用会影响粒子钻井的破岩效率；其二为磁选式回收，利用钢珠粒子可被磁选的特性，将粒子、钻井液、岩屑等混合浆料通过带有磁性的部件，以分离回收粒子。相比振动式回收，磁选式回收保证了粒子回收的效率，更适用于现阶段粒子钻井现场。

由于井下进尺的增加，岩性发生变化，不同层段由pid钻头打出的粒子也不同，再加之钻井液成分也需要调试改变，因此从井下返出的混合浆料特性以及粒子占比都在不断改变，但是，现有的磁选机对粒子进行磁选分离时，磁选筒的磁通量是固选的，可能会出现以下两种问题：其一，磁选筒磁场相对较弱，磁选筒的磁选吸附速度小于粒子的堆积速度，粒子在磁选槽体中堆积过多，容易造成磁选槽体堵塞，甚至损坏磁选机；其二，磁选筒磁场相对较强，磁选筒的磁选吸附速度大于粒子的堆积速度，磁选筒产生的磁场过剩，造成过量的能耗，经济性较差。

技术实现要素：

(一)技术目的

针对上述现有技术的不足，本实用新型提出了一种粒子冲击钻井用磁通量动态调节系统，旨在实现系统基于粒子堆积剩余量来自适应动态调节磁通量，满足不同层段井下工况的磁选需求，优化了磁选分离系统的工作效率，提升了其适用性和经济性。

(二)技术方案

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种粒子冲击钻井用磁通量动态调节系统，其包括送料管路和磁选机，送料管路与磁选机连通；所述磁选机包括有机架、磁选槽体、磁选筒、进料箱和出料箱，磁选槽体设于机架上，磁选筒位于磁选槽体中，用于对混合浆料进行磁选分离处理，进料箱和出料箱设于机架上并位于磁选槽体的两侧，进料箱与磁选槽体连通以向磁选槽体中输送混合浆料，出料箱用于接收被磁选筒带出的粒子。

粒子冲击钻井用磁通量动态调节系统还包括磁通量动态调节机构和控制器,磁通量动态调节机构设于所述磁选机，控制器与磁通量动态调节机构电连接以实现信号交互，磁通量动态调节机构用于监测所述磁选筒的转动情况和所述磁选槽体内的粒子剩余量，控制器用于控制磁选筒的磁通量大小以与粒子剩余量保持匹配。

磁通量动态调节机构对磁选筒的磁通量进行调节，以协调磁场强度与进入磁选槽体中的剩余粒子量相匹配，具体地，即粒子剩余量过大则增大磁场强度，粒子剩余量较小，则减小磁场强度或不变。需要特别说明的是，因为混合浆料中的浓度、密度、流动性等特点多变，而现有的磁选机的磁选筒，磁通量多是固选的，即使分区的磁选筒，各区域的磁系磁通量也是固选的，不能够适应对不同粒子占比的混合浆料的处理；当混合浆料中粒子过少，则磁选筒的工作效能过大，超过了混合浆料中粒子需要的磁场强度，从而造成了磁选效能的浪费；当混合浆料中粒子过多，则磁选筒的工作效能达不到磁选要求，不能够将所有的粒子分离出来，而未被分离磁选的粒子则堆积在磁选槽体中，可能堵塞钻井液排出管道，甚至将磁选筒卡死，影响整个系统的磁选工作。

需要说明的是，磁选机是基于电磁感应原理，在通电状态下磁选单元就具备磁力，其通过电流的大小，则决定产生磁场或磁力的大小。

进一步地，所述磁选筒沿周侧设有多个基于电磁感应调节磁通量的磁选单元，磁选单元与所述控制器电连接以实现信号交互。

更进一步地，所述磁通量动态调节机构包括磁选接近开关和脱磁接近开关，磁选接近开关设于所述磁选筒的下部周侧，且靠近所述出料箱一侧，磁选接近开关位于所述磁选槽体的顶部开口处，脱磁接近开关位于磁选筒的上部周侧，且靠近出料箱一侧；所述磁选接近开关和脱磁接近开关均与所述控制器电连接以实现信号交互。

所述磁选单元内均设有识别器，识别器与所述控制器电连接以实现信号交互，识别器用于区分不同的磁选单元，方便控制器精准调控对应的磁选单元的磁通量。

更进一步地，所述磁通量动态调节机构包括监测摄像头，监测摄像头与所述控制器电连接以实现信号交互，监测摄像头朝向于所述磁选槽体和所述磁选筒之间的粒子，用于监测粒子的剩余量以反馈给所述控制器。

更进一步地，所述磁选筒上抵接有刮板器，刮板器靠近所述出料箱且位于出料箱上侧，用于刮掉未脱磁的粒子以使其进入出料箱。

进一步地，所述磁选机还引出设置有液位计，用于显示所述磁选槽体内的液位。

进一步地，所述出料箱上设有振动器，用于振动出料箱以使得粒子顺利从出料箱中排出。

(三)有益效果

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

现有的磁选分离系统，磁选筒的磁通量是固选的，磁选机的磁选能力不能与磁选槽体中的粒子量相匹配，可能会造成堵塞，或者引起过量能耗；本实用新型能够基于粒子堆积剩余量来自适应动态调节磁通量，满足不同层段、排量、粒子浓度等工况的磁选需求以达到最优的工作效率，确保稳定运行，能够避免引起过量能耗，提高了经济效益，并增强了磁选分离系统适用性和经济性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型磁选机的主视图；

图3为本实用新型磁选机的侧视图；

图4为本实用新型的功能模块图；

附图标记说明：1-送料管路；4-磁选机；41-磁选筒；411-磁选单元；412-识别器；42-振动器；43-出料箱；44-磁选槽体；45-机架；46-进料箱；47-减速机；48-电机；49-刮板器；61-磁选接近开关；62-脱磁接近开关；63-监测摄像头；8-液位计。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参见图1～图4，本实用新型提出了一种粒子冲击钻井用磁通量动态调节系统的较佳实施例。

如图1～图3所示，本实用新型提出了一种粒子冲击钻井用磁通量动态调节系统，其包括送料管路1和磁选机4，送料管路1与磁选机4连通；所述磁选机4包括有机架45、磁选槽体44、磁选筒41、进料箱46和出料箱43，磁选槽体44设于机架45上，磁选筒41位于磁选槽体44中，用于对混合浆料进行磁选分离处理，进料箱46和出料箱43设于机架45上并位于磁选槽体44的两侧，进料箱46与磁选槽体44连通以向磁选槽体44中输送混合浆料，出料箱43用于接收被磁选筒41带出的粒子。在机架45上，还设有减速机47和电机48，其与磁选筒41相互联动，带动磁选筒41旋转。

请参见图1和图4，还包括磁通量动态调节机构和控制器，磁通量动态调节机构设于所述磁选机4，控制器与磁通量动态调节机构电连接以实现信号交互，磁通量动态调节机构用于监测所述磁选筒41的转动情况和磁选槽体44内的粒子剩余量，控制器用于控制磁选筒41的磁通量大小以与粒子剩余量保持匹配。

磁通量动态调节机构对磁选筒41的磁通量进行调节，以协调磁场强度与进入磁选槽体44中的剩余粒子量相匹配，具体地，即粒子剩余量过大则增大磁场强度，粒子剩余量较小，则减小磁场强度或不变。需要特别说明的是，因为混合浆料中的浓度、密度、流动性等特点多变，而现有的磁选机4的磁选筒，磁通量多是固选的，即使分区的磁选筒41，各区域的磁系磁通量也是固选的，不能够适应对不同粒子占比的混合浆料的处理；当混合浆料中粒子过少，则磁选筒41的工作效能过大，超过了混合浆料中粒子需要的磁场强度，从而造成了磁选效能的浪费；当混合浆料中粒子过多，则磁选筒41的工作效能达不到磁选要求，不能够将所有的粒子分离出来，而未被分离磁选的粒子则堆积在磁选槽体44中，可能堵塞钻井液排出管道，甚至将磁选筒41卡死，影响整个系统的磁选工作。

参见图1，所述磁选筒41沿周侧设有多个基于电磁感应调节磁通量的磁选单元411，磁选单元411与所述控制器电连接以实现信号交互。需要说明的是，磁选机4是基于电磁感应原理，在通电状态下磁选单元411就具备磁力，其通过电流的大小，则决定产生磁场或磁力的大小，并且可以产生不同的磁场组合。磁选单元411的选取原则为：磁通量0～3000gs可调，分辨率优于100gs。需要说明的是，本实施例中，磁选单位411优选为八个，但其可以为其他的数量，并且均在本实用新型的保护范围内。

如图1～图3所示，所述磁通量动态调节机构包括磁选接近开关61和脱磁接近开关62，磁选接近开关61设于所述磁选筒41的下部周侧，且靠近所述出料箱43一侧，磁选接近开关61位于所述磁选槽体44的顶部开口处，脱磁接近开关62位于磁选筒41的上部周侧，且靠近出料箱43一侧；所述磁选接近开关61和脱磁接近开关62均与所述控制器电连接以实现信号交互。

所述磁选单元411内均设有识别器412，识别器412与所述控制器电连接以实现信号交互，识别器412用于感应所述磁选接近开关61和脱磁接近开关62，以反馈给控制器来调控磁选单元411的磁通量。

磁选单元411在接近磁选接近开关61、脱磁接近开关62时，磁选接近开关61、脱磁接近开关62发出信号反馈给控制器。如图1、图3所示，磁选单元411在转至磁选接近开关61时，磁选接近开关61反馈信号给控制器，控制器控制通过该磁选单元411识别器反馈的信号精准确定是哪一个磁选单元411，并控制在该磁选单元411中的电路通入电流产生磁场，磁通量由0开始逐渐增大，对粒子开始进行磁选分离，并将粒子吸附在磁选筒41表面；然后，该磁选单元411在磁选槽体44的中部转动，对粒子的主要堆积处进行磁选吸附，磁选单元411吸附着粒子转过磁选筒41的顶部，此过程中，磁选单元411中的磁通量逐渐衰减；当该磁选单元411转至脱磁接近开关62时，脱磁接近开关62反馈信号给控制器，控制器控制不再向该磁选单元411中电路通过电流，磁通量为0，磁场消失，粒子开始脱磁，由于磁选筒41在旋转过程中具有惯性，粒子被甩进出料箱43中。

现有的磁选机因为磁选筒一直具有磁场，粒子上存有一定量的磁力，粒子之间因为磁力原因结团现象严重，导致形成磁团。相较于现有的磁选机，在磁选之后还需要对粒子进行脱磁处理，需要安装专门的脱磁器。本实用新型首先将磁选单元411的磁通量降为0，使得磁选筒41不具有磁性，粒子从磁选筒41上脱落，粒子上不带有磁力或者可能残余有极微量磁力，残余有微量磁力的小磁团，掉落碰撞在出料箱43壳体上即可以分离开，不会出现粒子成团的问题。因此，本实用新型不需要在磁选机4后续设置脱磁器，节约了成本，也减少了工序，提高了整体的脱磁效率。

参见图1、图3，所述磁通量动态调节机构包括监测摄像头63，监测摄像头63与所述控制器电连接以实现信号交互，监测摄像头63朝向于所述磁选槽体44和所述磁选筒41之间的粒子，用于监测粒子的剩余量以反馈给所述控制器。监测摄像头63将拍摄到的图像发送给控制器，经过图像分析，得出粒子的剩余量堆积高度，并据此调节磁选单元411的磁通量。具体地，即是剩余粒子堆积量大，则增大磁选单元411内部电路电流，增大磁通量，磁选吸附更多的粒子，避免粒子过量堆积堵塞磁选槽体44；反之，剩余粒子堆积量小，则可以减小磁选单元411内部电路电流，减少磁通量，减少粒子的吸附量，使得磁选槽体44内的粒子量处于一个适宜稳定的范围，降低磁选机的能耗，提升整个磁选分离系统的经济性。

参见图2、图3，优选地，所述磁选筒41上抵接有刮板器49，刮板器49靠近所述出料箱43且位于出料箱43上侧，用于刮掉未脱磁的粒子以使其进入出料箱43。因为即使磁选单元411磁通量变为0，粒子上残余极微量磁力成为小磁团并粘附在磁选单元411上，当磁选单元411转动到刮板器49处时，磁团被刮板器49刮掉落入到出料箱43中。

进一步地改进，如图1所示，磁选机4还引出设置有液位计8，用于显示所述磁选槽体44内的液位，方便操作者更加直观地观察液位变化。

进一步地改进，如图2所示，所述出料箱43上设有振动器42，用于振动出料箱43以使得粒子顺利从出料箱43中排出。