用于钻井流体和钻屑的三相分离系统的制作方法
【专利摘要】描述了使用旋风器装置以改进钻屑从钻井流体中分离的系统和方法。特别地，描述了用于分离气体/液体/固体混合物的三相的系统。该系统包括：旋风器，该旋风器用于将气体/液体/固体混合物分离成固体成分和气体/液体混合物；气体/液体分离器，该气体/液体分离器用于将气体/液体混合物分离成气体成分和液体成分；以及真空系统，该真空系统用于提供动力以将气体/液体/固体混合物移动进旋风器中、将分离的气体/液体混合物移动进气体/液体分离器中以及将气体成分从气体/液体分离器中移除。
【专利说明】用于钻井流体和钻屑的三相分离系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用旋风器装置以改进从钻井流体中分离钻屑的系统和方法。特别地，本发明使用改进了回收的钻井流体的质量的真空系统而实现了气体、液体和固体的三相分离。
【背景技术】
[0002]在钻井过程中，为了使环状空间(annulus)中的流体的速度是足以将钻头处产生的屑运送至表面的速度，将大量钻井流体泵送至孔下是必须的。这些循环速度通常是大约Im3/分钟至4m3/分钟。众所周知，这个流体量必须通过(over)主要固体移除系统被迅速处理，该系统通常是构造成用于接收回收的钻井流体和钻屑的一个或多个振动器。振动器包括被有效地振动的多个筛板，以便促进液体成分穿过筛板并且促进固体成分(即钻屑)从筛板的上侧回收。对于回收的流体的量来说，振动器通常具有相对小的表面面积，并且因此振动器必须以高速率振动以提供有效的分离。
[0003]旋风器(或旋风分离器)通常在碳氢化合物工业中使用，通过使气流围绕圆形主体(circular body,环形主体)迅速循环以在颗粒上施加离心力来实现雾或小颗粒从气体分离，以从气流中移除雾或小颗粒。灰尘去除是常见应用。相似地，使用水力旋流器来分离夹带在液体中的颗粒以及使用离心倾析器(decanter，油水分离器)以分离两种液体。关于旋风器描述每个装置的大致操作。
[0004]旋风器在形状上通常是圆锥的，其中输入流体(其为气体和液体，具有任何夹带的固体)在接近顶部处通过切向管口进入并以螺旋形式移动。随着流体移动，夹带的颗粒在壁上撞击，在壁上颗粒由于重力的原因向下滑动而用于收集，然而气体通过装置的顶部散逸。
[0005]旋风器的分离因数限定为离心力与重力的比率:
[0006]
【权利要求】
1.一种用于分离气体/液体/固体混合物的系统，包括: 旋风器，用于从源接收气体/液体/固体混合物，所述旋风器具有用于将所述气体/液体/固体混合物引入所述旋风器中的入口、用于从所述旋风器中移除分离的气体/液体混合物的出口以及用于从所述旋风器中移除分离的固体的排放口； 气体/液体分离器，操作地连接至所述出口，用于从所述旋风器接收所述分离的气体/液体混合物并且用于将气体/液体分离成气体成分和液体成分；以及 真空系统，操作地连接至所述气体/液体分离器，用于提供动力，所述动力用于将所述气体/液体/固体混合物移动进所述旋风器中、用于将所述分离的气体/液体混合物移动进所述气体/液体分离器中以及用于从所述气体/液体分离器中移除所述气体成分。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括节流阀装置，所述节流阀装置操作地连接在所述旋风器与所述气体/液体分离器之间，用于控制所述气体/液体/固体进入所述旋风器中的流速。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中，所述旋风器包括用于协助将所述旋风器内的分离的固体运输至所述排放口的卷轴和卷轴驱动装置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述旋风器包括用于调节所述旋风器内的所述出口的竖直位 置的出口节流阀。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述旋风器包括用于调节所述旋风器排放口的竖直位置的排放口节流阀。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述源操作地连接至钻屑振动器，并且所述振动器在至少一个筛板上分离钻屑/钻井流体混合物，以形成钻屑/钻井流体底流，并且所述源是所述钻屑/钻井流体底流。
7.根据权利要求6所述的系统，还包括放泄阀，所述放泄阀在所述钻屑/钻井流体底流与所述旋风器之间操作地连接至所述系统，用于在传送至所述旋风器之前使空气与所述钻屑/钻井流体底流混合。
8.一种分离气体/液体/固体混合物的方法，所述方法包括如下步骤: a)将所述气体/液体/固体混合物引入旋风器中并将所述气体/液体/固体混合物分离成分离的气体/液体混合物以及固体成分，所述旋风器具有用于从所述旋风器中移除所述分离的气体/液体混合物的出口以及用于从所述旋风器中移除所述固体成分的排放口 ；以及 b)将所述分离的气体/液体混合物引入气体/液体分离器中，所述气体/液体分离器操作地连接至所述出口且将所述气体/液体分离成气体成分和液体成分； 其中，所述旋风器和所述气体/液体分离器由操作地连接至所述气体/液体分离器的真空源操作。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤:控制所述旋风器下游的所述气体/液体/固体混合物的流速。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的方法，还包括以下步骤:在将所述气体/液体/固体混合物引入所述旋风器中前将一定量的气体混合进所述气体/液体/固体混合物中。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤:控制混合进所述气体/液体/固体混合物中的气体的量。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述旋风器操作地连接至振动器，所述振动器从井接收钻井流体/钻屑，所述振动器具有真空筛板系统并且控制与所述气体/液体/固体混合物混合的气体的量以防止钻屑停在所述振动器上。
13.一种旋风器，所述旋风器用于从源接收气体/液体/固体混合物并将所述气体/液体/固体混合物分离成分离的气体/液体混合物和固体成分，所述旋风器包括: 旋风器主体，具有: 入口，用于将所述气体/液体/固体混合物引入所述旋风器中， 出口，用于从所述旋风器中移除分离的气体/液体混合物； 以及 排放口，用于从所述旋风器中移除分离的固体； 其中，所述旋风器包括位于所述旋风器主体内的卷轴并且包括卷轴驱动装置，所述卷轴和所述卷轴驱动装置用于协助将所述旋风器中的分离的固体运输至所述排放口。
14.一种旋风器，所述旋风器用于从源接收气体/液体/固体混合物并将所述气体/液体/固体混合物分离成分离的气体/液体混合物和固体成分，所述旋风器包括: 旋风器主体，具有: 入口，用于将所述气体/液体/固体混合物引入所述旋风器中， 出口，用于从所述旋风器中移除分离的气体/液体混合物； 以及 排放口，用于从所述旋风器中移除分离的固体； 其中，所述旋风器包括用于调节所述旋风器内的所述出口的竖直位置的出口节流阀。
15.根据权利要求14所述的旋风器，其中，所述旋风器包括用于调节所述旋风器排放口的竖直位置的排放口节流阀。
16.根据权利要求14或权利要求15所述的旋风器，其中，所述旋风器包括位于所述旋风器主体内的卷轴并且包括卷轴驱动装置，所述卷轴和所述卷轴驱动装置用于协助将所述旋风器中的分离的固 体运输至所述排放口。
【文档编号】E21B21/06GK103930183SQ201280045469
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年9月7日 优先权日:2011年9月19日
【发明者】丹尼尔·盖依·波梅莱奥 申请人:Fp马兰格尼公司