钻井液中硫化氢分离装置的制作方法

本发明涉及石油钻探密闭钻井工艺技术领域，尤其涉及用于在含硫地层钻井作业的钻井液中硫化氢分离装置。

背景技术：

欠平衡钻井是使井底压力小于地层压力的钻井技术，其具有提高钻井效率、保护储层以及提高油气产量等诸多优点。随着勘探开发的力度不断加大，深井、超深井钻井技术的快速发展，所勘探储层中含硫化氢储层的比例日益增多。目前前国内的技术规范规定，在含硫地层实施钻井作业时，当硫化氢浓度大于50ppm，就不能采用欠平衡钻井技术。因此，欠平衡钻井技术在含硫地层勘探开发过程中的应用受到限制。为拓展欠平衡钻井技术的应用范围，本发明提供了一种钻井液硫化氢分离装置，该装置能够在密闭条件下将钻井液中的硫化氢完全分离，保障人员与环境的安全。

国家知识产权局于2009年9月9日，公开了一件公开号为cn101525993a，名称为“含硫地层欠平衡钻井中硫化氢的监测与控制方法”的发明专利，该发明专利是钻井液经过密闭取样器时对钻井液中硫化氢含量进行监测，并将监测到的硫化氢含量信号输入至控制系统，控制系统换算成所需除硫剂的量并发出指令，注入除硫剂至四相分离器并使钻井液中的硫化氢与除硫剂反应从而清除残留硫化氢。

上述现有技术中对硫化氢的处理方法中，过量地添加除硫剂至钻井液中，会对钻井液材料的性能造成一定的影响，因此会对除硫剂的添加量产生一定的限制，而限制了除硫剂的添加量之后，就会影响硫化氢的清除效果和效率，不能很好的清除掉钻井液中的硫化氢。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明的目的在创新提供一种钻井液中硫化氢分离装置，为使欠平衡技术在含硫地层进行钻井作业提供可靠的装备支撑。本发明在密闭的条件下将钻井液中的硫化氢分离。

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明是通过下述技术方案实现的：

钻井液中硫化氢分离装置，其特征在于包括：系统入口、高速旋流器、加热系统、搅拌机构、喷射机构、分离罐体、真空系统和数据监测与采集系统，所述系统入口与高速旋流器相连接，所述高速旋流器与加热系统连接，所述加热系统与搅拌机构连接，所述搅拌机构与喷射机构连接，所述高速旋流器、加热系统、搅拌机构和喷射机构设置在分离罐体的内部，所述分离罐体与真空系统连接。

所述分离罐体的进液管路上设置有除硫剂注入管路。

所述分离罐体底部设置有倾斜底板结构。

所述分离罐体还设置有钻井液入口、纵向清洗管路、排污口、底部凹型排污槽、清洗管路、排气口、排液口、清洗管路和循环回路管口，所述清洗管路上设置有喷嘴。

所述分离罐体内部设置有两个隔离板。

所述隔离板交错布置在分离罐体的内部，使得钻井液在分离罐体内的流道为“s”型。

所述数据监测与采集系统能够实时监测装置中的气体与液体流量、压力、温度、硫化氢浓度、可燃气体浓度、钻井液密度、钻井液ph值以及液位等所有可监测参数。

所述钻井液中硫化氢分离装置还包括：除硫剂注入系统、集中控制系统和排液系统，所述除硫剂注入系统、集中控制系统和排液系统与分离罐体相连接。

所述集中控制系统可根据监测的数据对钻井液加热系统、搅拌扰流机构、液下湍流机构、真空系统、冷却排液系统以及除硫剂注入系统进行实时操作控制。

工作原理：

本发明由于在罐内设置有两个错位安装的隔离板，将钻井液在罐内的流道设置为“s”型，增加钻井液在系统内的停留时间，有助于硫化氢气体分离。分离罐底部设置为倾斜底板结构，同时设置有自动清洗管路系统，可以自动清洗沉积在底部的岩屑，并通过底部凹型排污槽排除至罐外进行处理。在系统分离罐内入口，钻井液首先进入高速旋流器，通过离心分离后，气体从旋流器上部分离，分离的钻井液落入罐内。在分离罐内通过加热系统对钻井液进行增温调节，受钻井液温度升高的影响，硫化氢的溶解度降低，部分硫化氢气体从钻井液中分离出来。在罐内设置有搅拌机构，能够将钻井液底部流体进行搅拌扰流，有助于粘度较大钻井液中硫化氢气体的分离。同时在罐内中部设置有液下扰流喷射机构，将罐内钻井液出口附近钻井液抽至罐内中部底层钻井液处喷射，可以将钻井液底部的不易分离的微小气泡的硫化氢循环至液面进行脱气分离。在罐内的上部空间采用真空系统将罐内抽至负压状态，使钻井液中硫化氢气泡在上升至液面过程中随着压力减小气泡直径增大，进而浮力增加，有利于气泡的快速上升与分离。硫化氢分离装置的排液机构能够根据钻井液的排量变化再通过排液泵的变频控制与阀门的开关控制实时自动调整分离装置内的液面，保证液面处于稳定状态。同时为使排出钻井液中硫化氢浓度降至最低，设置有钻井液冷却机构，减少硫化氢在排液口的逸出。本发明还设置有钻井液除硫剂注入机构，能够有效清除钻井液中溶解态的硫化氢。

与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在：

1.本发明的钻井液硫化氢清除系统设置为组合式分体撬装结构，既可以满足运输要求，便于安装拆卸，又节约占地空间。

2.本发明的优点与独特效果是：分离装置采用s型回路通道机构，延长钻井液的流体时间，使硫化氢气体充分分离。组合采用增温系统、搅拌扰流机构、液下湍流以及负压分离的多重分离措施，提供硫化氢分离效率。设置的钻井液冷却机构能够有效降低排液口的硫化氢气体逸出。

3.本发明的优点还在于采用组合式分体撬装结构，既可以满足运输要求，便于安装和拆卸，又节约井场占地空间。

附图说明

图1为本发明的装置流程示意图；

图2为本发明的硫化氢分离装置结构示意图；

图3为本发明的硫化氢分离装置的俯视图；

图4为本发明的三维结构示意图。

具体实施方式

实施例1

作为本发明一较佳实施例，参照说明书附图1-4，本实施例公开了：

钻井液中硫化氢分离装置，其特征在于包括：系统入口1、高速旋流器2、加热系统3、搅拌机构4、喷射机构5、分离罐体6、真空系统7和数据监测与采集系统8，所述系统入口1与高速旋流器2相连接，所述高速旋流器2与加热系统3连接，所述加热系统3与搅拌机构4连接，所述搅拌机构4与喷射机构5连接，所述高速旋流器2、加热系统3、搅拌机构4和喷射机构5设置在分离罐体6的内部，所述分离罐体6与真空系统7连接。

所述分离罐体6的进液管路1上设置有除硫剂注入管路14。

所述分离罐体6底部设置有倾斜底板结构6d。

所述分离罐体6还设置有钻井液入口6k、纵向清洗管路6a、排污口6b、底部凹型排污槽6c、清洗管路6e、排气口6h、排液口6m、清洗管路6e和循环回路管口6n，所述清洗管路6a上设置有喷嘴6f。

所述分离罐体6内部设置有两个隔离板6j。

所述隔离板6j交错布置在分离罐体6的内部，使得钻井液在分离罐体6内的流道为“s”型。

所述数据监测与采集系统8能够实时监测装置中的气体与液体流量、压力、温度、硫化氢浓度、可燃气体浓度、钻井液密度、钻井液ph值以及液位等所有可监测参数。

所述钻井液中硫化氢分离装置还包括：除硫剂注入系统10、集中控制系统11和排液系统12，所述除硫剂注入系统10、集中控制系统11和排液系统12与分离罐体6相连接。

所述集中控制系11统可根据监测的数据对钻井液加热系统、搅拌扰流机构、液下湍流机构、真空系统、冷却排液系统以及除硫剂注入系统进行实时操作控制。

实施例2

作为本发明又一较佳实施例，参照说明书附图1-4，本实施例公开了

含硫化氢钻井液从系统入口1进入分离装置6。进入装置内后，钻井液首先进入高速旋流器2，如图1所示。通过离心分离后，气体从旋流器上部分离，分离的钻井液落入装置内。通过钻井液加热系统3对钻井液进行增温调节，受钻井液温度升高的影响，硫化氢的溶解度降低，部分硫化氢气体从钻井液中分离出来。装置内设置的搅拌机构4，能够将钻井液底部流体进行搅拌扰流，有助于粘度较大钻井液中硫化氢气体的分离。装置内设置的液下扰流喷射机构5，将装置内钻井液出口附近钻井液抽至装置内中部底层钻井液处喷射，可以将钻井液底部的不易分离的微小气泡的硫化氢循环至液面进行脱气分离。在装置内的上部空间设置真空系统7将装置内抽至负压状态，使钻井液中硫化氢气泡在上升至液面过程中随着压力减小气泡直径增大，进而浮力增加，有利于气泡的快速上升与分离。本发明设置的冷却排液系统12采用变频技术自动控制保持分离罐内液面平稳，并通过冷却机构降低钻井液温度，提高硫化氢溶解度，保证排出至固控系统的钻井液9中硫化氢处于最低水平。本发明在分离装置的入口管线处设置有除硫剂注入口，通过除硫剂注入系统10可及时注入除硫剂进行除硫处理，保证人员与设备的安全。本发明的硫化氢清除系统设置有数据监测与采集系统8，实时监测装置中的气体与液体流量、压力、温度、硫化氢浓度、可燃气体浓度、钻井液密度、钻井液ph值以及液位等所有可监测参数。采集的数据可以直接传送到集中监控系统11，该监控系统可根据监测的数据对钻井液加热系统、搅拌扰流机构、液下湍流机构、真空系统、冷却排液系统以及除硫剂注入系统进行实时操作控制。

本发明的分离装置采用方型罐结构，如图2所示，在满足运输条件下最大限度提高系统的钻井液处理量。在分离罐体6内设置有两个错位安装的隔离板6j，将钻井液在罐体6内的流道设置为“s”型，即钻井液经入口6k进入罐体6内后，沿通道a、b和c流动（图3），增加了钻井液在系统内的停留时间，有助于硫化氢气体分离。分离罐体6底部设置为倾斜底板结构6d，同时设置有自动清洗管路系统，清洗液从6l进入后，通过纵向清洗管路6a上的喷嘴6f可以清洗挡板两侧的残留钻井液，通过横向清洗管路6e可以清洗沉积在底部的岩屑，并通过底部凹型排污槽6c经排污口6b排除至罐体6外进行处理。分离罐体6上还设置有排气口6h、排液口6m以及循环回路管口6n。

本发明的钻井液硫化氢分离装置设置为上下组合式分体撬装结构，如图4所示。上部撬装包括有罐体6、钻井液加热系统3、搅拌扰流结构4、液下湍流机构5、真空系统7、自动清罐管路系统17以及冷却机构16。分离罐体6的进液管路1上设置有除硫剂注入管路14。分离罐体6上设置系统参数监测与采集系统，并有栏杆与楼梯15等辅助操作设施。下部撬装主要包括排液系统12、除硫剂注入系统10以及集中控制系统11。组合撬装的结构设置，既可以满足运输要求，便于安装拆卸，又节约占地空间。

在本发明中，所有阀门、仪器、泵以及设备等均可以采用集中控制或其他已知方式进行控制。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不限制本发明，凡在本发明的基本原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例3

作为本发明又一较佳实施例，参照说明书附图1-4，本实施例公开了：

钻井液中硫化氢分离装置，其特征在于包括：系统入口1、高速旋流器2、加热系统3、搅拌机构4、喷射机构5、分离罐体6、真空系统7和数据监测与采集系统8，所述系统入口1与高速旋流器2相连接，所述高速旋流器2与加热系统3连接，所述加热系统3与搅拌机构4连接，所述搅拌机构4与喷射机构5连接，所述高速旋流器2、加热系统3、搅拌机构4和喷射机构5设置在分离罐体6的内部，所述分离罐体6与真空系统7连接。

所述分离罐体6的进液管路1上设置有除硫剂注入管路14。

所述分离罐体6底部设置有倾斜底板结构6d。

所述分离罐体6还设置有钻井液入口6k、纵向清洗管路6a、排污口6b、底部凹型排污槽6c、清洗管路6e、排气口6h、排液口6m、清洗管路6e和循环回路管口6n，所述清洗管路6a上设置有喷嘴6f。

所述分离罐体6内部设置有两个隔离板6j。

所述隔离板6j交错布置在分离罐体6的内部，使得钻井液在分离罐体6内的流道为“s”型。

所述数据监测与采集系统8能够实时监测装置中的气体与液体流量、压力、温度、硫化氢浓度、可燃气体浓度、钻井液密度、钻井液ph值以及液位等所有可监测参数。

实施例4

作为本发明又一较佳实施例，参照说明书附图1-4，本实施例公开了：

钻井液中硫化氢分离装置，其特征在于包括：系统入口1、高速旋流器2、加热系统3、搅拌机构4、喷射机构5、分离罐体6、真空系统7和数据监测与采集系统8，所述系统入口1与高速旋流器2相连接，所述高速旋流器2与加热系统3连接，所述加热系统3与搅拌机构4连接，所述搅拌机构4与喷射机构5连接，所述高速旋流器2、加热系统3、搅拌机构4和喷射机构5设置在分离罐体6的内部，所述分离罐体6与真空系统7连接。

所述分离罐体6的进液管路1上设置有除硫剂注入管路14。

所述分离罐体6底部设置有倾斜底板结构6d。

所述分离罐体6还设置有钻井液入口6k、纵向清洗管路6a、排污口6b、底部凹型排污槽6c、清洗管路6e、排气口6h、排液口6m、清洗管路6e和循环回路管口6n，所述清洗管路6a上设置有喷嘴6f。

所述分离罐体6内部设置有两个隔离板6j。

所述隔离板6j交错布置在分离罐体6的内部，使得钻井液在分离罐体6内的流道为“s”型。

所述数据监测与采集系统8能够实时监测装置中的气体与液体流量、压力、温度、硫化氢浓度、可燃气体浓度、钻井液密度、钻井液ph值以及液位等所有可监测参数。

所述钻井液中硫化氢分离装置还包括：除硫剂注入系统10、集中控制系统11和排液系统12，所述除硫剂注入系统10、集中控制系统11和排液系统12与分离罐体6相连接。

实施例5

作为本发明又一较佳实施例，参照说明书附图1-4，本实施例公开了：

钻井液中硫化氢分离装置，其特征在于包括：系统入口1、高速旋流器2、加热系统3、搅拌机构4、喷射机构5、分离罐体6、真空系统7和数据监测与采集系统8，所述系统入口1与高速旋流器2相连接，所述高速旋流器2与加热系统3连接，所述加热系统3与搅拌机构4连接，所述搅拌机构4与喷射机构5连接，所述高速旋流器2、加热系统3、搅拌机构4和喷射机构5设置在分离罐体6的内部，所述分离罐体6与真空系统7连接。

所述分离罐体6的进液管路1上设置有除硫剂注入管路14。

所述分离罐体6底部设置有倾斜底板结构6d。

所述分离罐体6还设置有钻井液入口6k、纵向清洗管路6a、排污口6b、底部凹型排污槽6c、清洗管路6e、排气口6h、排液口6m、清洗管路6e和循环回路管口6n，所述清洗管路6a上设置有喷嘴6f。

所述分离罐体6内部设置有两个隔离板6j。

所述隔离板6j交错布置在分离罐体6的内部，使得钻井液在分离罐体6内的流道为“s”型。

所述数据监测与采集系统8能够实时监测装置中的气体与液体流量、压力、温度、硫化氢浓度、可燃气体浓度、钻井液密度、钻井液ph值以及液位等所有可监测参数。

所述钻井液中硫化氢分离装置还包括：除硫剂注入系统10、集中控制系统11和排液系统12，所述除硫剂注入系统10、集中控制系统11和排液系统12与分离罐体6相连接。

所述集中控制系11统可根据监测的数据对钻井液加热系统、搅拌扰流机构、液下湍流机构、真空系统、冷却排液系统以及除硫剂注入系统进行实时操作控制。

在本发明中，所有阀门、仪器、泵以及设备等均可以采用集中控制或其他已知方式进行控制。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不限制本发明，凡在本发明的基本原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。