泥漿振動篩及使用其分離含有固體的鉆井流體的方法
【專利說明】泥漿振動篩及使用其分離含有固體的鉆井流體的方法
[0001]本申請是名稱為“用于將固體從含有固體的鉆井流體分離的設備和方法”、國際申請日為2011年4月11日、國際申請?zhí)枮镻CT/GB2011/050714、國家申請?zhí)枮?01180021680.X的發(fā)明專利申請的分案申請。
[0002]為了保護從本PCT申請衍生的任何美國專利申請，本申請要求2010年4月30日提交的名稱為“用于將固體從含有固體的鉆井流體分離的設備和方法(Apparatus andMethod for Separating Solids from a Solids Laden Drilling Fluid) ’， 的 USSN12/771，201 的優(yōu)先權，或為 USSN 12/771，201 的繼續(xù)，所述 USSN 12/771，201 為 2009 年 6月24日提交的名稱為“泥漿振動篩分流器(Shale Shaker flow Diverter) ”的12/490，492的部分繼續(xù)申請，12/490，492為2008年10月10日提交的名稱為“用于回收堵漏材料和類似材料的系統(tǒng)和方法(Systems and Methods for the Recovery of Lost Circulat1nand Similar Material) ”的美國申請序列號12/287，709的部分繼續(xù)申請，上述申請的全部公開內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
技術領域
[0003]本發(fā)明涉及用于將固體從含有固體的鉆井流體分離的設備和方法，更特別地，但不排他地，涉及泥漿振動篩及使用其分離含有固體的鉆井流體的方法。本發(fā)明還涉及泥漿振動篩和用于其的篩網(wǎng)組件。
【背景技術】
[0004]在油或氣井結(jié)構中鉆出鉆孔過程中，鉆頭布置在鉆柱端部上，所述鉆柱旋轉(zhuǎn)來穿過地層鉆出鉆孔。已知為“鉆井泥漿”的鉆井流體通過鉆柱栗送到鉆頭，以潤滑鉆頭。鉆井泥漿還用于將鉆頭產(chǎn)生的切肩和其他固體通過形成在鉆柱和鉆孔之間的環(huán)形空間運送到表面。嚴格控制鉆井泥漿的密度來防止鉆孔坍塌，并且確保鉆井最佳地進行。鉆井泥漿的密度影響鉆頭的穿透速率。通過調(diào)節(jié)鉆井泥漿的密度，在可能造成鉆孔坍塌損害時改變穿透速率。鉆井泥漿也可運送用于密封鉆孔的多孔部分的堵漏材料。鉆井泥漿的酸性也可根據(jù)正在鉆孔穿過的地層巖層的類型來調(diào)節(jié)。鉆井泥漿尤其包含昂貴的合成油基潤滑劑，并且因此通?；厥蘸驮偈褂靡呀?jīng)使用過的鉆井泥漿，但是這尤其需要將固體從鉆井泥漿中去除。這通過處理鉆井泥漿來實現(xiàn)。處理的第一部分是將固體從含有固體的鉆井泥漿分離。這至少部分通過振動分離器實現(xiàn)，例如US 5, 265, 730, WO 96/33792和WO 98/16328中公開的泥漿振動篩。其他處理設備，例如離心機和旋流器可用于進一步清理固體泥漿。固體包括于污染物和殘渣中。在鉆孔中的循環(huán)中通常有30至10m3的鉆井流體。
[0005]本文稱為“鉆肩”的所得固體經(jīng)處理來從固體去除基本上全部殘渣和污染物。然后可將固體扔到垃圾填埋場，或在海中倒入產(chǎn)生固體的環(huán)境中。替代地，固體可以作為建筑工業(yè)中的材料使用或者具有其它工業(yè)用途。
[0006]泥漿振動篩通常包括底部敞開的篩籃，所述篩籃具有一個敞開的排出端和實心壁進給端。多個矩形篩網(wǎng)布置在篩籃的敞開底部上方。篩網(wǎng)可基本上為平面狀或具有輕微隆起。篩籃在用于接收回收鉆井泥漿的容器上方布置于彈簧上。料車或溝槽設置在篩籃的敞開的排出端下方。馬達固定到篩籃，具有設置有偏置配重塊的驅(qū)動轉(zhuǎn)子。使用中，馬達使轉(zhuǎn)子和偏置配重塊旋轉(zhuǎn)，這使篩籃和固定到其的篩網(wǎng)振動。含有固體的泥漿在篩籃的進給端處引入到篩網(wǎng)上。振動使鉆井泥漿與固體分離，鉆井泥漿穿過篩網(wǎng)并且固體留在篩網(wǎng)上方。振動還使固體沿著篩網(wǎng)朝向敞開的排出端運動?；厥盏你@井泥漿接收在容器中，以進一步進行處理，固體通過篩籃的排出端上方進入溝槽或料車中。
[0007]矩形篩網(wǎng)可關于水平方向成某個角度布置，例如從泥漿振動篩的自由端到排出端傾斜七度。該角度可以進行調(diào)節(jié)。篩網(wǎng)通常固定在篩籃中并且篩籃可以進行調(diào)節(jié)以調(diào)節(jié)篩網(wǎng)相對于水平方向的角度。含有固體的鉆井流體的流動可以在傾斜篩網(wǎng)上形成儲池。振動機構的作用使固體爬上傾斜篩網(wǎng)到達振動篩的排出端并進入溝槽或料車。
[0008]通常，產(chǎn)生圓形振動的振動機構傾向于將固體從篩網(wǎng)沿隨機方向拋到空氣中。產(chǎn)生橢圓形振動的振動機構將使固體沿橢圓的長弦的方向移動。具有產(chǎn)生非常窄橢圓的振動機構的泥漿振動篩稱為線性泥漿振動篩，并且使固體沿篩網(wǎng)快速運動，但是篩網(wǎng)往往由于固體在其與篩網(wǎng)接觸時突然減速而遭受快速損壞。
[0009]篩網(wǎng)通常為兩種類型之一:鉤帶型；和預張緊型。
[0010]鉤帶型篩網(wǎng)包括夾層形式的若干個矩形柵網(wǎng)層，通常包括一或兩層細柵網(wǎng)和具有較大篩孔和較重規(guī)格線材的支撐柵網(wǎng)。柵網(wǎng)層在每個側(cè)邊由形式為細長鉤的帶相連。在使用中，細長鉤鉤到沿著泥漿振動篩的每個側(cè)部布置的張緊裝置上。泥漿振動篩還包括一組冠狀支撐構件，其沿著振動篩的篩籃長度延伸，柵網(wǎng)層在其上方張緊。GB-A-1，526，663中公開了這類篩網(wǎng)的實例。支撐柵網(wǎng)可以設置有內(nèi)部具有孔的嵌板或由其替代。
[0011]預張緊型篩網(wǎng)包括若干個矩形柵網(wǎng)層，通常包括一或兩層細柵網(wǎng)和具有較大篩孔和較重規(guī)格線材的支撐柵網(wǎng)。柵網(wǎng)層預張緊在包括矩形角鋼框架的剛性支架上并附接到其上。篩網(wǎng)隨后插入布置在泥漿振動篩的篩籃中的C形槽導軌中。GB-A-1，578，948中公開了這類篩網(wǎng)的實例，GB-A-2, 176，424中公開了適于接收預張緊型篩網(wǎng)的泥漿振動篩的實例。
[0012]與泥漿振動篩相關的一個問題在于所用篩網(wǎng)會趨于堵塞，尤其是在固體為粘性例如粘土或者尺寸接近篩網(wǎng)篩孔尺寸時。后一種類型的堵塞稱作接近篩孔尺寸的顆粒堵塞。已經(jīng)提出了許多方案解決該問題，例如GB-A-1，526，663中公開了篩網(wǎng)組件使用夾層形式的兩層篩網(wǎng)材料并且允許篩網(wǎng)材料層獨立移動以去除卡在篩網(wǎng)之一中的所有接近篩孔尺寸的顆粒。
[0013]有利地，使用細孔過濾器過濾極小顆粒，例如尺寸為50-200 μπι或以上，其中過濾裝置不會被小顆粒堵塞。然而，尤其是細孔過濾器容易發(fā)生這種不希望的堵塞。
[0014]同樣有利的是具有簡單可靠的分離器以避免用于維修保養(yǎng)的停機時間。
[0015]在某些情況下優(yōu)選的是利用過濾器擋住例如顆粒尺寸為50-60 μπι或更大的顆粒。
[0016]在油氣井的鉆井中，井壁中可能存在裂縫。這種裂縫會發(fā)展，這可能導致井壁結(jié)構問題和/或允許鉆井流體通過其泄漏到地層中。此外，如果喪失大量鉆井流體，井眼中鉆井流體的壓力會下降，這會導致井眼坍塌。因此，可以給循環(huán)鉆井流體中加入井眼加固材料。井眼加固材料包括篩選的顆粒。當鉆井流體在內(nèi)部具有裂縫的井壁周圍循環(huán)時，篩選的顆粒將其自身楔緊在裂縫中，這減少了裂縫發(fā)展的可能性?；厥者@些篩選的顆粒并在循環(huán)鉆井泥漿中再次使用它們是有益處的。因此，泥漿振動篩已經(jīng)改進以篩選含有固體的鉆井流體中的固體。USSN12/490, 492中公開了這樣的泥漿振動篩。一定尺寸范圍的固體能夠利用這種泥漿振動篩提取并且作為新鉆井流體中的井眼加固材料再次循環(huán)。期望保留一些小顆粒，例如重晶石，其通常存在于鉆井泥漿中，因而優(yōu)選細篩網(wǎng)不要太細以致將重晶石從鉆井泥漿篩出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于將固體從含有固體的鉆井流體分離的泥漿振動篩，所述泥漿振動篩包括篩籃，所述篩籃具有在上篩板中的第一篩網(wǎng)組件和在下篩板中的第二篩網(wǎng)組件，所述篩籃還包括用于將含有固體的鉆井流體進給到第一管道和第二管道的流動盤，所述第一管道用于將含有固體的鉆井流體進給到所述第一篩網(wǎng)組件，所述第二管道用于將含有固體的鉆井流體進給到所述第二篩網(wǎng)組件，其特征在于，所述第二管道包括用于將含有固體的鉆井流體進料分開的多個第二管道開口和用于將含有固體的鉆井流體散布到所述第二篩網(wǎng)組件上的至少一個排出開口。
[0018]VSM MultiSizer和PCT公開號WO 2010/150020顯示了溢流堰作為用于產(chǎn)生通過振動篩的并聯(lián)流的方法。英國公開號GB2055597顯示了一種提高生產(chǎn)量、將流分配到不同高度的兩個篩板上方以使得能夠同時處理的方法。
[0019]泥漿振動篩的一個功能是從其處理的流體去除固體，并且試驗已經(jīng)表明，由于這些固體，上述分流方法可能導致由任一高度處理的流體的性