交叉流振動(dòng)篩及使用其的方法
【專利說(shuō)明】交叉流振動(dòng)篩及使用其的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求享有2013年5月15日(15/05/2013)提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/823, 619的權(quán)益，其公開的內(nèi)容通過(guò)引用被結(jié)合與此。
【背景技術(shù)】
[0003]工業(yè)應(yīng)用中使用的流體可能會(huì)堆積固體顆粒并且形成漿液。這些流體可以是油基，合成基，以及水基的。在工業(yè)環(huán)境中循環(huán)的流體的一個(gè)實(shí)例例如可以是鉆井流體。鉆井流體通常被稱作“泥漿”，在油田工業(yè)中具有多種作用。鉆井泥漿作用為潤(rùn)滑劑以潤(rùn)滑旋轉(zhuǎn)鉆頭并且使其以更快的鉆速作業(yè)。此外，所述鉆井泥漿平衡在地下地層中遭遇的壓力。各種配重和潤(rùn)滑劑被混入所述鉆井泥漿中以獲得適用于被鉆探地層的類型和構(gòu)造的正確的混合物。由于所述泥漿評(píng)價(jià)和混合過(guò)程是耗時(shí)并且昂貴的，因此鉆井工人和服務(wù)公司更傾向于回收所述返回的鉆井泥漿并且循環(huán)再使用。所述鉆井泥漿的另一個(gè)作用是攜帶鉆肩離開所述鉆頭到達(dá)地面。在井筒中，所述切肩固體進(jìn)入所述鉆井泥漿以形成所述漿液。為了節(jié)約時(shí)間和成本，服務(wù)公司傾向于重新使用所述鉆井泥漿而不是更換。然而，所述固體必須在所述鉆井泥漿被再利用之前被移除。
[0004]所述流體的再循環(huán)需要快速并且高效地移除所述固體。用于移除固體的一種類型的裝置在該工業(yè)領(lǐng)域中通常被稱作“振動(dòng)篩”。振動(dòng)篩，又名振動(dòng)分離器，是一種振動(dòng)的篩狀臺(tái)面，所述漿液堆積在其上并且干凈得多的流體從其中流出。通常，所述振動(dòng)篩為具有大體上穿孔的濾網(wǎng)底的成角度的臺(tái)面。返回的漿液堆積在所述振動(dòng)篩的頂部。隨著漿液沿著所述斜面向下朝著下端部移動(dòng)，所述流體組分落下穿過(guò)所述孔眼到達(dá)下方的儲(chǔ)槽從而截留下固體顆粒材料。振動(dòng)篩臺(tái)面斜面角度與振動(dòng)動(dòng)作的結(jié)合移動(dòng)所述被截留的固體顆粒直到它們從所述振動(dòng)臺(tái)面的下端部跌落。
[0005]用于振動(dòng)篩的篩網(wǎng)通常以大體水平的方式設(shè)置在所述振動(dòng)篩的筐內(nèi)部大體水平的床或支撐上。在其中安裝有所述篩網(wǎng)的筐可以朝向所述振動(dòng)篩的排放端傾斜。所述振動(dòng)篩向所述筐和所述篩網(wǎng)施加一個(gè)快速的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所述漿液被傾倒到所述筐的后端部上并且朝向所述筐的排放端流動(dòng)。不能通過(guò)所述篩網(wǎng)的大顆粒被截留在所述篩網(wǎng)的頂部上并且朝向?qū)λ鼈冞M(jìn)行收集的所述筐的所述排放端移動(dòng)。所述流體流動(dòng)通過(guò)所述篩網(wǎng)并且被收集在所述篩網(wǎng)下方的儲(chǔ)槽中。然而，為了優(yōu)化所述固體從所述分離篩網(wǎng)到所述排放端的運(yùn)送而采用的振動(dòng)頻率和移動(dòng)降低了所述振動(dòng)篩的生產(chǎn)量。
[0006]此外，通常通過(guò)將多個(gè)振動(dòng)篩連接到一起來(lái)提高固體控制系統(tǒng)處理的漿液產(chǎn)量。然而，提高振動(dòng)篩的數(shù)量會(huì)增加固體控制系統(tǒng)的占地空間。對(duì)于某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，提高固體控制系統(tǒng)的占地面積可能是不切實(shí)際的。此外，將多個(gè)振動(dòng)篩連接起來(lái)提高了所述固體控制系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為交叉流振動(dòng)篩的一個(gè)示例性實(shí)施例的透視圖。
[0008]圖2為在沒(méi)有端蓋或者端蓋孔的情況下交叉流振動(dòng)篩的一個(gè)示例性實(shí)施例的透視圖。
[0009]圖3為交叉流振動(dòng)篩的一個(gè)示例性實(shí)施例的側(cè)視圖。
[0010]圖4A和4B為具有內(nèi)部分隔篩網(wǎng)的交叉流腔室的一個(gè)實(shí)施例的橫截面。
[0011]圖5為具有流動(dòng)集管的交叉流振動(dòng)篩的一個(gè)實(shí)施例的視圖。
[0012]圖6A-6G示出所述交叉流振動(dòng)篩的實(shí)施例的橫截面。
[0013]圖7A和7B示出所述交叉流振動(dòng)篩的實(shí)施例的橫截面。
[0014]圖8為顯示漿液流動(dòng)通過(guò)所述交叉流振動(dòng)篩的一個(gè)示例性實(shí)施例的圖。
[0015]圖9為交叉流振動(dòng)篩的另一個(gè)示例性實(shí)施例的透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]這里公開的實(shí)施例涉及用于從油基、合成基以及水基流體中分離固體的系統(tǒng)和方法。更具體地，這里公開的實(shí)施例涉及使用交叉流振動(dòng)篩從流體中分離固體的系統(tǒng)和方法。如這里所使用的，漿液指的是流體和固體的混合物。交叉流指的是可至少部分地越過(guò)分離篩網(wǎng)的面的流動(dòng)方向。水頭壓力指的是每單位重量的所述漿液的壓力能。
[0017]圖1、圖2和圖3示出交叉流振動(dòng)篩10的一個(gè)實(shí)施例。在所述實(shí)施例中，漿液可在輸入流率下從背壓控制系統(tǒng)(未示出)被供給到頭管12。所述頭管12可穿過(guò)障壁15被連接到進(jìn)入管14。從頭管12流動(dòng)進(jìn)入進(jìn)入管14的漿液可以通過(guò)由頭管12的高度22所提供的水頭壓力進(jìn)行增壓。所述漿液可從進(jìn)入管14流動(dòng)進(jìn)入交叉流腔室18。篩網(wǎng)20A，20B，20C和20D可以被設(shè)置到所述交叉流腔室18的多側(cè)中。所述篩網(wǎng)20A-20D可具有所需要的任何預(yù)定的篩孔大小，例如將所述漿液中的固體從所述漿液的流體中分離出的預(yù)定篩孔大小。這里使用的篩孔大小指的是篩網(wǎng)20A-20D中的孔的大小。
[0018]頭管12可以是具有豎直延伸到高度22的一個(gè)部分的管。增加頭管12的所述豎直高度22可以提高所述漿液的水頭壓力，并且由此可以提高漿液在進(jìn)入進(jìn)入管4時(shí)的壓力。所述升高的漿液壓力可以更加有效地通過(guò)篩網(wǎng)20A-20D將流體從所述漿液中分離出來(lái)。
[0019]所述交叉流腔室18可具有頂部24和底部36。交叉流腔室18的頂部24可以連接到馬達(dá)支架26。馬達(dá)支架26和篩網(wǎng)20B之間的空間28可以為所述流體提供通過(guò)篩網(wǎng)20B進(jìn)行分離的空間。通過(guò)篩網(wǎng)20A-20D從所述漿液分離出來(lái)的流體收集在位于交叉流振動(dòng)篩10下方的儲(chǔ)槽、料斗或者收集盤(未示出)中。
[0020]如圖1、圖2和圖3所示，振動(dòng)馬達(dá)30可連接到馬達(dá)支架26以使所述交叉流腔室18振動(dòng)。由振動(dòng)馬達(dá)30提供給交叉流腔室18的振動(dòng)可以配置成將漿液的一種相態(tài)與所述漿液的第二種相態(tài)分離開，例如從固相部分分離出液相部分。所述振動(dòng)可以基于應(yīng)用被預(yù)先選擇，例如，所述振動(dòng)可以被選擇為使過(guò)濾最大化而不是使固體運(yùn)送最大化。為了實(shí)現(xiàn)過(guò)濾的最大化，可以優(yōu)化振動(dòng)使對(duì)粘性漿液的剪切最大化。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，振動(dòng)馬達(dá)30可以提供頻率為20-40HZ的振動(dòng)。用于振動(dòng)所述交叉流腔室18的頻率可以基于所述漿液的粘性或者所述漿液中固體的濃度而更高或更低。進(jìn)入管14可以是柔性的，用以適應(yīng)頭管12和交叉流腔室18之間的接合。
[0021]隨著所述漿液流動(dòng)通過(guò)交叉流腔室18，可通過(guò)篩網(wǎng)20A-20D使所述漿液的流體相與所述漿液的固體相分離。交叉流腔室18的結(jié)構(gòu)和/或所述施加的振動(dòng)基本上可以防止固體堆積在篩網(wǎng)20A-20D的一部分上。當(dāng)所述漿液移動(dòng)通過(guò)交叉流腔室18的長(zhǎng)度并且液體分離時(shí)，所述漿液會(huì)變得更加濃縮。所述濃縮的漿液可流到端蓋32。端蓋32在交叉流腔室18與進(jìn)入管14相反的端部上形成一個(gè)壁。端蓋32可具有限制來(lái)自于交叉流腔室18的濃縮漿液的流動(dòng)的端蓋孔34。對(duì)流率的限制會(huì)在所述漿液上產(chǎn)生背壓。由頭管12提供的水頭壓力與來(lái)自于端蓋孔34的背壓的結(jié)合可使得所述漿液中的液體通過(guò)篩網(wǎng)20A-20D。所述濃縮的漿液可流動(dòng)通過(guò)端蓋孔34進(jìn)入固體控制系統(tǒng)的可包括干燥振動(dòng)篩的附加級(jí)。
[0022]交叉流腔室18的底部36可以連接到具有連接點(diǎn)40A，40B和40C的腔室支架38。彈性底座42A，42B和42C可以被連接到連接點(diǎn)40A，40B和40C。彈性底座42A，42B和42C可將所述腔室支架38連接到底架44。彈性底座42A，42B和42C可以將交叉流腔室18的振動(dòng)與底架44隔離開。彈性底座42A，42B和42C可以是彈簧。彈性底座42A，42B和42C可以是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的可以隔離振動(dòng)的其它任何裝置，例如液壓減振器和/或氣動(dòng)隔離器。
[0023]在圖1，圖2和圖3所示的實(shí)施例中，所述交叉流腔室18具有方形橫截面，篩網(wǎng)20A-20D在四個(gè)側(cè)面上連接到交叉流腔室18。在可選實(shí)施例中，如圖6A-6C所示，交叉流腔室18可具有不同的多邊形橫截面，例如，三角形，五邊形或六邊形。如圖6D和6E所示，交叉流腔室18還可具有圓形或橢圓形橫截面，所述橫截面具有可配置成使所述流體從所述漿液的分離最大化的彎曲篩網(wǎng)20。參照?qǐng)D6F，交叉流腔室18的橫截面還可以是不規(guī)律的多邊形以適應(yīng)其它特征，例如，固體排水通道46。此外，交叉流腔室18相對(duì)于交叉流腔室18的中心軸線可具有不同的定向。如圖6G所示，交叉流腔室18的橫截面可以定位成使交叉流腔室18的頂部24可以是所述橫截面的拐角。交叉流腔室18可具有設(shè)置在所述多邊形橫截面的至少一個(gè)面上的篩網(wǎng)20。如圖7A和7B所示，篩網(wǎng)20可設(shè)置在交叉流腔室18的三個(gè)側(cè)面上。
[0024]參照?qǐng)D4A和4B，在可選的實(shí)施例中，交叉流腔室18可具有設(shè)置在交叉流腔室18內(nèi)部上的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部分隔篩網(wǎng)48。外部空間50可由內(nèi)部分隔篩網(wǎng)48和篩網(wǎng)20之間的區(qū)域限定?？商娲兀徊媪髑皇?8可以具有不只一個(gè)限定所述內(nèi)部分隔篩網(wǎng)48之間的內(nèi)部空間52的內(nèi)部分隔篩網(wǎng)48。漿液可流到外部空間50以及內(nèi)部空間52中，使得漿液切向地流動(dòng)越過(guò)內(nèi)部分隔篩網(wǎng)48的兩個(gè)側(cè)面。增加內(nèi)部分隔篩網(wǎng)48的數(shù)量可以提高從所述漿液分離出的流體的量并且基本上不會(huì)增加交叉流振動(dòng)篩10的占地空間。內(nèi)部分離篩網(wǎng)48可具有內(nèi)部通道54，其允許來(lái)自于所述漿液的流體排放到內(nèi)部通道54。
[0025]在圖1所示的實(shí)施例中，交叉流腔室