CN112253020A - 一种井下作业用的钻井液固液分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下作业用的钻井液固液分离装置，包括壳体，其特征在于：所述壳体的底端套接有钻头，所述钻头上设置有联动防触机构，所述壳体的内部设置有分离机构，所述壳体的内部设置有开合机构，所述壳体的内部设置有分级启动机构，所述钻头上开设有螺纹槽，所述联动防触机构固定在钻头的螺纹槽内，所述分离机构固定在联动防触机构的上方，所述开合机构分为两部分，所述分离机构的两部分结构相同方向相反，所述分级启动机构位于分离机构的上方，所述联动防触机构包括第一开关、第二开关和第三开关，本发明，具有回收利用开采的废屑保护被开采的钻井、间歇驱动钻头延长钻头使用寿命增加钻井效率的特点。
Description
技术领域
本发明涉及钻井液分离技术领域，具体为一种井下作业用的钻井液固液分离装置。
背景技术
钻井液或称泥浆、冲洗液，一般普遍用于各种钻探作业中。钻井液通过成分一般分为四大类，分别是清水泥浆，水基泥浆、非水基泥浆(一般称为油基泥浆)和气体钻井液。钻井液的主要功能是提供液体静压力，防止地层流体进入钻孔，保持钻头冷却、清洁，回收岩屑、悬浮岩屑等，钻井液的特殊作用是防止油层损害并阻止腐蚀。
新疆油田每年产生钻井水基固液废弃物几十万方，由于新疆油田所属钻井区域多为沙漠、戈壁等环境脆弱区域，一旦遭受破坏，几年、甚至几十年都难以自我恢复。2015年新《环保法》实施以后，新疆油田开始试验钻井水基固液废弃物不落地处理技术，新疆环保厅也在制订相关管理办法，引导钻井水基固液废弃物处理减量、减排、无害化和资源利用，促进油田清洁生产。
在针对钻井液的选取上，选择一种不溶于水的带正电子的有机溶液与水混合对井下钻头进行供给，冷水用于给钻头降温，不溶于水的有机溶液经过钻头上的水孔喷出与钻出的带负电子的废屑粉末混合，使得废屑粉末聚集在溶液中形成凝絮状，该凝絮状物体与水混合后形成粘性较强的胶状物，在常温下缓慢凝固，若要加快凝固时间则需要对混合水进行降温，水温越底凝固越快，反之水温越高凝固越慢。
本发明提供了一种回收利用开采的废屑保护被开采的钻井、间歇驱动钻头延长钻头使用寿命增加钻井效率的一种井下作业用的钻井液固液分离装置是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种井下作业用的钻井液固液分离装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种井下作业用的钻井液固液分离装置，包括壳体，其特征在于：所述壳体的底端套接有钻头，所述钻头上设置有联动防触机构，所述壳体的内部设置有分离机构，所述壳体的内部设置有开合机构，所述壳体的内部设置有分级启动机构；联动防触机构的作用在于防止开采的钻井壁上掉落的碎石误触驱动机构，分离机构的作用在于快速分离出钻井液与混合在其中的固体，分级启动机构的作用在于让装置安所需要的顺序逐次运行。
根据上述技术方案，所述钻头上开设有螺纹槽，所述联动防触机构固定在钻头的螺纹槽内，所述分离机构固定在联动防触机构的上方，所述开合机构分为两部分，所述分离机构的两部分结构相同方向相反，所述分级启动机构位于分离机构的上方。
根据上述技术方案，所述联动防触机构包括第一开关、第二开关和第三开关，所述第一开关、第二开关和第三开关均与钻头上开设的螺纹槽滑动连接，所述第一开关、第二开关和第三开关的下方位于钻头的内部均固定有液压杆；通过设置三个开关保证联动防触机构的稳定安全性。
根据上述技术方案，所述钻头的内部位于第一开关的下方设置有第一液压仓，所述第一液压仓的底端设置有第一推板，所述第一推板的长度与第一液压仓的底端长度间隙为t，所述钻头的内部位于第二开关的下方设置有有第一液压管道，所述第一液压管道的另一端套接在第一液压仓的底端位于第一推板的右侧下方，所述钻头的内部位于第三开关的下方设置有第二液压仓，所述第二液压仓与第一液压仓大小结构相同，所述第二液压仓的内部底端设置有第二推板，所述第二推板的下方左侧设置有第二液压管道，所述第二液压管道的另一端套接在第一液压仓的底端位于第一推板的左侧下方，所述第二推板的右侧下方设置有第三液压管道，所述第三液压管道的另一端固定有驱动开关；通过液压管道与液压仓将三个开关联动，保证开关的启动顺序，及时误触也无法启动。
根据上述技术方案，所述分离机构包括分离球，所述分离球的外侧通过轴承连接有流通管，所述流通管的外侧固定有分离滤板，所述分离滤板的外侧斜边上固定有第一连接板，所述第一连接板远离分离滤板中心的一侧焊接有伸缩杆，所述伸缩杆的另一端固定有限位球，所述分离滤板的外侧设置有旋转筒；通过分离机构将混合开采出的废屑的钻井液进行固液分离。
根据上述技术方案，所述旋转筒与所述分离滤板均为开设有若干单向流通阀，所述分离滤板的顶端位置通过轴承连接在旋转筒的内壁上，所述分离滤板的滤板为硬质可伸缩滤板；通过分离滤板将大型废屑挤压成小型颗粒废屑便于与后续新补充的钻井液混合。
根据上述技术方案，所述开合机构的两部分分别通过轴承连接在旋转筒的顶端与底端，所述开合机构位于旋转筒底端的一部分包括固定盘，所述固定盘上均匀设置有六根第一连接杆，六根所述第一连接杆贯穿固定盘，六根所述第一连接杆位于固定盘外侧的一端焊接有弧形板，所述第一连接杆位于固定盘内部的一端固定有三角卡齿，所述第一连接杆位于固定盘内部的一端外侧通过螺纹链接有限位杆，所述固定盘的一侧设置有限位盘，所述限位盘上均匀开设有六条弧形槽；开合机构的作用在于保证装置的密封性。
根据上述技术方案，所述开合机构位于旋转筒底端的一部分上六条弧形槽的开槽方向为顺时针，所述开合机构位于旋转筒顶端的一部分上的弧形槽的开槽方向为逆时针，所述限位杆与所述弧形槽滑动连接；开合机构上下部分的弧形槽开槽方向相反实现一端张开同时另一端闭合，保证新旧钻井液不会混合。
根据上述技术方案，所述分级启动机构包括第二连接板，所述第二连接板上设置有驱动轴，所述驱动轴贯穿第二连接板，所述驱动轴的一端设置有驱动电机，所述驱动动开关位于驱动电机的一侧，所述驱动轴的另一端焊接有第二连接杆，所述第二连接杆的顶端通过轴承连接有短杆，所述第二连接板的上方均匀设置有四块第三连接板，四块所述第三连接板的左端通过轴承连接在第二连接板上，四块所述第三连接板上开设有贯穿槽，所述贯穿槽内滑动连接有旋转杆，所述旋转杆的外侧通过轴承连接有C型槽，所述C型槽的开口朝向驱动轴，所述旋转杆的外侧位于C型槽内传动连接有第三连接杆，所述旋转杆的外侧位于第三连接杆的上方通过轴承连接有第四连接杆，所述C型槽远离驱动轴的一侧焊接有压杆，所述第二连接板上对应设置有四个支架，所述压杆贯穿支架，所述压杆远离驱动轴的一端固定有活塞，所述活塞外侧滑动连接有压缩筒；通过分级启动机构实现分离机构安分离步骤运行。
根据上述技术方案，所述第二连接杆位于驱动轴的轴心右侧，所述短杆通过轴承与其中一个C型槽的顶端连接；利用偏心轮结构实现分级启动机构的间歇运行。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过设置有联动防触机构只能依照指定顺序触碰后才可启动，防止开采的钻井壁上掉落的碎石误触而意外启动后续机构，通过设置有分离机构可以快速分离出钻井液与混合在其中的固体与水，在不同的运行状态下实现分离所需要的混合物或单一物质，利用开采出的废屑实现对开采井壁的填补防止龟裂，通过设置有分级启动机构，该机构可以让装置安所需要的顺序逐次运行。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的钻头正面立体结构示意图；
图2是本发明的联动防触机构工作远离示意图；
图3是本发明的图2中A部分放大结构示意图；
图4是本发明的分级启动机构立体结构示意图；
图5是本发明的分离机构立体结构示意图；
图6是本发明的分离机构第一工作状态示意图；
图7是本发明的分离机构第二工作状态示意图；
图8是本发明的分离机构第三工作状态示意图；
图9是本发明的分离机构第四工作状态示意图；
图10是本发明的开合机构立体结构示意图；
图11是本发明的开合机构第一工作状态示意图；
图12是本发明的开合机构第二工作状态示意图；
图13是本发明的开合机构第三工作状态示意图；
图14是本发明的开合机构第四工作状态示意图；
图中：100、钻头；101、第一开关；102、第二开关；103、第三开关；104、第一液压仓；105、第二液压仓；106、液压杆；200、旋转筒；201、分离滤板；202、流通管；203、分离球；300、固定盘；301、第一连接杆；302、弧形板；303、限位杆；304、限位盘；400、第二连接板；401、驱动轴；402、C型槽；403、压杆；404、第三连接板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-14，本发明提供技术方案：一种井下作业用的钻井液固液分离装置，包括壳体，其特征在于：壳体的底端套接有钻头100，钻头100上设置有联动防触机构，壳体的内部设置有分离机构，壳体的内部设置有开合机构，壳体的内部设置有分级启动机构；联动防触机构的作用在于防止开采的钻井壁上掉落的碎石误触驱动机构，分离机构的作用在于快速分离出钻井液与混合在其中的固体，分级启动机构的作用在于让装置安所需要的顺序逐次运行。
钻头100上开设有螺纹槽，联动防触机构固定在钻头100的螺纹槽内，分离机构固定在联动防触机构的上方，开合机构分为两部分，分离机构的两部分结构相同方向相反，分级启动机构位于分离机构的上方。
联动防触机构包括第一开关101、第二开关102和第三开关103，第一开关101、第二开关102和第三开关103均与钻头100上开设的螺纹槽滑动连接，第一开关101、第二开关102和第三开关103的下方位于钻头100的内部均固定有液压杆106；钻头100在钻井内旋转开采，被开采出的废屑通过钻头100上开设的螺纹槽不断旋转上移，依次压动第一开关101、第二开关102和第三开关103。
钻头100的内部位于第一开关101的下方设置有第一液压仓104，第一液压仓104的底端设置有第一推板，第一推板的长度与第一液压仓104的底端长度间隙为t，钻头100的内部位于第二开关102的下方设置有有第一液压管道，第一液压管道的另一端套接在第一液压仓104的底端位于第一推板的右侧下方，钻头100的内部位于第三开关103的下方设置有第二液压仓105，第二液压仓105与第一液压仓104大小结构相同，第二液压仓105的内部底端设置有第二推板，第二推板的下方左侧设置有第二液压管道，第二液压管道的另一端套接在第一液压仓104的底端位于第一推板的左侧下方，第二推板的右侧下方设置有第三液压管道，第三液压管道的另一端固定有驱动开关；当被开采出的废屑沿着钻头100上的螺纹槽旋转上移时，首先压动第一开关液压杆106下压，由于第一开关下方的第一液压仓内的第一推板堵住了底端，所以第一开关在被按压后暂无反应，当第二开关被压动后液压杆106下压将第二开关下的液压油通过第一液压管道推至第一液压仓104下方推开第一推板，第一液压仓104内的液压油通过第二液压管道通至第二液压仓105推开第二推板，所以第一、第二开关被按压后均无反应，当第三开关被压动后，液压杆106下压将液压油通过第二推板下方右侧的第三液压管道推出启动驱动开关，只有按照启动第一、第二、第三开关的顺序按压开关才能启动驱动开关，避免螺纹槽内因掉落的碎块意外按压开关而启动后续机构。
分离机构包括分离球203，分离球203的外侧通过轴承连接有流通管202，流通管202的外侧固定有分离滤板201，分离滤板201的外侧斜边上固定有第一连接板，第一连接板远离分离滤板201中心的一侧焊接有伸缩杆，伸缩杆的另一端固定有限位球，分离滤板201的外侧设置有旋转筒200。
旋转筒200与分离滤板201均为开设有若干单向流通阀，分离滤板201的顶端位置通过轴承连接在旋转筒200的内壁上，分离滤板201的滤板为硬质可伸缩滤板；将堆钻头降温后混合了开采废屑的钻井液回收至流通管202内后，此时钻井液分为高温水、凝絮状有机溶液、废屑，回收进的水透过分离滤板201涌进旋转筒200与分离滤板201之间的空间内，此时顺时针旋转旋转筒200而分离滤板201不动，二者之间的水形成闭合顺时针循环螺旋，实现对高温水的快速降温，若逆时针旋转旋转筒200则其上开设的若干单向流通阀打开将水旋转洒至钻井内壁上对钻井内壁以及钻机外部进行冲洗；若旋转筒200稳定不动，顺时针旋转分离滤板201，则分离滤板201与旋转筒200之间的水形成闭合逆时针循环螺旋，同时分离滤板201内侧的废屑与凝絮状有机溶液被分离，凝絮状有机溶液通过分离滤板分离出与水混合形成凝胶状有机溶液，若逆时针旋转分离滤板，则限位球拉伸伸缩杆在惯性作用下靠近旋转筒200的内壁与之贴合，通过卡和旋转筒200的内壁带动旋转筒200进行逆时针旋转的同时挤压分离滤板201，将其内部的固体废屑挤压成小型颗粒与再次分离出来，与凝胶状有机溶液混合被排出至钻井内壁，由于此时水已经过降温处理，可以快速在钻井内壁上凝固形成保护层，防止钻井内壁龟裂塌陷。
合机构的两部分分别通过轴承连接在旋转筒200的顶端与底端，开合机构位于旋转筒200底端的一部分包括固定盘300，固定盘300上均匀设置有六根第一连接杆301，六根第一连接杆301贯穿固定盘，六根第一连接杆301位于固定盘300外侧的一端焊接有弧形板302，第一连接杆301位于固定盘300内部的一端固定有三角卡齿，第一连接杆301位于固定盘300内部的一端外侧通过螺纹链接有限位杆303，固定盘300的一侧设置有限位盘304，限位盘304上均匀开设有六条弧形槽。
开合机构位于旋转筒200底端的一部分上六条弧形槽的开槽方向为顺时针，开合机构位于旋转筒200顶端的一部分上的弧形槽的开槽方向为逆时针，限位杆303与弧形槽滑动连接；当联动防误触机构顺利启动后，分离球203启动旋转，当分离球203在流通管202内做高速横向逆时针旋转时，形成的风流带动限位盘304进行旋转，旋转筒200底端的开合机构中的限位杆303在弧形槽的挤压下带动第一连接杆301做远离固定盘300中心的运动，使得三角卡齿分开贴合形成开口，同时旋转筒200上方的开合机构做反向运动形成闭合，此时将分离球203做高速纵向顺时针旋转，不断形成负压将下方使用过的混合钻井液不断泵至旋转筒200内；若将分离球203做高速横向顺时针旋转时，下方的开合机构关闭，上方的开合机构打开引进新钻井液，此时将分离球203做高速纵向逆时针旋转，新钻井液被引至旋转筒混合剩余的废屑大颗粒落入下方回到钻头处继续混合开采出的废屑形成大颗粒，如此反复。
分级启动机构包括第二连接板400，第二连接板400上设置有驱动轴401，驱动轴401贯穿第二连接板400，驱动轴401的一端设置有驱动电机，驱动动开关位于驱动电机的一侧，驱动轴401的另一端焊接有第二连接杆，第二连接杆的顶端通过轴承连接有短杆，第二连接板400的上方均匀设置有四块第三连接板404，四块第三连接板404的左端通过轴承连接在第二连接板400上，四块第三连接板404上开设有贯穿槽，贯穿槽内滑动连接有旋转杆，旋转杆的外侧通过轴承连接有C型槽402，C型槽402的开口朝向驱动轴401，旋转杆的外侧位于C型槽402内传动连接有第三连接杆，旋转杆的外侧位于第三连接杆的上方通过轴承连接有第四连接杆，C型槽402远离驱动轴401的一侧焊接有压杆403，第二连接板400上对应设置有四个支架，压杆403贯穿支架，压杆403远离驱动轴401的一端固定有活塞，活塞外侧滑动连接有压缩筒。
第二连接杆位于驱动轴401的轴心右侧，短杆通过轴承与其中一个C型槽402的顶端连接；当联动防误触机构顺利启动后，驱动轴401进行旋转带动顶端的短杆进行运动，短杆拉动C型槽402实现往复运动带动压杆403以及压杆403末端的活塞在压缩筒内不断滑动压缩以及膨胀内部空气，四根压杆403中相对的两根压杆403运动方向相同同时与另外两根压杆403运动方向相反，通过前后两根活塞在压缩筒内压缩、膨胀空气实现驱动分离装置中旋转筒200、分离滤板201以及分离球203的顺、逆时针旋转，通过左右两根活塞在压缩筒内压缩、膨胀空气实现分离球203在纵向的顺、逆时针旋转。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，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。
Claims (10)
1.一种井下作业用的钻井液固液分离装置，包括壳体，其特征在于：所述壳体的底端套接有钻头(100)，所述钻头(100)上设置有联动防触机构，所述壳体的内部设置有分离机构，所述壳体的内部设置有开合机构，所述壳体的内部设置有分级启动机构。
2.根据权利要求1所述的一种井下作业用的钻井液固液分离装置，其特征在于：所述钻头(100)上开设有螺纹槽，所述联动防触机构固定在钻头(100)的螺纹槽内，所述分离机构固定在联动防触机构的上方，所述开合机构分为两部分，所述分离机构的两部分结构相同方向相反，所述分级启动机构位于分离机构的上方。
3.根据权利要求2所述的一种井下作业用的钻井液固液分离装置，其特征在于：所述联动防触机构包括第一开关(101)、第二开关(102)和第三开关(103)，所述第一开关(101)、第二开关(102)和第三开关(103)均与钻头(100)上开设的螺纹槽滑动连接，所述第一开关(101)、第二开关(102)和第三开关(103)的下方位于钻头(100)的内部均固定有液压杆(106)。
4.根据权利要求3所述的一种井下作业用的钻井液固液分离装置，其特征在于：所述钻头(100)的内部位于第一开关(101)的下方设置有第一液压仓(104)，所述第一液压仓(104)的底端设置有第一推板，所述第一推板的长度与第一液压仓(104)的底端长度间隙为t，所述钻头(100)的内部位于第二开关(102)的下方设置有有第一液压管道，所述第一液压管道的另一端套接在第一液压仓(104)的底端位于第一推板的右侧下方，所述钻头(100)的内部位于第三开关(103)的下方设置有第二液压仓(105)，所述第二液压仓(105)与第一液压仓(104)大小结构相同，所述第二液压仓(105)的内部底端设置有第二推板，所述第二推板的下方左侧设置有第二液压管道，所述第二液压管道的另一端套接在第一液压仓(104)的底端位于第一推板的左侧下方，所述第二推板的右侧下方设置有第三液压管道，所述第三液压管道的另一端固定有驱动开关。
5.根据权利要求4所述的一种井下作业用的钻井液固液分离装置，其特征在于：所述分离机构包括分离球(203)，所述分离球(203)的外侧通过轴承连接有流通管(202)，所述流通管(202)的外侧固定有分离滤板(201)，所述分离滤板(201)的外侧斜边上固定有第一连接板，所述第一连接板远离分离滤板(201)中心的一侧焊接有伸缩杆，所述伸缩杆的另一端固定有限位球，所述分离滤板(201)的外侧设置有旋转筒(200)。
6.根据权利要求5所述的一种井下作业用的钻井液固液分离装置，其特征在于：所述旋转筒(200)与所述分离滤板(201)均为开设有若干单向流通阀，所述分离滤板(201)的顶端位置通过轴承连接在旋转筒(200)的内壁上，所述分离滤板(201)的滤板为硬质可伸缩滤板。
7.根据权利要求6所述的一种井下作业用的钻井液固液分离装置，其特征在于：所述开合机构的两部分分别通过轴承连接在旋转筒(200)的顶端与底端，所述开合机构位于旋转筒(200)底端的一部分包括固定盘(300)，所述固定盘(300)上均匀设置有六根第一连接杆(301)，六根所述第一连接杆(301)贯穿固定盘，六根所述第一连接杆(301)位于固定盘(300)外侧的一端焊接有弧形板(302)，所述第一连接杆(301)位于固定盘(300)内部的一端固定有三角卡齿，所述第一连接杆(301)位于固定盘(300)内部的一端外侧通过螺纹链接有限位杆(303)，所述固定盘(300)的一侧设置有限位盘(304)，所述限位盘(304)上均匀开设有六条弧形槽。
8.根据权利要求7所述的一种井下作业用的钻井液固液分离装置，其特征在于：所述开合机构位于旋转筒(200)底端的一部分上六条弧形槽的开槽方向为顺时针，所述开合机构位于旋转筒(200)顶端的一部分上的弧形槽的开槽方向为逆时针，所述限位杆(303)与所述弧形槽滑动连接。
9.根据权利要求8所述的一种井下作业用的钻井液固液分离装置，其特征在于：所述分级启动机构包括第二连接板(400)，所述第二连接板(400)上设置有驱动轴(401)，所述驱动轴(401)贯穿第二连接板(400)，所述驱动轴(401)的一端设置有驱动电机，所述驱动动开关位于驱动电机的一侧，所述驱动轴(401)的另一端焊接有第二连接杆，所述第二连接杆的顶端通过轴承连接有短杆，所述第二连接板(400)的上方均匀设置有四块第三连接板(404)，四块所述第三连接板(404)的左端通过轴承连接在第二连接板(400)上，四块所述第三连接板(404)上开设有贯穿槽，所述贯穿槽内滑动连接有旋转杆，所述旋转杆的外侧通过轴承连接有C型槽(402)，所述C型槽(402)的开口朝向驱动轴(401)，所述旋转杆的外侧位于C型槽(402)内传动连接有第三连接杆，所述旋转杆的外侧位于第三连接杆的上方通过轴承连接有第四连接杆，所述C型槽(402)远离驱动轴(401)的一侧焊接有压杆(403)，所述第二连接板(400)上对应设置有四个支架，所述压杆(403)贯穿支架，所述压杆(403)远离驱动轴(401)的一端固定有活塞，所述活塞外侧滑动连接有压缩筒。
10.根据权利要求9所述的一种井下作业用的钻井液固液分离装置，其特征在于：所述第二连接杆位于驱动轴(401)的轴心右侧，所述短杆通过轴承与其中一个C型槽(402)的顶端连接。
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