專利名稱：一種氣體鉆井系統(tǒng)地面分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油勘探技術(shù)領(lǐng)域，相關(guān)氣體鉆井工藝及其設(shè)備，具體為一種氣體鉆
井過(guò)程中氣體回收利用的地面分離裝置。
背景技術(shù)：
氣體鉆井是新發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)油氣田欠平衡鉆探開(kāi)發(fā)技術(shù)，其利用氣體(空氣、 氮?dú)?、天然氣、柴油尾氣?做鉆井介質(zhì)替代常規(guī)鉆井液，將氣體加壓后注入井內(nèi)，進(jìn)行冷 卻鉆頭和攜帶鉆屑。氣體鉆井具有減輕地層傷害，提高油井產(chǎn)能；實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)異常情況和 評(píng)價(jià)油藏；避免復(fù)雜事故發(fā)生，提高鉆井速度，縮短鉆井周期等優(yōu)點(diǎn)。 現(xiàn)行氣體鉆井工藝中，沿著環(huán)空從井口返回到地面的攜巖氣體通過(guò)排砂管線直接 排放到放噴池放燃。排砂管線上安裝噴水除塵器，利用撞擊洗滌的方法除塵，由于排砂管線 中攜巖氣體速度很快，攜巖氣體中鉆屑與水接觸時(shí)間較短，只能除去攜巖氣體中的大顆粒 鉆屑，還有很多細(xì)小的鉆屑顆粒隨著攜巖氣體彌漫到空氣中。因此，如果能夠?qū)⑦€空返回到 地面的攜巖氣體進(jìn)行分離凈化，則可大大減小環(huán)境污染；如果鉆井氣體為價(jià)格昂貴的氮?dú)?或者天然氣，直接放燃還浪費(fèi)了能源和增加了鉆井成本，將其回收利用則可節(jié)約能源和鉆 井成本。 針對(duì)當(dāng)前鉆井工藝中存在的問(wèn)題，中國(guó)專利CN 1291678A(2001)提出了利用廢煙 氣做鉆井、修井循環(huán)介質(zhì)的方法及設(shè)備。該專利中，提出來(lái)利用布袋除塵器進(jìn)行氣體除塵。 由于氣體鉆井速度較快，產(chǎn)生鉆屑量較大，布袋很快就會(huì)被過(guò)濾下來(lái)的鉆屑塞滿，布袋使用 時(shí)間較短，不能保證裝置長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。 中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?00810116311.9)提出了一種氣體循環(huán)鉆井工藝系統(tǒng)及其方 法。在此專利中，提出了對(duì)井口返回的攜巖氣體進(jìn)行三級(jí)分離與凈化的方案，井口出來(lái)的攜 巖氣體經(jīng)過(guò)一級(jí)慣性快分系統(tǒng)、二級(jí)旋風(fēng)分離系統(tǒng)的分離再進(jìn)入到過(guò)濾器，很好地解決了 直接利用過(guò)濾器使用時(shí)間短的問(wèn)題。該專利中，過(guò)濾器的過(guò)濾精度與使用壽命是保證該工 藝連續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵，而一級(jí)慣性快分系統(tǒng)、二級(jí)旋風(fēng)分離系統(tǒng)的穩(wěn)定高效的分離效果以及 長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)運(yùn)行，是保證過(guò)濾器的過(guò)濾精度與使用壽命的前提。氣體循環(huán)鉆井工藝中一 級(jí)慣性快分系統(tǒng)和二級(jí)旋風(fēng)分離器系統(tǒng)均采用常規(guī)的旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)，且料腿較長(zhǎng)。由于 氣體鉆井過(guò)程中可能會(huì)遇到水層和油層，被攜巖氣體帶到一級(jí)慣性快分系統(tǒng)和二級(jí)旋風(fēng)分 離器系統(tǒng)中的鉆屑、水和油會(huì)和泥黏附在器壁上，結(jié)塊脫離時(shí)可能會(huì)造成料腿排料不暢或 堵塞，影響一級(jí)慣性快分系統(tǒng)和二級(jí)旋風(fēng)分離器系統(tǒng)的分離效率。由于井下地層復(fù)雜，遇到 氣層會(huì)使井口壓力急劇升高，會(huì)使一級(jí)慣性快分系統(tǒng)和二級(jí)旋風(fēng)分離器系統(tǒng)下面的料罐中 的液面急劇下降，甚至?xí)斐梢好鎵嚎?、氣體跑損。如果井口壓力突然下降，還會(huì)造成料罐 中的液體液位上升到料腿和旋風(fēng)分離器中，造成料腿堵塞和旋風(fēng)分離器分離效率降低。因 此需要進(jìn)一步完善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是研究設(shè)計(jì)一種對(duì)氣體鉆井井口返回到地面的攜巖氣體進(jìn)行回收 的地面分離裝置，以克服背景技術(shù)存在的缺陷，保證分離裝置平穩(wěn)高效、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行， 延長(zhǎng)過(guò)濾器的使用壽命和使用周期，保證凈化后的氣體滿足進(jìn)入壓縮機(jī)的要求，使整個(gè)分 離過(guò)濾系統(tǒng)高效連續(xù)運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)回收循環(huán)利用鉆井氣體，減少氣體用量，降低鉆井成本 的目的。分離后的氣體如果不回收，也有保護(hù)環(huán)境的作用。 本發(fā)明提供了一套氣體鉆井系統(tǒng)地面分離裝置由一級(jí)分離器、二級(jí)軸流導(dǎo)葉式軸 流導(dǎo)葉式旋分管、緩沖罐、注水泵以及液位自控系統(tǒng)組成。 本發(fā)明提供的一級(jí)分離器和二級(jí)軸流導(dǎo)葉式旋分管串聯(lián)組成，也可以設(shè)計(jì)成多級(jí) 串聯(lián)方式。 一級(jí)分離器主要起到預(yù)分離的作用，二級(jí)軸流導(dǎo)葉式旋分管保證分離裝置的高 效率。氣體鉆井井口出來(lái)的攜巖氣體首先進(jìn)入到一級(jí)分離器進(jìn)行預(yù)分離，分離出來(lái)的鉆屑、 油、水等混合物落入到一級(jí)分離器底部的液體中，分離出來(lái)的氣體再進(jìn)入到二級(jí)軸流導(dǎo)葉 式旋分管進(jìn)行進(jìn)一步分離；二級(jí)軸流導(dǎo)葉式旋分管分離下來(lái)的鉆屑落入到二級(jí)料罐中，二 級(jí)軸流導(dǎo)葉式旋分管分離出來(lái)的氣體進(jìn)入到緩沖罐中進(jìn)行壓力緩沖。緩沖罐中氣體再經(jīng)過(guò) 過(guò)濾器過(guò)濾后就可以回收循環(huán)利用；如果凈化后的氣體不回收，則可以將緩沖罐中的氣體 進(jìn)行放燃，可以大大減小環(huán)境污染。 按照本發(fā)明提供的一級(jí)分離器將旋風(fēng)分離器與料罐有機(jī)地結(jié)合在一起，進(jìn)入一級(jí) 分離器中鉆屑、油和水沿著器壁向下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，沿著周向排塵落入到底部的液體中，有效地 解決了常規(guī)旋風(fēng)分離器料腿阻塞的問(wèn)題。在一級(jí)分離中設(shè)計(jì)了防返混錐，可以防止和減少 液體的返混及夾帶，提高分離效率。 按照本發(fā)明提供的緩沖罐具有緩沖氣體壓力的作用，同時(shí)緩沖罐頂部設(shè)有安全 閥，當(dāng)井口壓力突增，分離裝置壓力超過(guò)安全閥設(shè)定壓力時(shí)，安全閥開(kāi)啟對(duì)系統(tǒng)卸壓，通過(guò) 安全閥出口管線將氣體排放到放噴池中，可以保證設(shè)備的安全。 按照本發(fā)明提供的氣體鉆井系統(tǒng)地面分離裝置，一級(jí)分離器和二級(jí)料罐中均采用 液體輸送排料方式。為了減小井口壓力波動(dòng)對(duì)一級(jí)分離器和二級(jí)料罐中液位的影響，對(duì)一 級(jí)分離器和二級(jí)料罐中液位進(jìn)行了自控設(shè)計(jì)。通過(guò)改變一級(jí)分離器和二級(jí)料罐注水泵電機(jī) 的輸出頻率以及排料管線上調(diào)節(jié)閥開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)水量和排料量，進(jìn)而維持液面穩(wěn)定。當(dāng)井 口壓力增加時(shí)，液位開(kāi)始下降，首先增加一級(jí)分離器和二級(jí)料罐注水泵電機(jī)的輸出頻率，增 加注水量；如果液位繼續(xù)下降，則減小一級(jí)分離器和二級(jí)料罐排料管線上調(diào)節(jié)閥開(kāi)度來(lái)減 小排料量，這樣就可以穩(wěn)定液位。當(dāng)井口壓力降低時(shí)，液位開(kāi)始上升，首先增大一級(jí)分離器 和二級(jí)料罐排料管線上調(diào)節(jié)閥開(kāi)度來(lái)增加排料量，如果液位繼續(xù)上升，則減小一級(jí)分離器 和二級(jí)料罐注水泵電機(jī)的輸出頻率，減小注水量，這樣就可以穩(wěn)定液位。 按照本發(fā)明提供的氣體鉆井系統(tǒng)地面分離裝置沒(méi)有采用常規(guī)的旋風(fēng)分離器，一級(jí) 分離器將旋風(fēng)分離器與料罐有機(jī)地結(jié)合在一起，二級(jí)軸流導(dǎo)葉式旋分管臥式或者傾斜布 置，有效地降低了設(shè)備的高度。 按照本發(fā)明提供的氣體鉆井系統(tǒng)地面分離裝置中的一級(jí)分離器、二級(jí)軸流導(dǎo)葉式 旋分管、二級(jí)料罐和緩沖罐可以做成一個(gè)撬裝，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝和運(yùn)輸。兩臺(tái)注水泵可以單獨(dú) 做一個(gè)撬裝，也可以設(shè)計(jì)在氣體鉆井系統(tǒng)地面分離裝置撬裝中。 本發(fā)明提供一種氣體鉆井系統(tǒng)地面分離裝置，有效解決了常規(guī)旋風(fēng)分離器料腿阻塞問(wèn)題，同時(shí)對(duì)一級(jí)分離器和二級(jí)料罐中的液位進(jìn)行了自控設(shè)計(jì)，可以減小井口壓力波動(dòng) 對(duì)排料系統(tǒng)的影響，防止液面被壓空造成氣體跑損和液面上升造成夾帶。本發(fā)明提供的地 面分離裝置有效地降低了設(shè)備高度，集成為撬裝形式，增加了可移動(dòng)性，便于運(yùn)輸和安裝， 更適合流動(dòng)性較強(qiáng)的鉆井作業(yè)。分離裝置有安全放空裝置，保證設(shè)備安全可靠。


圖1為本發(fā)明氣體鉆井系統(tǒng)地面分離裝置；圖中 1. —級(jí)分離器入口，2. —級(jí)分離器，3. 二級(jí)軸流導(dǎo)葉式旋分管，4. 二級(jí)料罐，5.緩 沖罐，6.緩沖罐出口，7.安全閥，8. —級(jí)注水泵，9. 二級(jí)注水泵，IO.防返混錐，ll. 一級(jí)液 位傳感器，12. —級(jí)排料管線，13.調(diào)節(jié)閥，14. 二級(jí)液位傳感器，15. 二級(jí)排料管線，16.調(diào)節(jié) 閥，17.撬裝。
具體實(shí)施例方式
為了能夠更清楚的了解本發(fā)明特點(diǎn)，舉以下實(shí)例說(shuō)明 如圖l，氣體鉆井系統(tǒng)地面分離裝置由一級(jí)分離器2、二級(jí)軸流導(dǎo)葉式旋分管3、二 級(jí)料罐4，緩沖罐5、一級(jí)注水泵6、二級(jí)注水泵7以及液位自控系統(tǒng)組成。所有設(shè)備設(shè)計(jì)在 一個(gè)撬裝17上，高度集成，便于運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)安裝。 氣體鉆井過(guò)程中，從環(huán)空返回到地面的攜巖氣體引入一級(jí)分離器入口 l，進(jìn)入一級(jí) 分離器2中鉆屑、油和水沿著器壁向下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，沿著周向排塵落入到底部的液體中，有效 地解決了常規(guī)旋風(fēng)分離器料腿阻塞的問(wèn)題；在一級(jí)分離2中設(shè)計(jì)了防返混錐IO，可以防止 和減少液體的返混及夾帶，提高分離效率。經(jīng)過(guò)一級(jí)分離器2分離后的氣體進(jìn)入到二級(jí)軸 流導(dǎo)葉式旋分管3進(jìn)行進(jìn)一步分離，二級(jí)旋風(fēng)管3分離下來(lái)的鉆屑落入到二級(jí)料罐4中，凈 化后的氣體進(jìn)入到氣體緩沖罐5中緩沖壓力。緩沖罐5中的氣體通過(guò)緩沖罐出口 6進(jìn)入到 過(guò)濾器進(jìn)行精細(xì)過(guò)濾，然后回收或者循環(huán)利用。如果井口壓力突增，氣體鉆井系統(tǒng)地面分離 裝置壓力超過(guò)了安全閥8的設(shè)計(jì)壓力，則安全閥8會(huì)開(kāi)啟進(jìn)行卸壓，將氣體排放到放噴池10 中進(jìn)行放燃，以保證設(shè)備安全。 —級(jí)分離器2和二級(jí)料罐4均采用液體輸送排料方式。為了減小井口壓力波動(dòng)對(duì) 一級(jí)分離器2和二級(jí)料罐4中液位的影響，對(duì)一級(jí)分離器2和二級(jí)料罐4中液位進(jìn)行了自 控設(shè)計(jì)。通過(guò)調(diào)節(jié)一級(jí)注水泵8和二級(jí)注水泵9電機(jī)的輸出頻率以及一級(jí)排料管線12上 的調(diào)節(jié)閥13和二級(jí)排料管線15上的調(diào)節(jié)閥16的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)水量和排料量，進(jìn)而維持一 級(jí)分離器2和二級(jí)料罐4的液面保持穩(wěn)定。當(dāng)井口壓力增加時(shí)， 一級(jí)分離器2和二級(jí)料罐 4液位開(kāi)始下降， 一級(jí)液位傳感器11和二級(jí)液位傳感器14首先將信號(hào)傳送給一級(jí)注水泵8 和二級(jí)注水泵9，一級(jí)注水泵8和二級(jí)注水泵9增加電機(jī)的輸出頻率，增加注水量；如果一 級(jí)分離器2和二級(jí)料罐4的液位繼續(xù)下降，則一級(jí)液位傳感器11和二級(jí)液位傳感器14將 信號(hào)傳遞給調(diào)節(jié)閥13和調(diào)節(jié)閥16，一級(jí)排料管線12上的調(diào)節(jié)閥13和二級(jí)排料管線15上 的調(diào)節(jié)閥16減小開(kāi)度來(lái)減小排料量，這樣就可以穩(wěn)定液位。當(dāng)井口壓力降低時(shí)，一級(jí)分離 器2和二級(jí)料罐4的液位開(kāi)始上升，一級(jí)液位傳感器11和二級(jí)液位傳感器14首先將信號(hào) 傳送給一級(jí)排料管線12上的調(diào)節(jié)閥13和二級(jí)排料管線15上的調(diào)節(jié)閥16，調(diào)節(jié)閥13和調(diào) 節(jié)閥16調(diào)大開(kāi)度來(lái)增加排料量；如果一級(jí)分離器2和二級(jí)料罐4的液位繼續(xù)上升， 一級(jí)液
5位傳感器11和二級(jí)液位傳感器14則將信號(hào)傳送給一級(jí)注水泵8和二級(jí)注水泵9， 一級(jí)注水
泵8和二級(jí)注水泵9減小電機(jī)的輸出頻率，減小注水量，這樣就可以穩(wěn)定液位。 按照本發(fā)明提供的氣體鉆井系統(tǒng)地面分離裝置沒(méi)有采用常規(guī)的旋風(fēng)分離器，一級(jí)
分離器將旋風(fēng)分離器與料罐有機(jī)地結(jié)合在一起，取消了料腿設(shè)計(jì)；二級(jí)軸流導(dǎo)葉式旋分管
臥式布置，這些都大大地降低了設(shè)備的高度。 此方案解決了常規(guī)旋風(fēng)分離器料腿堵塞的問(wèn)題，具有結(jié)構(gòu)緊湊、整體設(shè)備高度較 低、分離效率高、連續(xù)帶壓鎖氣排料、自動(dòng)控制液位等優(yōu)點(diǎn)。 在此說(shuō)明書(shū)中，本發(fā)明已參照其特定的實(shí)例做了描述。但是很顯然仍然可以做出 各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說(shuō)明書(shū)和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說(shuō)明性的 而非限制性的。
權(quán)利要求
一種用于氣體鉆井還空返回到地面攜巖氣體回收和循環(huán)利用的地面分離裝置，其特征在于該系統(tǒng)由一級(jí)分離器、二級(jí)分離器、料罐、緩沖罐、注水泵和液位自控系統(tǒng)組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井系統(tǒng)地面分離裝置，其特征在于該系統(tǒng)由兩級(jí)或者 多級(jí)組成，本發(fā)明實(shí)施例中設(shè)計(jì)成兩級(jí)串聯(lián)，為了提高精度，可以增加串聯(lián)級(jí)數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井系統(tǒng)地面分離裝置，其特征在于一級(jí)分離器將常規(guī) 旋風(fēng)分離器與料罐有機(jī)結(jié)合為一體，在一級(jí)分離器中心安裝防返混錐，既消除了堵塞的隱 患，又減小了液體的返混夾帶。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井系統(tǒng)地面分離裝置，其特征在于二級(jí)分離器采用軸 流導(dǎo)葉式旋分管，提高了分離效率；軸流導(dǎo)葉式旋分管可以水平安裝也可以傾斜安裝，降低 了設(shè)備高度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井系統(tǒng)地面分離裝置，其特征在于料罐的排料方式采 用了液位自控系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)注水泵電機(jī)輸出頻率和排料管線上調(diào)節(jié)閥開(kāi)度來(lái)控制液位， 消除井口壓力對(duì)排料系統(tǒng)的影響。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井系統(tǒng)地面分離裝置，其特征在于該地面分離裝置可 以設(shè)計(jì)成撬裝，便于安裝和運(yùn)輸。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種氣體鉆井系統(tǒng)地面分離裝置，其由兩級(jí)或多級(jí)分離器、料罐、緩沖罐、注水泵和液位自控系統(tǒng)組成。氣體鉆井過(guò)程中，還空返回到地面的攜巖氣體經(jīng)過(guò)本發(fā)明提供的分離裝置分離后，直接燃燒則可減小環(huán)境污染；再經(jīng)過(guò)過(guò)濾器精細(xì)過(guò)濾后可以回收循環(huán)利用。分離裝置分離下來(lái)的鉆屑采用液體輸送的方式進(jìn)行連續(xù)排料，同時(shí)還可以對(duì)分離器系統(tǒng)進(jìn)行液封鎖氣。液體排料系統(tǒng)設(shè)計(jì)了液位自控方案，可以減小井口壓力對(duì)排料系統(tǒng)的影響，保證料罐液位保持穩(wěn)定。本發(fā)明氣體鉆井系統(tǒng)地面分離裝置不會(huì)發(fā)生堵塞，具有分離效率高、安全可靠性高、能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)自動(dòng)排料等特點(diǎn)；同時(shí)還具有保護(hù)環(huán)境、降低鉆井成本的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B21/01GK101748979SQ200810183130
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者付雙成, 孫國(guó)剛, 柳貢慧, 鄭巨永 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)