Центрифуга с двойной подачей
Номер патента: 17792
Опубликовано: 29.03.2013
Авторы: Вичентини Леонардо Ренцо, Джоунз Бредли, Валравен Альберт
Формула / Реферат
1. Система центрифуги с двойной подачей для отделения твердой фазы от жидкостей в буровом растворе, содержащая ротор, шнековый механизм, установленный с возможностью поворота в роторе, первый подающий трубопровод, установленный в шнековом механизме для подачи бурового раствора через первое загрузочное отверстие в стенке шнекового механизма к первому кольцевому пространству между ротором и стенкой шнекового механизма, и второй подающий трубопровод, установленный в шнековом механизме для подачи бурового раствора через второе загрузочное отверстие в стенке шнекового механизма ко второму кольцевому пространству между ротором и стенкой шнекового механизма.
2. Система центрифуги по п.1, в которой первый подающий трубопровод смонтирован во втором подающем трубопроводе.
3. Система центрифуги по п.1, в которой ротор содержит большую секцию ротора и коническую секцию.
4. Система центрифуги по п.3, в которой коническая секция содержит разгрузочное отверстие для извлечения твердой фазы из конической секции ротора.
5. Система центрифуги по п.3, в которой большая секция ротора содержит разгрузочное отверстие для извлечения жидкостей.
6. Система центрифуги по п.3, в которой первое загрузочное отверстие расположено приблизительно посредине по оси вдоль конической секции.
7. Система центрифуги по п.3, в которой второе загрузочное отверстие расположено приблизительно посредине по оси вдоль большой секции ротора.
8. Система центрифуги по п.3, в которой первое загрузочное отверстие расположено приблизительно посредине по оси вдоль конической секции и второе загрузочное отверстие расположено приблизительно посредине по оси вдоль большой секции ротора.
9. Система центрифуги по п.3, содержащая по меньшей мере два первых загрузочных отверстия, радиально расположенных вдоль стенки шнекового механизма относительно первого подающего трубопровода.
10. Система центрифуги по п.3, содержащая по меньшей мере два вторых загрузочных отверстия, радиально расположенных вдоль стенки шнекового механизма относительно второго подающего трубопровода.
11. Система центрифуги по п.3, дополнительно содержащая систему для управления потоком бурового раствора через по меньшей мере один из первого подающего трубопровода и второго подающего трубопровода.
12. Система центрифуги по п.11, в которой система для управления потоком содержит по меньшей мере один клапан для регулировки потока бурового раствора через по меньшей мере один из первого трубопровода и второго трубопровода.
13. Система центрифуги по п.12, дополнительно содержащая прибор плотности для измерения по меньшей мере одного из плотности и утяжеления бурового раствора.
14. Система центрифуги по п.13, в которой система для управления потоком дополнительно содержит контроллер для манипулирования положением по меньшей мере одного клапана в ответ на измеренную плотность.
15. Система центрифуги по п.14, в которой система управления дополнительно содержит устройство связи для направления по меньшей мере одного из измеренного значения плотности и значения утяжеления к контроллеру и устройство связи для направления сигнала положения клапана от контроллера к по меньшей мере одному клапану.
16. Способ отделения твердой фазы от жидкости в буровом растворе с использованием системы по п.1, содержащий следующие стадии:
подача бурового раствора через по меньшей мере один из первого подающего трубопровода и второго подающего трубопровода к центрифуге;
разделение бурового раствора на твердую фазу и жидкость, содержащее следующие этапы:
вращение ротора со скоростью А при помощи устройства вращения, при этом твердая фаза скапливается вдоль ротора;
вращение шнекового механизма со скоростью В при помощи вращающего устройства, при этом жидкость перемещается по шнековому механизму;
перемещение твердой фазы вдоль ротора при помощи шнекового механизма;
извлечение твердой фазы через разгрузочное отверстие для твердой фазы и
извлечение жидкости через разгрузочное отверстие для жидкости.
17. Способ по п.16, дополнительно содержащий регулировку потока бурового раствора по меньшей мере в одном из первого подающего трубопровода и второго подающего трубопровода в ответ на изменение по меньшей мере одного из расхода, плотности и утяжеления бурового раствора.
18. Способ по п.16, в котором первый подающий трубопровод установлен во втором подающем трубопроводе.
19. Способ по п.16, в котором буровой раствор представляет собой утяжеленный буровой раствор.
20. Способ по п.16, в котором буровой раствор является неутяжеленным буровым раствором.
21. Способ отделения твердой фазы от жидкости в буровых растворах с использованием системы по п.1, содержащий следующие стадии:
подача первого бурового раствора к центрифуге через первый подающий трубопровод;
подача второго бурового раствора к центрифуге через второй подающий трубопровод.
22. Способ по п.21, в котором первый подающий трубопровод смонтирован во втором подающем трубопроводе.
23. Способ по п.21, дополнительно содержащий извлечение первого подающего трубопровода из центрифуги и введение второго подающего трубопровода в центрифугу.
24. Способ по п.23, дополнительно содержащий следующие стадии:
разделение первого бурового раствора на первую твердую фракцию и первую жидкость, содержащие следующие этапы:
вращение ротора со скоростью А при помощи устройства вращения, причем первая твердая фракция скапливается вдоль ротора;
вращение шнекового механизма со скоростью В при помощи вращающегося устройства, причем первая жидкость перемещается вдоль шнекового механизма;
перемещение первой твердой фракции вдоль ротора при помощи шнекового механизма;
извлечение первой твердой фракции через разгрузочное отверстие для твердой фракции и
извлечение первой жидкости через разгрузочное отверстие для жидкости.
25. Способ по п.24, дополнительно содержащий следующие стадии:
разделение второго бурового раствора на вторую твердую фракцию и вторую текучую фракцию, содержащее следующие этапы:
вращение ротора со скоростью А при помощи устройства вращения, причем вторая твердая фракция скапливается вдоль ротора;
вращение шнекового механизма со скоростью В при помощи вращающегося устройства, причем вторая жидкость перемещается вдоль шнекового механизма;
перемещение второй твердой фракции вдоль ротора при помощи шнекового механизма;
извлечение второй твердой фракции через разгрузочное отверстие для твердой фракции и
извлечение второй жидкости через разгрузочное отверстие для жидкости.
26. Способ по п.21, в котором ротор содержит большую секцию ротора и коническую секцию, первый буровой раствор содержит утяжеленный буровой раствор, второй буровой раствор содержит неутяжеленный буровой раствор, причем первое загрузочное отверстие расположено приблизительно посредине по оси вдоль конической секции, и второе загрузочное отверстие расположено приблизительно посредине по оси вдоль большой секции ротора.
27. Система центрифуги с двойной подачей для отделения твердой фазы от жидкостей в буровом растворе, содержащая ротор, шнековый механизм, установленный в роторе с возможностью поворота, первый подающий трубопровод, устанавливаемый в шнековом механизме для подачи бурового раствора через первое загрузочное отверстие в стенке шнекового механизма к первому кольцевому пространству между ротором и стенкой шнекового механизма, и второй подающий трубопровод, устанавливаемый в шнековом механизме для подачи бурового раствора через второе загрузочное отверстие в стенке шнекового механизма ко второму кольцевому пространству между ротором и стенкой шнекового механизма.

Текст
Система центрифуги с двойной подачей для отделения твердой фазы от жидкостей в буровом растворе, содержащая ротор, шнековый механизм, смонтированный с возможностью вращения в роторе, первый подающий трубопровод, смонтированный в шнековом механизме для подачи бурового раствора через первое загрузочное отверстие в стенке шнекового механизма к первому кольцевому пространству между ротором и стенкой шнекового механизма, и второй подающий трубопровод, смонтированный в шнековом механизме для подачи бурового раствора через второе загрузочное отверстие в стенке шнекового механизма ко второму кольцевому пространству между ротором и стенкой шнекового механизма. Множество загрузочных отверстий обеспечивает более эффективное действие центрифуги как с утяжеленными, так и с неутяжеленными буровыми растворами. Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится, в общем, к системе центрифуги для обработки текучей среды,включающей твердую фазу жидкости. В другом аспекте настоящее изобретение относится к системе центрифуги с двойной подачей для удаления твердой фазы из текучего материала. В другом аспекте настоящее изобретение относится к системе центрифуги с двойной подачей для удаления твердой фазы из бурового раствора. В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к способу отделения твердой фазы от жидкостей в текучем материале при помощи центрифуги с двойной подачей. Предпосылки создания изобретения Нефтепромысловая промывочная жидкость, часто называемая буровым раствором, является обычно жидкостью, содержащей подвешенные в ней твердые частицы. В общем случае, твердая фаза выполняет функцию придания желаемой плотности и реологических свойств буровому раствору. Буровой раствор может также содержать нежелательную твердую фазу в форме бурового шлама, получаемого в процессе бурения скважин, который требует разделения. Буровые растворы могут содержать полимеры, биополимеры, глины и органические коллоиды, добавленные к основанной на нефти или основанной на воде текучей среде для получения требуемой вязкости и фильтрационных свойств. Тяжелые породы, такие как барит или карбонат кальция, могут быть добавлены для увеличения плотности. Буровой раствор предназначен для множества функций. Среди его многих функций буровой раствор выполняет функцию смазки для охлаждения долота вращательного бурения и обеспечения больших механических скоростей бурения. Как правило, буровой раствор смешивается на поверхности и нагнетается насосом на забой скважины при высоком давлении к буровой коронке через проходное отверстие буровой колонны. После того, как раствор достигает бурового долота, он выходит через промывочные насадки и отверстия, где он смазывает и охлаждает буровое долото. После выхода через промывочные насадки использованный буровой раствор возвращается на поверхность через кольцевое пространство,образованное между буровой колонной и пробуренным стволом скважины. Кроме того, буровой раствор обеспечивает столб гидростатического давления или напор, чтобы предотвратить выброс из пробуриваемой скважины. Это гидростатическое давление уравновешивает пластовое давление, тем самым препятствуя выбросу текучих сред при прорыве находящейся под давлением залежи в пласте месторождения. Двумя факторами, способствующими гидростатическому давлению столба бурового раствора в скважине, являются высота (или глубина) самого столба (то есть, расстояние по вертикали от поверхности до забоя ствола скважины) и плотность (или ее инверсия, удельный вес) используемой текучей среды. В зависимости от типа и строения пробуриваемого пласта различные утяжеление и агенты смазки, как упомянуто выше, смешиваются в буровой раствор для получения правильной смеси. Как правило, вес бурового раствора представляется в фунтах, сокращенно от фунты на галлон. Увеличение количества растворенного вещества агента утяжеления, разведенного в основе раствора, в общем случае создает более тяжелый буровой раствор. Буровой раствор, который является слишком легким, может не предотвратить выбросов из образования, а буровой раствор, который является слишком тяжелым, может чрезмерно внедриться в пласт. Таким образом, буровой раствор может упоминаться утяжеленным или неутяжеленным в зависимости от количества агента утяжеления и других присадок, содержавшихся в нем. Другое существенное назначение бурового раствора состоит в выносе обломков выбуренной породы от буровогодолота на забое буровой скважины на поверхность. Поскольку буровое долото размельчает или соскребает породу на забое буровой скважины, малые части твердого материала остаются позади. Буровой раствор, выходящий из промывочных насадок бурового долота, действует для взбалтывания и уноса твердых частиц породы на поверхность. Таким образом, буровой раствор, выходящий из кольцевого пространства буровой скважины, является суспензией, содержащей буровой шлам. Перед рециркуляцией и повторным нагнетанием бурового раствора вниз через промывочные насадки бурового долота определенные твердые частицы, например выбуренная порода, должны быть удалены. В общем, твердые частицы бурения могут быть отделены от бурового раствора при помощи различных комбинаций вибрационных сит, центрифуг и отстойников. Один тип устройства, используемый для извлечения бурового шлама и других твердых частиц из бурового раствора, обычно называется вибрационным ситом. Вибрационное сито, также известное как вибрационный сепаратор, является вибрирующим сетчатым столом, на который осаждается использованный буровой раствор и через который выходит, по существу, более очищенный буровой раствор. В некоторых случаях буровой раствор, отводимый от вибрационного сита, может быть освобожден от больших обломков выбуренной породы и может быть отправлен в отстойник для дополнительного разделения и обработки. Например, остаточный буровой раствор может быть дополнительно обработан для формирования бурового раствора для повторной закачки в скважину. Однако в других случаях поток бурового раствора от вибрационного сита может потребовать дополнительного отделения твердых частиц, например, чтобы регулировать уровни или извлекать различные добавки из бурового раствора. Такое дополнительное разделение может быть выполнено при помощи центрифуги. Принцип работы центрифуги основан на разности плотностей между твердыми частицами и жидкостями в буровом растворе. Поскольку крутящий момент прикладывается к центрифуге, создающей центробежную силу (далее, сила G) , твердая фаза более высокой плотности предпочтительно скапливается на внешней периферии внутри центрифуги, тогда как жидкости с более низкой плотностью предпочтительно скапливаются ближе к оси вращения центрифуги. При начальном разделении посредством силы G твердая фаза и жидкости могут удаляться с противоположных сторон центрифуги при помощи шнекового механизма ленточного типа, иногда называемого спиралью. На фиг. 1 иллюстрируется традиционная центрифуга, такая как раскрыта в опубликованной заявке на патент США 2006/0105896 А 1. Центрифуга 10 имеет ротор 12, поддерживаемый с возможностью вращения вокруг продольной оси, в котором большая секция 12d ротора имеет открытый конец 12b, и коническая секция 12 е имеет открытый конец 12 а, при этом открытый конец 12 а принимает приводной фланец 14, который соединен с ведущим валом (не показан) для вращения ротора 12. Приводной фланец 14 имеет единственный продольный проход, который вмещает подающий трубопровод 16 для подачи бурового раствора во внутреннюю полость ротора 12. Шнековый механизм 18 проходит в роторе 12 в коаксиальном к нему отношении и поддерживается с возможностью вращения в роторе 12. Полый фланцевый вал 19 располагается на конце 12b ротора и принимает ведущий вал 17 внешней планетарной коробки передач для вращения шнекового механизма 18 в том же направлении, что и ротор 12 с выбранной скоростью. Стенка шнекового механизма 18 имеет загрузочное отверстие 18 а около выходного конца подающего трубопровода 16 так, чтобы центробежные силы, создаваемые вращающимся ротором 12, перемещали буровой раствор радиально наружу через загрузочное отверстие 18 а в кольцевое пространство между шнековым механизмом 18 и ротором 12. Кольцевое пространство может располагаться в любом месте вдоль большой секции 12d ротора или конической секции 12 е ротора 12. Буровой раствор вытесняется к концу 12b ротора 12 и удаляется через одно или более разгрузочных отверстий 19 с. Захваченная твердая фаза в суспензии бурового раствора осаждаются на внутренней поверхности ротора 12 благодаря созданным силам G соскребаются и вытесняются шнековым механизмом 18 к концу 12 а ротора для выгрузки через множество разгрузочных отверстий 12 с для твердой фазы, сформированных в стенке ротора 12 вблизи ее конца 12 а. Центрифуга 10 заключена в корпус или кожух (не показан) традиционным образом. Главные задачи, связанные с работой центрифуги, включают в себя высокие скорости подачи и изменение содержания твердой фазы в подаче. По мере увеличения скоростей подачи обычно требуется высокий крутящий момент для осуществления отделения твердой фазы, что, таким образом, приводит к увеличенным затратам из-за размеров оборудования, дублирования, и увеличенных энергетических затрат. Дополнительно, несогласованности подачи из-за изменений в содержании твердой фазы требуют постоянного регулирования крутящего момента, тем самым, приводя к ускоренному износу оборудования. Таким образом существует существенная потребность в улучшенных устройствах центрифуги и способах для более экономичного отделения твердой фазы из буровых растворов, обеспечивающих возможность управления высокими скоростями подачи и изменением содержания твердой фазы в подаче. Сущность изобретения В одном аспекте варианты осуществления, раскрытые здесь, относятся к системе центрифуги с двойной подачей для отделения твердой фазы от жидкости в буровом растворе, содержащей ротор, шнековый механизм, смонтированный с возможностью вращения в роторе, первый подающий трубопровод,смонтированный в шнековом механизме для подачи бурового раствора через первое загрузочное отверстие в стенке шнекового механизма к первому кольцевому пространству между ротором и стенкой шнекового механизма, и второй подающий трубопровод, смонтированный в шнековом механизме для подачи бурового раствора через второе загрузочное отверстие в стенке шнекового механизма ко второму кольцевому пространству между ротором и стенкой шнекового механизма. В другом аспекте раскрытые здесь варианты осуществления относятся к способу отделения твердой фазы от жидкости в буровом растворе, содержащему подачу бурового раствора через по меньшей мере один из первого подающего трубопровода и второго подающего трубопровода к центрифуге, содержащей ротор, шнековый механизм, смонтированный с возможностью вращения в роторе, первый подающий трубопровод, смонтированный в шнековом механизме для подачи бурового раствора через первое загрузочное отверстие в стенке шнекового механизма к первому кольцевому пространству между ротором и стенкой шнекового механизма, и второй подающий трубопровод, смонтированный в шнековом механизме для подачи бурового раствора через второе загрузочное отверстие в стенке шнекового механизма ко второму кольцевому пространству между ротором и стенкой шнекового механизма, разделение бурового раствора на твердую фазу и жидкость, при этом разделение содержит вращение ротора со скоростью А при помощи устройства вращения, причем твердая фаза скапливается вдоль ротора; вращение шнекового механизма со скоростью В при помощи вращающего устройства, причем жидкость перемещается по шнековому механизму, перемещение твердой фазы вдоль ротора при помощи шнекового механизма, извлечение твердой фазы через разгрузочное отверстие твердой фазы и извлечение жидкости через разгрузочное отверстие для жидкости. В другом аспекте варианты осуществления, раскрытые здесь, относятся к способу отделения твердой фазы от жидкости, содержащем подачу первого бурового раствора через первый подающий трубопровод к центрифуге, содержащей ротор, шнековый механизм, смонтированный с возможностью вращения в роторе; первое загрузочное отверстие в стенке шнекового механизма и второе загрузочное отверстие в стенке шнекового механизма, причем первый подающий трубопровод смонтирован в шнековом механизме для подачи бурового раствора через первое загрузочное отверстие к кольцевому пространству между ротором и стенкой шнекового механизма, и подачу второго бурового раствора через второй подающий трубопровод к центрифуге, причем второй подающий трубопровод смонтирован в шнековом механизме для подачи бурового раствора через второе загрузочное отверстие к кольцевому пространству между ротором и стенкой шнекового механизма. В другом аспекте варианты осуществления, раскрытые здесь, относятся к системе центрифуги с двойной подачей для отделения твердой фазы от жидкости в буровом растворе, содержащей ротор; шнековый механизм, поворотным образом смонтированный в пределах ротора; первый подающий трубопровод смонтирован в шнековом механизме для подачи бурового раствора через первое загрузочное отверстие в стенке шнекового механизма к первому кольцевому пространству между ротором и стенкой шнекового механизма, и второй подающий трубопровод смонтирован в шнековом механизме для подачи бурового раствора через второе загрузочное отверстие в стенке шнекового механизма ко второму кольцевому пространству между ротором и стенкой шнекового механизма. Другие аспекты и преимущества будут очевидны из нижеследующего описания и приложенной формулы изобретения. Краткое описание чертежей Фиг. 1 является схематическим видом известной центрифуги; фиг. 2 представляет собой схематический вид системы центрифуги с двойной подачей согласно вариантам осуществления настоящего изобретения; фиг. 3 - схематический вид системы управления для системы центрифуги с двойной подачей согласно вариантам осуществления настоящего изобретения; фиг. 4 А и 4 В являются схематическими видами системы центрифуги с двойной подачей согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Подробное описание В одном аспекте варианты осуществления изобретения, раскрытые здесь, относятся к системе центрифуги для обработки текучей среды, включающей в себя твердую фазу и жидкости. В другом аспекте варианты осуществления изобретения, раскрытые здесь, относятся к системе центрифуги с двойной подачей для отделения и удаления твердой фазы из текучего материала. В другом аспекте варианты осуществления изобретения, раскрытые здесь, относятся к системе центрифуги с двойной подачей для отделения и удаления твердой фазы из бурового раствора. В еще одном аспекте варианты осуществления изобретения, раскрытые здесь, относятся к способу отделения и удаления твердой фазы из жидкостей в текучем материале при помощи центрифуги с двойной подачей. В еще одном аспекте варианты осуществления изобретения относятся к системе и способу управления потоком к системе центрифуги с двойной подачей на основании свойства текучей среды. Как используется в данном описании буровой раствор относится к смеси, имеющей жидкость и подвешенную в ней твердую фазу. Буровой раствор может быть основан на нефти или на воде. Твердая фаза может включать в себя одно или более из бурового шлама, добавок или утяжелителей. Например,буровой раствор может содержать полимеры, биополимеры, глины и органические коллоиды, добавленные к текучим средам на нефтяной или водной основе, чтобы получить необходимую плотность, вязкость и фильтрационные свойства. В других вариантах осуществления буровой раствор может содержать утяжелители, например барит или карбонат кальция, который может быть добавлен для увеличения плотности. В еще других вариантах осуществления буровой раствор может содержать твердые частицы из бурового шлама, которые рассеяны в буровом растворе в результате бурения. Как используется в данном описании, утяжеленный и неутяжеленный относятся к относительному количеству добавок и утяжелителей, которые растворены, подвешены или иначе содержатся в буровом растворе. Как правило, вес бурового раствора представляется в фунтах, сокращенно от фунты на галлон. Таким образом, увеличение утяжеления бурового раствора создает более тяжелый буровой раствор. Как используется в данном описании, крутящий момент относится к силе, требуемой для вращения центрифуги для отделения твердой фазы от жидкостей в буровом растворе. Крутящий момент прикладывается к приводному валу центрифуги приводом, например электрическим двигателем, газовой турбиной или двигателем внутреннего сгорания. В том случае, когда требуется переменный крутящий момент ввиду изменений пропускной способности или характеристик подаваемого утяжелителя, то может быть использовано устройство регулировки вращающего момента, например коробка передач. Как используется в данном описании, сила G относится к центробежной силе, создаваемой вра-3 017792 щением центрифуги и/или шнекового механизма в ответ на приложенный крутящий момент. Сила G используется в центрифуге для разделения компонентов, таких как твердая фаза и жидкости, на основании относительной плотности. Например, более тяжелая твердая фаза будет скапливаться на внешней периферии камеры центрифуги, тогда как более легкие жидкости будут скапливаться ближе к оси вращения центрифуги. Утяжеленные и неутяжеленные буровые растворы могут быть эффективно разделены при помощи центрифуги с двойной подачей согласно вариантам осуществления изобретения, раскрытым здесь. Кроме того, разделение бурового раствора, имеющего утяжеляющий промежуточный полупродукт утяжеленного и неутяжеленного бурового раствора, может быть оптимизировано с использованием центрифуги с двойной подачей согласно вариантам осуществления изобретения. Центрифуга с двойной подачей согласно вариантам осуществления изобретения может иметь два отдельных подающих трубопровода для подачи бурового раствора в центрифугу. Шнековый механизм имеет загрузочное отверстие в форме отверстия в его стенке, расположенное около выходного конца каждого подающего трубопровода. Поскольку крутящий момент создает силы G внутри центрифуги, буровой раствор в подающем трубопроводе проталкивается через загрузочное отверстие в кольцевое пространство между шнековым механизмом и ротором для отделения твердой фракции и извлечения. В одной группе вариантов осуществления изобретения весь буровой раствор может нагнетаться через первый подающий трубопровод или второй подающий трубопровод в зависимости от утяжеления раствора. Например, неутяжеленный буровой раствор может нагнетаться через первый подающий трубопровод в большую секцию ротора, где он может подвергнуться высококачественному отделению при низком крутящем моменте. Утяжеленный буровой раствор может нагнетаться через второй подающий трубопровод в коническую секцию центрифуги, где она может быть отделена при высоких скоростях пропускания и низком крутящем моменте. В другой группе вариантов осуществления изобретения поток подачи бурового раствора может быть распределен между первым подающим трубопроводом и вторым подающим трубопроводом на основании его свойств. Например, если содержание твердой фазы бурового раствора является промежуточным содержанием утяжеленного раствора и неутяжеленного раствора, относительное распределение потока бурового раствора между первым и вторым подающими трубопроводами может быть отрегулировано на основании утяжеления (плотности) бурового раствора. Предпочтительно один или более вариантов осуществления изобретения могут обеспечить систему и способ управления высокими скоростями подачи центрифуги и изменения содержания твердой фазы в подаче. Один или более вариантов осуществления изобретения, раскрытых здесь, могут также обеспечивать систему и способ для достижения высокой эффективности разделения неутяжеленных буровых растворов и высокой пропускной способности утяжеленных буровых растворов. Дополнительно варианты осуществления изобретения обеспечивают систему и способ обработки утяжеленных и неутяжеленные буровых растворов, обеспечивая снижение стоимости оборудования. Один или более вариантов осуществления изобретения могут также обеспечивать систему и способ для достижения необходимой эффективности разделения и для поддержания высокой пропускной способности бурового раствора, имеющего промежуточное утяжеление. Один или более вариантов осуществления изобретения могут также обеспечить систему и способ для пропорциональной регулировки скручивающей нагрузки на центрифугу и, тем самым, снижения величины износа оборудования. Один или более вариантов осуществления изобретения могут также обеспечить систему и способ для снижения возможности закупорки центрифуги твердой фазой путем регулирования потока бурового раствора между двумя загрузочными отверстиями без уменьшения общей пропускной способности. Один или более вариантов осуществления изобретения могут также обеспечить систему и способ для повышения гибкости работы центрифуги путем оптимизации размера прибыли, основанной на необходимой эффективности разделения, производительности и затратах, связанных с энергопотреблением,обслуживанием оборудования и ремонтом на основании крутящего момента центрифуги. С целью иллюстрации и неограничения ниже описаны различные варианты осуществления центрифуги с двойной подачей и способа отделения твердой фазы от текучих сред. На фиг. 2 показана центрифуга с двойной подачей согласно одному варианту осуществления. Центрифуга 20 имеет ротор 22, установленный с возможностью вращения вокруг продольной оси, причем большая секция 22d ротора имеет открытый конец 22b, и коническая секция 22 е имеет открытый конец 22 а, при этом открытый конец 22 а вмещает приводной фланец 24, который соединен с ведущим валом(не проиллюстрирован) для вращения ротора 22. Приводной фланец 24 имеет единственный продольный проход, который принимает первый подающий трубопровод 26 а и второй подающий трубопровод 26b для введения подачи бурового раствора во внутреннее пространство ротора 22. Шнековый механизм 28 проходит в роторе 22, расположен коаксиально к нему и установлен с возможностью вращения в роторе 22. Полый фланцевый вал 29 располагается на конце 22 Ь ротора и принимает ведущий вал 27 внешней планетарной коробки передач для вращения шнекового механизма 28 в том же направлении, что и ротор 22 с выбранной скоростью. Стенка шнекового механизма 28 имеет первое загрузочное отверстие 28 а, ближайшее к выходному концу первого подающего трубопровода 26 а, и второе загрузочного отверстие 28b, ближайшее к выходу второго подающего трубопровода 26b. Центробежные силы, создаваемые вращающимся ротором 22,перемещают буровой раствор в первом подающем трубопроводе 26 а радиально наружу через первое загрузочное отверстие 28 а в первое кольцевое пространство 25 а между шнековым механизмом 28 и ротором 22 вдоль большой секции 22d ротора центрифуги 20. Центробежные силы, создаваемые вращающимся ротором 22, перемещают буровой раствор во втором подающем трубопроводе 26b радиально наружу через второе загрузочное отверстие 28b во второе кольцевое пространство 25b между шнековым механизмом 28 и ротором 22 вдоль конической секции 22 е центрифуги 20. Жидкость бурового раствора в первом кольцевом пространстве 25 а и во втором кольцевом пространстве 25b вытесняется к концу 22b ротора 22 и извлекается через одно или несколько разгрузочных отверстий 29 с для жидкости. Твердая фаза бурового раствора скапливается у внутренней поверхности ротора 22 вследствие создаваемых сил G, соскребается и вытесняется шнековым механизмом 28 к концу 22 а ротора для выброса через множество разгрузочных отверстий 22 с для твердой фазы, сформированных в стенке ротора 22 вблизи его конца 22 а. Центрифуга 20 заключается в корпус или кожух (не показаны) традиционным образом. В некоторых вариантах осуществления изобретения первый подающий трубопровод 26 а может быть смонтирован во втором подающем трубопроводе 26b, что обычно называется двухтрубным расположением. В других вариантах осуществления первый подающий трубопровод 26 а и второй подающий трубопровод 26b могут быть смонтированы бок о бок в центрифуге. В еще других вариантах осуществления первый подающий трубопровод 26 а может представлять собой удлинение второго подающего трубопровода 26b. Специалисту в данной области техники ясно, что могут также использоваться подающие трубопроводы различных других форм и схем расположения. В некоторых вариантах осуществления ротор 22 может иметь концентрическую форму. В других вариантах осуществления лишь части ротора 22 может иметь концентрическую форму. В других вариантах осуществления большая секция 22d ротора 22 может иметь концентрическую форму, тогда как коническая секция 22 е ротора 22 может иметь коническую форму. В других вариантах осуществления диаметр большой секции 22d ротора является большим, чем средний диаметр конической секции 22 е. В других вариантах осуществления большая секция 22d ротора и коническая секция 22 е могут быть расположены непосредственно вдоль осевой длины ротора 22. В некоторых вариантах осуществления первый подающий трубопровод 26 а может заканчиваться непосредственно у единственного загрузочного отверстия, т.е. первого загрузочного отверстия 28 а. В других вариантах осуществления первый подающий трубопровод 26 а может заканчиваться непосредственно у множества первых загрузочных отверстий 28 а. Например, множество первых загрузочных отверстий 28 а могут быть радиально разнесены вдоль стенки шнекового механизма 28 относительно первого подающего трубопровода 26 а. В некоторых вариантах осуществления осевое местоположение первого загрузочного отверстия 28 а вдоль ротора 22 может находиться приблизительно в середине большой секции 22b ротора. В других вариантах осуществления осевое местоположение первого загрузочного отверстия 28 а вдоль ротора 22 может находиться в любом месте вдоль большой секции 22b ротора. В еще других вариантах осуществления осевое местоположение первого загрузочного отверстия 28 а вдоль ротора 22 может быть в любом месте вдоль конической секции 22 е. В некоторых вариантах осуществления второй подающий трубопровод 26b может завершиться непосредственно у единственного загрузочного отверстия, т.е. второго загрузочного отверстия 28b. В других вариантах осуществления второй подающий трубопровод 26b может заканчиваться непосредственно у множества вторых загрузочных отверстий 28b. Например, множество вторых загрузочных отверстий 28b могут быть радиально разнесены вдоль стенки шнекового механизма 28 относительно второго подающего трубопровода 26b. В некоторых вариантах осуществления осевое местоположение второго загрузочного отверстия 28b вдоль ротора 22 может находиться приблизительно в середине конической секции 22 е. В других вариантах осуществления осевое местоположение второго загрузочного отверстия 28b вдоль ротора 22 может быть в любом месте вдоль конической секции 22 е. В еще других вариантах осуществления осевое местоположение второго загрузочного отверстия 28b вдоль ротора 22 может быть в любом месте вдоль большой секции 22b ротора. На фиг. 3 проиллюстрирована система управления для регулирования потока подачи бурового раствора к первому подающему трубопроводу и второму подающему трубопроводу, соответственно. Первый клапан 33 а, соединенный с первым подающим трубопроводом 36 а до центрифуги 30, используется для регулирования потока подачи бурового раствора к первому подающему трубопроводу 36 а. Второй клапан 33b, соединенный со вторым подающим трубопроводом 36b до центрифуги 30, используется для регулирования потока подачи бурового раствора ко второму подающему трубопроводу 36b. Первый подающий трубопровод 36 а концентрически расположен во втором подающем трубопроводе 36b в виде двухтрубного расположения после первого клапана 33 а и второго клапана 33b. Как первый подающий трубопровод 36 а, так и второй подающий трубопровод 36b расположены в центрифуге 30 концентрическим образом. Прибор 31 плотности, например ядерный, оптический или основанный на силе тяжести прибор плотности, может использоваться для замера плотности или утяжеления бурового раствора до первого клапана 33 а и второго клапана 33 и выдавать сигнал 31 а плотности. Сигнал 31 а плотности может быть передан контроллеру 35, который создает первый сигнал 35 а положения клапана и второй сигнал 35b положения клапана. Первый сигнал 35 а положения клапана и второй сигнал 35b положения клапана передаются контроллером 35 к первому клапану 33 а и второму клапану 33b, соответственно. Положения первого клапана 33 а и второго клапана 33b могут регулироваться в ответ на первый сигнал 35 а положения клапана и второй сигнал 35b положения клапана, соответственно, тем самым, регулируя поток к по меньшей мере одному из первого подающего трубопровода 36 а и второго подающего трубопровода 36b. В некоторых вариантах осуществления первый клапан 33 а и второй клапан 33b могут быть распределительными дросселями. В других вариантах осуществления первый клапан 33 а и второй клапан 33b могут представлять собой высокогерметичные запорные или запорные клапаны. Специалисту в данной области техники ясно, что могут также использоваться другие типы клапанов или другие механизмы управления расходом. В некоторых вариантах осуществления контроллер 35 может входить в состав системы распределения управления. В других вариантах осуществления контроллер 35 может быть автономным полевым контроллером, таким как программируемый логический контроллер. Специалист в данной области техники ясно, что могут также использоваться другие типы регуляторов потока. На фиг. 4 А и 4 В иллюстрируется система центрифуги с двойной подачей согласно раскрытым вариантам осуществления изобретения. Центрифуга 50 может включать в себя ротор 52, установленный с возможностью для вращения вокруг продольной оси. Ротор 52 содержит коническую секцию 52 е для размещения первого подающего трубопровода 56 а (фиг. 4 А) и второго подающего трубопровода 56b(фиг. 4 В) для введения подачи бурового раствора во внутреннюю полость ротора 52. Шнековый механизм 58 проходит в роторе 52, расположен коаксиально к нему и установлен с возможностью вращения в роторе 52 с выбранной скоростью. Стенка шнекового механизма 58 включает в себя первое загрузочное отверстие или отверстия 58 а, ближайшие к выходному концу первого подающего трубопровода 56 а, и второе загрузочное отверстие или отверстия 58b, ближайшие к выходу второго подающего трубопровода 56b. Вращение ротора 52 и шнекового механизма 58 является подобным описанному выше относительно фиг. 2, что в результате приводит к разделению бурового раствора для формирования твердой фракции и жидкой фракции. В процессе работы первый подающий трубопровод 56 а может быть расположен в центрифуге, например, для разделения утяжеленного бурового раствора. Поскольку первое загрузочное отверстие 58 а расположено ближе к выпускам 60 твердой фракции, чем второе загрузочное отверстие 58b, то центрифуга испытает меньше крутящего момента, чем при подаче утяжеленного бурового раствора через второе загрузочное отверстие 58b. Когда требуется разделить неутяжеленный буровой раствор, первый подающий трубопровод 56 а может быть извлечен из центрифуги 50, и второй подающий трубопровод 56b может быть введен в нее. Таким образом, сниженного крутящего момента можно достигнуть без необходимости использования множества центрифуг. Первый подающий трубопровод 56 а в некоторых вариантах осуществления может содержать закрытый или заглушенный конец 62 с подающими пазами 64, расположенными в непосредственной близости к заглушенному концу 62 для подачи бурового раствора радиально в камеру 66 подачи. Заглушенный конец 62 может закрывать отверстие к камере 68 подачи, и созданные центробежные силы могут перемещать подаваемый буровой раствор через первый подающий трубопровод 56 а радиально наружу через первое загрузочное отверстие 58 а в кольцевое пространство 70 между шнековым механизмом 58 и ротора 52. При введении второго подающего трубопровода 56b создаваемые вращающимся ротором 52 центробежные силы перемещают подаваемый буровой раствор через второй подающий трубопровод 56b радиально наружу через второе загрузочное отверстие 58b во второе кольцевое пространство 72 между шнековым механизмом 58 и ротором 52. Как проиллюстрировано на фиг. 4 А и 4 В, каждое загрузочное отверстие 58 а, 58b открыто, когда не используется. Однако создаваемые центробежные силы препятствуют скоплению твердых тел в камерах 66, 68 подачи, и таким образом предотвращается закупоривание загрузочных отверстий в течение нормальных режимов работы. Также могут использоваться дополнительные загрузочные отверстия и подающие трубопроводы,например три, четыре или более загрузочных отверстий и трубопроводов для обеспечения большей гибкости относительно разделений и требований созданного крутящего момента. Промежуточные зоны подачи могут питаться при помощи подающих трубопроводов различной длины, имеющих закрытые или заглушенные концы и радиальную подачу. Таким образом, минимизируется перенос между камерами подачи и обеспечиваются желаемые улучшения в действии центрифуги. Как описано выше, варианты осуществления изобретения относятся к системе центрифуги с двойной подачей и способу отделения и удаления твердой фазы из жидкостей в буровом растворе. Центрифуга с двойной подачей согласно раскрытым вариантам осуществления изобретения может успешно обеспечить систему и способ управления высокими скоростями подачи центрифуги и изменяющимся содержанием твердой фазы в подаче. Центрифуга с двойной подачей согласно одному или более вариантам осуществления изобретения может успешно использоваться для достижения высокой эффективности разделения неутяжеленных буровых растворов и высокой пропускной способности утяжеленных буровых растворов. Дополнительно центрифуга с двойной подачей согласно вариантам осуществления изобретения может эффективно обрабатывать утяжеленные и неутяжеленные буровые растворы, таким образом приводя к снижению затрат на оборудование. Центрифуга с двойной подачей согласно одному или более вариантам осуществления изобретения может также успешно использоваться как для достижения требуемой эффективности разделения, так и для поддержания высокой пропускной способности подачи бурового раствора, имеющего промежуточное утяжеление. Другим преимуществом центрифуги с двойной подачей согласно одному или более вариантам осуществления изобретения по отношению к традиционной центрифуге является способность предварительной регулировки крутящего момента, прикладываемого к центрифуге, путем распределения потока бурового раствора между первым и вторым подающими трубопроводами, таким образом, компенсируя связанные с качеством подачи неполадки оборудования и снижая величину износа на приводе центрифуги и коробке передач благодаря регулировке крутящего момента. Еще одним преимуществом центрифуги с двойной подачей согласно одному или более вариантам осуществления изобретения по отношению к традиционной центрифуге является сниженная возможность закупорки твердой фазой. Менее вероятно, что закупорка твердой фазой произойдет в течение непрерывной, стационарной работы, и, следовательно, путем предварительной регулировки для компенсации связанных с качеством подачи неполадок оборудования или изменений утяжеления раствора, возможность закупорки может быть снижена. Более того, закупорка твердой фазой обычно имеет место вблизи более узкой конической секции между загрузочным отверстием и разгрузочным отверстием для твердой фазы. Таким образом, поскольку традиционная центрифуга не способна снижать поток подачи к конической секции, не снижая общую пропускную способность, центрифуга с двойной подачей может перераспределять часть потока к большой секции ротора для предотвращения закупорки, без уменьшения общей пропускной способности. Центрифуга испытывает наибольшее сопротивление перемещения, которое относится к крутящему моменту, при переходе от цилиндрической к конической секции из-за увеличенных сил G к частицам твердой фазы. Для извлечения утяжелителей объем отделенной твердой фазы относительно высок и создает высокий крутящий момент, ограничивая способность центрифуги. При использовании первого загрузочного отверстия/камеры, которая выгружает к конической секции, предотвращается область перехода и поэтому возникает сниженный крутящий момент, обеспечивая более высокие возможности скорости подачи, чем типичные центрифуги. Еще одним преимуществом центрифуги с двойной подачей согласно одному или более вариантам осуществления изобретения по отношению к традиционной центрифуге является повышенная гибкость функционирования. Например, действие центрифуги может быть оптимизировано с учетом размера прибыли, основанной на требуемой эффективности разделения, пропускной способности и затратах, связанных с энергопотреблением, обслуживанием оборудования и ремонтом на основании крутящего момента центрифуги. Хотя выше раскрыто ограниченное число вариантов осуществления изобретения, специалисту в данной области техники понятно, что могут быть разработаны другие варианты осуществления, которые не отступают от объема настоящего раскрытия. Соответственно, объем ограничен только приложенной формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система центрифуги с двойной подачей для отделения твердой фазы от жидкостей в буровом растворе, содержащая ротор, шнековый механизм, установленный с возможностью поворота в роторе,первый подающий трубопровод, установленный в шнековом механизме для подачи бурового раствора через первое загрузочное отверстие в стенке шнекового механизма к первому кольцевому пространству между ротором и стенкой шнекового механизма, и второй подающий трубопровод, установленный в шнековом механизме для подачи бурового раствора через второе загрузочное отверстие в стенке шнекового механизма ко второму кольцевому пространству между ротором и стенкой шнекового механизма. 2. Система центрифуги по п.1, в которой первый подающий трубопровод смонтирован во втором подающем трубопроводе. 3. Система центрифуги по п.1, в которой ротор содержит большую секцию ротора и коническую секцию. 4. Система центрифуги по п.3, в которой коническая секция содержит разгрузочное отверстие для извлечения твердой фазы из конической секции ротора. 5. Система центрифуги по п.3, в которой большая секция ротора содержит разгрузочное отверстие для извлечения жидкостей. 6. Система центрифуги по п.3, в которой первое загрузочное отверстие расположено приблизительно посредине по оси вдоль конической секции. 7. Система центрифуги по п.3, в которой второе загрузочное отверстие расположено приблизительно посредине по оси вдоль большой секции ротора. 8. Система центрифуги по п.3, в которой первое загрузочное отверстие расположено приблизительно посредине по оси вдоль конической секции и второе загрузочное отверстие расположено приблизительно посредине по оси вдоль большой секции ротора. 9. Система центрифуги по п.3, содержащая по меньшей мере два первых загрузочных отверстия,радиально расположенных вдоль стенки шнекового механизма относительно первого подающего трубопровода. 10. Система центрифуги по п.3, содержащая по меньшей мере два вторых загрузочных отверстия,радиально расположенных вдоль стенки шнекового механизма относительно второго подающего трубопровода. 11. Система центрифуги по п.3, дополнительно содержащая систему для управления потоком бурового раствора через по меньшей мере один из первого подающего трубопровода и второго подающего трубопровода. 12. Система центрифуги по п.11, в которой система для управления потоком содержит по меньшей мере один клапан для регулировки потока бурового раствора через по меньшей мере один из первого трубопровода и второго трубопровода. 13. Система центрифуги по п.12, дополнительно содержащая прибор плотности для измерения по меньшей мере одного из плотности и утяжеления бурового раствора. 14. Система центрифуги по п.13, в которой система для управления потоком дополнительно содержит контроллер для манипулирования положением по меньшей мере одного клапана в ответ на измеренную плотность. 15. Система центрифуги по п.14, в которой система управления дополнительно содержит устройство связи для направления по меньшей мере одного из измеренного значения плотности и значения утяжеления к контроллеру и устройство связи для направления сигнала положения клапана от контроллера к по меньшей мере одному клапану. 16. Способ отделения твердой фазы от жидкости в буровом растворе с использованием системы по п.1, содержащий следующие стадии: подача бурового раствора через по меньшей мере один из первого подающего трубопровода и второго подающего трубопровода к центрифуге; разделение бурового раствора на твердую фазу и жидкость, содержащее следующие этапы: вращение ротора со скоростью А при помощи устройства вращения, при этом твердая фаза скапливается вдоль ротора; вращение шнекового механизма со скоростью В при помощи вращающего устройства, при этом жидкость перемещается по шнековому механизму; перемещение твердой фазы вдоль ротора при помощи шнекового механизма; извлечение твердой фазы через разгрузочное отверстие для твердой фазы и извлечение жидкости через разгрузочное отверстие для жидкости. 17. Способ по п.16, дополнительно содержащий регулировку потока бурового раствора по меньшей мере в одном из первого подающего трубопровода и второго подающего трубопровода в ответ на изменение по меньшей мере одного из: расхода, плотности и утяжеления бурового раствора. 18. Способ по п.16, в котором первый подающий трубопровод установлен во втором подающем трубопроводе. 19. Способ по п.16, в котором буровой раствор представляет собой утяжеленный буровой раствор. 20. Способ по п.16, в котором буровой раствор является неутяжеленным буровым раствором. 21. Способ отделения твердой фазы от жидкости в буровых растворах с использованием системы по п.1, содержащий следующие стадии: подача первого бурового раствора к центрифуге через первый подающий трубопровод; подача второго бурового раствора к центрифуге через второй подающий трубопровод. 22. Способ по п.21, в котором первый подающий трубопровод смонтирован во втором подающем трубопроводе. 23. Способ по п.21, дополнительно содержащий извлечение первого подающего трубопровода из центрифуги и введение второго подающего трубопровода в центрифугу. 24. Способ по п.23, дополнительно содержащий следующие стадии: разделение первого бурового раствора на первую твердую фракцию и первую жидкость, содержащие следующие этапы: вращение ротора со скоростью А при помощи устройства вращения, причем первая твердая фрак-8 017792 ция скапливается вдоль ротора; вращение шнекового механизма со скоростью В при помощи вращающегося устройства, причем первая жидкость перемещается вдоль шнекового механизма; перемещение первой твердой фракции вдоль ротора при помощи шнекового механизма; извлечение первой твердой фракции через разгрузочное отверстие для твердой фракции и извлечение первой жидкости через разгрузочное отверстие для жидкости. 25. Способ по п.24, дополнительно содержащий следующие стадии: разделение второго бурового раствора на вторую твердую фракцию и вторую текучую фракцию,содержащее следующие этапы: вращение ротора со скоростью А при помощи устройства вращения, причем вторая твердая фракция скапливается вдоль ротора; вращение шнекового механизма со скоростью В при помощи вращающегося устройства, причем вторая жидкость перемещается вдоль шнекового механизма; перемещение второй твердой фракции вдоль ротора при помощи шнекового механизма; извлечение второй твердой фракции через разгрузочное отверстие для твердой фракции и извлечение второй жидкости через разгрузочное отверстие для жидкости. 26. Способ по п.21, в котором ротор содержит большую секцию ротора и коническую секцию, первый буровой раствор содержит утяжеленный буровой раствор, второй буровой раствор содержит неутяжеленный буровой раствор, причем первое загрузочное отверстие расположено приблизительно посредине по оси вдоль конической секции, и второе загрузочное отверстие расположено приблизительно посредине по оси вдоль большой секции ротора. 27. Система центрифуги с двойной подачей для отделения твердой фазы от жидкостей в буровом растворе, содержащая ротор, шнековый механизм, установленный в роторе с возможностью поворота,первый подающий трубопровод, устанавливаемый в шнековом механизме для подачи бурового раствора через первое загрузочное отверстие в стенке шнекового механизма к первому кольцевому пространству между ротором и стенкой шнекового механизма, и второй подающий трубопровод, устанавливаемый в шнековом механизме для подачи бурового раствора через второе загрузочное отверстие в стенке шнекового механизма ко второму кольцевому пространству между ротором и стенкой шнекового механизма.
МПК / Метки
МПК: B04B 3/04
Метки: центрифуга, двойной, подачей
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/11-17792-centrifuga-s-dvojjnojj-podachejj.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Центрифуга с двойной подачей</a>
Предыдущий патент: Система и способ наклонно-направленного бурения ствола скважины роторной системой бурения
Следующий патент: Экранирующее птицезащитное устройство
Случайный патент: Способ получения фенилпиразольных соединений