钻井液硫化氢清除系统技术方案

本实用新型专利技术涉及用于在含硫地层钻井作业的钻井液硫化氢清除系统，涉及石油钻探密闭钻井工艺技术领域，钻井液硫化氢清除系统，其特征在于包括：系统入口、高速旋流器、加热系统、搅拌机构、喷射机构、分离罐体、真空系统、数据监测与采集系统、除硫剂注入系统、集中控制系统和排液系统，本实用新型专利技术可以在完全密闭的环境中将钻井液中硫化氢气体以及水解态硫化氢分离，能够防止钻井液中的硫化氢在常规固控系统处挥发至空气中对人员和环境造成伤害，满足含硫地层钻井作业的安全要求。

Hydrogen sulfide scavenging system for drilling fluid

The utility model relates to a hydrogen sulfide scavenging system for drilling fluid in sulfur bearing formation, which involves the field of oil drilling and closed drilling technology. The drilling fluid hydrogen sulfide cleaning system is characterized by the system entrance, high speed cyclone, heating system, mixer, ejector, separation tank and vacuum. System, data monitoring and acquisition system, sulfur removal agent injection system, centralized control system and liquid discharge system, the utility model can separate hydrogen sulfide gas and hydrolyzed hydrogen sulfide in drilling fluid in a completely closed environment, and can prevent hydrogen sulfide in the drilling fluid from volatilizing to air in the conventional solid control system to the air. And environmental damage, to meet the safety requirements of drilling operations in sulfur bearing formations.

【技术实现步骤摘要】
钻井液硫化氢清除系统
本技术涉及石油钻探密闭钻井工艺
，尤其涉及用于在含硫地层钻井作业的钻井液硫化氢清除系统。
技术介绍
欠平衡钻井是使井底压力小于地层压力的钻井技术，其具有提高钻井效率、保护储层以及提高油气产量等诸多优点。随着勘探开发的力度不断加大，深井、超深井钻井技术的快速发展，所勘探储层中含硫化氢储层的比例日益增多。目前前国内的技术规范规定，在含硫地层实施钻井作业时，当硫化氢浓度大于50ppm，就不能采用欠平衡钻井技术。因此，欠平衡钻井技术在含硫地层勘探开发过程中的应用受到限制。为拓展欠平衡钻井技术的应用范围，本技术提供了一种钻井液硫化氢分离装置，该装置能够在密闭条件下将钻井液中的硫化氢完全分离，保障人员与环境的安全。国家知识产权局于2009年9月9日，公开了一件公开号为CN101525993A，名称为“含硫地层欠平衡钻井中硫化氢的监测与控制方法”的专利技术专利，该专利技术专利是钻井液经过密闭取样器时对钻井液中硫化氢含量进行监测，并将监测到的硫化氢含量信号输入至控制系统，控制系统换算成所需除硫剂的量并发出指令，注入除硫剂至四相分离器并使钻井液中的硫化氢与除硫剂反应从而清除残留硫化氢。上述现有技术中对硫化氢的处理方法中，过量地添加除硫剂至钻井液中，会对钻井液材料的性能造成一定的影响，因此会对除硫剂的添加量产生一定的限制，而限制了除硫剂的添加量之后，就会影响硫化氢的清除效果和效率，不能很好的清除掉钻井液中的硫化氢。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本技术的目的在于解决现有欠平衡钻井技术不能在含硫地层实施作业的技术瓶颈，创新提供一种钻井液硫化氢清除系统，使在含硫地层进行欠平衡钻井成为可能。本技术可以在完全密闭的环境中将钻井液中的包括微小气泡的硫化氢气体以及溶于钻井液中的硫化氢清除。本技术能够防止未分离干净的钻井液在常规固控系统处接触空气并挥发至大气中对人员和环境造成伤害，满足含硫地层钻井作业的安全要求。为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本技术是通过下述技术方案实现的：钻井液硫化氢清除系统，其特征在于包括：系统入口、高速旋流器、加热系统、搅拌机构、喷射机构、分离罐体、真空系统和数据监测与采集系统，所述系统入口与高速旋流器相连接，所述高速旋流器与加热系统连接，所述加热系统与搅拌机构连接，所述搅拌机构与喷射机构连接，所述高速旋流器、加热系统、搅拌机构和喷射机构设置在分离罐体的内部，所述分离罐体与真空系统连接，所述钻井液硫化氢清除系统还包括：除硫剂注入系统、集中控制系统和排液系统，所述除硫剂注入系统、集中控制系统和排液系统与分离罐体相连接。所述真空系统包括两个真空泵，所述两个真空泵采用双路并联组合方式运行。所述排液系统的出口设置有冷却机构，所述排液系统的冷却方式为风冷和水冷相结合的混合冷却装置。所述分离罐体的进液管路上设置有除硫剂注入管路。所述分离罐体底部设置有倾斜底板结构。所述分离罐体还设置有钻井液入口、纵向清洗管路、排污口、底部凹型排污槽、清洗管路、排气口、排液口、清洗管路和循环回路管口，所述清洗管路上设置有喷嘴。所述分离罐体内部设置有两个隔离板。所述隔离板交错布置在分离罐体的内部，使得钻井液在分离罐体内的流道为“S”型。所述数据监测与采集系统能够实时监测装置中的气体与液体流量、压力、温度、硫化氢浓度、可燃气体浓度、钻井液密度、钻井液PH值以及液位等所有可监测参数。所述集中控制系统可根据监测的数据对钻井液加热系统、搅拌扰流机构、液下湍流机构、真空系统、冷却排液系统以及除硫剂注入系统进行实时操作控制。工作原理：含硫化氢钻井液从井口返出并经节流管汇降压后进入密闭多相分离器。在分离岩屑及部分气体后，将钻井液通过砂砾泵泵入钻井液硫化氢清除系统。系统分离罐采用方型罐结构，在满足运输条件下最大限度提高系统的钻井液处理量。在罐内设置有两个错位安装的隔离板，将钻井液在罐内的流道设置为“S”型，增加钻井液在系统内的停留时间，有助于硫化氢气体分离。分离罐底部设置为倾斜底板结构，同时设置有自动清洗管路系统，可以自动清洗沉积在底部的岩屑，并通过底部凹型排污槽排除至罐外进行处理。在系统分离罐内入口，钻井液首先进入高速旋流器，通过离心分离后，气体从旋流器上部分离，分离的钻井液落入罐内。在分离罐内通过加热系统对钻井液进行增温调节，受钻井液温度升高的影响，硫化氢的溶解度降低，部分硫化氢气体从钻井液中分离出来。在罐内设置有搅拌机构，能够将钻井液底部流体进行搅拌扰流，有助于粘度较大钻井液中硫化氢气体的分离。同时在罐内中部设置有液下扰流喷射机构，将罐内钻井液出口附近钻井液抽至罐内中部底层钻井液处喷射，可以将钻井液底部的不易分离的微小气泡的硫化氢循环至液面进行脱气分离。在罐内的上部空间采用真空系统将罐内抽至负压状态，使钻井液中硫化氢气泡在上升至液面过程中随着压力减小气泡直径增大，进而浮力增加，有利于气泡的快速上升与分离。本技术的真空系统能够快速将罐内分离的气体抽离至罐外，同时使罐内空气压力自动保持在设定负压值。真空系统通过以下技术方案实现：硫化氢清除罐内的含硫气体受真空泵抽吸作用进入气液分离器，经过气液分离后，气体进入真空泵。由于真空泵出口排出的流体中包括冷却水和含硫气体，因此在真空泵将气体增压后排至其出口分离罐。含硫气体部分通过分离罐顶部出口排至系统外进行处理，分离的冷却水重新回到真空泵参与冷却循环，节约用水量，并保证设备运行安全。该真空系统采用双路并联组合方式运行，并采用变频技术进行自动控制。当硫化氢分离罐内真空度低于设定值时，开启一台真空泵及管路系统，并逐级增加设备运行频率直至真空度处于设定值；当真空度超过设定值时，可以通过降低真空泵运行频率，同时还可以通过自动控制气液分离器上部连接至大气的真空度调节阀进行真空度自动快速调节，确保系统安全。硫化氢分离罐的排液系统设置为双路并联组合方式运行，并采用变频技术自动控制保持分离罐内液面平稳。为保证排出至固控系统的钻井液中硫化氢处于最低水平，在排液系统的出口设置有冷却机构，降低钻井液温度，提高硫化氢溶解度。本技术中，设置有两道硫化氢浓度超标紧急安全控制措施。在排液系统的出口设置有钻井液分支循环回路，当监测到处理完的钻井液中仍有易挥发的硫化氢气体时，可开启该回路进行循环处理；另在分离罐的入口管线处设置有除硫剂注入口，可及时注入除硫剂进行除硫处理，保证人员与设备的安全。本技术的钻井液硫化氢清除系统在分离罐出入口处分别设置有流量、温度、密度以及PH监测机构，同时在罐内设置有硫化氢浓度、可燃气体浓度、压力以及液位监测机构，实时在线监测系统各项运行参数，并将数据传输至集中控制系统，控制系统根据监测参数向各控制机构发出控制指令。本技术的钻井液硫化氢清除系统设置为组合式分体撬装结构，既可以满足运输要求，便于安装拆卸，又节约占地空间。与现有技术相比，本技术所带来的有益的技术效果表现在：1.本技术的钻井液硫化氢清除系统设置为组合式分体撬装结构，既可以满足运输要求，便于安装拆卸，又节约占地空间。2.本技术由于硫化氢分离罐采用“S”型结构，增加钻井液在系统内的停留时间，有助于硫化氢气体充分的分离。采用自动增温、机械扰流、液下喷射以及负压本文档来自技高网...

【技术保护点】
钻井液硫化氢清除系统，其特征在于包括：系统入口、高速旋流器、加热系统、搅拌机构、喷射机构、分离罐体、真空系统和数据监测与采集系统，所述系统入口与高速旋流器相连接，所述高速旋流器与加热系统连接，所述加热系统与搅拌机构连接，所述搅拌机构与喷射机构连接，所述高速旋流器、加热系统、搅拌机构和喷射机构设置在分离罐体的内部，所述分离罐体与真空系统连接，所述钻井液硫化氢清除系统还包括：除硫剂注入系统、集中控制系统和排液系统，所述除硫剂注入系统、集中控制系统和排液系统与分离罐体相连接，所述真空系统包括两个真空泵，所述两个真空泵采用双路并联组合方式运行，所述排液系统的出口设置有冷却机构，所述排液系统的冷却方式为风冷和水冷相结合的混合冷却装置。

【技术特征摘要】
1.钻井液硫化氢清除系统，其特征在于包括：系统入口、高速旋流器、加热系统、搅拌机构、喷射机构、分离罐体、真空系统和数据监测与采集系统，所述系统入口与高速旋流器相连接，所述高速旋流器与加热系统连接，所述加热系统与搅拌机构连接，所述搅拌机构与喷射机构连接，所述高速旋流器、加热系统、搅拌机构和喷射机构设置在分离罐体的内部，所述分离罐体与真空系统连接，所述钻井液硫化氢清除系统还包括：除硫剂注入系统、集中控制系统和排液系统，所述除硫剂注入系统、集中控制系统和排液系统与分离罐体相连接，所述真空系统包括两个真空泵，所述两个真空泵采用双路并联组合方式运行，所述排液系统的出口设置有冷却机构，所述排液系统的冷却方式为风冷和水冷相结合的混合冷却装置。2.根据权利要求1所述钻井液硫化氢清除系统，其特征在于：所述分离罐体的进液管路上设置有除硫剂注入管路。3.根据权利要求1所述钻井液硫化氢清除系统，其特征在于：所述分离罐体底部设置有...

【专利技术属性】
技术研发人员：羡维伟，韩烈祥，陈科旭，张鹏，潘登，任伟，郑冲涛，刘小玮，刘先明，程艳，孙翊成，何嵬，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51