正负压循环脉冲式振动筛及工作方法与流程

1.本发明涉及钻井液筛分处理设备，具体涉及一种正负压循环脉冲式振动筛及工作方法。

背景技术：

2.现代钻井对钻井液性能和环保有极高的要求，满足钻井机械性能要求的同时，必须满足环保、安全和职业健康的要求。钻井液中的固相杂质（尤其是细小杂质）必须及时清除以实现循环利用，钻井液中固相含量超标极大的威胁井下安全，经常因此发生卡钻现象，被迫排出系统之外的高固相含量废弃钻井液对工作人员和环境构成了严重威胁，同时增加了钻井液材料的损耗。

3.用以循环利用钻井液的固相控制系统与设备（下称固控设备）配置越来越复杂，而且工艺流程长，能耗高。固控设备对外排放量大，废弃的钻屑与钻井液含水率高，化学成分复杂，为防止造成污染，还需配套复杂的废弃物处理系统，进一步增加了能耗和占地面积。

4.钻井固相控制系统一般有四级处理设备，即振动筛、除砂器、除泥器、离心机。振动筛是一级处理设备，受限于工作原理和设计结构，当出现高粘度钻井液的工况时，筛网的网孔被快速堵塞（即糊筛现象）从而大量跑浆，造成钻井液非正常消耗和外部环境污染，而且糊筛会加快筛网破损；瞬时大流量的工况下，因振动筛处理量不足也会导致大量跑浆；由于振动筛作为一级处理设备，只作为粗分离使用，高含砂率的钻井液进入储罐后快速形成大量沉淀，只能采取定时向罐外排放高含砂钻井液的方法，进一步造成了污染和浪费。

5.在现有技术条件下，为了提高系统的处理能力，只能不断提高设备配置和数量，长时间开启高能耗的第二、三、四级处理设备（即除砂器、除泥器、离心机），这使得钻井液固相控制系统与设备配置更复杂，数量增多，能耗和材耗升高，废弃物排放量也增加，用于无害化处理钻井废弃物的环保设施负荷加大，以上不利因素直接导致钻井成本升高，间接导致设备故障、井下事故、安全环保等风险增大。

6.为了提高设备处理量和分离效率，现有钻井振动筛除了单层筛网结构外，还有双层与三层的结构，筛网面积的增加提高了处理量，但由于工作原理没有变化，面对高粘度、大流量等复杂工况时，仍存在糊筛和跑浆现象；分离后的废弃物含水率高，后续无害化处理难度大；多层的结构增加了筛网、密封条等易损件的消耗，而且下层筛网不便于观察和更换，一旦破损得不到及时维护造成施工事故。此外，一些振动筛在排屑端筛网下部安装了真空漏斗并配置了真空装置，这使排出的钻屑含水率降低，并可回收部分钻井液，但面对复杂特殊工况时，与常规振动筛具有同样的问题，而且长时间在真空状态下工作的筛网更易堵塞和磨损，因此导致此类振动筛的真空装置都是间歇式开启，以免造成筛网堵塞。

7.

技术实现要素：

8.针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种正负压循环脉冲式振动筛及工作

方法，可有效应对高粘度钻井液、瞬时大流量等复杂工况，长时间工作筛网不会堵塞，在安装高目数筛网的情况下仍具有大处理量，具备同除泥器相当的分离精度且分离效率更高，可替代常规钻井固相控制系统中的第一、二、三级处理设备，简化系统配置，降低能耗、材耗和操作维护难度，解决废弃物大量排放的问题，最大程度回收钻井液，干燥的钻井废弃物便于后续无害化处理，降低了污染的风险。

9.为了实现上述技术目的，本发明采用提供了一种正负压循环脉冲式振动筛，包括机架，机架内固定有振动筛，所述振动筛主要包括振动电机、筛床、筛网，所述振动筛上面对应设有喂料机构，下面连接有液气分离机构，用于使液体顺利排出，还包括安装于机架上的吸排两用的气源，所述气源的排气口和吸气口分别连接正负压脉冲气流控制机构的正、负压接口，所述正负压脉冲气流控制机构通过连通机构与所述筛网的筛面形成气流通路并控制正、负压的时长和时间间隔，负压脉冲气流从筛上向筛下流动，正压脉冲气流从筛下向筛上流动；所述气源的吸气口和排气口处均设有压力调节和气体释放装置，所述振动电机连接变频设备，还包括位于机架一侧的电控系统，其控制线分别连接相应用电设备，并用于调节所述用电设备的参数。

10.优选的，气流通路为多路，每一路对应筛网上面的独立工作区域；所述正负压脉冲气流控制机构内对应的每个气流通路均设有正负压转换机构，在一个脉冲循环周期内，按气流通道位置顺序依次只有一条气流通道在一定时间内为正压气流，其余的气流通道为负压气流通道，所述筛网的独立工作区域正、负压气流周期性循环工作。

11.优选的，所述筛网密封固定于所述筛床之上，所述筛床将筛网分割为多个独立工作区域并各自连通液气分离机构，从上而下，由筛网的每个独立工作区域对应的筛床区域和液气分离机构的内部区域形成独立密封的液气流动通道；所述气流通路对应连接所述液气流动通道。

12.本发明提供了一种正负压循环脉冲式振动筛工作方法，应用于上述正负压循环脉冲式振动筛，包括：待处理的钻井液首先进入喂料罐，经喂料罐上的喂料口向下流入复合筛的尾部筛网上表面；参振体在振动电机的激振作用下产生激振力促使钻井液和其中的固相向前移动；开启气泵，气泵的吸气口连接正负压脉冲气流发生器的负压通道，排气口连接正负压脉冲气流发生器的正压通道；正负压脉冲气流发生器与筛网形成n条气流通道，负压气流对应的网面上产生正向的高速气流连续携带筛面上的钻井液透筛，正压气流对应的网面上则产生反向的高速气流，吹起钻屑并吹扫网孔使之得到清理再生，在一个脉冲循环周期内，只有一条气流通道在一定时间内为正压气流，按气流通道位置顺序依次循环，使得正压气流对应的网面区域循环向前移动，配合振动筛振动产生的向前抛掷力，钻屑被向前输送出机外；透筛的钻井液同高速气流一同进入筛床，经筛床下部的液气出口进入液气分离仓，钻井液沉降在液气分离仓的底部，最后漫过水密封堰板流出机外，气体则在固定的液气流通道内向上流动，经过联通管进入正负压脉冲气流发生器的负压通道，最后再经负压联通管被气泵吸入。

13.本发明的有益效果为：不再依赖振动筛自身产生的高频和大振幅振动进行筛分而获得筛上与筛下物料，而是通过正负压循环交替的高速脉冲气流驱动物料分离，在安装高目数筛网的条件下，仍具有大处理量能力，不易糊筛和跑浆，筛网使用寿命长，且脱水效率高，筛上物料的输送通过正压气流的托举作用和振动产生的向前抛掷力联合完成，不同于

只依赖高频振动，能有效减缓筛上物料对筛网的磨损。

14.正负压循环脉冲气流中的负压脉冲气流从筛上向筛下流动，筛上气、液相物料和小于网孔尺寸的物料被高速气流携带着迅速向筛下透筛；其中正压脉冲气流从筛下向筛上流动，筛上不能透筛的物料被迅速吹起，从而实现物料分离；网面分割为若干工作区域，对应相同数量的气流通道，每个工作区域都以正压气流与负压气流交替工作；网面的若干工作区域按作用的正、负压气流分为两种状态，即正压状态和负压状态，这两种状态呈周期性变化，而且正压状态与负压状态的数量和持续时间都按一定的比例运行，保持高效、稳定的工作状态。

15.附图说明

16.图1为实施例的正负压循环脉冲式振动筛总体示意图；图2为实施例中机架结构示意图；图3为实施例中复合筛与机架安装示意图；图4 为实施例中复合筛结构示意图；图5 为实施例中振动箱体结构示意图；图6 为实施例中正负压气流管路安装示意图；图7 为实施例中液气分离仓结构示意图；图8为实施例中液气分离仓结构示意图中的剖面b-b；图9为实施例中筛床与筛网组合结构示意图；图10为实施例中筛床与筛网组合结构示意图中的剖面a-a；图11为实施例中 正负压脉冲气流发生器结构示意图；图12为实施例中 正负压脉冲气流发生器结构示意图中的剖面d-d；图13 为实施例中电控系统原理示意图；图14为实施例中筛网工作状态示意图；图中：1、机架，2、复合筛，3、气泵安装支架，4、气泵，5、正负压脉冲气流发生器，6、喂料罐，7、电控系统，8、筛面倾角调节装置，9、复合筛安装轴套，10、调节装置安装座，11、调节装置安装耳子，12、复合筛安装销轴，13、调节装置连接耳座，14、调节装置连杆，15、调节装置安装座，16、振动箱体，17、悬挂隔振器，18、振动电机，19、筛网，20、筛床，21、隔振器后支座，22、液气分离仓，23、隔振器前支座，24、箱体，25、加强横撑，26、筛床安装座，27、振动电机安装梁， 28、一相位联通管，29、二相位联通管，30、三相位联通管，31、四相位联通管，32、五相位联通管，33、六相位联通管，34、正压联通管，35、负压联通管，36、分离仓箱体，37、水密封堰板，38、分离仓隔板，39、分离仓筛床连接套，a1、一相位液气流通道，a2、二相位液气流通道，a3、三相位液气流通道，a4、四相位液气流通道，a5、五相位液气流通道，a6、六相位液气流通道， b1、一相位筛床接口，b2、二相位筛床接口，b3、三相位筛床接口，b4、四相位筛床接口，b5、五相位筛床接口，b6、六相位筛床接口，40、液气出口，41、筛床骨架，42、壳体，43、正负压转换阀芯，44、推拉执行器，45、右端盖，46、正压通道，47、负压通道，48、密封垫圈，49、发生器输出接头，50、负压调节释压阀，51、正压调节释压阀，52、左端盖，c1、一相位发生器出口，c2、二相位发生器出口，c3、三相位发生器出口，c4、四相位发生器出口，c5、五

相位发生器出口，c6、六相位发生器出口，53、转换阀瓣，54、转换阀芯套筒，55、轴向密封圈，56、压缩弹簧，57、弹簧座，58、正压接口，59，负压接口，m1、前端振动电机接线端子组，m2、后端振动电机接线端子组，m3、筛面倾角调节装置电机接线端子组，m4、气泵电机接线端子组，fr3、热继电器，km1、筛面倾角调节装置电机正转控制接触器，km2、筛面倾角调节装置电机反转控制接触器，km3、气泵电机控制接触器，bpq、振动电机控制变频器，kzq、脉冲气流发生控制器，qf1、振动电机控制断路器，qf2、筛面倾角调节装置电机控制断路器，qf3、气泵电机控制断路器，qf4、脉冲气流发生控制器断路器，f1、一相位端子，f2、二相位端子，f3、三相位端子，f4、四相位端子，f5、五相位端子，f6、六相位端子，z1、一相位筛网工作状态，z2、二相位筛网工作状态，z3、三相位筛网工作状态，z4、四相位筛网工作状态，z5、五相位筛网工作状态，z6、六相位筛网工作状态，0、一相位筛网工作状态开始时刻，t1、二相位筛网工作状态开始时刻，t2、三相位筛网工作状态开始时刻，t3、四相位筛网工作状态开始时刻，t4、五相位筛网工作状态开始时刻，t5、六相位筛网工作状态开始时刻，t、一个脉冲循环周期，x、正压状态工作区域，y、负压状态工作区域。

具体实施方式

17.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、

?“

竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

18.本发明的目的是提供一种正负压循环脉冲式振动筛，可有效应对高粘度钻井液、瞬时大流量等复杂工况，长时间工作筛网不会堵塞（即糊筛），在安装高目数筛网的情况下仍具有大处理量，具备同除泥器相当的分离精度且分离效率更高，可替代常规钻井固相控制系统中的第一、二、三级处理设备，简化系统配置，降低能耗、材耗和操作维护难度，解决废弃物大量排放的问题，最大程度回收钻井液，干燥的钻井废弃物便于后续无害化处理，降低了污染的风险。

19.传统振动筛仅靠筛面加速度进行固液分离，仅靠高频振动产生向前的抛掷力向外输送钻屑，而本发明的分离原理与常规振动筛有本质的区别，即通过正向的高速气流携带钻井液快速透筛，反向的高速气流使钻屑瞬间脱离筛面，正反向的高速气流按一定的周期和时间比例交替循环，不断地使钻井液快速透筛并及时让钻屑跳离筛面，减少筛网的磨损，同时反向高速气流不断地对网孔进行吹扫，彻底解决了糊筛问题；振动筛自身的振动采用高低频控制，正常工作时，开启低频振动，只需提供辅助向外输送钻屑的功能即可，不再依赖高频振动实现物料分离，能有效延长设备和筛网的使用寿命；当作为常规振动筛使用时，关闭气源开启高频振动即可。

20.如图1、图2、图3所示，正负压循环脉冲气流驱动的振动筛，主要由机架1、复合筛2、气泵安装支架3、气泵4、正负压脉冲气流发生器5、喂料罐6、电控系统7、筛面倾角调节装置8等部件构成。

21.机架1由矩形管或其他截面型钢、钢板组焊而成，复合筛2安装于机架1内部，复合筛安装轴套9固定安装在机架1尾部内侧，同时固定安装在复合筛2的对应位置上，通过复合筛安装销轴12连接并形成转动配合，复合筛2中下部两侧固定安装有调节装置连接耳座13，与调节装置连杆14铰接，调节装置连杆14另一端与筛面倾角调节装置8铰接。筛面倾角调节装置8通过调节装置安装座15与机架1铰接。气泵安装支架3安装在机架1中上部。气泵4安装在气泵安装支架3上部。喂料罐6为箱体结构，安装在支架1尾部上侧，有一个喂料口向下正对复合筛2的尾部筛网。正负压脉冲气流发生器5安装在喂料罐上部。电控系统7的控制箱部分安装在支架1尾部一侧，控制线分别连接相应用电设备。

22.如图1、图4、图5所示，复合筛2主要由振动箱体16、悬挂隔振器17、振动电机18、筛网19、筛床20、隔振器后支座21、液气分离仓22、隔振器前支座23构成。

23.振动箱体16主要由箱体24、加强横梁25、筛床安装座26、振动电机安装梁27组焊而成为一个整体。振动电机18固定安装在振动箱体16的振动电机安装梁27之上。

24.筛床20内置金属骨架，外包弹性非金属材料，被固定安装在振动箱体16的筛床安装座26之上。

25.筛网19被压紧固定在筛床20之上，筛网19、筛床20、筛床安装座26相互接触的表面间形成密封。

26.悬挂隔振器17固定安装于振动箱体16外侧的四角，分为四组，另一端固定安装在隔振器后支座21与隔振器前支座23之上,隔振器后支座21与隔振器前支座23固定安装在液气分离仓22外侧的四角。

27.振动箱体16、振动电机18、筛网19、筛床20共同构成参振体，经悬挂隔振器17提供弹性支撑，参振体可实现自由振动。

28.如图6至图12所示，对正负压脉冲气流发生并以之驱动固液两相分离的实施例进行叙述。

29.液气分离仓22主要由分离仓箱体36、分离仓隔板38、分离仓筛床连接套39构成。分离仓箱体36为一侧有开口的箱体结构，内部由分离仓隔板38分隔为六个仓，且分离仓隔板38的下沿与箱体底部有一定的距离，使该六个仓的下部均与箱体侧向开口连通，所述侧向开口为矩形，在矩形开口的下半部安装水密封堰板37，所述水密封堰板37的上沿高于分离仓隔板38的下沿，当箱体内充满钻井液时，钻井液淹没分离仓隔板38形成六个密封隔仓（即六个相位液气流通道），同时可漫过水密封堰板37排出机外，所述分离仓箱体36尾部向上凸起，在最高点位置按六个相位液气流通道各向上引出一根用于外部连接的管道。

30.分离仓筛床连接套39分别在一相位液气流通道a1、二相位液气流通道a2、三相位液气流通道a3、四相位液气流通道a4、五相位液气流通道a5、六相位液气流通道a6上方均布同筛床20数量的若干组（该实施例为四组，但不限于四组）， 按从左向右的顺序，六个相位液气流通道上的分离仓筛床连接套39各取一个构成一组，每组六个，分别与筛床20上的六个液气出口40配对密封连接。

31.筛床20为筛床骨架41包覆非金属弹性材料的结构，所述筛床骨架41是金属焊接结

构，由角钢构成矩形的周圈，在矩形周圈的宽度方向上等间距均布五条扁钢，长度方向上均布若干小扁钢作为加强筋，包覆非金属弹性材料后在宽度方向上形成六个通道，每个通道的筛床下部都有一个液气出口40，筛床20为四个，筛网19共四片分别压实密封安装于四件筛床20之上，每片筛网19相对应被分割成六个工作区域；筛床20上表面用于密封安装筛网19，每个通道上均设有筛床接口，一个筛床对应六个筛床接口，4个筛床对应24个筛床接口，筛床接口对应连接液气流通道。

32.六个通道上的液气出口40对应液气分离仓22的六个相位液气流通道并按如下排序：一相位筛床接口b1与一相位液气流通道a1、二相位筛床接口b2与二相位液气流通道a2、三相位筛床接口b3与三相位液气流通道a3、四相位筛床接口b4与四相位液气流通道a4、五相位筛床接口b5与五相位液气流通道a5、六相位筛床接口b6与六相位液气流通道a6，相对应地，筛网19共四片分别压实密封安装于四件筛床20之上，每片筛网19相对应被分割成六个工作区域。

33.正负压脉冲气流发生器5由壳体42、正负压转换阀芯43、推拉执行器44、右端盖45、密封垫圈48、发生器输出接头49、负压调节释压阀50、正压调节释压阀51、左端盖52构成。

34.壳体42内有正压通道46、负压通道47两个通孔式通道，每个通道各有一个对外接口，即正压接口58和负压接口59。

35.气泵4有两个接口，即吸气口与排气口，气泵4的吸气口与负压接口59通过负压联通管35连接，气泵4的排气口与正压接口58通过正压联通管34连接。

36.壳体42左端面密封安装左端盖52，左端盖52上密封安装负压调节释压阀50和正压调节释压阀51，分别对应负压通道47和正压通道46，壳体42右端面密封安装右端盖45。

37.壳体42一侧均布六个通孔，另一侧以及正压通道46和负压通道47两孔之间的内壁上也均布六个通孔，形成六组三孔同轴结构，分别称为上孔、下孔、中孔，壳体42上孔一侧平面上均布安装六件推拉执行器44，推拉执行器44可按电控信号执行推出和拉回两个动作，其结构可以是气动、电动、液动、机械联动等任意形式；壳体42下孔一侧平面上均布安装六件发生器输出接头49，密封垫圈48被发生器输出接头49压紧固定在下孔内，六个发生器发生器输出接头49下连接一相位发生器出口c1、二相位发生器出口c2三相位发生器出口、c3、四相位发生器出口c4、五相位发生器出口c5、六相位发生器出口c6。

38.一相位联通管28、二相位联通管29、三相位联通管30、四相位联通管31、五相位联通管32、六相位联通管33的两端按顺序分别与以下接口连接：一相位液气流通道a1与一相位发生器出口c1、二相位液气流通道a2与二相位发生器出口c2、三相位液气流通道a3与三相位发生器出口c3、四相位液气流通道a4与四相位发生器出口c4、五相位液气流通道a5与五相位发生器出口c5、六相位液气流通道a6与六相位发生器出口c6。

39.正负压转换阀芯43由转换阀瓣53、转换阀芯套筒54、压缩弹簧56、弹簧座57构成，转换阀芯套筒54是圆筒形结构，一端为开口结构，另一端为较小的收口结构并在收口内侧有锥形密封面，所述弹簧座57为多孔结构，固定安装在转换阀芯套筒54的中下部，转换阀瓣53下部是三爪或多爪导向结构，与转换阀芯套筒54内壁形成轴向滑动配合，中部有一个锥形密封面，被转换阀瓣53和弹簧座57之间的压缩弹簧56顶紧在位于转换阀芯套筒54上的锥形密封面上，形成轴向密封配合，上部伸出一定长度的连接杆与推拉执行器44伸出的连接杆固定配合。

40.正负压转换阀芯43安装在壳体42内部的中孔内并与中孔形成轴向滑动配合，在推拉执行器44的作用下可上下运动，当某一个推拉执行器44处于拉回状态时，与之对应的一相位发生器出口c1、二相位发生器出口c2、三相位发生器出口c3、四相位发生器出口c4、五相位发生器出口c5、六相位发生器出口c6中的一个所连接的通路处于负压状态，高速气流与钻井液从筛网表面共同被吸入液气分离仓22，液气分离后钻井液漫过水密封堰板37排出机外；当推拉执行器44推出时，转换阀芯套筒54先与密封垫圈48接触形成轴向密封，继续推出将推动转换阀瓣53相对转换阀芯套筒54向下滑动，两者之间的密封被解除，压缩弹簧56被压缩，对应的发生器出口所连接的通路将与正压通道46连通，变为正压状态，高速气流从通道内向外排出，反向流过筛网使筛网表面的钻屑跳离筛面，同时对应筛网工作区域的网孔得到清理再生。

41.如图13所示，电控系统主要由前端振动电机接线端子m1、后端振动电机接线端子m2、筛面倾角调节装置电机接线端子m3、气泵电机接线端子m4、热继电器fr3、筛面倾角调节装置电机正转控制接触器km1、筛面倾角调节装置电机反转控制接触器km2、气泵电机控制接触器km3、振动电机控制变频器bpq、脉冲气流发生控制器kzq、振动电机控制断路器qf1、筛面倾角调节装置电机控制断路器qf2、气泵电机控制断路器qf3、脉冲气流发生控制器断路器qf4、一相位端子f1、二相位端子f2、三相位端子f3、四相位端子f4、五相位端子f5、六相位端子f6构成。

42.振动电机控制变频器bpq和振动电机控制断路器qf1用以控制两台振动电机的启停、调速，所述前端振动电机接线端子组m1、后端振动电机接线端子组m2通过控制线与两台振动电机相对应的接线柱连接，并使两台振动电机同步相向转动。

43.筛面倾角调节装置电机正转控制接触器km1、筛面倾角调节装置电机反转控制接触器km2、筛面倾角调节装置电机控制断路器qf2用以控制筛面倾角调节装置电机的启停和正反转，所述筛面倾角调节装置电机接线端子m3通过控制线与筛面倾角调节装置电机相对应的接线柱连接，实现筛面倾角的调节。

44.气泵电机控制接触器km3、气泵电机控制断路器qf3用以控制气泵电机的启停，脉冲气流发生控制器kzq具备启停，交流电转直流电的功能，尤其具备设定各输出端子的通电与断电时间的功能，一相位端子f1、二相位端子f2、三相位端子f3、四相位端子f4、五相位端子f5、六相位端子f6分别通过控制线与正负压脉冲气流发生器上六个相位的推拉执行器连接，控制各个推拉执行器拉回和推出的时间，形成具有一定周期和时间比例的正负压循环脉冲气流。

45.热继电器fr3、振动电机控制变频器bpq、脉冲气流发生控制器kzq均可为各回路提供过流保护。

46.如图14所示，经过电控系统、执行器件以及设备自身机构的联合作用，使安装在设备上的所有筛网具备了六种循环交替的工作状态，即一相位筛网工作状态z1、二相位筛网工作状态z2、三相位筛网工作状态z3、四相位筛网工作状态z4、五相位筛网工作状态z5、六相位筛网工作状态z6；在所有工作状态下，每片筛网始终最少有五个负压状态工作区域y，一个正压状态工作区域x或在相邻的两个状态开始时刻的时间内转换为负压状态工作区域y。

47.随着时间的推移，在一相位筛网工作状态开始时刻0、二相位筛网工作状态开始时

刻t1、三相位筛网工作状态开始时刻t2、四相位筛网工作状态开始时刻t3、五相位筛网工作状态开始时刻t4、六相位筛网工作状态开始时刻t5，正压状态工作区域x不停向前移动，直到一个脉冲循环周期t结束再从一相位筛网工作状态开始时刻0重新开始，从而实现了负压驱动的高速气流不断携带钻井液透筛，正压驱动的高速气流不断将钻屑吹起，并按脉冲循环周期t往复循环作用于筛网所有区域，配合筛网自身振动产生的向前抛掷力，使钻屑连续向前运动最终排出机外，而筛网上的所有网孔周期性的得到了清理再生。

48.需要指出的是，在本发明工作原理下工作的振动筛，不再需要通过高频、大振幅获得的大激振强度分离物料，振动筛只需提供低频或高频小振幅振动即可，仅以此辅助输送钻屑；尤其需要指出的是，本实施例仅叙述了六个相位、四片筛网的方案，但不局限于本实施例，也可以是其他相位数量和筛网数量的不同组合；本实施例中的正负压脉冲气流发生器仅在于实现和解释正负压循环脉冲气流驱动实现物料分离的原理，而不局限于在该原理下的任何结构；本实施例所述电控系统仅在于说明本发明工作原理所需的控制要点，即振动电机调频控制、筛面倾角调节装置正反转控制、气泵启停控制、尤其重要的是正负压循环脉冲气流的正负压状态和周期控制，而不限于本实施例所述的控制方法，可采取继电器控制、plc控制或单片机控制等多种不同的控制方案。

49.结合图1至图14以及上述内容，叙述正负压循环脉冲式气流驱动振动筛的方法：1、待处理的钻井液首先进入喂料罐6，经喂料罐6上的喂料口向下流入复合筛2的尾部筛网上表面；2、由振动箱体16、振动电机18、筛网19、筛床20构成的参振体在振动电机18的激振作用下产生激振力促使钻井液和其中的固相向前移动；3、开启的气泵4的吸气口通过负压联通管35连接正负压脉冲气流发生器5的负压通道47，排气口通过正压联通管34连接正负压脉冲气流发生器5的正压通道46；负压通道47始终连通一相位发生器出口c1、二相位发生器出口c2、三相位发生器出口c3、四相位发生器出口c4、五相位发生器出口c5、六相位发生器出口c6中的五个或六个，按c1至c6的相位顺序，在一个脉冲循环周期t内，六个发生器出口对应的推拉执行器44将正负压转换阀芯43逐个推出并保持一定时间（六个相位的时间不一定是连续的），这一时间内，该发生器出口与正压通道46和气泵4的排气口连通变为正压，其余通道对应的推拉执行器44处于拉回状态，即对应的通路均为负压状态；经上述过程，所有筛网19同步实现了图14中在一个脉冲循环周周期t内从z1至z6的筛网工作状态变化，负压状态工作区域y的网面上产生正向的高速气流连续携带筛面上的钻井液透筛，正压状态工作区域x的网面上则产生反向的高速气流，吹起钻屑并吹扫网孔使之得到清理再生，由于正压状态工作区域x始终循环向前移动，配合振动筛振动产生的向前抛掷力，钻屑被向前输送出机外；4、透筛的钻井液同高速气流一同进入筛床20，经筛床20下部的液气出口40进入液气分离仓22，钻井液沉降在液气分离仓22的底部，最后漫过水密封堰板37流出机外，气体则在固定的液气流通道内向上流动，经过联通管进入正负压脉冲气流发生器5的负压通道47，最后再经负压联通管35被气泵4吸入；5、为了适应更多的工况，通过调节位于正负压脉冲气流发生器5上负压调节释压阀50即可实现负压与气流量的调节；6、气泵4排出的气流分为两路，一路经过正负压脉冲气流发生器5的正压通道46，

进入某一个被推拉执行器44打开的通路，经联通管进入液气分离仓22对应的液气流通道，最后进入筛床20对应的通道内形成反向高速气流向外透过筛网；另一路经过设定好压力的正压调节释压阀51排出机外，且该释压阀可任意调节压力。

50.7、若该设备需要作为常规振动筛使用，关闭气泵4，再将振动电机控制变频器bpq调为高频即可；由于通过正负压脉冲气流驱动物料分离的原理能有效延长筛网使用寿命，该频率可高于常规振动筛以加强处理效果,而且筛网总体的使用寿命仍高于常规振动筛。

51.8、当需要调节筛面倾角以改变钻井液在筛面上的液流速度时，开启筛面倾角调节装置8的正反转控制，正转时，复合筛2绕复合筛安装销轴12逆时针转动，筛面倾角增大，液流速度变慢；反转时，复合筛2绕复合筛安装销轴12顺时针转动，筛面倾角减小，液流速度加快。

52.本发明提出了一种新的筛分方法和原理：正负压脉冲气流驱动分离法。其特点在于：一、不再依赖振动筛自身产生的高频和大振幅振动进行筛分而获得筛上与筛下物料，而是通过正负压循环交替的高速脉冲气流驱动物料分离，仅依靠高频振动分离物料在应对高粘度介质时筛分效率和处理量大幅降低，易发生糊筛和跑浆现象，在安装网孔细小的高目数筛网时处理量也会大幅下降而且筛网寿命也会缩短，在应对高含水率介质时脱水效率低，筛上物料含水率高，而正负压脉冲气流驱动的振动筛在安装高目数筛网的条件下，仍具有大处理量能力，不易糊筛和跑浆，筛网使用寿命长，且脱水效率高；二、正负压循环脉冲气流中的负压脉冲气流从筛上向筛下流动，筛上气、液相物料和小于网孔尺寸的物料被高速气流携带着迅速向筛下透筛；其中正压脉冲气流从筛下向筛上流动，筛上不能透筛的物料被迅速吹起，从而实现物料分离；三、所述正负压循环脉冲气流作用于筛网的网面上，网面分割为若干工作区域，对应相同数量的气流通道，每个工作区域都以正压气流与负压气流交替工作；四、所述网面的若干工作区域按作用的正、负压气流分为两种状态，即正压状态和负压状态，这两种状态呈周期性变化，而且正压状态与负压状态的数量和持续时间都按一定的比例运行；五、筛上物料的输送通过正压气流的托举作用和振动产生的向前抛掷力联合完成，不同于只依赖高频振动，能有效减缓筛上物料对筛网的磨损。

53.本发明中正负压循环脉冲气流发生的机理：首先要有一个吸排两用的气源，气源的吸气口和排气口通过分配机构可分为多路；每一路都与筛网上独立的某一工作区域经连通机构形成通路；每一路都设有控制机构用以控制选择连通气源的吸气口或排气口，即负压或正压，所述控制机构同时可以控制负压与正压的时长和时间间隔；每一路都设有液气分离机构使液相可顺利排出；气源的吸气口和排气口处均设有压力调节和气体释放装置，可以设定系统压力，保证系统稳定运行；以上机理的实现可以是实施例中的方案但不局限于此。

54.本发明的显著效果是：1、正向的高速气流携带钻井液快速透过筛面，可大幅度提高处理量，提高钻井液的回收率，降低钻屑含水率，减少钻井废弃物的排放；2、反向的高速气流使钻屑快速脱离筛面，可有效解决糊筛问题，减少钻屑与筛网

的接触时间，不断清理网孔使之循环再生，降低临界尺寸钻屑透过筛网的几率，减少钻屑二次破碎和筛网的磨损；3、正反向的高速气流按一定的周期和时间比例作用在所有筛网工作区域上并交替循环，保持高效、稳定的工作状态的同时，周期、时间比例、气压、气流量等参数通过电控系统可快速调整，满足在多种工况条件下的广泛适应性，并有利于进一步发展设备的自动化、智能控制和远程网络监控；4、正向气流托举和振动联合输送钻屑对振动强度要求低，只需低频振动或高频小振幅振动即可，能有效延长设备和筛网的使用寿命；5、在不增加筛网数量和面积的前提下，本发明适配具有高分离精度的高目数筛网，可同时满足高分离精度和大处理量的要求，极易破损的高目数筛网的使用寿命也得到了保障，因此可以替代多台常规振动筛、高能耗的除砂器与除泥器，减少离心机的开启频率和时长，简化了固控系统工艺，极大的降低了能耗，低固相含量的钻井液能有效提高钻井效率，减少井下事故，在储罐和管道中不易形成沉淀，最大限度减少了废弃钻井液的排放量，同时降低了钻井液材料的消耗以及固控系统维护的工作量。

55.针对负压状态下的钻井液筛分做了相关对比实验。实验结果证明：1.安装相同目数筛网的振动筛在负压状态下较常压状态的处理量大幅度增加，尤其是在安装高目数筛网和处理高粘度钻井液时效果更为显著，但在持续一段时间后处理量反而会下降，查找分析原因是，筛网长时间在负压状态下工作网孔逐渐堵塞。

56.2.在负压实验的过程中，对同一实验装置穿插进行了正压实验并进行了对比实验，即正负压交替实验。在负压状态下工作的筛网持续一定的时间内及时开启正压状态，能有效防止网孔堵塞，而且正压状态开启的频率越高，效果越显著，而且在正压状态下，筛面上的钻屑被气流托起，向外输送速度加快，长时间工作筛网的透筛效率不变，网面也没有磨损，而在常压状态或负压状态下一直工作的筛网均出现了处理量逐渐下降，筛网局部破损的现象。

57.3.在正负压交替实验的基础上，将筛网的网面分割成独立的若干区域，在每个区域加载正负压交替循环的脉冲气流，使其中一个区域始终处于正压状态，其余区域为负压状态，以此进行了处理量对比实验。实验结果证明，加载了正负压交替循环脉冲气流的工作状态较常压工作状态明显处理量增加，较负压工作状态更加稳定，未出现处理量衰减现象，同时表现出了钻屑输送快速顺畅、筛网使用寿命延长的有益效果；将振动强度和振幅降低后，加载了正负压交替循环脉冲气流的工作状态未受影响，但常压工作状态和负压工作状态均出现了钻屑输送缓慢、处理量下降的现象。技术特征：

1.一种正负压循环脉冲式振动筛，包括机架，机架内安装有振动筛，所述振动筛包括振动电机、筛床、筛网，所述振动筛上面对应设有喂料机构，下面连接有液气分离机构，用于使液体顺利排出，其特征在于，还包括安装于机架上的吸排两用的气源，所述气源的排气口和吸气口分别连接正负压脉冲气流控制机构的正、负压接口，所述正负压脉冲气流控制机构通过连通机构与所述筛网的筛面形成气流通路并控制正、负压的时长和时间间隔，负压脉冲气流从筛上向筛下流动，正压脉冲气流从筛下向筛上流动；所述气源的吸气口和排气口处均设有压力调节和气体释放装置，所述振动电机连接变频设备，还包括位于机架一侧的电控系统，其控制线分别连接相应用电设备，并用于调节所述用电设备的参数。2.根据权利要求1所述的一种正负压循环脉冲式振动筛，其特征在于，所述气流通路为多路，每一路对应筛网上面的独立工作区域；所述正负压脉冲气流控制机构内对应的每个气流通路均设有正负压转换机构，在一个脉冲循环周期内，按气流通道位置顺序依次有一路或多路气流通道在一定时间内为正压气流，其余的气流通道为负压气流通道，所述筛网的独立工作区域正、负压气流周期性循环工作，正压与负压的持续时长可调且按比例运行。3.根据权利要求2中的任一项所述的一种正负压循环脉冲式振动筛，其特征在于，所述筛网密封固定于所述筛床之上，所述筛床将筛网分割为多个独立工作区域并各自连通液气分离机构，从上而下，由筛网的每个独立工作区域对应的筛床区域和液气分离机构的内部区域形成独立密封的液气流动通道；所述气流通路对应连接所述液气流动通道。4.根据权利要求3所述的一种正负压循环脉冲式振动筛，其特征在于，所述振动筛为复合筛，由参振体、悬挂隔振器、和非参振体三部分构成，所述参振体由振动箱体、振动电机、筛网、筛床构成；所述非参振体由隔振器后支座、液气分离机构、隔振器前支座构成，所述液气分离机构位于筛床下面，隔振器后支座和隔振器前支座固定安装在液气分离机构外侧的四角；所述参振体与所述非参振体经悬挂隔振器连接，参振体提供振动功能，非参振体提供液气分离与外接气流通道的功能；所述筛床为筛床骨架包覆非金属弹性材料的结构，所述筛床骨架是金属焊接结构，由角钢构成矩形的周圈，在矩形周圈的宽度方向上等间距均布多条扁钢形成对应气流通道数量和位置的n个通道，长度方向上均布若干小扁钢作为加强筋，每个通道在筛床下部有一个液气出口连接液气分离机构内独立区域，所述筛床将筛网分割为对应位置大小的n个区域。5.根据权利要求4所述的一种正负压循环脉冲式振动筛，其特征在于，所述液气分离机构为液气分离仓，主要由分离仓箱体、分离仓隔板、分离仓筛床连接套构成，所述分离仓箱体为一侧有开口的箱体结构，内部由分离仓隔板分隔为对应的n个独立区域仓，且分离仓隔板的下沿与箱体底部有一定的距离，使该n个仓的下部均与箱体侧向开口连通，所述侧向开口为矩形，在矩形开口的下半部安装水密封堰板，所述水密封堰板的上沿高于分离仓隔板的下沿，当箱体内充满钻井液时，钻井液淹没分离仓隔板形成n个密封隔仓，同时钻井液可漫过水密封堰板排出机外，每个密封隔仓的上方均布设有同筛床数量的分离仓筛床连接套，所述分离仓筛床连接套密封连接对应所述筛床通道的液气出口，形成独立的液气流动通道。6.根据权利要求5所述的一种正负压循环脉冲式振动筛，其特征在于，所述气源为设有吸气口与排气口的气泵，所述正负压脉冲气流控制机构为正负压脉冲气流发生器，所述正负压转换机构正负压转换阀芯，所述正负压脉冲气流发生器由壳体、正负压转换阀芯、推拉

执行器、右端盖、密封垫圈、发生器输出接头、负压调节释压阀、正压调节释压阀、左端盖构成；所述壳体内有正压通道、负压通道两个通孔式通道，每个通道各有一个对外接口为正压接口和负压接口连接所述气源的排气口和吸气口；所述壳体左端面密封安装左端盖，所述左端盖上密封安装负压调节释压阀和正压调节释压阀，分别对应负压通道和正压通道；所述壳体右端面密封安装右端盖；所述壳体一侧均布n个通孔，另一侧以及正压通道和负压通道两孔之间的内壁上也均布n个通孔，形成n组三孔同轴结构，所述壳体上孔一侧平面上均布安装n件推拉执行器，所述推拉执行器可按电控信号执行推出和拉回两个动作；所述壳体下孔一侧平面上均布安装n件发生器输出接头，所述密封垫圈被发生器输出接头压紧固定在下孔内；n件发生器输出接头对应连接n条液气流通道；所述正负压转换阀芯由转换阀瓣、转换阀芯套筒、压缩弹簧、弹簧座构成，所述转换阀芯套筒是圆筒形结构，一端为开口结构，另一端为较小的收口结构并在收口内侧有锥形密封面，所述弹簧座为多孔结构，固定安装在转换阀芯套筒的中下部，所述转换阀瓣下部是三爪或多爪导向结构，与转换阀芯套筒内壁形成轴向滑动配合，中部有一个锥形密封面，被转换阀瓣和弹簧座之间的压缩弹簧顶紧在位于转换阀芯套筒上的锥形密封面上，形成轴向密封配合，上部伸出一定长度的连接杆与推拉执行器伸出的连接杆固定配合；所述正负压转换阀芯安装在壳体内部的中孔内并与中孔形成轴向滑动配合，在推拉执行器的作用下可上下运动，当某一个推拉执行器处于拉回状态时，与之对应的发生器出口中的一个所连接的通路处于负压状态，高速气流与钻井液从筛网表面共同被吸入液气分离仓，液气分离后钻井液漫过水密封堰板排出机外，当推拉执行器推出时，转换阀芯套筒先与密封垫圈接触形成轴向密封，继续推出将推动转换阀瓣相对转换阀芯套筒向下滑动，两者之间的密封被解除，压缩弹簧被压缩，对应的发生器出口所连接的通路将与正压通道连通，变为正压状态，高速气流从通道内向外排出，反向流过筛网使筛网表面的钻屑跳离筛面，同时对应筛网工作区域的网孔得到清理再生。7.一种正负压循环脉冲式振动筛的工作方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任一项所述的正负循环脉冲式振动筛，所述工作方法包括：（1）待处理的钻井液首先进入喂料罐，经喂料罐上的喂料口向下流入复合筛的尾部筛网上表面；（2）参振体在振动电机的激振作用下产生激振力促使钻井液和其中的固相向前移动；（3）开启气泵，气泵的吸气口连接正负压脉冲气流发生器的负压通道，排气口连接正负压脉冲气流发生器的正压通道；正负压脉冲气流发生器与筛网形成n条气流通道，负压气流对应的网面上产生正向的高速气流连续携带筛面上的钻井液透筛，正压气流对应的网面上则产生反向的高速气流，吹起钻屑并吹扫网孔使之得到清理再生，在一个脉冲循环周期内，一条或多条气流通道在一定时间内为正压气流，按气流通道位置顺序依次循环，使得正压气流对应的网面区域循环向前移动，配合振动筛振动产生的向前抛掷力，钻屑被向前输送出机外；（4）通过电控系统的参数设置，控制正负压脉冲气流发生器内各气流通路的转换动作，将筛网的各独立工作区域按作用的正、负压气流分为呈周期性变化，而且数量和持续时间都按一定的比例运行的两种工作状态，调整各气流通道正、负压气流时长、正负压气流时间间隔、脉冲循环周期参数，实现处理量、钻屑输送速度、钻屑含水率的调节；

（5）透筛的钻井液同高速气流一同进入筛床，经筛床下部的液气出口进入液气分离仓，钻井液沉降在液气分离仓的底部，最后漫过水密封堰板流出机外，气体则在固定的液气流通道内向上流动，经过联通管进入正负压脉冲气流发生器的负压通道，最后再经负压联通管被气泵吸入；（6）为了适应更多的工况，通过调节位于正负压脉冲气流发生器上负压调节释压阀即可实现负压与气流量的调节；（7）气泵排出的气流分为两路，一路经过正负压脉冲气流发生器的正压通道，进入某一个被推拉执行器打开的通路，经联通管进入液气分离仓对应的液气流通道，最后进入筛床对应的通道内形成反向高速气流向外透过筛网；另一路经过设定好压力的正压调节释压阀排出机外；（8）若该设备需要作为常规振动筛使用，关闭气泵，再将振动电机控制变频器调为高频。

技术总结

本发明涉及一种正负压循环脉冲式振动筛及工作方法，包括机架，机架内固定有振动筛，所述振动筛包括振动电机、筛床、筛网，所述振动筛上面对应设有喂料机构，下面连接有液气分离机构，用于使液体顺利排出，还包括安装于机架上的吸排两用的气源，所述气源的排气口和吸气口分别连接正负压脉冲气流控制机构的正、负压接口，所述正负压脉冲气流控制机构通过连通机构与所述筛网的筛面形成气流通路并控制正、负压的时长和时间间隔，负压脉冲气流从筛上向筛下流动，正压脉冲气流从筛下向筛上流动；所述气源的吸气口和排气口处均设有压力调节和气体释放装置，所述振动电机连接变频设备，还包括位于机架一侧的电控系统，其控制线分别连接相应用电设备。应用电设备。应用电设备。

技术研发人员：陈可心 黄立文

受保护的技术使用者：陈可心

技术研发日：2022.06.13

技术公布日：2022/9/19