用于从液体和气体流移除固体颗粒以用于高压差的分离装置制造方法及图纸

本发明专利技术的主题是用于从提取井中的液体和/或气体中移除固体颗粒的分离装置，包括a)至少三个硬脆环形盘(8)的环形叠堆(7)，环形盘(8)的上侧(9)具有至少三个隔离物(10)，该至少三个隔离物均匀地分布在盘的圆周上，并且其接触区域(11)是平坦的，使得隔离物(10)与相邻环形盘(8)的下侧具有平面接触，并且环形盘(8)以如下方式堆叠和固定：在各个盘(8)之间在每种情况下存在用于移除固体颗粒的分离间隙(14)，并且环形盘(8)在内周和外周处的轴向突起部是圆形的，并且环形盘(8)的硬脆材料选自氧化和非氧化的陶瓷材料、这些材料的混合陶瓷、添加有第二相的陶瓷材料、具有陶瓷或金属硬材料的部分并且具有金属粘结相的混合材料、具有原位形成的硬材料相的粉末冶金材料以及长纤维和/或短纤维增强的陶瓷材料，b)穿孔管(1)，其位于环形叠堆(7)内部并且硬脆环形盘(8)堆叠在穿孔管上，c)至少三个带(15)，其在位于环形叠堆(7)内部的穿孔管(1)的侧表面(21)上轴向平行设置并且均匀地间隔开，并且环形盘(8)被推到至少三个带上，由此环形盘(8)以穿孔管(1)为中心，以及d)在环形叠堆(7)的上端处的端盖(5)和在环形叠堆(7)的下端处的端盖(6)，端盖(5,6)牢固地连接到穿孔管(1)。本发明专利技术的主题同样是根据本发明专利技术的分离装置用于在从提取井提取液体和/或气体的过程中从液体和/或气体中移除固体颗粒的用途。

Separation device for removing solid particles from liquid and gas flow for high pressure difference

The subject of the invention is used for removing solid particles from the separation device of extraction wells liquid and / or gas, including a) at least three hard disk ring (8) ring stack (7), (8) the upper annular disc (9) having at least three spacers (10). The at least three spacers uniformly distributed on the circumferential side of the disk, and the contact area (11) is flat, the spacer (10) and the adjacent annular disc (8) with lower surface contact, and an annular disc (8) in the following way: in each stack and fixed disc (8) in each case there used to remove solid particles of the separation gap (14), and a circular disc (8) and the inner peripheral axial protrusion of the outer periphery is circular, and a circular disc (8) of the hard brittle material from oxidation and non oxidative ceramic materials, these materials are added, mixed ceramic the second phase of the ceramic material, A hard material ceramic or metal part and has a metal binding phase mixed material, ceramic material with powder metallurgy material and hard material formed in situ phase and / or long fiber and short fiber reinforced b), perforated pipe (1), which is located in the annular stack (7) and internal (hard brittle annular disc 8) stacked on the perforated pipe, c) with at least three (15), located in the annular stack (7) inside the perforated pipe (1) of the side surface (21) axially arranged in parallel and evenly spaced, and an annular disc (8) is pushed to take at least three by this, the annular disc (8) with perforated pipe (1) as the center, and D) in the annular stack (7) at the upper end of the end cap (5) and in the annular stack (7) at the lower end of the end cap (6) (5,6), the end cover is firmly connected to the perforation the tube (1). The subject of the invention is also the use of the separation device according to the present invention for the removal of solid particles from a liquid and / or gas in the process of extracting a liquid and / or gas from a well.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于高压差的新型分离装置，利用该分离装置可从油、气体和水或它们的混合物的体积流中分离不期望的固体颗粒。
技术介绍
此类分离装置在许多油和气体提取井中是需要的。矿物油和天然气储存在天然存在的地下储层中，油或气体分布在较多孔或较少孔且可渗透的矿物层中。每个油或气体钻孔的目的是到达储层并且以如下方式进行开采：尽可能仅提取可销售的产物诸如油和气体，而使不期望的副产物最小化或甚至完全避免。油和气体提取中不期望的副产物包括固体颗粒诸如砂和其他矿物颗粒，其通过液体或气体流从储层被向上带到钻孔。根据地质层的渗透性和地层压力，载有固体的液体和气体流的流速可变得非常高，最高至15m/s，并且在个别情况下甚至更高。由于矿砂通常是磨蚀性的，所以此类固体流入到生产管道和泵中在钻孔的所有技术内部构件上引起相当多的不期望的磨蚀和侵蚀磨损。因此，本专利技术致力于通过过滤器系统在不期望的砂的生产流离开储层之后，即在其仍然在钻孔中时直接将其释放。在从液体和气体流中移除固体颗粒时的磨损和侵蚀的问题不限于油气工业，而且也可在水的提取中出现。可以为了获得饮用水或者为了获得地热能的目的而提取水。多孔的，通常松散分层的水储层倾向于将相当大量的磨料颗粒引入到被提取的材料中。在这些应用中，也需要耐磨损和耐侵蚀的过滤器。在油和气体提取中，现今通常通过使用过滤器来实现不期望的颗粒的分离，该过滤器通过将钢成形线螺旋缠绕和焊接到穿孔基管上来生产。此类过滤器称为“绕线过滤器”。在油和气体提取中用于过滤器的另一种常用类型的构造是用钢筛网缠绕穿孔基管。这些过滤器称为“金属网筛”。两种方法均提供具有75μm至350μm的有效筛孔的过滤器。根据这两种类型的过滤器的构造类型和计划的预期用途，过滤元件在运输和引入到钻孔期间通过外部安装的粗网笼被附加地保护以免受机械损坏。这些类型的过滤器的缺点在于，在以高速流动的磨料颗粒的作用下，钢结构经受迅速的磨料磨损，这快速地导致嵌丝筛网结构的破坏。此类高速磨料流经常出现在油和/或气体提取井中，这导致涉及改变过滤器的相当大的技术和财务维护支出。甚至存在这样的提取井，出于这些流的原因，所述提取井不能通过常规过滤技术来控制，并且因此不能在商业上开采。常规金属过滤器经受磨蚀和侵蚀磨损，因为钢即使硬化，也比提取井中的颗粒软，所述颗粒有时包含石英。因此，非常需要用耐磨筛网结构来抵抗砂的磨料流。DE102008057894A1、WO2011/009469A1和WO2011/120539A1提出了这样的过滤器结构，其中过滤器间隙，即过滤器的功能开口通过堆叠硬脆材料(优选地为陶瓷材料)的特别成形的致密烧结的环形盘而形成。在这种情况下，至少三个隔离物布置在环形盘的上侧上，均匀地分布在盘的圆周上，并且盘以使隔离物分别彼此叠置的方式一个堆叠在另一个的顶部上。隔离物为球形段的形式。然而，将隔离物形成为球形段具有以下缺点：具有非常好的耐磨蚀性和耐侵蚀性的陶瓷材料(诸如致密烧结的碳化硅)对点压负荷敏感，并且在由于点压负荷而经受过度应力时，由于破裂而失效。高点接触负载称为赫兹应力。在处于压缩负载下的点下方的材料的体积中，高拉伸应力由于点压负荷而产生，并且可能导致陶瓷环的破裂。在正常操作状态下，分离装置仅在过滤器的入口侧和出口侧之间经历不显著的压力差。只要分离装置没有堵塞(即，阻塞)，并且可以或多或少地自由流过，就是这种情况。在正常操作条件下，分离装置中的压力或压力损失的差异较小。然而，如果过滤器间隙堵塞，则压力差可非常急剧地增加。分离装置的堵塞或阻塞的一个原因可能是矿物颗粒在过滤器的入口开口处的不期望的滞留，即在环形叠堆的外周上的环形间隙处的不期望的滞留。堵塞的风险所取决的因素是矿物颗粒/液体混合物的颗粒尺寸分布和过滤器位置处的流速。分离装置的堵塞或阻塞的另一个原因可能是钻孔被有意地填充有载有固体的高度粘性的液体。此类液体称为“防滤失处理剂”。然后，根据钻孔中的操作条件，堵塞或阻塞的过滤器可暴露于非常大的压力差，该压力差为2500psi(对应于172巴或17.2MPa)外部压力的数量级，即暴露于来自外部的压力；以及1000psi(对应于69巴或6.9MPa)内部压力的数量级，即暴露于来自内部的压力。外部压力负荷发生在例如过滤器由于矿物颗粒在过滤器的入口开口处的不期望滞留而堵塞时，内部压力负荷发生在例如堵塞的过滤器通过冲洗而被清洁时。因此，过滤器的使用者对在设计中考虑过滤器的耐压性以及通过标准方法测量该耐压性具有合理的关注。这些情况导致用于确定此类过滤器的耐压性的测量标准ISO17824，第一版，2009-08-15的开发。在这种情况下，过滤器通过在tWO测试设置中使用载有固体的粘性液体而经受内部压力(爆裂压力测试)或外部压力(塌缩压力测试)。在这些测试中，压力增加，直到作为压力作用的结果，过滤器允许比对应于过滤器宽度更粗的颗粒通过，这从过滤器中或测量流体的进料管线中的压力的下降可以看出。该事件也被称为技术术语“砂控失败”，简称LSC。根据DE102008057894A1、WO2011/009469A1和WO2011/120539A1的过滤器的结构设计具有如下作用：在根据ISO17824的测试中，当压力积聚时，局部压力突破出现在单独过滤器间隙开口的部分中。这些压力突破可通过以下所述来解释：测量流体的桥形成固体颗粒由于太高的压力而被迫通过过滤器间隙，这继而导致过滤器间隙中的压力增加。由固体颗粒形成的桥在压力负荷下塌缩。在过滤器间隙中暂时占主导地位的液体压力然后产生大的轴向力，该轴向力将轴向负载放置在位于破裂的过滤器间隙的两侧上的环形盘段上；并且还产生大的弯曲应力，使得存在环破裂的风险。当根据ISO17824测试在DE102008057894A1、WO2011/009469A1和O2011/120539A1中提出的过滤器的内部和外部耐压性(爆裂压力测试、塌陷压力测试)时以及当在生产中使用所述过滤器时，可能存在导致陶瓷环形叠堆中的非常大的轴向力的压力条件。即使就相对较低的等静压力而言，轴向力可以增加到由于由球形段上的点接触引起的赫兹应力而发生环的破裂的这种程度。以球形段的形式构造隔离物具有另外的技术和商业缺点。由于具有以这样的方式形成的隔离物的环不能在烧结后成本有效地再加工，所以环形盘的平面度和球形段的高度必须完全符合规定的规格，否则环不能使用并且必须丢弃。即使当保持在技术上可能的容差内时，被称为“烧结”(即，未再加工)的陶瓷部件也比通过硬加工再加工的那些陶瓷部件具有更大的容差。因此，过滤器宽度的紧容差不能利用具有球形段形式的隔离物的环来成本有效地实现。缺点还包括，特别适合的压制工具对于待生产的每个过滤器宽度必须是可用的。至少压制工具的上冲头必须适合于球形段的高度，并因此适合于预期的过滤器宽度，这带来了相当多的商业缺点。DE102008057894A1、WO2011/009469A1和WO2011/120539A1A中提出的结构设计的另外的缺点涉及压缩弹簧。被构造为螺旋弹簧的这些压缩弹簧旨在在变化的环境条件(特别是变化的温度)下保持陶瓷环形盘的预负荷恒定。分布在环形盘的圆周上的弹簧的预期效果是将盘保持在一起，并且因此利用很大程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从提取井中的液体和/或气体中移除固体颗粒的分离装置，所述分离装置包括：a)至少三个硬脆环形盘(8)的环形叠堆(7)，所述环形盘(8)的上侧(9)具有至少三个隔离物(10)，所述隔离物均匀地分布在所述盘的圆周上，并且所述隔离物的接触区域(11)是平坦的，使得所述隔离物(10)与相邻环形盘(8)的下侧(12)具有平面接触，并且所述环形盘(8)以如下方式堆叠和固定：在各个所述盘(8)之间在每种情况下存在用于移除固体颗粒的分离间隙(14)，并且所述环形盘(8)在内周和外周处的轴向突起部是圆形的，并且所述环形盘(8)的硬脆材料选自氧化和非氧化的陶瓷材料、这些材料的混合陶瓷、添加有第二相的陶瓷材料、具有陶瓷或金属硬材料的部分并且具有金属粘结相的混合材料、具有原位形成的硬材料相的粉末冶金材料以及长纤维和/或短纤维增强的陶瓷材料，b)穿孔管(1)，所述穿孔管位于所述环形叠堆(7)内部，并且所述硬脆环形盘(8)堆叠在所述穿孔管上，c)至少三个带(15)，所述至少三个带在位于所述环形叠堆(7)内部的所述穿孔管(1)的侧表面(21)上轴向平行设置并且均匀地间隔开，并且所述环形盘(8)被推到所述至少三个带上，由此所述环形盘(8)以所述穿孔管(1)为中心，和d)在所述环形叠堆(7)的上端处的端盖(5)和在所述环形叠堆(7)的下端处的端盖(6)，所述端盖(5,6)牢固地连接到所述穿孔管(1)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.30 EP 14179128.51.一种用于从提取井中的液体和/或气体中移除固体颗粒的分离装置，所述分离装置包括：a)至少三个硬脆环形盘(8)的环形叠堆(7)，所述环形盘(8)的上侧(9)具有至少三个隔离物(10)，所述隔离物均匀地分布在所述盘的圆周上，并且所述隔离物的接触区域(11)是平坦的，使得所述隔离物(10)与相邻环形盘(8)的下侧(12)具有平面接触，并且所述环形盘(8)以如下方式堆叠和固定：在各个所述盘(8)之间在每种情况下存在用于移除固体颗粒的分离间隙(14)，并且所述环形盘(8)在内周和外周处的轴向突起部是圆形的，并且所述环形盘(8)的硬脆材料选自氧化和非氧化的陶瓷材料、这些材料的混合陶瓷、添加有第二相的陶瓷材料、具有陶瓷或金属硬材料的部分并且具有金属粘结相的混合材料、具有原位形成的硬材料相的粉末冶金材料以及长纤维和/或短纤维增强的陶瓷材料，b)穿孔管(1)，所述穿孔管位于所述环形叠堆(7)内部，并且所述硬脆环形盘(8)堆叠在所述穿孔管上，c)至少三个带(15)，所述至少三个带在位于所述环形叠堆(7)内部的所述穿孔管(1)的侧表面(21)上轴向平行设置并且均匀地间隔开，并且所述环形盘(8)被推到所述至少三个带上，由此所述环形盘(8)以所述穿孔管(1)为中心，和d)在所述环形叠堆(7)的上端处的端盖(5)和在所述环形叠堆(7)的下端处的端盖(6)，所述端盖(5,6)牢固地连接到所述穿孔管(1)。2.一种用于从提取井中的液体和/或气体中移除固体颗粒的分离装置，所述分离装置包括：a)至少三个环形盘(28,31)的环形叠堆(32)，所述环形叠堆(32)中的每第二环形盘(28)的上侧(29)和下侧(30)具有均匀分布在所述盘(28)的圆周上的至少三个隔离物(10)，并且分别相邻的环形盘(31)不具有隔离物，并且所述隔离物(10)的接触区域(11)是平坦的，使得所述隔离物(10)与相邻的环形盘(31)具有平面接触，并且所述环形盘(28,31)以如下方式堆叠和固定：在各个所述盘(28,31)之间在每种情况下存在用于移除固体颗粒的分离间隙(14)，并且所述环形盘(28,31)在内周和外周处的轴向突起部是圆形的，并且所述环形盘(28,31)的硬脆材料选自氧化和非氧化的陶瓷材料、这些材料的混合陶瓷、添加有第二相的陶瓷材料、具有陶瓷或金属硬材料的部分并且具有金属粘结相的混合材料、具有原位形成的硬材料相的粉末冶金材料以及长纤维和/或短纤维增强的陶瓷材料，b)穿孔管(1)，所述穿孔管位于所述环形叠堆(32)内部，并且所述硬脆环形盘(28,31)堆叠在所述穿孔管上，c)至少三个带(15)，所述至少三个带在位于所述环形叠堆(32)内部的所述穿孔管(1)的侧表面(21)上轴向平行设置并且均匀地间隔开，并且所述环形盘(28,31)被推到所述至少三个带上，由此所述环形盘(28,31)以所述穿孔管(1)为中心，和d)在所述环形叠堆(32)的上端处的端盖(5)和在所述环形叠堆(32)的下端处的端盖(6)，所述端盖(5,6)牢固地连接到所述穿孔管(1)。3.根据权利要求1所述的分离装置，所述环形盘(8)的上侧(9)在所述隔离物(10)之间的区域中向内或向外倾斜，优选地向内倾斜。4.根据权利要求2所述的分离装置，所述环形叠堆(32)中的每第二环形盘(28)的上侧(29)和下侧(30)在所述隔离物(10)之间的区域中向内或向外倾斜，优选地向内倾斜。5.根据权利要求1或3所述的分离装置，所述环形盘(8)的下侧(12)与盘轴线成直角形成。6.根据权利要求2或4所述的分离装置，不具有隔离物的所述环形盘(31)的上侧和下侧与盘轴线成直角形成。7.根据权利要求1至6中的一项所述的分离装置，所述分离装置在根据ISO17824的针对内部耐压性...

【专利技术属性】
技术研发人员：狄特里希·朗格，克里斯托夫·莱斯尼亚克，亚历山大·克雷克，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US