用于固体颗粒去除的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种将固体颗粒组分从流体分离的系统和方法。本发明专利技术使用机械过滤、固体倾析以及真实力和想象力的新颖组合。本发明专利技术包括球形容器，球形容器带有切向入口以引入流体，以及布置在容器的内部的中心线上的流体排放部和过滤器。加压流体和固体颗粒的组合在切向入口处进入本发明专利技术，并且将主要在圆形路径中移动，圆形路径围绕容器的内部。流体的路径和在圆形路径中的固体颗粒混合物将引起较大质量的颗粒沉淀在容器下部区域处。较小质量的颗粒可被夹带在排出流体流中，朝向过滤器元件，在过滤器元件处，较小质量的颗粒从排出流体去除。

Methods and systems for solid particle removal

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于固体颗粒去除的方法及系统至相关申请的交叉引用此申请请求2018年1月17日提交的美国临时申请号62/618,325的权益；美国临时申请号62/618,325请求2017年1月18日提交的62/447,749的权益；美国临时申请号62/618,325和62/447,749的全部内容通过引用并入。
本专利技术涉及在石油和天然气井完成和出产操作中使用的分离器，并且更特别地，涉及通常球形的分离器，特别适合于在将固体材料从高压力、高速度流体流分离中使用，高压力、高速度流体流在碳氢化合物井口(wellhead)或等同物处遇到。
技术介绍
100多年以来，从富含碳氢化合物的地下位置提取石油和气体已主要经由以下来进行：在地球表面中的垂直孔中进行剥落、钻孔或其他方式，以抵达(access)石油和气体富含区域。这些碳氢化合物已在遍及现代文明的经济和技术进步中起关键作用，并为化肥、材料、药品和无数其他化学品及技术提供能源、运输燃料和化学前体。然而，由于需要钻头到达更深和更困难的储层并从各个储层输送更大量的碳氢化合物，因此提取碳氢化合物已变得更加困难和更技术性。增加提取的先进方法包括化学手段，如在注入器井中的表面活性剂和溶剂，以及蒸汽辅助重力排水或SAGD，举若干例子中的两个。此外，许多井使用水平钻孔的技术，其中，在已垂直地钻孔数千英尺以到达富油层后，钻孔井身(wellbore)或孔将被进一步大致水平地钻孔，在水平层中发展出井身或孔。附加的方法包括机械和化学技术，如水力压裂(hydraulicfracturing)。水力压裂或破裂(fracking)涉及将大量高压力流体和固体颗粒混合物注入井中，打开现有的裂隙(fissure)和裂缝(fracture)，并甚至可能地产生新的裂隙和裂缝，从而增加来自各个井的石油或气体的体积，或使现有的井出产更长的时间。通常，可通过水力压裂增强的这些油井、油气井或气井不仅出产气体和石油，还产生统称为流体流的水、其他液体杂质和颗粒固体。非期望的固体污染物的源可为来自富含碳氢化合物的岩石地层(formation)本身，或由添加的材料，诸如压裂支撑剂，例如陶瓷球体或砂。固体的大小将是可变的，从可名义地大于0.1英寸的高直径颗粒和颗粒聚集体到可小于0.005英寸直径的非常小直径颗粒和颗粒聚集体。支撑剂通常与大体积和压力的含添加剂的液体结合来使用，以扩大地层中的现有裂缝，并且来“撑开”裂隙。选择液体添加剂的目的尤其是增加流体的粘度，以便其将更好地把支撑剂运输到裂缝的末端。一旦压裂过程完成，含有添加剂的液体或气体或组合中的至少一部分将经过井身返回井口，常在高压力下。无论材料是来自富含碳氢化合物的岩石地层或来自固体材料(诸如各种类型的支撑剂)，除非另外特指，否则它们在本文中被称为“砂”或“固体颗粒组分”。固体颗粒组分与流体流的组合，特别是在高压力下，将引起油井和气井构件(如井口、阀、配件等)中的表面腐蚀或劣化。由流体流中固体颗粒组分的出现所引起的腐蚀可引起装备损坏，包括系统失效。系统失效可引起大量财产损失和甚至人类生命损失。此外，这些固体颗粒组分还污染了进一步的处理，并且可在短时间内引起显著的装备劣化。大体上，存在砂分离系统，以将固体和固体颗粒组分从液体流或从气体流或从液体和气体流的组合(并且将被称为流体流，以描述气体、石油、水和固体的任何组合)分离。该系统可为球形的、圆柱形的或圆锥形的，或者圆柱形和圆锥形的组合，最常见的定向是系统的长轴在垂直方向上。选择常规流体和固体分离系统的大小，以允许流体流经历足够大的速度下降，以在流体流排出(exit)分离器之前促进固体去除。在一些分离器系统中，可以在内地(internally)添加冲击板，用于高速度固体和流体来撞击。历史上，当入口(inlet)流体流具有大致低的速度和相对低的流体流动速率时，这些主要是圆柱形或圆锥形的分离器系统已为有效的。附加地，流体流常具有固体颗粒对流体总体积的低比例，并且所述固体颗粒组分大致具有相同的大小。在添加颗粒的情况(例如用于水力压裂)下，颗粒直径选定为适合于给定的井。在较高的流体速度和较大的固体大小的分布下，这些常规分离器显著地损失了固体分离的效率。这些系统不适用于最经常在井口处或井口附近遇到的含有大量可变尺寸的砂和水组合物的高速度流体流。引进(incoming)流体的速度越高且固体尺寸越小，则在移动流体和颗粒上的相对拖拽力越大。在此高速度、小颗粒尺寸的环境中，标准分离器将不能有效地起作用，并且将不会去除大部分的固体。为了使圆锥形或圆柱形的砂分离器在超过10000psi的压力下安全地工作，分离器的壁厚例如可为多于3英寸厚的钢。因此，此类系统的尺寸、重量、材料和成本变得不切实际，难以管理并且成本高昂。在行业中需要如下的系统：该系统可在较小且较轻的包装中将宽泛范围的固体颗粒尺寸从高体积高速度流有效地分离、用较便宜的材料制成。此专利技术的分离器系统解决了这些历史缺点。
技术实现思路
我们描述了一种容器，容器的内部(interior)以及相关联的管道连接(piping)、管路连接(tubing)、凸缘、配件和过滤器用来将固体从流体流分离。流体可为各种液体或各种气体或液体和气体一起。容器及其相关联的子系统安装为相对紧密邻近油井或气井出路(作为井口已知)，并因此暴露于井的最大压力下或靠近最大压力。专利技术被构建，以利用真实(real)机械力和表观(apparent)机械力(包括重力和离心力)的组合，以及不时地并且如果需要的话，利用机械过滤，以将固体颗粒组分从流体分离。前面提到的力、分离器装置和需要时的机械过滤将引起较大的固体沉积并保持在容器的内部体积的底部处，并且如果使用的话，过滤器还将去除一些剩余的较小颗粒，并且将引起排出流体大致不含固体颗粒。后续机械过滤器的出现或缺少不应典型地是限制性的，并且本领域技术人员将认识到过滤中的多数发生在球体的壳体(enclosure)内。分离技术的组合允许系统处理宽泛范围的固体尺寸、宽泛范围的流体成分，并且分离的效率将对流体速度更不敏感。固体颗粒分离器主要具有球形内部体积。外部(exterior)也可为球形的，但可为如通过特定用途、通过制造技术保证的其他几何形状，并且本领域技术人员将认识到对内部表面、功能或体积没有影响。此外，内部可为以下几何形状：在大约中心区域中平滑、规则和较宽，并且在非赤道区域处较窄，包括诸如椭圆形和光滑的双锥形的几何形状。此外，所有直径过渡都是平滑且规则的。用于安装和使用的常规位置是在油井或气井的井口处或油井或气井的井口附近，但这不应是限制性的，因为分离效应独立于布局。固体颗粒分离器可作为单个分离器安装，或可使用任何数量的分离器系统，其中两个并联作为常规构造，但是可使用分离器的许多布置，并且分离器的特定布置并不是限制，并且本领域技术人员将认识到这点。入口端口围绕水平平面布置，并且常规地定位为略微在分离器的球体赤道或中平面(midplane)上方，并且与球体的内部表面相切。这允许入口流体和固体混合物在进入至分离器的内部区域时以粗略地盘形的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将固体颗粒从移动流体分离的设备，包括：/na)容器，包括：/ni)内表面，所述内表面包括大致球形的内部区域，所述内部区域允许移动流体流被引入其中，所述流体流包括固体颗粒组分；/nii)在所述容器中的入口端口，允许引入所述流体流；/niii)在所述容器中的出口端口，允许排出所述流体流；以及/niv)排放端口，所述排放端口在所述容器的下部区域中，所述排放端口允许去除所述固体颗粒组分。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170118 US 62/4477491.一种用于将固体颗粒从移动流体分离的设备，包括：
a)容器，包括：
i)内表面，所述内表面包括大致球形的内部区域，所述内部区域允许移动流体流被引入其中，所述流体流包括固体颗粒组分；
ii)在所述容器中的入口端口，允许引入所述流体流；
iii)在所述容器中的出口端口，允许排出所述流体流；以及
iv)排放端口，所述排放端口在所述容器的下部区域中，所述排放端口允许去除所述固体颗粒组分。


2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括过滤器，所述过滤器定位为在所述容器内、在所述出口端口处或在所述出口端口附近，其中，所述过滤器去除在所述排出流体流中的任何剩余固体颗粒组分中的至少一部分。


3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述内表面是规则对称形状，包括大致球形的区域。


4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述入口端口与所述内表面切向地进入所述容器。


5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述入口端口在所述容器的内中平面处或在所述容器的内中平面上方进入所述容器。


6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述入口端口位于比所述容器的中平面更高的偏移处，以产生或增强沿所述内表面的所述流体流的方向。


7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备布置在井口附近，以：
允许经过所述入口端口有效地引入所述流体流，
将固体颗粒组分收集所述容器的底部区域中；
允许经过所述出口端口去除固体颗粒组分，
借助于排出流过滤器从所述排出流体流过滤附加的颗粒，并且
允许在井口附近安装、固定和使...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯·丹顿，费德里可·卡洛斯·雷斯奥，
申请(专利权)人：卡兰德拉资源公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA