專利名稱：用于管狀流通裝置的分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有提高的耐侵蝕性和耐磨蝕性的新型分離裝置，用于針對(duì)輸送油、水和氣體混合物或其各個(gè)成分的流通裝置，借助該分離裝置可將諸如沙粒和石粒的固體與要輸送的液體和氣體分離。該分離裝置尤其是用于防止沙粒和石粒對(duì)深孔鉆探中的輸送裝備的侵蝕性和磨蝕性耗損。同時(shí)，該分離裝置耐處理液體腐蝕。
背景技術(shù)：
為了輸送來(lái)自儲(chǔ)集巖(Gesteinsreservoire)的液體和氣體、如油、水和氣體混合物或其各個(gè)成分而使用如下鉆孔裝備其主要包括輸送管，以便將輸送介質(zhì)從外部輸送部位引導(dǎo)到內(nèi)部輸送管。在此，涉及多孔管或者涉及設(shè)置有至少一個(gè)開(kāi)口的管。這些開(kāi)口常常設(shè)置有合適的裝置、如閘門(mén)或者閥，借助這些裝置可控制輸送介質(zhì)的流入。輸送管(內(nèi)管)此外也稱為流通裝置，常常也使用術(shù)語(yǔ)“滑動(dòng)套筒(sliding sleeve)”和滑動(dòng)側(cè)門(mén)(slidingside door)。在輸送時(shí)必要的是分離并且在進(jìn)入到輸送管之前濾除礦床顆粒和可能人為引入的或者由于磨耗產(chǎn)生的輸送介質(zhì)顆粒?，F(xiàn)有技術(shù)通常針對(duì)所述任務(wù)使用金屬絲織品或者金屬絲格柵。借助金屬絲織品的解決方案在US 5，624，560中予以描述。借助金屬絲織品或者金屬絲格柵的解決方案還被金屬支承結(jié)構(gòu)支承，以便保持機(jī)械穩(wěn)定。這種構(gòu)造的主要缺點(diǎn)是其耐磨損的低耐受性。由于以高流動(dòng)速度流入的沙粒和石粒的磨蝕作用或侵蝕作用，過(guò)濾器被毀壞，并且輸送管、尤其是在開(kāi)口和閥上的輸送管被損壞。同時(shí)，輸送的生產(chǎn)率減低，因?yàn)楝F(xiàn)在沙不再被有效地濾除，而是與輸送介質(zhì)一起被繼續(xù)輸送。另一問(wèn)題是由于使用處理液體而出現(xiàn)的對(duì)過(guò)濾器和輸送管的腐蝕性磨損。該腐蝕性磨蝕又強(qiáng)化了磨蝕性磨損。諸如酸、堿、水或者熱蒸汽的處理液體被用于清潔分離和流通裝置并且被用于仿真鉆孔。需要改進(jìn)鉆孔裝備對(duì)磨蝕性或侵蝕性磨蝕的耐受性以及確保鉆孔裝備不被腐蝕性侵蝕。在US 2004/0050217 Al和WO 2008/080402 Al中描述了如下解決方案在這些解決方案中采用由多孔的可滲透材料構(gòu)成的分離裝置來(lái)取代金屬縫篩。US 2004/0050217 Al的多孔過(guò)濾材料可以是金屬的、陶瓷的或者有機(jī)的，在WO 2008/080402 Al中采用多孔陶瓷材料。在這兩個(gè)文獻(xiàn)中描述的解決方案的問(wèn)題在于，由多孔材料構(gòu)成的過(guò)濾器由于其差的機(jī)械特性而傾向于受彎曲力而斷裂。承彎曲可斷裂性(Biegebruchbelastbarkeit)通常處于明顯小于相對(duì)應(yīng)的密實(shí)材料的承彎曲可斷裂性的30%，并且因而對(duì)于在巖石鉆探中的應(yīng)用條件的情況下的機(jī)械負(fù)荷而言并不足夠。另一問(wèn)題在于，多孔陶瓷材料的耐磨蝕性和耐侵蝕性明顯小于密實(shí)的陶瓷材料。具有由多孔材料構(gòu)成的分離裝置的另一解決方案在WO 2004/099560 Al中予以描、述，該解決方案同樣具有上述缺點(diǎn)。在另一實(shí)施形式(第7頁(yè)第24行一第8頁(yè)第2行以及權(quán)利要求20)中，WO 2004/099560 Al設(shè)計(jì)的是，在外部附加地通過(guò)由耐侵蝕的密實(shí)的環(huán)構(gòu)成的套筒(Manschette)囊來(lái)保護(hù)傳統(tǒng)的濾沙器，這些環(huán)在其上表面和下表面上附加地具有肋或凹坑。在彼此堆疊的環(huán)上構(gòu)建盤(pán)繞的液體通道，在該液體通道的壁上，流通的介質(zhì)的能量由于沖撞而減小，使得位于其下的傳統(tǒng)的濾沙器的磨損減小。優(yōu)選地，由諸如碳化硅或者碳化鎢的碳化物或氮化物構(gòu)成環(huán)。在這種解決方案中不利的是，改進(jìn)的磨損防護(hù)隨著流動(dòng)的介質(zhì)的能量耗散而出現(xiàn)；外部套筒不是用作過(guò)濾器，而是用作使輸送性能劣化的流動(dòng)阻力。并未公開(kāi)套筒如何被固定在輸送管上。在US 5，249，626中介紹了一種圓柱形的網(wǎng)式過(guò)濾器，其包含多個(gè)堆疊的環(huán)形過(guò)濾段。環(huán)疊堆通過(guò)多個(gè)具有由不銹鋼制成的螺母或者也為雙螺母的螺紋桿分別在上端部和下端部結(jié)合在一起。顆粒的分離在構(gòu)建 在對(duì)置的過(guò)濾段之間的可變的環(huán)形間隙上進(jìn)行。環(huán)由塑料、優(yōu)選地由玻璃增強(qiáng)的聚丙烯制成(第4欄第50-54行)。螺紋桿通過(guò)為此設(shè)置的開(kāi)口引導(dǎo)到環(huán)中(第4欄第31-33行)。該解決方案不能由陶瓷來(lái)實(shí)現(xiàn)。橫截面過(guò)渡部是有棱的；過(guò)濾段具有典型的塑料設(shè)計(jì)。間距保持器平面地構(gòu)建，彎曲應(yīng)力在陶瓷環(huán)的情況下不能被補(bǔ)償。此外，支承結(jié)構(gòu)的剛性支承在陶瓷環(huán)的情況下不允許吸收變形；但是這在將過(guò)濾器引入鉆孔時(shí)一定需要的。在US 5，249，626中所描述的由玻璃增強(qiáng)的聚丙烯制成的網(wǎng)式過(guò)濾器的其他缺點(diǎn)是其并不足夠的耐侵蝕性和耐磨蝕性以及并不足夠的抗腐蝕性。發(fā)明目的本發(fā)明所基于的任務(wù)在于，在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的情況下提供了一種用于管狀流通裝置的分離裝置，用于在輸送來(lái)自深孔鉆探或者巖石鉆探的液體或者氣體的情況下分離沙粒和石粒，所述分離裝置與在現(xiàn)有技術(shù)中公知的分離裝置相比具有更好的耐磨損性或耐磨蝕性和耐侵蝕性和更小的易斷裂性，并且所述分離裝置此外耐處理液體腐蝕，并且其中輸送性能未受磨損防護(hù)不利影響，并且所述分離裝置可經(jīng)受住在輸送時(shí)并且尤其是在安裝時(shí)出現(xiàn)的彎曲負(fù)荷。

發(fā)明內(nèi)容
上述任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過(guò)按照權(quán)利要求I所述的分離裝置以及其按照權(quán)利要求23所述的應(yīng)用來(lái)解決。本申請(qǐng)主題的有利的和特別適宜的改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中予以說(shuō)明。本發(fā)明的主題因此是用于管狀流通裝置的分離裝置，其用于輸送來(lái)自巖石鉆探或深孔鉆探的液體或者氣體，其中所述分離裝置適于分離沙粒和石粒并且包括一由脆性硬質(zhì)的環(huán)形片構(gòu)成的環(huán)疊堆，其中片被堆疊和被張緊使得在各個(gè)片之間分別存在用于分離沙粒和石粒的分離間隙；一在環(huán)疊堆的一端部或者兩個(gè)端部上的耦合元件；一在環(huán)疊堆的一端部或者兩個(gè)端部上的夾持裝置，其一方面能夠?qū)崿F(xiàn)柔韌地張緊脆性硬質(zhì)的片，而另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)將環(huán)疊堆可變地固定在管狀的流通裝置上。本發(fā)明的主題同樣是根據(jù)本發(fā)明的用于分離沙粒和石粒的分離裝置在用于借助管狀流通裝置輸送來(lái)自巖石鉆探或深孔鉆探的液體或者氣體的方法中的應(yīng)用。由脆性硬質(zhì)的管狀片(下文也稱為“環(huán)形元件”)構(gòu)建的分離裝置是耐磨蝕的或耐侵蝕的和耐腐蝕的并且適合陶瓷地或適合脆性硬質(zhì)材料地被構(gòu)造。顆粒的分離在直接迎流(Anstroemung)和穿流(Durchstroemung)中被保證,而流動(dòng)未受偏轉(zhuǎn)或者能量耗散負(fù)面影響。除了由環(huán)形片構(gòu)成的堆疊之外，分離裝置還包含夾持裝置(夾持組件)，其一方面能夠?qū)崿F(xiàn)柔韌地張緊脆性硬質(zhì)的環(huán)形元件，而另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)將環(huán)疊堆可變地固定在輸送管上。流通裝置在其整體上受保護(hù)而免受磨蝕/侵蝕，更確切地說(shuō)在直接流通的區(qū)域中、即在內(nèi)管的開(kāi)口和閥的區(qū)域中受保護(hù)。保護(hù)通過(guò)環(huán)形元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，在該區(qū)域外部的夾持組件、管區(qū)段和連接部位也受保護(hù)。管狀流通裝置可以具有不同的橫截面形狀，其中優(yōu)選圓形的橫截面形狀。此外，管狀流通裝置也可以擁有在長(zhǎng)度上變化的橫截面。整個(gè)分離裝置適合陶瓷地或適合脆性硬質(zhì)材料地被安裝，變形可被吸收，而不存在由脆性硬質(zhì)材料構(gòu)成的環(huán)形元件斷裂的危險(xiǎn)。環(huán)疊堆的彈性支承能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)疊堆能夠補(bǔ)償內(nèi)管的彎曲。彎曲3°和30m以上的彎曲可沒(méi)有困難地補(bǔ)償。彈性支承一方面通過(guò)夾持組件和壓力彈簧實(shí)現(xiàn)，而另一方面通過(guò)環(huán)底部的優(yōu)選地凹面形變和優(yōu)選地安置在環(huán)底部上的容納間距保持器的凹進(jìn)部來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些凹進(jìn)部整體上導(dǎo)致系統(tǒng)的可移動(dòng)性，從而使得可以補(bǔ)償彎曲。根據(jù)本發(fā)明的分離裝置的壓力損耗小到可忽略，并且根據(jù)本發(fā)明的分離裝置被以層流方式穿流(參見(jiàn)例3)，使得輸送性能未受不利影響。分離裝置在任意鉆孔偏向的情況下都可被采用，即不僅在水平鉆孔中而且在垂直鉆孔中被采用，并且在任意鉆孔傾斜的情況下被采用，例如在60°的鉆孔傾斜的情況下被采用。這相對(duì)于傳統(tǒng)采用的金屬絲格柵是優(yōu)點(diǎn)。環(huán)疊堆與流通裝置、即內(nèi)部輸送管的連接被構(gòu)造為使得流通裝置在優(yōu)選的實(shí)施形式中不被改變，也就是說(shuō)不需要，為了安裝根據(jù)本發(fā)明的分離裝置而改變市面上可獲得的內(nèi)管，例如對(duì)該內(nèi)管進(jìn)行機(jī)械加工、譬如通過(guò)車削、銑削或者鉆孔或者通過(guò)熱學(xué)方法、諸如焊接或者也通過(guò)粘合與分離裝置連接。其他優(yōu)點(diǎn)在于，在穩(wěn)定的脆性硬質(zhì)環(huán)形元件上將要分離的沙粒和石粒構(gòu)建為所謂的次級(jí)濾餅(次級(jí)碌石充填(secondary gravel pack))。次級(jí)濾餅的穩(wěn)定性通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的分離裝置來(lái)促進(jìn)，這引起鉆孔完整性的提高。其他優(yōu)點(diǎn)在于，根據(jù)本發(fā)明的分離裝置無(wú)需如US 5，249，626中的塑料過(guò)濾段或者US 5，624，560的金屬絲格柵那樣的支承結(jié)構(gòu)。


參照附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明。在這種情況下，圖Ia-If 示出了根據(jù)本發(fā)明的環(huán)形片的不同視圖； 圖2a_2c示意性示出了具有耦合元件的環(huán)疊堆的不同視圖；圖3示出了包括用于遮蓋分離裝置的外機(jī)殼在內(nèi)的具有根據(jù)本發(fā)明的分離裝置的流通裝置；圖3a示出了關(guān)于圖3的橫截面視圖A-A ；
圖4a和4b示出了用于張緊環(huán)疊堆和用于將環(huán)疊堆固定在管狀流通裝置上的夾持裝置；圖5示出了夾持裝置的外機(jī)套的示意圖、輸送管和套管區(qū)域的處于耐磨損的環(huán)疊堆之外的區(qū)段；以及圖6示意性示出了流通性能測(cè)試的測(cè)試結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的分離裝置包括脆性硬質(zhì)的環(huán)形片，其可簡(jiǎn)單地和經(jīng)濟(jì)地制造。環(huán)形片的制造借助粉末冶金的或者陶瓷工藝而以自動(dòng)化批量制造來(lái)實(shí)現(xiàn)。環(huán)形片以所謂的凈成形工藝(Net-Shape-Prozess)來(lái)制造，在凈成形工藝中環(huán)形片由粉末近終形地(endkonturnah)被擠壓。對(duì)環(huán)形片的復(fù)雜機(jī)械加工是不必要的。在燒結(jié)工藝中部分不可避 免的在各個(gè)環(huán)形片中的形狀偏離和尺寸偏離在根據(jù)本發(fā)明的分離裝置的結(jié)構(gòu)中是可容忍的。在分離裝置中采用的環(huán)形片在圖Ia-If中示出。這些環(huán)形片由脆性硬質(zhì)的材料、優(yōu)選地陶瓷材料制成，該材料耐沙粒和石粒磨蝕/侵蝕，以及耐輸送介質(zhì)和用于清潔的諸如酸的介質(zhì)腐蝕。沙粒和石粒的分離在徑向的、優(yōu)選地逐漸變細(xì)的間隙上進(jìn)行，該間隙形成在兩個(gè)疊置的、張緊的環(huán)形元件之間。環(huán)形元件適合陶瓷地或適合脆性硬質(zhì)材料地構(gòu)造橫截面過(guò)渡部無(wú)切口地實(shí)施，彎曲應(yīng)力的構(gòu)建在構(gòu)造上被避免或者被補(bǔ)償。環(huán)形片的內(nèi)直徑可選擇得大于內(nèi)管(輸送管)的直徑，這些環(huán)形片不在內(nèi)管上。這樣保證，在引入鉆孔時(shí)出現(xiàn)的彎曲可以通過(guò)環(huán)疊堆的構(gòu)造來(lái)吸收并且避免陶瓷元件的斷
^lPC O環(huán)形片的高度與所要求的流量有關(guān)。圖Ia-If示出了根據(jù)本發(fā)明的環(huán)形片30的基本形狀，這些環(huán)形片30在其上側(cè)31上具有至少三個(gè)均勻分布到片的圓周上的間距保持器32，借助這些間距保持器32調(diào)節(jié)分離間隙的高度(間隙寬度)。如從根據(jù)圖Id的側(cè)視圖和根據(jù)圖Ie的沿著圖Ia中的線B-B的放大的截面視圖可看到的那樣，間距保持器32優(yōu)選地以球截形形式構(gòu)建，以便實(shí)現(xiàn)在對(duì)置的環(huán)形片30之間的點(diǎn)接觸而避免面接觸。但是也可能的是，在對(duì)置的環(huán)形片之間存在線接觸或者也存在面接觸。當(dāng)環(huán)形片的上側(cè)具有波形結(jié)構(gòu)時(shí)，例如獲得線接觸。面接觸例如可以通過(guò)橢圓的臺(tái)地實(shí)現(xiàn)。然而，其他實(shí)施形式也是可能的。在彼此堆疊的情況下，各個(gè)間距保持器在堆疊中彼此平齊地定位。間距保持器不是單獨(dú)施加的元件，這些間距保持器直接在制造環(huán)形片的情況下被構(gòu)建。圖Ib示出了沿著圖Ia中的線A-A的截面圖。通過(guò)間距保持器32的區(qū)域X的放大視圖在圖Ic中示出。根據(jù)本發(fā)明的環(huán)形片的透視圖在圖If中示出。環(huán)形片30在其內(nèi)周面上優(yōu)選地具有至少三個(gè)凹部/槽33，其用于容納導(dǎo)向棒9。 借助導(dǎo)向棒9，環(huán)在安裝時(shí)可以更容易平齊相疊地定位。凹部?jī)?yōu)選地被倒圓地成形，如在圖Ia和If中所示出的那樣。環(huán)形片30的上側(cè)31可以與片軸線成直角地或者向內(nèi)下降地或者向外下降地帶有平坦的或者彎曲的面來(lái)實(shí)施。向內(nèi)下降的實(shí)施方案在減小堵塞分離裝置的傾向方面是有利的。環(huán)形片30的下側(cè)34(環(huán)底部)向外或者向內(nèi)下降地、優(yōu)選地向內(nèi)下降地、其進(jìn)一步優(yōu)選地凹面地構(gòu)建，如在圖Ic中所示。凹面的成形在環(huán)底部上作為整體被理解。此處，環(huán)底部以半徑R來(lái)實(shí)施。通過(guò)凹面成形，各個(gè)環(huán)形片可容易避開(kāi)彎曲負(fù)荷。通過(guò)環(huán)底部的凹面成形與三點(diǎn)支承結(jié)合，可容易補(bǔ)償可能的形狀偏離和尺寸偏離。此外，下側(cè)的向內(nèi)下降的形狀防止堆疊中的各個(gè)環(huán)的分散推移。環(huán)疊堆的徑向自對(duì)中能夠?qū)崿F(xiàn)使用沒(méi)有支承結(jié)構(gòu)的分離裝置，其在金屬環(huán)或者塑料環(huán)的情況下通常是必需的和常見(jiàn)的，參見(jiàn)例如US 5，249. 626或者US 5，624，560。在環(huán)的下側(cè)34上優(yōu)選地附加存在至少三個(gè)凹進(jìn)部35，在這些凹進(jìn)部35中可定位接下來(lái)的環(huán)段的對(duì)置的上側(cè)的間距保持器32。凹進(jìn)部35的數(shù)目和距離取決于環(huán)上側(cè)31上的間距保持器32的數(shù)目和距離。所引入的凹進(jìn)部35用作環(huán)的扭轉(zhuǎn)止動(dòng)器并且支持堆疊中的環(huán)的自對(duì)中。凹進(jìn)部?jī)?yōu)選地是平行于半徑R推移的面(參見(jiàn)圖lc)。這樣，此處也保證與間距保持器的點(diǎn)接觸，并且通過(guò)三點(diǎn)支承補(bǔ)償可能的形狀偏離和尺寸偏離。凹進(jìn)部35也可以以球截形或者圓柱體區(qū)段形式來(lái)構(gòu)建。被倒圓的梯形形狀或者波形結(jié)構(gòu)也是可能的。環(huán)形片的橫截面形狀優(yōu)選地不是直角的，并且由于優(yōu)選地凹面拱曲的面而不是梯形的。該橫截面形狀此外優(yōu)選地沒(méi)有尖銳的邊和橫截面過(guò)渡部。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，環(huán)形片30的外輪廓36帶棱角地實(shí)施，如在圖Ic中闡明的那樣。根據(jù)另一優(yōu)選的實(shí)施形式，邊也可被鈍化。這還更好地保護(hù)邊以免受對(duì)于脆性硬質(zhì)的材料關(guān)鍵的邊緣載荷影響。環(huán)形片的周面(外殼面)優(yōu)選地為圓柱形的(平坦的)。但是也可能使周面向外例如凸面地變形，以便實(shí)現(xiàn)更好的迎流。環(huán)形片的徑向壁厚度優(yōu)選地為至少2. 5mm,進(jìn)一步優(yōu)選地為至少5_。片的高度優(yōu)選地為Imm至20mm,進(jìn)一步優(yōu)選地為Imm至10mm。環(huán)形片的外直徑小于鉆孔的內(nèi)直徑或小于鉆孔套管的內(nèi)直徑。該外直徑通常為50-200mmo分離間隙37的間隙寬度根據(jù)要分離的砂粒粒組來(lái)選擇。在外直徑上，間隙寬度是最小的，以便避免堵塞環(huán)形間隙。間隙寬度通過(guò)在環(huán)上側(cè)上的間距保持器的高度，在環(huán)下側(cè)上的凹進(jìn)部的深度并且環(huán)下側(cè)的形狀來(lái)調(diào)節(jié)，例如通過(guò)在優(yōu)選地凸面拱曲的面的半徑來(lái)調(diào)節(jié)。所選的間隙幾何結(jié)構(gòu)保證，間隙中的流動(dòng)過(guò)程是層流的，并且外直徑與內(nèi)直徑之間的壓力損耗小。分離裝置是可反向洗滌。通過(guò)流質(zhì)的處理介質(zhì)，可使濾餅松動(dòng)，并且由此可以再次提聞?shì)斔托阅?。環(huán)形片的脆性硬質(zhì)材料優(yōu)選地選自氧化的和非氧化的陶瓷材料、由這些材料構(gòu)成的混合陶瓷、具有二次相的添加物的陶瓷材料、具有陶瓷硬質(zhì)材料的成分和金屬粘結(jié)相的混合材料、經(jīng)沉淀硬化的澆注材料、具有原位形成的硬質(zhì)材料相的粉末冶金材料和長(zhǎng)纖維 增強(qiáng)和/或短纖維增強(qiáng)的陶瓷材料。氧化陶瓷材料的例子是A1203、ZrO2、莫來(lái)石、尖晶石和混合氧化物。非氧化陶瓷材料的例子是31(、84(、1182和Si3N4。陶瓷硬質(zhì)材料例如是碳化物和硼化物。具有金屬粘結(jié)相的混合材料的例子是WC-Co、TiC-Fe和TiB2_FeNiCr。原位形成的硬質(zhì)材料相的例子是碳化鉻。光纖增強(qiáng)的陶瓷材料的例子是C-SiC。上述材料的特征在于，這些材料比典型出現(xiàn)的石粒更硬，也就是說(shuō)材料的HV硬度值或者HRC硬度值在圍繞的巖石的相對(duì)應(yīng)的值之上。所有這些材料的特征同時(shí)在于，這些材料具有比典型未被硬化的合金鋼更大的脆性。在此意義上，這些材料在此被稱為“脆性硬質(zhì)的”。優(yōu)選地，采用密度為理論密度的至少90%、進(jìn)一步優(yōu)選地至少95%的材料，以便實(shí)現(xiàn)盡可能高的硬度值和高耐磨蝕性和耐腐蝕性。優(yōu)選地，燒結(jié)的碳化硅(SSiC)或者碳化硼被用作脆性硬質(zhì)材料。這些材料不僅耐磨蝕而且對(duì)通常用于分離裝置的沖洗和鉆孔的激勵(lì)的處理液體、如酸(例如HCI)、堿(例如NaOH)或者也為水蒸汽是耐腐蝕的。特別適當(dāng)?shù)氖抢缇哂屑?xì)粒組織的SSiC材料(平均顆粒大小< 5 ii m)，如其例如以 ESK Ceramics GmbH & Co. KG(ESK 陶瓷有限責(zé)任公司)的 EKasic F 和 EKasic F plus為名被銷售的那樣。此外，但是也采用粗粒的SSiC材料，例如具有雙模組織的SSiC材料，其中優(yōu)選地50至90體積百分比的顆粒大小分布由長(zhǎng)度為100 ii m至1500 u m的棱柱形的、小片形的SiC晶體構(gòu)成,而10至50體積百分比由長(zhǎng)度為5 ii m至小于100 u m的棱柱形的、小片形的SiC晶體構(gòu)成(ESK陶瓷有限責(zé)任公司的EKasic< C)。耦合元件18、19 (參見(jiàn)圖2a_2c、3、4a和4b)形成環(huán)疊堆的端側(cè)的側(cè)向閉合部，分離裝置通過(guò)其耦合到夾持裝置(夾持組件/夾緊組件)上。這些耦合元件被構(gòu)建為使得夾緊力均勻地傳遞到環(huán)疊堆上。耦合元件優(yōu)選地由與環(huán)同樣的材料制造。而可替選地，也可采用諸如氟橡膠或者PEEK (聚醚醚酮)的耐腐蝕的鋼和塑料上耦合元件A (圖4a中的18)的朝著夾持裝置的上表面優(yōu)選具有平坦的/平面的表面。朝著分離裝置的面即耦合元件A的下側(cè)優(yōu)選實(shí)施有半徑，即如環(huán)形元件優(yōu)選凹面地實(shí)施那樣。內(nèi)周面優(yōu)選具有三個(gè)或更多個(gè)的凹部/槽(圖2a中的39)，用于容納導(dǎo)向棒9。外周面優(yōu)選具有環(huán)繞的槽(圖2b和2c中的38)，用于容納密封圈(0形環(huán))(圖2和4a中的 14)。下耦合元件B (圖4b中的19)的朝著夾持裝置的下表面優(yōu)選具有平坦/平面的表面。朝著分離裝置的面即耦合元件B的上側(cè)優(yōu)選具有至少三個(gè)均勻分布在片的圓周上的間距保持器。內(nèi)周面優(yōu)選具有三個(gè)或更多個(gè)的凹部/槽(圖2a中的39)，用于容納導(dǎo)向棒9。外周面優(yōu)選具有環(huán)繞的槽(圖2b和2c中的38)，用于容納密封圈(0形環(huán))(圖3和4b中的 14)。兩個(gè)耦合段的公差比環(huán)形片更窄地選擇，以便使脆性硬質(zhì)部件最佳地耦合到夾持組件的金屬部件上，與未加工的(如被燒結(jié)的)環(huán)形片相比，耦合段必須以機(jī)械方式加工。圖2a_2c示出了根據(jù)本發(fā)明的帶有耦合元件18、19的環(huán)疊堆20。在根據(jù)圖2a的俯視圖中可看到在內(nèi)周面中的凹部/槽39，其用于容納導(dǎo)向棒9(參見(jiàn)圖3、4a和4b)。圖2b示出了沿著圖2a中的線B-B的橫截面圖，其中可以看到用于容納密封圈的環(huán)繞的槽38。同樣可看到在各個(gè)環(huán)形片之間的分離間隙37。圖2c示出了沿著圖2a中的線A-A的相應(yīng)橫截面圖。耦合段18、19的外直徑等于或大于環(huán)形片的外直徑。然而出于處理原因優(yōu)選的是、外直徑更大(參見(jiàn)圖2b和2c)。在一個(gè)可替選的實(shí)施形式中，上耦合元件A的上表面和/或下耦合元件B的下表面并非是平坦/平面地構(gòu)建而是構(gòu)建為彈簧座。以此方式直接容納壓力彈簧并且附加地針對(duì)輸送介質(zhì)進(jìn)行保護(hù)。優(yōu)選設(shè)置的間距保持器尤其是用作安裝輔助裝置和導(dǎo)向輔助裝置以及用作對(duì)分離裝置在進(jìn)入鉆孔時(shí)的保護(hù)，但并不一定是必需的。其對(duì)分離裝置的功能本身并無(wú)貢獻(xiàn)。這因此是特別重要的，因?yàn)樗捎玫牟牧暇哂休^低的耐侵蝕性和耐腐蝕性并且在輸送單元運(yùn)行時(shí)更為快速地磨損。然而由于間距保持器不具有支撐/支承作用并且環(huán)疊堆根據(jù)本發(fā)明地構(gòu)建使得其是自對(duì)中的，所以分離裝置的功能或穩(wěn)定性保持不受間距保持器磨損影響。間距保持器優(yōu)選由三個(gè)部件兩個(gè)導(dǎo)向環(huán)(在圖3、3a、4a和4b中的7、8)、間隔條(圖3a中的12)和導(dǎo)向棒(圖3、3a、4a和4b中的9)構(gòu)成。 兩個(gè)導(dǎo)向環(huán)7、8在內(nèi)管(輸送管22)上。在其外周面上引入有三個(gè)或更多個(gè)的凹部/槽，其用于容納導(dǎo)向棒9。沿著內(nèi)管的管軸線地，導(dǎo)向棒9在環(huán)的內(nèi)凹部上容納環(huán)形元件。導(dǎo)向環(huán)7、8和導(dǎo)向棒9 一起形成在環(huán)形元件和內(nèi)管22之間的徑向距離。間隔條12同樣固定在導(dǎo)向環(huán)的外周面上，優(yōu)選通過(guò)點(diǎn)焊來(lái)固定，并且調(diào)節(jié)在夾持套管1、2之間的縱向的距離即環(huán)形間隙20的長(zhǎng)度。在安裝時(shí)，環(huán)形片30與兩個(gè)耦合元件一起安裝在間距保持器上。借助彎曲彈性的導(dǎo)向棒9在安裝時(shí)對(duì)環(huán)形元件進(jìn)行定向和引導(dǎo)。環(huán)形片30的設(shè)置在環(huán)的上側(cè)上的間距保持器32這樣可以在彼此堆疊時(shí)快速且簡(jiǎn)單地分別彼此定向，使得在三個(gè)間距保持器32的軸線上進(jìn)行軸向負(fù)載調(diào)整。由此，避免了對(duì)于脆性硬質(zhì)材料關(guān)鍵的邊緣載荷，并且即使在環(huán)形片具有形狀偏差時(shí)也實(shí)現(xiàn)了在所希望的支承點(diǎn)上的三點(diǎn)支承。導(dǎo)向環(huán)7、8以及間隔條12優(yōu)選由鋼構(gòu)成，但也可以使用由塑料構(gòu)成的導(dǎo)向環(huán)。導(dǎo)向棒優(yōu)選并非由鋼制成而是由塑料制成，優(yōu)選由PEEK制成，以便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)脆性硬質(zhì)環(huán)形片的彈性的滑動(dòng)容納。如果塑料棒磨損，則該分離裝置由“自對(duì)中(Selbstzentrierung) ”而固有地保持穩(wěn)定并且還保證了功能。優(yōu)選地，環(huán)疊堆在內(nèi)管(輸送管)上的固定借助夾持裝置(夾持組件/夾緊組件)來(lái)實(shí)現(xiàn)。夾持裝置優(yōu)選由夾持套管、壓力彈簧、壓力彈簧座和夾持螺母構(gòu)成。夾持組件(在圖3、4a和4b中的I至6)的任務(wù)是將軸向上彼此堆疊的環(huán)形元件本身張緊，其固定在各個(gè)片之間形成的分離間隙，其具有優(yōu)選0. 05-lmm的高度、進(jìn)一步優(yōu)選0. 1-0. 5mm的高度并且將分離裝置固定在內(nèi)管(輸送管)上。借助夾持組件和壓力彈簧I3將環(huán)疊堆柔韌地張緊，即變形(彎曲)可以被吸收，并且可變化地固定在內(nèi)管上。其可以將任意長(zhǎng)度的分離裝置組合并且分離裝置可以安裝在不同結(jié)構(gòu)類型的輸送管上。壓力彈簧(在圖3、4a和4b中的13)負(fù)責(zé)彈性補(bǔ)償并且這樣允許該分離裝置的彎曲形變，該分離裝置尤其是在引入鉆孔中時(shí)受保護(hù)并且避免過(guò)載時(shí)的斷裂。壓力彈簧13優(yōu)選選自耐腐蝕的鋼、電鍍鋼或耐腐蝕的彈性體譬如橡膠或氟化橡膠。用于將分離裝置固定在內(nèi)管上的夾持組件優(yōu)選實(shí)施為三件式的、力配合的、可松脫的干涉配合件。其由部件夾持套管(圖3、4a和4b中的1、2)、壓力彈簧座(圖3、4a和4b中的3、4)和夾持螺母(圖3、4a和4b中的5、6)構(gòu)成。夾持組件優(yōu)選由鋼制成、進(jìn)一步優(yōu)選由耐腐蝕的鋼制成。夾持套管1、2內(nèi)部是圓柱體形的；外部可以區(qū)分兩個(gè)區(qū)域螺紋(在圖4a和4b中的la、2a)和外部圓錐楔形面(在圖4a和4b中的lb、2b)。夾持螺母通過(guò)螺紋接合到夾持套管上。圓錐楔形面優(yōu)選沿著縱向方向切開(kāi)，以便允許更大的配合間隙并且因此容許比較大的公差。夾持套管優(yōu)選可以在外部以銅涂覆，用于防止接觸腐蝕。壓力彈簧座(在圖3、4a和4b中的3、4)優(yōu)選具有內(nèi)錐形夾緊面、用于容納壓力彈簧的內(nèi)導(dǎo)向部和用于容納外機(jī)殼的外導(dǎo)向部(在圖3和3a中的11 ;10用于容納外機(jī)殼)。通過(guò)夾持螺母5、6進(jìn)行夾緊。通過(guò)軸向夾緊力使夾持套管1、2和壓力彈簧座5、6交錯(cuò)地推移，其中它們彈性地形變，并且在夾緊元件與內(nèi)管之間的接合中產(chǎn)生高頂推力并由此實(shí)現(xiàn)力配合。該裝置借助在內(nèi)管與夾持螺母之間的0形環(huán)15、16、借助在夾持螺母與壓力彈簧座之間的0形環(huán)17以及借助在壓力彈簧座與耦合段之間的0形環(huán)14來(lái)密封。對(duì)螺紋和夾持螺母可替選的固定方式是槽與固定環(huán)構(gòu)成的組合以及沉孔和平頭螺絲構(gòu)成的組合。固定也可以借助焊接來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外可能的是，不選擇兩側(cè)彎曲彈性地容納而選擇單側(cè)容納。這例如在逆著在輸送管上的固定止擋進(jìn)行張緊時(shí)是可能的。止擋可替選地可以構(gòu)建為平坦的面或彈簧座。對(duì)固定在輸送管上可替選地，也可以選擇固定在螺紋套管即在不同的輸送設(shè)備單元之間的過(guò)渡部上。根據(jù)本發(fā)明的分離裝置優(yōu)選受保護(hù)而免受在安裝時(shí)以及在通過(guò)自由可穿流的外機(jī)殼(在圖3和3a中的11)開(kāi)始輸送時(shí)的損傷影響。這例如可以實(shí)施為粗目篩并且優(yōu)選實(shí)施為多孔板。優(yōu)選鋼用作此材料。但可替選地也可以考慮使用在安裝時(shí)進(jìn)行保護(hù)的、不可穿流的聚合物罩，其于是在開(kāi)始輸送時(shí)被磨蝕所破壞而因此開(kāi)啟該分離裝置。夾持組件的在外部的面和輸送管的未受脆性硬質(zhì)的環(huán)保護(hù)的區(qū)段以及其上輸送管與其他部件一起形成鉆柱的連接部位/套管區(qū)域(Muffenbereiche)優(yōu)選通過(guò)一個(gè)或多個(gè)保護(hù)套來(lái)保護(hù)而免受磨損?；旧希后w流盡管從輸送部位直接通過(guò)環(huán)疊堆引導(dǎo)到輸送管中，但沒(méi)有流動(dòng)偏轉(zhuǎn)。然而，并不能夠避免在分離裝置外部的區(qū)域被迎流，導(dǎo)致雜散流動(dòng)、導(dǎo)致該分離裝置相對(duì)于輸送部位的不精確的定位，或在輸送部位比分離裝置延伸更遠(yuǎn)時(shí)使得發(fā)生輸送管的在該分離裝置外部的區(qū)域磨損。磨損是由沙?；蚴Ｒ鸬哪ノg/侵蝕以及由腐蝕引起的。腐蝕是由于所使用的處理液體譬如HC1、H2SO4, HF和CaCl2/CaBr2而出現(xiàn)的，尤其是與出現(xiàn)的粒子侵蝕相結(jié)合，粒子侵蝕阻礙了鈍化表面層的形成。 優(yōu)選地，上述在該分離裝置外部的金屬區(qū)域的磨損防護(hù)借助塑料套例如借助熱縮管來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而也可能的是，磨損防護(hù)通過(guò)(粉末)涂覆或涂裝來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)遮蓋墊或遮蓋膜來(lái)實(shí)現(xiàn)，其例如借助機(jī)械夾持而固定，或也通過(guò)成型件來(lái)實(shí)現(xiàn)。成型件例如可以以兩個(gè)在尺度上被加工的半殼(例如由聚烯烴構(gòu)成)形式來(lái)構(gòu)建。半殼可以通過(guò)槽或彈簧連接或也可以通過(guò)旋緊來(lái)連接。
為了防止在安裝時(shí)對(duì)保護(hù)套的損傷，可以安置有合適的間距保持器，其例如可以實(shí)現(xiàn)為多孔板上的滑動(dòng)塊。
塑料罩的材料優(yōu)選選自如下材料聚烯烴、優(yōu)選聚乙烯、聚丙烯和聚異丁烯，因?yàn)槠湟环矫婢哂袑?duì)磨蝕/侵蝕和腐蝕的足夠耐受性而另一方面可以作為熱縮管來(lái)應(yīng)用。塑料罩或熱縮管的其他可能的材料是PVDF、氟化橡膠、PVC和PTEC。熱縮管的使用相對(duì)于其他解決方案具有如下優(yōu)點(diǎn)-其可以實(shí)現(xiàn)密實(shí)不可滲透的罩，通過(guò)以不同的熱縮管材料涂覆可以實(shí)現(xiàn)功能分離。這樣，例如在外部施加具有高耐侵蝕性的材料而在內(nèi)部施加具有高耐腐蝕性的材料。-與要保護(hù)的區(qū)域的連接是形狀配合的。輸送介質(zhì)或清潔介質(zhì)不能在罩之下“蠕變”。不需要額外的對(duì)罩的密封。-任意長(zhǎng)度都可以受軟管段的重疊的彼此接合保護(hù)。-如在夾持組件上的直徑過(guò)渡和橫截面過(guò)渡由于達(dá)到3: I的收縮率(直徑改變)而克服。-該解決方案成本低廉，因?yàn)榭梢圆捎貌⑶液?jiǎn)單地應(yīng)用任意尺寸的商業(yè)上可獲得的熱縮管。在圖5中示出了熱縮管21的一個(gè)實(shí)施例。例子以下例子用于進(jìn)一步闡述本發(fā)明。例I :對(duì)侵蝕的抵抗力為了確定侵蝕性磨損，由粗粒的、燒結(jié)的EKasic >C(ESK Ceramics GmbH & Co. KG)型碳化硅陶瓷(SSiC)構(gòu)成的板和由細(xì)粒的、燒結(jié)的EKasic F(ESK Ceramics GmbH &Co. KG)型碳化硅陶瓷(SSiC)構(gòu)成的板受到噴砂試驗(yàn)。鋼試樣用作參考。該試驗(yàn)借助噴砂設(shè)備來(lái)進(jìn)行。四種不同的輔助劑用作噴射介質(zhì)，其典型地用于近岸鉆探(1)100目壓裂砂(Frac Sand), (2)16/20目壓裂砂，(3) 20/40目壓裂砂，(4)20/40目高強(qiáng)度壓裂砂。噴射壓力為2巴并且噴射持續(xù)時(shí)間為2小時(shí)，其中射束近似點(diǎn)狀地相對(duì)于表面成90°的角來(lái)施加。噴射壓痕的深度和寬度表征侵蝕性磨損(參見(jiàn)表I)。該試驗(yàn)表明燒結(jié)的碳化硅陶瓷與傳統(tǒng)的鋼相比明顯更耐侵蝕性磨損。不僅EKasic C而且EKasic F表現(xiàn)出不可測(cè)量的或在大多數(shù)情況下可忽略的小侵蝕性磨損。表I :啼砂試駘的結(jié)果
權(quán)利要求
1.用于管狀流通裝置(22)的分離裝置，所述流通裝置(22)用于輸送來(lái)自巖石鉆探或深孔鉆探的液體或氣體，其中所述分離裝置適于分離沙粒和石粒并且包括 -環(huán)疊堆(20)，其由脆性硬質(zhì)的環(huán)形片構(gòu)成，其中所述片(30)被堆疊和張緊，使得在各個(gè)片(30)之間分別存在分離間隙(37)，用于將沙粒和石粒分離， -在環(huán)疊堆(20)的一個(gè)端部或兩個(gè)端部上的耦合元件(18，19)； -在環(huán)疊堆(20)的一個(gè)端部或兩個(gè)端部上的夾持裝置，所述夾持裝置一方面能夠?qū)崿F(xiàn)脆性硬質(zhì)片(30)柔韌地張緊而另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)將環(huán)疊堆(20)可變地固定在管狀流通裝置(22)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分離裝置，其中環(huán)形片(30)在其上側(cè)(31)上具有至少三個(gè)均勻分布到片的圓周上的間距保持器(32)，所述間距保持器能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)分離間隙(37)的高度(間隙寬度)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分離裝置，其中所述間距保持器(32)以球截形形式構(gòu)建。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和/或權(quán)利要求3所述的分離裝置，其中環(huán)形片(30)在其下側(cè)(34)上具有至少三個(gè)凹進(jìn)部(35)，在所述凹進(jìn)部中可以定位有間距保持器(32)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的分離裝置，其中環(huán)形片(30)在其內(nèi)周面上具有至少三個(gè)凹部(33)，所述凹部用于容納導(dǎo)向棒(9)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的分離裝置，其中環(huán)形片(30)的上側(cè)(31)相對(duì)于片軸線成直角地構(gòu)建。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至5中的至少一項(xiàng)所述的分離裝置，其中環(huán)形片(30)的上側(cè)(31)向外或向內(nèi)下降地構(gòu)建有平面的或彎曲的面。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的分離裝置，其中環(huán)形片(30)的下側(cè)(34)向外或向內(nèi)下降地、優(yōu)選向內(nèi)下降地、進(jìn)一步優(yōu)選凹面地構(gòu)建。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的分離裝置，其中環(huán)形片(30)的外邊緣(36)被斜切或鈍化。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的分離裝置，其中環(huán)形片(30)的徑向壁厚度為至少2. 5mm、優(yōu)選為至少5mm。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的分離裝置，其中環(huán)形片的厚度為Imm到20_、優(yōu)選 Imm 到 10mnin
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的分離裝置，其中在各個(gè)片(30)之間的分離間隙(37)具有0. 05-lmm的高度、優(yōu)選具有0. 1-0. 5mm的高度。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的分離裝置，其中環(huán)形片(30)的脆性硬質(zhì)的材料選自氧化的和非氧化的陶瓷材料、由這些材料構(gòu)成的混合陶瓷、具有二次相的添加物的陶瓷材料、具有陶瓷硬質(zhì)材料成分和金屬粘結(jié)相的混合材料、經(jīng)沉淀硬化的澆注材料、具有原位形成的硬質(zhì)材料相的粉末冶金材料和長(zhǎng)纖維增強(qiáng)和/或短纖維增強(qiáng)的陶瓷材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的分離裝置，其中脆性硬質(zhì)材料具有理論密度的至少90%、優(yōu)選至少95%的密度。
15.根據(jù)權(quán)利要求13和/或權(quán)利要求14所述的分離裝置，其中脆性硬質(zhì)材料是燒結(jié)的碳化硅(SSiC)或碳化硼。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的分離裝置，其中耦合元件(18，19)在其外周面上具有至少一個(gè)環(huán)繞的槽(38)，用于容納密封圈(14)。
17.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的分離裝置，其中耦合元件(18，19)在其內(nèi)周面上具有至少三個(gè)凹部(39)，所述凹部用于容納導(dǎo)向棒(9)。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的分離裝置，其中耦合元件(18，19)的外直徑等于或大于環(huán)形片(30)的外直徑。
19.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的分離裝置，其中耦合元件(18，19)由與環(huán)形片(30)相同的脆性硬質(zhì)材料制造。
20.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的分離裝置，其中夾持裝置包括夾持套管(1，2)、壓力彈簧(13)、壓力彈簧座(3，4)和夾持螺母(5，6)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的分離裝置，其中夾持裝置由鋼制成，優(yōu)選由耐腐蝕的鋼制成。
22.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的分離裝置，該分離裝置還包括間距保持器作為安裝輔助裝置和導(dǎo)向輔助裝置，和/或包括外機(jī)殼(11)和/或一個(gè)或多個(gè)保護(hù)套(21)。
23.一種根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的分離裝置的應(yīng)用，所述分離裝置用于在借助管狀流通裝置輸送來(lái)自巖石鉆探或深孔鉆探的液體或氣體的方法中分離沙粒和石粒。
全文摘要
本發(fā)明的主題是一種用于管狀流通裝置(22)的分離裝置，流通裝置用于輸送來(lái)自巖石鉆探或深孔鉆探的液體或氣體，其中該分離裝置適于分離沙粒和石粒并且包括由脆性硬質(zhì)的環(huán)形片構(gòu)成的環(huán)疊堆(20)，其中片(30)被堆疊和被張緊，使得在各個(gè)片(30)之間分別存在用于分離沙粒和石粒的分離間隙(37)；在環(huán)疊堆的一端部或兩個(gè)端部上的耦合元件(18，19)；在環(huán)疊堆(20)的一端部或兩個(gè)端部上的夾持裝置，該夾持裝置一方面能夠使得柔韌地張緊脆性硬質(zhì)片(30)，而另一發(fā)明能夠使得將環(huán)疊堆(20)可變地固定在管狀的流通裝置(22)上。本發(fā)明的主題同樣是根據(jù)本發(fā)明的用于分離沙粒和石粒的分離裝置在用于借助管狀流通裝置輸送來(lái)自巖石鉆探或深孔鉆探的液體或氣體的方法中的應(yīng)用。
文檔編號(hào)B01D46/40GK102639205SQ200980160592
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者伯恩哈德·霍爾茨米勒, 克勞斯·瓦爾曼, 塞繆爾·喬利, 斯蒂芬妮·懷爾德哈克, 齊格弗里德·穆西格 申請(qǐng)人:Esk陶瓷有限及兩合公司, 馬士基石油天然氣公司