反向冠狀過濾器組件的製作方法

2023-06-10 12:19:21 2

本申請要求2014年6月26日提交的美國非臨時專利申請14/316129的優先權，所述申請以引用方式併入本文。

發明背景

此章節的陳述僅旨在提供與本公開內容相關的背景信息，而且也未必構成現有技術。

本文公開的各實施方案整體涉及用於處理地下地層的設備和方法，具體地講，涉及油田蕩篩器和細分篩網。

在多個行業，分離設備用於將一種類型或尺寸的組分與另一種尺寸或類型的組分分離。例如，在製藥工業，可使用分離來使預定尺寸/組成的固體顆粒與另一種尺寸/組成的顆粒分離。在油田工業，分離設備可以用於將井筒流體(例如，鑽井流體、防漏材料、完井流體、烴等)與固體切屑或其他流體分離。

油田鑽井流體經常被稱為「泥漿」，用於工業中的多種目的。在其多種功能中，鑽井泥漿作為潤滑劑以冷卻旋轉鑽機的鑽頭，並且有助於切割速度更快。通常，泥漿在地表混合，並在井下在高壓下通過鑽柱孔泵送給鑽頭。一旦泥漿到達鑽頭，就通過各種噴嘴和孔口排出，在各種噴嘴和孔口處泥漿潤滑和冷卻鑽頭。經由噴嘴流出後，「用過的」流體經由在鑽柱與所鑽的井筒之間形成的環狀空間返回至地表。

鑽井泥漿提供流體靜壓柱或靜壓頭，以防止所鑽的井「井噴」。所述流體靜壓抵消地層壓力，由此防止流體在地層中受壓的沉積物被激發的條件下噴出。對於所述鑽井泥漿柱的流體靜壓有貢獻的兩個因素是所述柱自身的高度(或深度)(即從地面到所述井孔的底部的垂直距離)和所使用的流體的密度(或其倒數，比重)。根據所要鑽探的地層的類型和結構，將各種增重劑和潤滑劑混入鑽井泥漿中以獲得適當的混合物。通常，鑽井泥漿的重量以「磅」計，簡稱磅/加侖。一般來講，增加溶解在泥漿基質中的增重劑溶質的量，會形成更重的鑽井泥漿。過輕的鑽探泥漿不能防止地層的噴出，而過重的鑽探泥漿則會過度侵入地層。因此，要花費大量的時間和思考以確保泥漿混合物是最優的。由於泥漿的測定和混合過程既費時又費錢，因此，鑽探工和服務公司為了不斷使用，寧願回收返回的鑽探泥漿並且重複使用返回的鑽探泥漿。

鑽探泥漿的另一個重要目的是將切屑從鑽孔底部的鑽頭運送到鑽孔表面。當鑽頭粉碎或刮擦在鑽孔底部的巖石地層時，留下小片的固體材料。在鑽頭處從噴嘴排出的鑽井流體用於攪拌並將巖石和地層的固體顆粒運送到在鑽柱和井孔之間的環形空間的表面。因此，從所述環形空間被排出鑽孔的流體是在鑽井泥漿中的地層切屑的漿液。在將泥漿重複利用和再次通過鑽頭的噴嘴向下泵送之前，必須將切削顆粒除去。

一種用來從鑽井流體中除去切屑和其他固體顆粒的設備在行業內通常稱為「泥漿蕩篩器」。泥漿蕩篩器(也稱為振動分離器)是振動的篩狀平臺，返回的使用過的泥漿沉積在該平臺上，並且通過該振動的篩狀平臺形成基本上清潔的鑽井泥漿。通常，泥漿蕩篩器是傾斜平臺，具有大致穿孔的過濾器篩網底部。返回來的鑽井流體在泥漿蕩篩器的進料端沉積。當鑽井流體沿蕩篩器平臺長度方向向下運動時，流體通過穿孔落到下面的容器，並將固體顆粒材料留下。泥漿蕩篩器平臺的振動運動不斷運送所留下的固體顆粒，直到它們從蕩篩器平臺的出料端落下。上述設備示出本領域技術人員所知的一種類型的泥漿蕩篩器。在另選的泥漿蕩篩器中，所述蕩篩器的頂部邊緣可能比下端更接近地面。在這樣的泥漿蕩篩器中，傾斜角度可能需要顆粒在基本向上的方向上運動。在其他泥漿蕩篩器中，所述平臺可能不是傾斜的，因此蕩篩器的振動動作可能單獨地使得顆粒/流體分離。無論如何，已有的泥漿蕩篩器的平臺傾斜和/或設計變化不應當被考慮成對本發明的限制。

泥漿蕩篩器平臺的振動量和傾角是可調節的，從而可適應各種鑽井流體流速和鑽井流體中的顆粒百分比。在流體穿過泥漿蕩篩器的穿孔底部後，它可以在鑽孔立即恢復使用、存儲進行測量和評估或穿過另一件設備(例如，乾燥蕩篩器、離心機或尺寸較小的泥漿蕩篩器)以移除較小的切屑和/或微粒物質。

附圖說明

本文所述的附圖僅僅出於說明所選擇實施方案而不是所有可能具體實施的目的，並不意在限制本公開的範圍。

圖1為根據本公開的原理的反向冠狀篩網組件的透視圖。

圖2為根據本公開的原理的用于振動式蕩篩器的平面臺板的透視圖，所述平面臺板接收反向冠狀篩網組件進行安裝。

圖3為接收反向冠狀篩網組件的平面臺板的透視圖。

圖4a和圖4b為上面安裝有反向冠狀篩網組件的平面臺板的透視圖，所述篩網組件具有凸狀的或基本上平坦的頂側。

圖5為上面安裝有反向冠狀篩網組件的平面臺板的平面圖，所述篩網組件用T型螺栓固定。

圖6為其中篩網層在框架頂側張緊的反向冠狀篩網組件的透視圖。

圖7為其中三個篩網布結合併張緊到框架頂側的反向冠狀篩網組件的透視圖。

圖8為包括鉤條的反向冠狀篩網組件的透視圖。

圖9為用楔形塊固定的反向冠狀篩網組件的臺板的平面圖。

圖10為根據本公開的原理的反向冠狀篩網組件的透視圖。

圖11為根據本公開的原理的用于振動式蕩篩器的平面臺板的透視圖，所述平面臺板接收反向冠狀篩網組件進行安裝。

圖12為接收反向冠狀篩網組件的冠狀臺板的透視圖。

圖13為上面安裝有反向冠狀篩網組件的冠狀臺板的透視圖。

具體實施方式

本文所公開的實施方案適用於可用於多個行業的分離裝置，諸如振動分離器。雖然可將具體實施方案描述為用於油田行業，諸如與泥漿蕩篩器一起使用，但所述裝置也可適用於其中液固分離、固固分離和其他混合物分離可能需要分離的其他行業。例如，所述實施方案可用於採礦、製藥、食品、醫療或其他行業以分離這樣的混合物。

現將參照附圖更全面地描述示例實施方案。一開始，應當指出的是，在任何此類實際實施方案的發展過程中，需要做出多種特定於具體實施的改變，從而實現研發人員的特定目標，諸如符合系統相關的和業務相關的約束，這些約束在各個具體實施之間是不同的。此外，應當理解，此種開發工作可能是複雜且耗時的，但對於那些得益於本公開內容的技術人員而言，這不過是一種常規的設計任務。此外，本文所使用/所公開的組合物還可包括與所述不同的一些部件。

在下面的具體實施方式中，參考附圖，附圖形成本發明的一部分。在附圖中，相似的符號或標識符通常標識相似的部件，除非上下文另外指示。本文所描述的說明性實施方案並非旨在為限制性的。可利用其他實施方案，可做出其他變化，而不脫離這裡提出的主題的精神或範圍。應當理解，如本文大致所述且如圖所示的本公開各方面可被布置、替換、組合且設計成廣泛多種不同的配置，可以考慮所有這些配置，所有這些配置構成本公開的一部分。

本文所述的實施方案涉及振動分離器篩網和將篩網安裝到蕩篩器中的篩網臺板床。在一些實施方案中，複合篩網組件在底側具有反向冠狀(也稱為凸狀)輪廓。這種篩網組件可被安裝並固定到篩網床上，篩網床是基本上平面或冠狀的，這可以提高蕩篩器製造效率，甚至改善篩網性能、壽命和密封性。在其中篩網組件具有複合框架的那些實施方案中，與若干蕩篩器篩網床製造中的一致性和變化相比，模製反向冠狀框架可改善一致性並且減少若干模製篩網框架之間的變化。

振動分離器可具有臺板床，臺板床是基本上平面的或在其他情況下是冠狀的。在冠狀時，冠狀輪廓可以是非常精細的，具有非常大的半徑，至多是大幅冠狀的，具有較小半徑。根據本公開，無需特定程度的冠狀，並且必需量的冠狀對於本領域技術人員是顯而易見的。本文所用的術語「基本上平面」和「平面」意指表面或表面所包圍或環繞的區域，所述區域是水平的或旨在是水平的；然而，應當理解，在平面幾何表面或區域的製造和使用中，在平面中可能會發生或形成微小不一致性。雖然旨在是完全水平的，但表面可以是基本上水平的，該術語的含義中也包含這一點。

在一些實施方案中，篩網組件的反向冠狀表面輪廓可以是非常精細的，或甚至是視覺上無感覺的，而在其他實施方案中，輪廓可以是視覺上明顯的。雖然本公開並不限於任何特定量的反向冠狀，但在操作中被認為是合適的反向冠狀的非限制性範圍包括從平面上升至多2英寸，從平面上升0.1英寸至1英寸，或從平面上升0.25英寸至0.75英寸。此外，反向冠狀可以是在篩網組件的寬度上對稱的，或非對稱的。

參照圖1和圖2，根據本公開的一些實施方案，示出了反向冠狀篩網組件100，用於安裝在具有平面臺板150的振動分離器上。篩網組件100包括框架，所述框架具有一對平行相對端102、104和一對平行相對側106、108。所述框架具有：凸狀下側110，以形成反向冠狀篩網組件100的底部；以及頂側112，所述頂側與凸狀下側110相對。至少一個篩網布層可被固定到框架的頂側112，用於在安裝並用于振動式蕩篩器中時使固體材料與液體分離。

參照圖3，在一些其他實施方案中，本公開提供了用於附接至振動式蕩篩器的平面臺板150的反向冠狀篩網組件100，篩網組件100具有包括凸狀下側110和頂側112的篩網框架。在被平面臺板150接納後，篩網組件100被安裝在平面臺板150上並且一旦施加力即彎曲，如粗體箭頭302所示。現在參考圖4a和圖4b，在施加了力且隨後彎曲後，篩網組件100的凸狀下側110適於平面臺板床154的平坦輪廓，同時頂側112形成為輪廓410。此外，至少一個篩網網孔可附接到篩網組件的頂側112。

再次參考圖4a和圖4b，在安裝且施加了力302以張緊篩網組件100後，頂側112的輪廓410可以是任何合適的形狀。例如，圖4a示出了頂側112的凸狀輪廓410a，而圖4b示出基本上平坦的輪廓410b的頂側112。在實施過程中，如果凸狀下側110和頂側112的輪廓的預安裝半徑基本上相等，那麼在將篩網組件100安裝到平面臺板150後，頂側112可以是基本上平面的，如圖4b所示。然而，如果凸狀下側110的預安裝半徑大於頂側112的半徑，那麼在安裝後，頂側112的輪廓410可以是向上彎曲的或凸狀的，如圖4a所示。在一些其他情況下，如果凸狀下側110的半徑小於頂側112的半徑，那麼在安裝後，頂側112可以是向下彎曲的或凹狀的，這導致在中心出現U形溝槽。

再次參照圖1，反向冠狀篩網組件100可包括多個橫向支撐件114，所述多個橫向支撐件在相對側106、108之間延伸，並且基本上平行於相對端102、104，其中橫向支撐件114中的至少一些具有凸狀下側。在一些情況下，反向冠狀篩網組件100可進一步包括在橫向支撐件114之間垂直延伸的支柱116中的一者或多者。

現在參照圖5，圖5示出了根據本公開的一些實施方案的安裝在平面臺板床150上的反向冠狀篩網組件100的端視圖。篩網組件的下側110被接納在平面臺板床154上。在一些實施方案中，平面臺板床具有帶張緊螺栓520的拉杆502。篩網組件100被放置在臺板床154上並且篩網組件100的鉤端504位於拉杆502下方。當張緊螺栓520被擰緊時，篩網組件100被拉向平面臺板床側壁152並由拉杆502拉伸到平面臺板床154上。當拉伸時，篩網組件110的下側110可被進一步固定到平面臺板床154。雖然圖5示出了頂側112的凸狀或向上固化輪廓，但這絕不是限制性的，並且後安裝篩網張緊的頂側112的輪廓也可以是任何合適的輪廓，包括基本上平坦的或U形的溝槽，並且頂側輪廓的此類變化根據本公開內容在任何篩網的範圍內。

圖6示出了另一些實施方案，其中反向冠狀篩網組件100包括穿過框架相對側606、608的多個開口620，以便接納穿過其中的螺栓並將篩網組件100進一步固定在蕩篩器平面篩網床中。圖6也表明，篩網層630被張緊到篩網組件100的頂側112。

圖7示出了篩網組件100的一些實施方案，包括附連到篩網組件100的頂側112且在上面張緊的多個篩網布702、704和706。圖7示出為清楚起見而部分切掉的篩網布。在一些情況下，粗背襯層702將與框架配合，細中間層704將被放在它上面，並且細頂層706將留在中間層704的頂部。篩網布被拉伸並張緊於框架，然後用環氧樹脂或其他合適的粘合劑固定。還應當理解，可能使用更少或更多數量的篩網布，並且篩網布目尺寸的任何適當的布置都可能如本領域技術人員顯而易見的那樣使用。

圖6和圖7表明在一些實施方案中，在使用了這種固定機構的情況下，篩網組件100的相對框架側606、608、716、718在下側是倒角的以在插入且穿過狹槽620和720之前容納丁字頭螺栓。換句話說，螺栓的頭部將駐留在被切掉的空間中，而篩網組件100被降低到臺板床154上。每個倒角端可進一步包括墊圈以將篩網組件100用振動式蕩篩器的側壁密封。

圖7進一步示出了其中反向冠狀過濾器組件包括一對平行相對端722和724以及一對平行相對側716和718的實施方案。端可長於側以形成細長矩形，但應當理解，在本公開的範圍內，其他配置諸如正方形也是可能的。在某些其他實例中，側部可長於端部。多個橫向支撐件736、738、740和742在側716與718之間延伸並且平行於端722和724。橫向支撐件的數量隨著尺寸和設計一起變化並且本發明並不限於特定數量的橫向支撐件。

圖8示出用於將反向冠狀篩網組件進一步固定在蕩篩器平面篩網床中的另一機構，所述另一機構為鉤條。圖8的透視圖示出呈顛倒取向的篩網組件100。利用了這種固定機構的實施方案可包括篩網組件100，所述篩網組件具有例如在篩網組件100的相對框架側106和108的每一者處鄰近下側110附接或形成的鉤條810。圖8進一步示出其中篩網組件100具有所形成的複合框架800的實施方案，所述複合框架結合有多個肋狀物802a、802b和802c。肋狀物802a、802b和802c可具有不同的長度，以提供閉合網格用於支撐過濾元件。肋狀物可具有不同長度以提供整體反向冠狀輪廓；例如，肋狀物804a可具有比肋狀物804b更大的長度，並且804b可具有比肋狀物802b更大的長度，從而形成這種輪廓。

現在轉向圖9，根據本公開的篩網組件也可利用楔形塊900固定到振動式蕩篩器。合適楔形塊的一些例子包括美國專利No.7,150,358中所描述的那些，以引用的方式併入本文。楔形塊保持件支架904也可能包括在內。本領域技術人員應當指出的是，在一些實施方案中，楔形塊900的寬度與楔形塊保持件支架904的寬度基本上類似。還應當指出的是，楔形塊的數量可從1變為8或更多，這取決于振動式蕩篩器的設計、楔形塊和楔形塊保持件支架相對於彼此的尺寸和定位以及本領域技術人員應當眾所周知的其他因素。在圖9中進一步示出的是，篩網組件912由楔形塊900保持在適當位置，所述楔形塊在楔形塊保持件支架904摩擦配合。振動式蕩篩器可進一步包括上面安裝有篩網組件支撐件918的支撐橫向構件916。

雖然上文已示出篩網組件可由楔形塊、鉤條和丁字頭螺栓固定，但還應當理解的是，其他合適機構也可適用於將篩網組件固定到振動式蕩篩器中，諸如氣動致動器等或本領域技術人員已知的任何其他機構。

現在參考圖10和圖11，其示出了本公開的一些其他篩網實施方案。雖然圖1至圖5用圖形示出的篩網示為安裝到平面臺板上，但反向冠狀篩網組件也可用於安裝在具有冠狀或凹形臺板諸如圖11所示1050的振動式蕩篩器上。在圖10中，篩網組件1000包括框架，所述框架具有一對平行相對端1002、1004、一對平行相對側1006、1008、凹狀或平坦下側1010以及與下側1010相對的頂側1012。至少一個篩網布層可被固定到框架的頂側1012，用於在安裝並用于振動式蕩篩器中時使固體材料與液體分離。臺板1050包括側壁1052和冠狀臺板床1054。

參照圖12，示出了用於附接至振動式蕩篩器的冠狀臺板1050的反向冠狀篩網組件1000，篩網組件1000具有包括凸狀下側1010和頂側1012的篩網框架。在被臺板1050接納後，篩網組件1000被安裝到臺板床1054上並且一旦施加力1202即彎曲。參照圖13，在施加了力且隨後彎曲後，篩網組件1000的凸狀下側1010適於臺板床1054的冠狀輪廓，同時頂側1012形成為輪廓1310。此外，至少一個篩網網孔可附接到篩網組件的頂側1012。在安裝且施加了力1202以張緊篩網組件1000後，頂側112的輪廓1310可以是任何合適的形狀。在實施過程中，如果下側1010和頂側1012的輪廓的預安裝半徑基本上相等，那麼在安裝後，頂側1012可與臺板床1054以類似半徑成冠狀。然而，如果下側1010的預安裝半徑大於頂側1012的半徑，那麼在安裝後，頂側1012的輪廓1310具有比臺板床1054更小的半徑，如圖13所示。在一些其他情況下，如果下側1010的半徑小於頂側1012的半徑，那麼在安裝後，頂側1012具有半徑比臺板床1054更大的輪廓，或甚至是基本上平坦的。

如同本公開的任何其他篩網實施方案一樣，篩網組件100可任選地包括多個橫向支撐件1014，所述多個橫向支撐件在相對側1006、1008之間延伸並且基本上平行於相對端1002、1004。在一些情況下，反向冠狀篩網組件100可進一步包括在橫向支撐件1014之間垂直延伸的支柱1016中的一者或多者。

根據本公開的篩網組件框架可由塑料、金屬、金屬合金或當暴露於反向冠狀篩網組件框架的製造、輸送、安裝和使用中存在的條件時具有大體彈性性質的另一種合適材料形成。適於形成框架的塑料的一些例子包括但不限於：熱固性材料如聚氨酯、聚酯、環氧樹脂、聚醯亞胺、酚醛樹脂、苯酚甲醛樹脂、硫化橡膠、三聚氰胺樹脂等或任何合適組合；熱塑性材料如聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯、聚乙烯-對苯二甲酸酯、氟聚合物、聚苯並咪唑、聚(甲基丙烯酸甲酯)等或任何適當組合；以及熱塑性和熱固性材料的任何合適的混合物。

當熱固性和/或熱塑性材料用於產生框架時，可向材料添加其他組分以實現某些性質。例如，但不限於此，增強纖維如硼、碳、纖維礦物、玻璃、等可被摻入以增大拉伸強度、增加彎曲模量、提高熱撓曲溫度和/或耐收縮和耐翹曲。導電性填料如鋁粉、碳纖維、石墨等可用於提高電和熱傳導性。偶聯劑如矽烷、鈦酸鹽等可被摻入以改善聚合物基質與纖維之間的界面粘合。增量劑填料如碳酸鈣、二氧化矽或粘土以及增塑劑如單體液體、低分子量材料也可以被摻入以改進熔體流動性能、增強靈活性和/或降低材料成本。著色劑(顏料和染料)如金屬氧化物、有機顏料和/或炭黑用於提供色牢度並使其免受熱降解或UV降解。發泡劑如氣體、偶氮化合物、肼衍生物可以用來產生合適的材料密度。也可使用本領域技術人員已知的其他添加劑。

可使用製造框架的任何合適的方法。例如，在熱塑性材料的處理中，合適的技術包括擠塑、擠壓吹塑、注坯吹塑、注塑、注射拉伸吹塑、嵌入注塑、機加工、模塑發泡聚丙烯(EPP)、模塑發泡聚苯乙烯(EPS)、過程冷卻、旋轉模塑、熱成型、真空成型等。對於熱固性材料的處理，適合的技術包括注塑、反應注模、拉擠、樹脂傳遞模塑、SMC/DMC模塑、壓塑等。一些其他形成框架的方法包括三維列印、澆鑄、機加工或壓印。

已提供以上對實施方案的描述以用於說明和描述的目的。提供這些實施方案是為了使本發明詳盡並且能把本發明的範圍充分地傳達給本領域技術人員。闡述了許多特定細節，諸如特定部件、裝置、方法等等的例子，以便提供對本公開的實施方案的透徹理解，但並非旨在是詳盡的或用於限制本公開。特定實施方案的單獨元件或特徵大通常並不限於所述特定實施方案，而是可以進行互換(如果合適的話)，並可用於任何選定的實施方案，即使未特別地示出或描述。這同樣能以多種方式發生變化。這樣的變形不能視為脫離了本發明，且所有這樣的修改都應認為被包括在本公開的範圍內。

對本領域技術人員明顯的是，無需使用特定細節；示例實施方案能夠以多種不同的形式體現；並且也不應該被解釋為顯示本公開的範圍。在一些示例實施方案中，並不詳細描述眾所周知的過程、眾所周知的裝置結構和眾所周知的技術。

本文所用的術語只是用於描述特定的示例實施方案而並非旨在進行限制。如本文所用，除非本說明書另外明確指出，單數形式「一個」和「所述」也包括其複數形式。術語「包括(comprises/comprising/including)」和「具有」也包括在內並且因此指定所陳述特徵、整數、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、器件和/或其群組的存在或增加。本文所述的方法步驟、過程和操作不應理解為必定需要以所討論或所示的具體次序進行，除非具體指明按次序進行。還應當理解的是，可採用附加或替代的步驟或操作。

雖然「第一」、「第二」、「第三」等術語在本文可用於描述各種元件、部件、區域、層和/或部分，但這些元件、部件、區域、層和/或部分不應被這些術語限制。這些術語只是用於將一個元件、部件、區域、層和/或部分與另一區域、層或部分區分開。除非上下文中清楚指出，否則術語「第一」、「第二」和其他此類涉及結構的數詞不暗含順序或次序。因此，下面討論的「第一」元件、部件、區域、層或部分也可被稱為「第二」元件、部件、區域、層或部分，而不脫離示例實施方案的教示。

本文可使用諸如「內部」、「外部」、「在......之下」、「下面的」、「在......之上」、「上面的」等空間相對術語來描述如附圖所示的一個元件或特徵與另外的元件或特徵的關係。空間相對術語可旨在包括除了圖中描繪的取向之外的使用或操作中的裝置的不同取向。例如，如果附圖中的裝置被翻轉，則被描述為在其他元件或特徵「之下」或「下面」的元件將被定向為所述其他元件或特徵的「上方」。因此，示例術語「下面的」可同時涵蓋「在......之上」和「下面的」兩者。裝置可以另外方式定向(旋轉90度或者處於其他取向)，並且本文所用的空間相對描述符應得以相應地解釋。

雖然已參考公開內容描述了各個實施方案，但應該理解的是，本發明不限於所公開的實施方案。本領域技術人員在閱讀說明書時想到的變化和更改也在隨附權利要求中所限定的本發明的範圍內。