[发明专利]制造油田机器的设备和方法

说明书

技术领域

本文所公开的实施例大体而言涉及使用复合材料制造的离心机。更具体而言，本文所公开的实施例涉及使用高强度复合材料制造的离心机。

背景技术

实体转鼓沉降式离心机常常用于分离液体-固体混合物。举例而言，钻井切屑，钻井泥浆，废油和在钻井期间和在一般化学加工期间生成的其它废料可使用离心机分离。这样的混合物可包括固体以及含油流体和含水流体中的一种或多种。

离心机操作的原理是根据在钻井流体内的固体与液体之间的密度差异。在旋转扭矩施加到生成离心力(在下文中，“G力”)的离心机上，更高密度的固体优先聚集于离心机内的外围，而较低密度的液体优先更靠近离心机旋转轴线聚集。在最初由G力分离时，固体和液体能使用带状螺旋输送机(有时称作涡卷)从离心机的相对侧移除。

离心机操作面临的一些挑战包括高进料速率和在进料中变化的固体含量。随着进料速率增加，通常需要高速度和扭矩来实现固体分离，从而导致由于设备尺寸增加的占据面积和增加的能量和操作成本。由于在进料中的磨蚀性和腐蚀性材料的影响，特别是在流体和固体在操作期间刮擦离心机构件的情况下，磨损和撕裂也是关注的问题。

此外，离心机构件必须能在高速操作期间维持强度和刚性以便减小构件变形，其最终造成系统振动和构件破裂。因此，常规离心机构件通常由不锈钢或碳钢合金构件制成。转鼓，例如常规地由不锈钢制成且重量可超过300lb。但是，不锈钢离心机构件的尺寸和重量是成问题的。在高分离效率所需的高旋转速度下，在转鼓上的大部分弯曲应力源自作用于钢转鼓壁本身重量上的“G”力。使得转鼓更厚只会增加此应力。其次，由于其尺寸和重量，离心机构件的制造和装运较为昂贵，以及由于构件的高旋转速度而造成安全性问题。第三，由于离心机构件的尺寸和重量，导致额外成本用于过大驱动器和足以在操作期间维持离心机结构完整性的相关支承构件。

常规离心机的另一关注问题为构件的费用。如所讨论的那样，这些构件通常由不锈钢和其它昂贵的合金制成，其制造和维护昂贵。此外，这些构件必须以高精度制造，因为在操作期间出现高G力，这进一步增加了常规离心机构件的成本。

常规离心机构件的费用由于离心机构件维护和修理昂贵而增加。如先前所讨论的那样，由于腐蚀和机械磨蚀以及其它因素，构件经受磨损。举例而言，在操作期间重复高G力可造成构件随着时间翘曲或扭曲。这种磨损不利地影响构件精度，从而需要维护或替换来保持离心机在操作条件下。但是，移除和/或替换离心机构件常常较难且耗时。这常常导致在现场重新焊接和重新机械加工零件，这能导致增加的机器振动和显著的离心机停机时间。

因此，存在对于分离油田固体和液体的改进的离心机和改进的方法的需要。

发明内容

在一些方面，本文所公开的实施例涉及离心机，包括：转鼓，其具有复合材料；螺旋输送机，其可旋转地安装于所述转鼓内；以及，进料管，其安装于螺旋输送机内，用于通过螺旋输送机的壁中的进料端口供给钻井泥浆到转鼓与螺旋输送机的壁之间的环形空间内。

在一些方面，本文所公开的实施例涉及一种替换离心机构件的方法，包括移除离心机构件和安装新离心机构件，其中，离心机构件包括转鼓和可旋转地安装于转鼓内的螺旋输送机，且其中，新离心机构件包括复合材料。

通过下文的描述和所附权利要求，本发明的其它方面和优点将会显然。

附图说明

图1为根据本文所公开的实施例的离心机的示意图。

图2A为根据本文所公开的实施例的示例性转鼓设计的示意图。

图2B为根据本文所公开的实施例的示例性转鼓设计的示意图。

图3为根据本文所公开的实施例的示例性转鼓设计的示意图。

具体实施方式

在一些方面，本文所公开的实施例大体而言涉及用于分离具有不同比重的一种或多种液相和固相的悬浮液的沉降式离心机。在其它方面，本文所公开的实施例涉及用于从流体分离并移除固体的沉降式离心机。在另外的方面，本文所公开的实施例涉及用于从钻井流体分离和移除固体的沉降式离心机。

本文所公开的实施例还涉及使用具有复合材料的离心机来从流体中的液体分离并移除固体的方法。在某些实施例中，本文所公开的离心机包括由复合材料形成的构件且复合材料可包括碳纤维加强的材料、环氧树脂和碳纤维环氧树脂等。