Способ и устройство для покрытия сита - RU2637557C2

Чертежи

Описание

Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной патентной заявке США № 61/811,237, поданной 12 апреля 2013 г. (12/04/2013), и ее содержание включено в настоящее описание посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В некоторых отраслях и/или применениях отделение одного материала от другого материала часто является предпочтительным и/или требуется. Также, отделение твердых тел от текучих сред в целом известно в различных отраслях и/или применениях. Например, существует множество применений в горной промышленности, в которых твердые тела могут быть отделены от текучих сред для извлечения требуемого минерала и/или металла во время осуществления процессов горного производства. Также, в применениях для бурения на берегу и/или на расстоянии от берега используют различные способы и/или оборудование для отделения твердых тел от текучих сред в процессах горного производства.

Например, буровые текучие среды или растворы обычно циркулируют в скважине во время такого бурения для охлаждения смазки установки бурения, поднятия выбуренной породы из скважины и уравновешивания давления, обнаруживаемого в поземной формации. Повторная циркуляция бурового раствора требует быстрого и эффективного удаления выбуренной породы и других механических примесей из бурового раствора перед повторным использованием.

Устройства для удаления выбуренной породы и других твердых частиц из бурового раствора обычно именуют «вибрационное сито для бурового раствора». Вибрационное сито для бурового раствора, также известное как вибрационный сепаратор, может быть использовано для фильтрации выбуренной породы и других твердых частиц из нефтяного бурового раствора, который часто именуют «раствором». Обычно, вибрационное сито для бурового раствора может являться наклоненным столом в целом с перфорированным дном, выполненным в виде фильтрующего сита. При протекании бурового раствора вниз по наклону по направлению к нижнему концу, текучая среда через отверстия проходит к резервуару, расположенному под ними, оставляя твердый материал в форме частиц. Сочетание угла наклона и вибрационного действия вибрационного сита для стола бурового раствора обеспечивает возможность прохождения остающихся твердых частиц до их падения с нижнего конца вибрационного стола.

Сита, используемые с вибрационными ситами для бурового раствора, могут быть расположены на горизонтальном подстилающем слое или опоре внутри кассеты вибрационного сита. Сита могут быть выполнены в плоской, волнистой, углубленной форме, или содержать выступающие поверхности. Вибрационное сито для бурового раствора может передавать быстрое возвратно-поступательное движение к кассете и ситам. Раствор могут наливать на задний конец вибрационного сита для протекания по направлению к разгрузочному концу кассеты. Большие частицы, не имеющие возможности прохождения через сито, остаются сверху сита и перемещаются по направлению к разгрузочному концу кассеты, где их собирают. Более мелкие частицы и текучая среда могут протекать через сито и собираться в подстилающем слое, приемнике, резервуаре или лотке под ситом.

В некоторых вибрационных ситах для бурового раствора ткань сита для тонкой очистки может быть использована с вибрационным ситом. Сито может содержать два или большее количество перекрывающих слоев ткани или сетки сита. Слои ткани или сетки могут быть закреплены вместе и расположены над опорой или перфорированной плитой. Рама вибрационного сита может быть эластично подвешена или установлена сверху на опору, также вибрационный механизм может обеспечивать ее вибрацию. Вибрация каждого сита может быть обеспечена вибрационным оборудованием для создания потока задержанных твердых тел на верхних поверхностях сита для удаления и утилизации твердых тел. Тонкость или грубость очистки сетки сита может отличаться в зависимости от расхода раствора размера твердых тел, подлежащих удалению.

Несмотря на существование фильтрующих сеток множества стилей и размеров, в целом они имеют подобную конструкцию. Обычно, фильтрующие сетки могут содержать перфорированную плиту-основание, на которой может быть расположена сетка из проволоки или другой фильтрующий накладной элемент. Перфорированная плита-основание может обеспечивать структурную опору и возможность протекания текучих сред через нее, а накладной элемент в форме сетки из проволоки может определять наибольший размер твердой частицы, прохождение которого может быть обеспечено через него.

Сита могут быть созданы в различных формах. Например, Барнетт (Burnett)и др. в публикации патента США № 2006/0180509 A1 раскрывают, что сита в целом делятся на два типа, а именно, сита под натяжную сетку и сита под преднатянутую сетку. Сито под натяжную сетку может содержать несколько прямоугольных слоев сетки, расположенных друг на друге, и может содержать один или большее количество слоев сетки тонкой очистки и вспомогательную сетку, имеющую более крупные отверстия сетки и проволоку более крупного диаметра. Слои сетки могут быть соединены на конце каждой стороны полоской, которая может быть выполнена в форме удлиненного крюка. При эксплуатации, удлиненный крюк может быть надет на натягивающее устройство, расположенное вдоль каждой стороны вибрационного сита для бурового раствора, на котором натягивают слои сетки.

Один пример сита под натяжную сетку вибрационной рамы сетки раскрыт Карром (Carr) и др.в патенте США № 7,992,719, принадлежащем заявителю настоящего изобретения и полностью включенном в настоящее описании посредством ссылки.

Сито под преднатянутую сетку может содержать несколько прямоугольных слоев сетки и может содержать один или два слоя сетки тонкой очистки и вспомогательную сетку, имеющую более крупные отверстия сетки и проволоку более крупного диаметра. Слои сетки могут быть преднатянуты на жесткой опоре, возможно, прямоугольной железной раме, и прикреплены к ней. Сито может затем быть введено в канавки с C-образным профилем, расположенные в кассете вибрационного сита для бурового раствора.

Были предприняты различные попытки улучшить общие показатели вибрационных сит. Например, вибрационное сито может быть функционально улучшено посредством покрытия сита «скользким» полимерным веществом для уменьшения вероятности приставания клейких или вязких материалов к поверхности сита.

В результате, существует необходимость в вибрационных ситах, характеризующихся увеличенной емкостью текучей среды, увеличенными расходами текучей среды через сита и/или улучшенными показателями отвода текучей среды. Соответственно, существует необходимость в ситах с улучшенной емкостью текучей среды. Предпочтительно, средство, используемое для увеличения емкости текучей среды сита, также увеличивает поток твердых тел через сито.

Дополнительно, существует необходимость в вибрационном сите, обеспечивающем более быстрое выведение текучей среды из сита после прохождения текучей среды через отверстия в фильтрующей сетке. Также существует необходимость в вибрационном сите, нагнетающем текучую среду к ситу, а после прохождения текучей среды через отверстия в фильтрующей сетке, вибрация вибрационного сита может обеспечивать падение текучей среды.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1a представлен разобранный вид поперечного сечения сита в варианте реализации, описанном в настоящем описании.

На фиг. 1b представлен разобранный вид сита в варианте реализации, описанном в настоящем описании.

На фиг. 2 представлен боковой вид участка сита в варианте реализации, описанном в настоящем описании.

На фиг. 3 представлен боковой вид участка сита в варианте реализации, описанном в настоящем описании.

На фиг. 4 представлен боковой вид участка сита в варианте реализации, описанном в настоящем описании.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Варианты реализации, описанные в настоящем описании, в общем относятся к ситам для использования в качестве фильтров в оборудовании для вибрационной фильтрации, например в вибрационных ситах. В частности варианты реализации, описанные в настоящем описании, относятся к способам и устройству для покрытия сита.

В одном аспекте варианты реализации, описанный в настоящем описании, относятся к ситу с покрытием. Сито с покрытием может в некоторых вариантах реализации содержать раму сетки, имеющую длину и ширину. Сетка сита, имеющая верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, может быть прикреплена к верхней стороне рамы сетки и может проходить по длине и ширине рамы сетки. Поверхность сетки сита может иметь покрытие. Покрытие может быть по меньшей мере одним из гидрофильного, олеофильного, гидрофобного или олеофобного. В некоторых вариантах реализации сито с покрытием может иметь гидрофильное и/или олеофильное покрытие на верхней поверхности сетки сита. В других вариантах реализации сито с покрытием может иметь гидрофобное и/или олеофобное покрытие на нижней поверхности сетки сита. В других вариантах реализации сито с покрытием может иметь гидрофильное и/или олеофильное покрытие на верхней поверхности сетки сита и гидрофобное и/или олеофобное покрытие на нижней поверхности сетки сита.

В других аспектах варианты реализации, описанные в настоящем описании, относятся к способу производства сита с покрытием. Сетка может быть прикреплена к раме сетки. Сетка может иметь верхнюю поверхность и нижнюю поверхность. Гидрофильное покрытие может быть нанесено на верхнюю поверхность сетки. В других аспектах варианты реализации, описанные в настоящем описании, относятся к способу покрытия сита. Покрытие может быть нанесено на поверхность сетки сита, причем покрытие может быть по меньшей мере одним из гидрофильного, олеофильного, гидрофобного или олеофобного.

Обычное нефтяное сито может содержать раму сетки и один или большее количество слоев сетки сита из нержавеющей стали. Один пример рамы сетки вибрационного сита раскрыт Риддлом (Riddle) в патенте США № 7,210,582, принадлежащем заявителю настоящего изобретения и полностью включенном в настоящее описании посредством ссылки.

Также, специалисту в данной области техники будет понятно, что для изготовления рамы могут быть использованы различные материалы. В одном таком варианте реализации рама может быть изготовлена из сваренного металла, такого как сталь, сплавы стали, алюминия, сплавы алюминия и т.п., который может быть впоследствии покрыт краской, эпоксидом, термопластиком и другими такими защитными материалами.

Альтернативно, рама может быть изготовлена из композитных материалов, включая синтетические композиты, такие как стекловолокно/смола; углеволокно/смола; металлическое волокно/смола; сочетания этих и подобных материалов, термопластические композиты, такие как стекловолокно/пластик; углеволокно/пластик; металлическое волокно/пластик; сочетания этих и подобных материалов; а также сочетания различных композитных материалов, подходящих для таких применений. В заключение, специалисту в данной области техники будет понятно, что иллюстративные рамы могут быть образованы литьем, штампованием, ковкой или машинной обработкой из сплавов на основе железа и не на основе железа, пластиков, композитных материалов и т.п.

Со ссылкой на чертежи, на фиг. 1a представлен вариант реализации сита 10. Как показано, сито 10 может содержать раму 12 сетки. Сито 10 может содержать несколько слоев сеток сита. В варианте реализации, изображенном на фиг. 1a, сито 10 содержит нижний слой 14 сетки сита, средний слой 16 сетки сита и верхний слой 18 сетки сита. Сетка сита может быть изготовлена из любого материала, обеспечивающего соответствие желаемым требованиям производительности и надежности, достаточным для эксплуатации в условиях суровой окружающей среды.

Сита могут быть изготовлены из листов сетки из плетеной проволоки, натянутых над металлическими рамами и закрепленных к ним с использованием полимерного клеящего вещества. Пример такого сита раскрыт Робертсоном (Robertson) в публикации патентной заявки США № 2010/0219110 A1, принадлежащей заявителю настоящего изобретения и полностью включенной в настоящее описании посредством ссылки. Обычно, рамы могут быть выполнены по существу в прямоугольной форме и могут определять одно или большее количество прямоугольных отверстий, над которыми может быть натянута сетка.

В варианте реализации два или большее количество слоев сетки из проволоки с различными размерами сетки, могут быть закреплены к каждой металлической раме. Натяжение основной и уточной проволоки одной сетки может обычно превышать соответствующее натяжение основной и уточной проволоки в другой сетке. Дополнительно, в одном вибрационном сите может быть использовано множество сит 10.

В обычном вибрационном сите, резервуар (не показано) может быть расположен под ситом 10 для приема материала, проходящего через сито 10. Материал, не проходящий через сито 10, может быть выпущен с конца сита 10 и собран подходящим образом. Поток через сито 10 от впускного отверстия по направлению к выпускному отверстию вибрационного сита определяет линейное направление прохождения материала.

Для увеличения пропускной способности текучей среды через сетку сита устройство переменного перепада давления (не показано) может быть предоставлено для создания перепада давлений между паровоздушным пространством над ситом 10 и паровоздушным пространством под ситом 10 и резервуаром. Устройство переменного перепада давления может быть расположено внутри резервуара, например как нагнетатель воздуха (не показано). В других вариантах реализации устройство переменного перепада давления может быть расположено снаружи резервуара, например как вакуумная система (не показано). Вне зависимости от внутреннего или наружного расположения относительно резервуара, устройство переменного перепада давления может обеспечивать поток пара от паровоздушного пространства между ситом 10 и резервуаром к точке, находящейся за пределами резервуара, например через выпускное отверстие или другие каналы, образующие выпускное отверстие из резервуара.

Альтернативно или в дополнение к характерным особенностям для дальнейшего увеличения пропускной способности текучей среды через сетку сита, покрытие может быть нанесено на один или большее количество слоев сетки сита. Гидрофильное покрытие может нагнетать текучие среды на основе воды в сетке. Олеофильное может покрытие может нагнетать текучие среды на основе нефти в сетке. Покрытие, имеющее обе характеристики, может быть предпочтительным для нефтяных применений, в которых буровые растворы являются основанными на воде или на нефти.

На фиг. 2 представлен вид сбоку участка сита 10 в варианте реализации, описанном в настоящем описании. На фиг. 2 изображен слой сетки 20 сита. Сетка 20 имеет верхнюю поверхность 22 и нижнюю поверхность 23. В этом иллюстрированном варианте реализации верхняя поверхность 22 сетки 20 может быть покрыта гидрофильным и/или олеофильным покрытием 24. Нанесение гидрофильного и/или олеофильного покрытия 24 на верхнюю поверхность 22 сетки 20 может нагнетать текучую среду на сетку 20 сита. После прохождения текучей среды через отверстия в сетке 20, вибрацией вибрационного сита может быть обеспечено падение текучей среды через сетку 20. В этом варианте реализации верхняя поверхность 22 может иметь покрытие, а нижняя поверхность 23 может не иметь покрытия. Отсутствие покрытия на нижней поверхности 23 может обеспечивать меньшую вероятность нагнетания текучей среды к нижней стороне сетки 20 и, таким образом, меньшую вероятность прилипания к нижней поверхности 23 сетки 20.

В еще одном варианте реализации на фиг. 3 представлен вид сбоку участка сита 10. На фиг. 3 изображен слой сетки 30 сита, содержащего верхнюю поверхность 32 и нижнюю поверхность 33. В этом изображенном варианте реализации нижняя поверхность 33 сетки 30 может быть покрытой гидрофобным и/или олеофобным покрытием 34. Гидрофобное и/или олеофобное покрытие 34 может являться покрытием, отталкивающим воду и нефть, соответственно. Нанесение гидрофобного и/или олеофобного покрытия 34 на нижнюю поверхность 33 сетки 30 может обеспечивать более быстрое выведение текучей среды из сита после прохождения текучей среды через отверстия в сетке 30 сита.

На фиг. 4 представлен боковой вид участка сита в варианте реализации, описанном в настоящем описании. На фиг. 4 изображен слой сетки 40 сита, содержащего верхнюю поверхность 42 и нижнюю поверхность 43. В этом иллюстрированном варианте реализации верхняя поверхность 42 сетки 40 может быть покрыта гидрофильным покрытием 44. Нанесение гидрофильного покрытия 44 на верхнюю поверхность 42 сетки 40 может нагнетать текучую среду на сито. После прохождения текучей среды через отверстия в сетке 40, вибрацией вибрационного сита может быть обеспечено падение текучей среды через сетку 40. Также, нижняя поверхность 43 сетки 40 может иметь гидрофобное покрытие 45. Нанесение гидрофобного покрытия 45 на нижнюю поверхность 43 сетки 40 может обеспечивать более быстрое выведение текучей среды из сита после прохождения текучей среды через отверстия в сетке 40 сита.

В дополнительном варианте реализации гидрофильное покрытие 44 может также быть олеофильным. Аналогично, нижняя поверхность 43 может иметь гидрофобное покрытие 45. В варианте реализации гидрофобное покрытие 45 может также быть олеофобным. Сочетание покрытий, имеющих характеристики притягивания текучих сред на основе нефти и воды, может способствовать протеканию текучей среды в верхнюю поверхность 42 сетки 40 сита. Аналогично, сочетание покрытий, имеющих характеристики отталкивания текучих сред на основе нефти и воды, может способствовать отталкиванию текучей среды от нижней поверхности 43 сетки 40 сита. В этом варианте реализации сетка 40 может выполнять функцию насоса посредством увеличения потока текучей среды через сито по сравнению с потоком, образуемым исключительно гравитацией и вибрацией.

Преимущественно, варианты реализации, описанные в настоящем описании, могут предоставлять вибрационные сита, имеющие увеличенную емкость текучей среды, увеличенные расходы текучей среды через сита и/или улучшенные показатели отвода текучей среды. Так как текучие среды могут являться текучими средами на основе воды и/или нефти, каждый из вариантов реализации может иметь покрытия на верхней поверхности и/или нижней поверхности сетки сита, которое может быть гидрофильным и/или олеофильным, а также гидрофобным и/или олеофобным, в зависимости от требований в соответствии с описанием. Также, покрытия, наносимые на сетку, могут увеличивать сопротивление стиранию сетки и, следовательно, увеличивать срок эксплуатации сита. Также, покрытия, в частности «фобные» покрытия, могут отталкивать текучую среду и могут предотвращать контакт текучей среды с сеткой сита для уменьшения трения. «Фобные» покрытия могут отталкивать текучую среду для уменьшения нагрузки на сетку и/или для уменьшения ее износа для увеличения срока эксплуатации сита.

Таким образом, в аспекте настоящего изобретения раскрыто сито с покрытием. Сито с покрытием может содержать раму сетки. Сетка сита, имеющая верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, может быть прикреплена к верхней стороне рамы сетки и может проходить по длине и ширине рамы сетки. Поверхность сетки сита может иметь покрытие. Покрытие может быть по меньшей мере одним из гидрофильного, олеофильного, гидрофобного или олеофобного.

В некоторых вариантах реализации сито с покрытием может иметь гидрофильное и/или олеофильное покрытие на верхней поверхности сетки сита. В других вариантах реализации сито с покрытием может иметь гидрофобное и/или олеофобное покрытие на нижней поверхности сетки сита. В других вариантах реализации сито с покрытием может иметь гидрофильное и/или олеофильное покрытие на верхней поверхности сетки сита и гидрофобное и/или олеофобное покрытие на нижней поверхности сетки сита.

В еще одном аспекте варианты реализации, описанные в настоящем описании, относятся к способу изготовления сита с покрытием. Сетка может быть прикреплена к раме сетки. Сетка может иметь верхнюю поверхность и нижнюю поверхность. Гидрофильное покрытие может быть нанесено на верхнюю поверхность сетки.

В другом аспекте варианты реализации, описанные в настоящем описании, относятся к способу покрытия сита. Первое покрытие может быть нанесено на первую поверхность сетки сита. Первое покрытие может быть по меньшей мере одним из гидрофильного или олеофильного. Второе покрытие может быть нанесено на вторую поверхность сетки сита. Второе покрытие может быть по меньшей мере одним из гидрофобного или олеофобного.

Покрытия поверхности могут быть нанесены на сетку сита для предоставления способа увеличения емкости текучей среды сита. Также, способ может увеличивать сопротивление стиранию сетки и, следовательно, увеличивать срок эксплуатации сита. Покрытие, в частности «фобное» покрытие, может отталкивать текучую среду и может предотвращать контакт текучей среды с сеткой сита для уменьшения трения. Также, покрытие может отталкивать текучую среду для уменьшения нагрузки на сетку и/или ее износа. Таким образом, покрытие может увеличивать срок эксплуатации сита.

Специалисту в данной области техники будет понятно, что другие варианты реализации могут быть разработаны без отклонения от объема изобретения, описанного в настоящем описании. Соответственно, объем настоящего изобретения ограничен только прилагаемой формулой изобретения.

Реферат

Изобретение относится к ситам для использования в качестве фильтров в оборудовании для вибрационной фильтрации, например в вибрационных ситах. Сито с покрытием содержит раму сетки. Сетка сита, имеющая верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, может быть прикреплена к верхней стороне рамы сетки и может проходить по длине и ширине рамы сетки. Поверхность сетки сита может иметь покрытие. Покрытие может быть олеофильным или олеофобным. Также описан способ покрытия сетки сита, в котором наносят первое покрытие на первую поверхность сетки сита, причем первое покрытие является по меньшей мере одним, выбранным из гидрофильного и олеофильного, и наносят второе покрытие на вторую поверхность сетки сита, причем второе покрытие является по меньшей мере одним, выбранным из гидрофобного и олеофобного. Техническим результатом является увеличение расхода текучей среды через сито и/или улучшение показателей отвода текучей среды. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула