頁(yè)巖氣分離和清除系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及在頁(yè)巖氣井處對(duì)頁(yè)巖、氣體和流體的分離。來(lái)自頁(yè)巖氣井的頁(yè)巖碎屑和水被切向地輸送至容器，在此容器中的旋流效果有助于將氣體從頁(yè)巖碎屑分離。分離的頁(yè)巖碎屑和流體落至噴嘴組件，從而其遇到輸送流體的噴嘴。噴嘴組件中的流體通過(guò)文丘里管排出，向頁(yè)巖碎屑和流體提供足以將其推動(dòng)進(jìn)入收集箱的原動(dòng)力。該頁(yè)巖氣分離器結(jié)合流體旁通溢流管以防止流體聚積在容器中。該頁(yè)巖氣分離器還結(jié)合有內(nèi)部充氣緩沖系統(tǒng)（IACS）管，用于進(jìn)一步移動(dòng)頁(yè)巖碎屑進(jìn)入噴嘴組件，以保證容器的壁是清潔的，且提供空氣緩沖來(lái)限制氣體移動(dòng)至噴嘴組件。
【專(zhuān)利說(shuō)明】頁(yè)巖氣分離和清除系統(tǒng)
【背景技術(shù)】
[0001]在井開(kāi)采的鉆井階段，通常要撞擊氣穴(pocket)和水穴(pocket)。當(dāng)在頁(yè)巖層使用空氣鉆井處理時(shí)，頁(yè)巖切屑、塵土、氣體和流體/水形成難以處理的爆炸性碎屑混合物，特別是在遇到之前已經(jīng)破裂的巖層時(shí)。在鉆井過(guò)程中的大部分爆炸和起火風(fēng)險(xiǎn)由鉆井操作和碎屑處理引起。不作為限制來(lái)說(shuō)，這些操作包括流體回收，氣體沖刷和碎屑處置。
[0002]隨著給定區(qū)域鉆井的數(shù)量增加，在有效鉆井操作中遇到破碎巖層的可能性增加。該可能性向鉆井操作者提出了移除頁(yè)巖切屑以及灰塵，流體/水和氣體的問(wèn)題。沒(méi)有有效的方法來(lái)將頁(yè)巖切屑分離，將灰塵減少，繞開(kāi)遇到的流體/水，以及將鉆井程序的氣體部分中的廢氣控制/燃燒。
[0003]空氣鉆井是鉆入頁(yè)巖層的一種方法，但是其形成大量的灰塵。然而，由于很多關(guān)于頁(yè)巖氣鉆井操作的灰塵控制的政府法規(guī)，所以灰塵不能被排入周邊環(huán)境。因此，該鉆井效果必須克服該問(wèn)題或者面對(duì)嚴(yán)重的懲罰和罰款。
[0004]由于在空氣鉆井過(guò)程中，通常從之前破碎的巖層遇到氣體，因此可形成易燃?xì)怏w煙云并在接近地面處徘徊。類(lèi)似的氣體煙云可存在于碎屑處置坑中和/或周?chē)?。這些易燃?xì)怏w煙云在鉆井處及其下風(fēng)處形成火險(xiǎn)。因此，還有一些關(guān)于頁(yè)巖氣鉆井的其它政府規(guī)則涉及解決和處理來(lái)自礦井的碎屑以避免易燃爆炸性的氣體煙云。
[0005]前述問(wèn)題意味著需要一種裝置，其可將頁(yè)巖氣水混合物分解成非爆炸性的組分，且該設(shè)備提供環(huán)境安全的頁(yè)巖碎屑、流體的收集和處置，且?guī)r層氣體在距井孔安全距離處燃燒。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了頁(yè)巖氣分離器。該頁(yè)巖氣分離器包括容器和噴嘴組件。該容器具有限定在其上的進(jìn)入管，其中進(jìn)入管被設(shè)置成將頁(yè)巖氣流體混合物切向地輸送至容器。氣體釋放口限定在容器上，并被設(shè)置成從其輸送氣體。該噴嘴組件具有連接至容器底部上設(shè)置的孔口的側(cè)開(kāi)口。該噴嘴組件具有限定在其上的第一端和第二端。噴嘴連接至第一端。噴嘴組件出口固定至第二端。
[0007]在另一方面，提供了頁(yè)巖氣分離器和清潔裝置。該頁(yè)巖氣分離器和清潔裝置包括容器，噴嘴組件和內(nèi)充氣緩沖系統(tǒng)(IACS)管。該容器具有限定在其上的進(jìn)入管。該進(jìn)入管提供將頁(yè)巖氣流體混合物切向輸送進(jìn)入容器。容器具有頂部和底部，其中頂部和底部分別具有設(shè)置成穿過(guò)其的孔口。噴嘴組件固定至底部，噴嘴組件具有噴射輸入和文丘里管輸出。該IACS管居中設(shè)置在容器中，且朝向底部的孔口延伸。該IACS管具有限定在其上的至少一個(gè)排出噴口。
[0008]在另一個(gè)示例中，提供了頁(yè)巖氣分離器灰塵消除器。該灰塵消除器包括側(cè)壁、入口和出口。有至少一個(gè)被設(shè)置成穿過(guò)側(cè)壁的流體噴嘴。有多個(gè)設(shè)置在殼體中的擋板，其中第一擋板被設(shè)置在流體噴嘴下方且被定向成將流體朝向出口偏轉(zhuǎn)。將第二擋板交替設(shè)置在殼體中，位于流體噴嘴和出口之間，其中擋板被設(shè)置成阻礙流體流動(dòng)通過(guò)殼體。[0009]在結(jié)合示出了【具體實(shí)施方式】的附圖閱讀優(yōu)選實(shí)施方式的具體說(shuō)明后，本發(fā)明的多個(gè)目的和優(yōu)點(diǎn)將更加明顯。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1示出了與頁(yè)巖氣分離器流體連通的井場(chǎng)(wellsite)的簡(jiǎn)化示意正視圖。
[0011]圖2示出了與頁(yè)巖氣分離器流體連通的井場(chǎng)的簡(jiǎn)化示意俯視圖。
[0012]圖3示出了頁(yè)巖氣分離器的左下透視圖。
[0013]圖4示出了頁(yè)巖氣分離器的右側(cè)正視圖。
[0014]圖5不出了頁(yè)巖氣分離器的左側(cè)正視圖。
[0015]圖6示出了頁(yè)巖氣分離器的前側(cè)正視圖。
[0016]圖7不出了頁(yè)巖氣分離器的后側(cè)正視圖。
[0017]圖8是頁(yè)巖氣分離器的俯視圖。
[0018]圖9是沿著圖4的線9-9截取的剖視圖，并示出了碎屑護(hù)板。
[0019]圖10是沿著圖4的線10-10截取的剖視圖，并示出了具有切向入口和耐磨板的進(jìn)入管。
[0020]圖11是沿著圖6的線11-11截取的剖視圖，并示出了內(nèi)充氣緩沖系統(tǒng)(IACS)管。
[0021]圖12示出了噴嘴組件的側(cè)視圖。
[0022]圖13A示出了具有螺旋擋板的灰塵消除器的側(cè)視圖。
[0023]圖13B是沿著圖13A的線13B-13B截取的側(cè)視圖，并示出了一個(gè)螺旋擋板。
[0024]圖13C是沿著圖13A的線13C-13C截取的側(cè)視圖，并示出了另一個(gè)螺旋擋板。
[0025]圖13D是具有螺旋擋板的灰塵消除器的端部正視圖。
[0026]圖14A是在一側(cè)具有槽的帶槽的出口消聲器的底視圖。
[0027]圖14B是在一側(cè)具有孔的出口消聲器的底視圖。
[0028]圖15A是設(shè)置在殼體中的帶槽的出口消聲器的側(cè)視圖。
[0029]圖15B是沿著圖15A的線15B-15B截取的設(shè)置在殼體中的帶槽出口消聲器的剖面圖。
[0030]圖15C示出了沒(méi)有殼體和流體溢流旁通管的收集箱、帶槽出口消聲器的另一種配置的透視圖。
[0031]圖16示出了噴嘴組件和加壓流體輸入管以及可選閥的透視圖。
[0032]圖17示出了容器和流體溢流旁通管的細(xì)節(jié)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]參考圖1-3,示出了本發(fā)明的頁(yè)巖氣分離器(shale-gas separator),且總體以附圖標(biāo)記10指示。如附圖所示且由本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的，頁(yè)巖氣分離器10及其部件被設(shè)計(jì)成與井12相關(guān)聯(lián)。如這里所示,頁(yè)巖氣分離器10與井12,頁(yè)巖層(shale formation) 14,和鉆井策略相關(guān)聯(lián)。該鉆井策略包括在頁(yè)巖層中使用空氣鉆井。然而，除與頁(yè)巖層14相關(guān)聯(lián)以外，本發(fā)明可應(yīng)用于多種自井12中產(chǎn)生切屑、灰塵、巖屑、氣體和流體的鉆井技術(shù)。
[0034]頁(yè)巖氣分離器10與井12空氣/流體連通。圖1和2示出了頁(yè)巖屑、灰塵、氣體和流體在管16中與頁(yè)巖氣分離器10連通。該流體通常是水、霧、泡沫、洗滌劑或充氣泥漿。頁(yè)巖氣分離器10在進(jìn)入管18處接收頁(yè)巖氣流體混合物。進(jìn)入管18固定至容器22的壁20并穿過(guò)容器22的壁20突出。示出了可選的灰塵消除器24直接連接至進(jìn)入管18。然而，灰塵消除器24還可被設(shè)置成嵌入管16。
[0035]在圖1-7中示出的頁(yè)巖氣分離器10示出了與進(jìn)入管18連通的容器22。如圖3中所示，進(jìn)入管18經(jīng)由容器22的側(cè)壁20流入切向入口 26并在容器22中開(kāi)口，從而限定切向流動(dòng)和在容器22中產(chǎn)生旋流效果。
[0036]容器22大體在周向上設(shè)置有圓頂28和錐形底部30。該圓頂28具有被設(shè)置成穿過(guò)其中的口。圓頂28中的開(kāi)口用作氣體釋放口 32，其與火炬塔供應(yīng)管線(flare stackfeedline) 34流體連通，且能夠從容器22向火炬(未示出)輸送氣體，該火炬被設(shè)置成距井足夠遠(yuǎn)，以減少氣體被意外點(diǎn)燃的任何威脅。盡管未示出，氣體釋放口 32可選地包括設(shè)置在火炬塔供應(yīng)管線34中在點(diǎn)燃火炬之前的單向閥，防濺板，和/或回流抑止器。圓錐形底部30具有設(shè)置成穿過(guò)其的開(kāi)口 36。開(kāi)口 36與噴嘴組件38流體連通。
[0037]在內(nèi)部設(shè)置在切向入口 26和氣體釋放口 32之間的是碎屑護(hù)板40。碎屑護(hù)板40在內(nèi)部從壁20向外延伸并覆蓋容器22的內(nèi)直徑的約百分之四十至約百分之七十五。如圖4-9中所示，碎屑護(hù)板延伸過(guò)容器22的內(nèi)直徑約4英尺(約1.2米)。此外，圖4和5示出了碎屑護(hù)板40具有向下角度42且被定向成朝向錐形底部30。向下角度42在水平方向以下約-5°到約-60°，且在圖4和5中示出具有水平方向以下約-15°的角度。向下角度42提供了頁(yè)巖碎屑和流體的向下偏轉(zhuǎn)，同時(shí)允許分離的氣體朝向氣體釋放口 32排出。碎屑護(hù)板40具有沿著邊緣46穿過(guò)其的氣體出口 44，以促進(jìn)氣體釋放。
[0038]在操作中，碎屑護(hù)板40從進(jìn)入管18接收頁(yè)巖氣流體混合物，并結(jié)合進(jìn)入管18和切向入口 26共同產(chǎn)生的旋流效果，使得氣體從頁(yè)巖氣流體混合物分離。該分離的氣體朝向氣體釋放口 32上升，在此氣體從容器22輸出。頁(yè)巖碎屑和流體朝向圓錐形底部30下落，在此被噴嘴組件38接收。
[0039]圖10示出了耐磨板48，其固定至壁20并被設(shè)置成從進(jìn)入管18和切向入口 26接收頁(yè)巖氣流體混合物。耐磨板48可永久地固定至壁20，或者其可以可拆卸地固定。如所示，耐磨板48在內(nèi)部焊接至壁20?？蛇x地，未示出，耐磨板48栓接至或以其它方式固定至壁20。如所示，耐磨板48的寬度在約18英寸至約24英寸之間(約0.46米至約0.61米)，且約覆蓋壁20內(nèi)周的一半。如所示，耐磨板48約為0.5英寸(約1.3厘米)厚。耐磨板48從切向入口 26在容器22中終止處開(kāi)始。耐磨板48的縱向中心線(未示出)居中位于切向入口 26。優(yōu)選地，耐磨板48和切向入口 26結(jié)合成一體以防止進(jìn)入流體撞擊任何邊緣。
[0040]如圖1，3-8，12和16中所示，噴嘴組件38在其上的側(cè)開(kāi)口處連接至圓錐底部30的開(kāi)口 36，該側(cè)開(kāi)口還被稱(chēng)作側(cè)接收器50。側(cè)接收器50具有有助于碎屑和流體流入噴嘴組件38的形狀。側(cè)接收器50圍繞開(kāi)口 36，從而提供了進(jìn)入噴嘴組件38的未受阻擋的流動(dòng)。噴嘴組件38具有第一端52和第二端54。第一端52具有連接至其上的噴嘴56。參考圖12，噴嘴56沿著噴嘴組件38的中心軸線延伸進(jìn)入噴嘴組件38，且終止在側(cè)接收器50和第二端54之間。在圖12中示出了真空計(jì)58被設(shè)置在噴嘴組件38中的側(cè)接收器50上，以測(cè)量以英寸或千帕斯卡表示的壓降或牽引真空量。實(shí)際上，噴嘴組件38的牽引真空量是大約-10英寸汞柱至大約-15英寸汞柱(大約-34千帕斯卡至大約-51千帕斯卡)。
[0041]噴嘴56能夠接收流體，其可以是液體或氣體，進(jìn)而向頁(yè)巖碎屑和流體提供原動(dòng)力以使其經(jīng)由第二端54排出。優(yōu)選地，噴嘴56能夠使用壓縮空氣、壓縮惰性氣體、加壓水、力口壓液流或者其組合。噴嘴組件38還具有壓力計(jì)60。壓力計(jì)60提供經(jīng)由噴嘴56流入噴嘴組件38以及流向內(nèi)部充氣緩沖系統(tǒng)(IACS)管(internal aerated cushion system pipe)62的空氣/流體的壓力的反饋。
[0042]第二端54將碎屑和流體輸送至出口消聲器64。圖12示出了作為文丘里管66的第二端54。圖4-6、8、12和16示出了噴嘴組件出口 68將碎屑和流體從第二端54經(jīng)由排出管線72輸送至收集箱70。在可選的實(shí)施方式中，文丘里管66是固定至第二端54的噴嘴組件出口 68的一部分。
[0043]噴嘴組件出口 66固定至排出管線72，其與出口消聲器64連通。如圖2和15C所示，出口消聲器64被設(shè)置成將頁(yè)巖碎屑和流體排入至收集箱70。出口消聲器64具有至少一個(gè)排出口 74。如圖2U1A-12C中所示，出口消聲器64具有一至六個(gè)排出口 74，但是可使用任何數(shù)量的排出口，以提供期望的排出量。圖2、14A和15A-15C示出了作為槽的排出口74。圖14B示出了作為孔的三個(gè)排出口 74。可理解排出口 74可以是其它形狀和尺寸。例如，排出口 74可以是橢圓形或者方形。還可理解，排出管線72可直接排出頁(yè)巖碎屑和流體，而不需要出口消聲器64。
[0044]圖15A和15B示出了出口消聲器64，其具有包圍其并固定至其上的殼體76。殼體76從頂部78至底部80向外逐漸縮小，如圖2、3、15A和15B中所示。再如圖2、15A和15B中所示，出口消聲器64具有朝向底部80定向的排出口 74。圖15A示出了固定至殼體76的出口消聲器50的一個(gè)實(shí)施方式。此外，示出了出口消聲器蓋82在外部延伸至殼體76的壁84。在該實(shí)施方式中，排出口 74是延伸過(guò)殼體76的大部分深度86的槽。
[0045]出口消聲器蓋82提供了對(duì)通過(guò)出口消聲器64被排出的碎屑的沖擊阻礙?？蛇x地，內(nèi)擋板(未示出)可用于轉(zhuǎn)向并減慢出口消聲器64中的碎屑。另一個(gè)可選的是不使用出口消聲器64并將殼體76直接固定至彎頭88。該選擇方案在壁84上具有內(nèi)擋板或者耐磨板。
[0046]圖15A示出了其上具有取樣器口(sniffer port) 89的殼體76。取樣器口 89提供了進(jìn)入氣體取樣器(未示出)的通道，以對(duì)來(lái)自出口消聲器64的輸出進(jìn)行取樣，檢測(cè)氣體的出現(xiàn)。在此意義上，氣體取樣器包括檢測(cè)井12中發(fā)現(xiàn)的一種或多種氣體化學(xué)物的能力。在不存在殼體76時(shí)，取樣器口 89被設(shè)置在出口消聲器64上。
[0047]容器22還包括IACS管62。如圖4_8和11中所示，IACS管62是長(zhǎng)形管且被設(shè)置在容器22中。IACS管62被居中設(shè)置在容器22的圓錐底部30內(nèi)，且位于口 36上方。IACS管62具有限定在其上的至少一個(gè)噴口 66。IACS管62被設(shè)置在容器22內(nèi)，以提供加壓流體，來(lái)將圓錐底部30的壁20上聚積的任何碎屑向下移除至開(kāi)口 36。在使用中，IACS管62提供了液體緩沖，以減少在噴嘴組件39和容器22中的氣體聚積。
[0048]圖11中的非限制性示例示出了具有三至五組噴口 90的IACS管62，這些噴口沿著IACS管62的縱向部分92設(shè)置。此外，該非限制性示例示出了固定至IACS管端94并朝下定向的另外三個(gè)清除噴口 90。作為另一個(gè)非限制性示例的方式，如果IACS管62的縱向部分92為大約三(3)英尺(約I米)長(zhǎng)，則噴口 90沿著縱向部分92間隔開(kāi)，其中間隔為約六
(6)英寸至約18英寸(約0.15米至約0.5米)。清除噴口 90之間的間隔由容器22的尺寸確定。如圖11中所示，在噴口 90之間的間隔為約十二(12)英寸(約0.3米)。沿著縱向部分92在各間隔處可周向地設(shè)置多個(gè)噴口 90。可選地，可沿著縱向部分92以操作者期望的間隔周向地且錯(cuò)開(kāi)地設(shè)置多個(gè)噴口 90。
[0049]參考圖4-8和11，IACS管62固定至壁20并穿過(guò)壁20。盡管示出的IACS管62是單條管線，然而其可由多條管部形成。IACS管62利用T形接頭100處與的管線98與加壓流體管線96流體連通。管線98具有閥102，其設(shè)置在加壓流體管線96和IACS管62之間。閥102提供對(duì)輸送至IACS管62的流體的控制，且示出為手動(dòng)操作閥。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解可使用自動(dòng)閥102。
[0050]如圖16中所示，加壓流體管線96將加壓流體輸送至噴嘴56，以及通過(guò)管線98輸送至IACS管62。閥104被設(shè)置在自T形接頭100和壓力計(jì)60的上游，并控制輸送至噴嘴56的流體。閥104還可手動(dòng)地或自動(dòng)地操作。盡管優(yōu)選對(duì)噴嘴56和IACS管62使用相同的流體，然而可選擇使用不同類(lèi)型的流體輸送通過(guò)不同的輸送管線(未示出)。例如，將壓縮空氣輸送至噴嘴組件38，且將加壓水輸送至IACS管62。壓縮空氣由于其在井現(xiàn)場(chǎng)的可獲得性，將作為輸送通過(guò)加壓流體管線96和管線98的最常用的流體。
[0051]圖16還示出了上述壓力計(jì)60和真空計(jì)58。優(yōu)選地，閥104可調(diào)節(jié)以設(shè)置噴嘴組件38中的最小真空條件。一個(gè)實(shí)施方式有助于實(shí)現(xiàn)上述約-10英寸汞柱至約-15英寸汞柱(約-34千帕斯卡至約-51千帕斯卡)的期望真空范圍。在該實(shí)施方式中，噴嘴56通過(guò)流體而操作，該流體具有在約每平方英寸75磅至每平方英寸約200磅(約517千帕斯卡至約1379千帕斯卡)的范圍內(nèi)的壓力。閥104可調(diào)節(jié)直到真空計(jì)58指示真空在期望范圍內(nèi)。
[0052]圖4-8示出了流體溢流旁通管線106，或溢流管線106。溢流管線106將容器22中聚積的任何多余的流體從容器22送出。如所示，進(jìn)入口 108被定向?yàn)槌驁A錐底部30，且被居中設(shè)置在容器22內(nèi)并位于進(jìn)入管18的下方。優(yōu)選地，進(jìn)入口 108還被設(shè)置在IACS管62的上方。
[0053]溢流管線106在點(diǎn)110處固定至壁20并穿過(guò)壁20。優(yōu)選地，點(diǎn)110位于進(jìn)入管18的下方。溢流管線106連接至流體旁通排出管線112或旁通管線112。旁通管線112排出至任何可接收流體的容器，其中圖15C示出了一個(gè)示例。優(yōu)選地，旁通管線112排出至能夠?qū)⑷魏螝怏w從流體分離的另一個(gè)裝置(未示出)。
[0054]為了提供至容器22的另外的通路,使用至少一個(gè)入孔(manway)114和至少一個(gè)清除/觀察開(kāi)口 116并將其設(shè)置成穿過(guò)壁36。入孔114被設(shè)置成在圓錐底部30的上方穿過(guò)壁20。清除/觀察開(kāi)口 116被設(shè)置成穿過(guò)圓錐底部30的壁20。入孔114和清除/觀察開(kāi)口 116的尺寸被設(shè)置成提供至容器22內(nèi)部的完全或部分通路。如所示，入孔114約為24英寸(約0.6米)，清除/觀察開(kāi)口 116約為10英寸(約0.25米)。
[0055]如圖1-8、10和13A-D中所示，灰塵消除器24具有入口 118、出口 120、流體噴嘴122和多個(gè)擋板。如所示，多個(gè)擋板包括第一螺旋擋板124和第二螺旋擋板126。流體噴嘴122被設(shè)置成在接近入口 118處穿過(guò)灰塵消除器24的側(cè)壁128。第一螺旋擋板124和第二螺旋擋板126被設(shè)置成從約入口 118至約出口 120。第二螺旋擋板126相對(duì)于第一螺旋擋板124相匹配地設(shè)置在灰塵消除器中。流體噴嘴94被設(shè)置成接近入口 118且位于第一螺旋擋板124和第二螺旋擋板126上方。第一螺旋擋板124和第二螺旋擋板126將從流體噴嘴122朝向出口 120推動(dòng)的流體偏轉(zhuǎn)，該流體通常是水。第一螺旋擋板124和第二螺旋擋板126干擾流體和碎屑通過(guò)灰塵消除器的軸向流動(dòng)，從而引導(dǎo)流體和碎屑螺旋流動(dòng)通過(guò)灰塵消除器24。該螺旋流動(dòng)動(dòng)作導(dǎo)致灰塵和流體混合，從而減少灰塵。[0056]第一螺旋擋板124和第二螺旋擋板126的可選方式是使用交替傾斜設(shè)置的偏置擋板(未示出)。在該情況下，第一擋板將傾斜設(shè)置在流體噴嘴122的下方，且能夠?qū)⒘黧w朝向出口 120偏轉(zhuǎn)。后續(xù)的擋板交替布置，為頁(yè)巖氣的流體和碎屑提供沖撞點(diǎn)。流體沖撞干擾流體通過(guò)該灰塵消除器24的流動(dòng)。在該設(shè)置中，有至少兩個(gè)擋板且優(yōu)選為三個(gè)或更多擋板。
[0057]參考圖1-8，頁(yè)巖分離器10示出為由滑架130負(fù)載。優(yōu)選地，滑架130可運(yùn)輸通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的美國(guó)公路。
[0058]在一個(gè)實(shí)施方式中示出了頁(yè)巖分離器10的使用，使用頁(yè)巖氣分離器10的常規(guī)井12經(jīng)由管16排出頁(yè)巖氣碎屑至可選的灰塵消除器24，在此諸如水的流體被注入其中且與碎屑相遇，從而減少和/或消除任何灰塵。該頁(yè)巖氣碎屑可以是頁(yè)巖氣流體碎屑。從可選的灰塵消除器24排出后，碎屑被輸送至容器22，在此經(jīng)由進(jìn)入管18和切向入口 26以旋流方式輸送至其中。
[0059]該碎屑在容器22中以旋流旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)非限制性示例中，容器22具有約72英寸(約1.83米)的直徑。在該非限制性示例中，碎屑護(hù)板40具有15度的向下角度42，且覆蓋容器22的內(nèi)部的約百分之六十六，即約四(4)英尺(約1.2米)。碎屑護(hù)板40對(duì)固體和流體進(jìn)行限制使其向下偏轉(zhuǎn)，從氣體釋放口 32離開(kāi)。該釋放氣體向上輸送至氣體釋放口 32，從而進(jìn)一步輸送至火炬塔進(jìn)給管線34，并在距井12的安全距離處的火炬處燃燒。
[0060]該固體碎屑和流體向下流至圓錐底部30并通過(guò)開(kāi)口 36，固體和液體通過(guò)該開(kāi)口36進(jìn)入噴嘴組件38。使用氣體和流體的噴嘴56推動(dòng)該固體和流體通過(guò)噴嘴組件38至文丘里管66。隨著固體和流體流動(dòng)通過(guò)文丘里管66，其被推動(dòng)至出口消聲器64。出口消聲器64將固體和流體排出至收集箱70。
[0061]如果噴嘴組件被阻擋或堵塞，則將IACS管62設(shè)置成提供從圓錐底部30中的清除噴口 90排出高壓流體。由于在井現(xiàn)場(chǎng)處的易獲取性，該高壓流體通常是空氣。該高壓流體形成緩沖或障礙，以防止氣體被輸送至噴嘴組件38。IACS管62的設(shè)置提供了加壓流體的最大或額外的力，以進(jìn)一步將固體從容器22的圓錐底部30移出。此外，IACS管62提供了流體以移除在容器22的壁20內(nèi)部聚積的碎屑。對(duì)于該非限制性示例，從提供給噴嘴56的相同流體源提供流體。然而，對(duì)于IACS管62和噴嘴56可使用分離流體源，也可以使用相同的源。此外，對(duì)于該非限制性示例，IACS管62直徑大約為2英寸(約5厘米)。
[0062]噴嘴組件38具有額外的清除口，或者清除塞131。在圖16中示出的清除塞被設(shè)置成與側(cè)接收器50相反。在噴嘴組件38被堵塞而使用加壓氣體或流體將其清除出時(shí)，可將塞131移除用于手動(dòng)清潔。
[0063]參考圖16，示出了閥132被設(shè)置在第二端54和出口消聲器64之間。閥132是可選的，其能阻止從容器22通過(guò)噴嘴組件38的所有流動(dòng)。在該情況下，所有流動(dòng)可被強(qiáng)制通過(guò)溢流管線106。如圖16中所示，閥132是刀形閥(knife valve),但任何能夠防止流動(dòng)的閥都可工作。在一個(gè)實(shí)施方式中，閥132是空氣致動(dòng)的。如圖3和16中所示，閥132是手動(dòng)操作的。
[0064]用作旁通的溢流管線106提供了被動(dòng)移除聚積在容器22中的多余流體的裝置，該流體通常是水。隨著流體聚積，其開(kāi)始進(jìn)入吸入口 108，直到到達(dá)第一轉(zhuǎn)彎134。這時(shí)，流體開(kāi)始從溢流管線106流出，進(jìn)入排出管線112，在此流體沉積進(jìn)入合適的容器。如在該非限制性示例中所說(shuō)明的，溢流管線106和排出管線112直徑分別約為6英寸(約0.15米)。[0065]參考圖2-8和17，使用外部閥136來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉溢流管線106而控制從溢流管線106至旁通管線112輸送的流體。外部閥136可以是自動(dòng)的，或者其可以是手動(dòng)的。外部閥136的手動(dòng)系統(tǒng)被示出為具有手柄138以將其打開(kāi)或關(guān)閉。在手動(dòng)模式，如圖17中所示，內(nèi)部指示器浮標(biāo)(未示出)和浮動(dòng)信號(hào)140用于提示操作者打開(kāi)外部閥136。同樣的浮標(biāo)和信號(hào)140與自動(dòng)化系統(tǒng)自動(dòng)集成。信號(hào)140可以是可聽(tīng)、可見(jiàn)、電子信號(hào)或其組合。
[0066]圖17示出了可選的容器壓力計(jì)142。容器壓力計(jì)142向操作者提供了關(guān)于容器22中的當(dāng)前壓力的反饋。
[0067]根據(jù)這里所公開(kāi)的本發(fā)明的說(shuō)明或應(yīng)用，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)本發(fā)明的其它實(shí)施方式將是明顯的。因此，前述說(shuō)明被考慮為僅僅是本發(fā)明的示例，而其實(shí)際范圍由所附權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種頁(yè)巖氣分離器,包括: 容器，其具有限定在其上的進(jìn)入管，所述進(jìn)入管被定位成將頁(yè)巖氣液體混合物切向輸送至所述容器內(nèi)； 氣體釋放口，其被限定在所述容器上并在其上定位成從其輸送氣體； 噴嘴組件，其具有側(cè)開(kāi)口，該側(cè)開(kāi)口連接至定位在所述容器的底部上的孔口，所述噴嘴組件具有限定在其上的第一端和第二端； 連接至所述第一端的噴嘴；和 固定至所述第二端的噴嘴組件出口。
2.如權(quán)利要求1所述的頁(yè)巖氣分離器，還包括設(shè)置在所述容器內(nèi)并限定設(shè)置在其上的至少一個(gè)噴口的內(nèi)充氣緩沖系統(tǒng)(IACS)管。
3.如權(quán)利要求2所述的頁(yè)巖氣分離器，其中所述容器的所述底部為圓錐形，所述IACS管居中設(shè)置在其中。
4.如權(quán)利要求2所述的頁(yè)巖氣分離器，其中所述IACS管線為縱長(zhǎng)形，且具有至少一個(gè)清除噴口，該清除噴口沿著所述IACS管線的縱向部分每隔約12英寸定位。
5.如權(quán)利要求2所述的頁(yè)巖氣分離器，其中所述噴嘴和所述IACS管線共用一輸入流體，其選自壓縮空氣、壓縮惰性氣體、水、液壓流體或其組合。
6.如權(quán)利要求1所述的頁(yè)巖氣分離器，其中所述噴嘴操作使用的空氣具有在約75psi至約200psi的范圍內(nèi)的壓力。
7.如權(quán)利要求1所述的頁(yè)巖氣分離器，其中所述噴嘴使用高壓流體操作，所述高壓流體具有在約75psi至約200psi范圍內(nèi)的壓力。
8.如權(quán)利要求1所述的頁(yè)巖氣分離器，還包括連接至所述噴嘴組件出口的文丘里管。
9.如權(quán)利要求1所述的頁(yè)巖氣分離器，其中所述噴嘴組件出口在其上限定有文丘里管。
10.如權(quán)利要求1所述的頁(yè)巖氣分離器，其中所述噴嘴延伸進(jìn)入所述噴嘴組件且提供經(jīng)由所述噴嘴組件出口的流體噴射。
11.如權(quán)利要求1所述的頁(yè)巖氣分離器，其中所述側(cè)開(kāi)口接收從所述頁(yè)巖氣流體混合物分離的頁(yè)巖碎屑和流體，其中被推動(dòng)通過(guò)所述噴嘴的所述流體向其提供原動(dòng)力。
12.如權(quán)利要求1所述的頁(yè)巖氣分離器，還包括火炬塔，所述火炬塔與所述氣體釋放口流體連通。
13.如權(quán)利要求1所述的頁(yè)巖氣分離器，還包括灰塵消除器，所述灰塵消除器包括: 殼體，其具有側(cè)壁，殼體入口和殼體出口 ； 固定至所述殼體的所述入口的輸入管線； 固定至所述殼體出口的輸出管線，所述輸出管線與所述容器的所述進(jìn)入管流體連通； 被設(shè)置成穿過(guò)所述側(cè)壁的至少一個(gè)流體噴嘴；和 被定位在所述殼體內(nèi)的多個(gè)擋板，其中至少一個(gè)擋板被定位在所述流體噴嘴的下方，且被定向成將流體朝向所述殼體出口偏轉(zhuǎn)，從而阻礙流體流經(jīng)所述殼體。
14.如權(quán)利要求13所述的頁(yè)巖氣分離器，其中所述擋板是螺旋擋板。
15.如權(quán)利要求13所述的頁(yè)巖氣分離器，還包括至少三個(gè)擋板，其中一個(gè)擋板被傾斜定位在所述流體噴嘴的下方，且后續(xù)各所述擋板在所述殼體內(nèi)被交替定位在所述流體噴嘴和所述殼體出口之間。
16.如權(quán)利要求13所述的頁(yè)巖氣分離器，還包括排出消聲器，所述排出消聲器與所述殼體出口流體連通。
17.如權(quán)利要求1所述的頁(yè)巖氣分離器，其中所述容器還包括碎屑護(hù)板，其在內(nèi)部設(shè)置在所述進(jìn)入管上方以及所述氣體釋放口下方，所述碎屑護(hù)板從容器內(nèi)壁向外延伸，并覆蓋所述容器內(nèi)直徑的約百分之四十至約百分之七十五之間。
18.如權(quán)利要求17所述的頁(yè)巖氣分離器，其中所述碎屑護(hù)板具有大約15°的向下角度，并覆蓋所述容器的內(nèi)直徑的約百分之六十六。
19.一種頁(yè)巖氣分離器和清潔裝置，包括: 其上限定有進(jìn)入管的容器，所述進(jìn)入管能將頁(yè)巖氣流體混合物切向輸送進(jìn)所述容器內(nèi)，其中所述容器具有頂部和底部，所述頂部和所述底部分別具有設(shè)置成穿過(guò)其中的孔Π ； 在所述孔口處固定至所述底部的噴嘴組件，所述噴嘴組件具有噴射輸入和文丘里管輸出；和 IACS管，其居中設(shè)置在所述容器中，并朝向所述底部中的所述孔口延伸，所述IACS管具有限定于其上的至少一個(gè)排出噴口。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述噴射輸入和所述IACS管使用共用輸入流體。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述共用輸入流體被調(diào)節(jié)至預(yù)定壓力并通過(guò)至少一個(gè)閥被輸送。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述預(yù)定壓力在約75psi和約200psi之間。
23.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中，所述噴射輸入將所述共用流體排出，從而限定用于將頁(yè)巖廢物經(jīng)由所述文丘里管輸出推出的原動(dòng)力。
24.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中沿著所述縱向部分每隔約12英寸定位所述排出噴口，其中至少一個(gè)排出噴口被定位在所述IACS管的端部。
25.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述IACS管為縱長(zhǎng)形，且所述排出噴口沿著所述IACS管的縱向部分均勻定位，且包括定位在所述IACS管的端部處的至少一個(gè)排出噴口。
26.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述噴射輸入延伸進(jìn)入所述噴嘴組件，并能將所述頁(yè)巖廢物噴射進(jìn)入及通過(guò)所述文丘里管輸出。
27.如權(quán)利要求19所述的裝置，還包括定位在所述噴射組件上的清除塞。
28.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述底部為圓錐形底部。
29.如權(quán)利要求28所述的裝置，還包括流體溢流旁通管，所述溢流管具有向下定位的進(jìn)入部，其位于所述圓錐形底部的頂部附近。
30.如權(quán)利要求19所述的裝置，還包括灰塵消除器，所述灰塵消除器包括: 殼體，其具有側(cè)壁、殼體入口和殼體出口 ； 輸入管線，其固定至所述殼體入口 ； 輸出管線，其固定至所述殼體出口，所述輸出管線與所述容器的所述進(jìn)入管流體連通； 至少一個(gè)流體噴嘴，其被設(shè)置成穿過(guò)所述側(cè)壁；和 多個(gè)螺旋擋板，其被定位在所述殼體中，其中第一螺旋擋板被定位在所述流體噴嘴下方，且被定向成將流體朝向所述殼體出口偏轉(zhuǎn)，其中至少一個(gè)螺旋擋板在所述殼體內(nèi)被交替定位于所述第一螺旋擋板和所述殼體出口之間，從而阻礙流體流經(jīng)所述殼體。
31.如權(quán)利要求30所述的頁(yè)巖氣分離器，還包括排出消聲器，所述排出消聲器與所述文丘里管輸出流體連通。
32.—種頁(yè)巖氣分離器灰塵消除器，包括: 側(cè)壁； 入口 ； 出口 ； 至少一個(gè)流體噴嘴，其被設(shè)置成穿過(guò)所述側(cè)壁并接近所述入口定位；和定位在所述殼體內(nèi)的多個(gè)擋板，其中第一擋板被定位在所述流體噴嘴下方，且被定向成將流體朝向所述出口偏轉(zhuǎn)，其中第二擋板在所述殼體內(nèi)被互補(bǔ)地定位于所述流體噴嘴和所述出口之間，從而阻礙流體流經(jīng)所述殼體。
33.如權(quán)利要求32所述的頁(yè)巖氣分離器灰塵消除器，其中所述第一和第二擋板是互補(bǔ)螺旋擋板。
34.如權(quán)利要求32所述的頁(yè)巖氣分離器灰塵消除器，還包括至少三個(gè)擋板，其中所述擋板交替傾斜定位 在所述入口和所述出口之間，且所述流體噴嘴被定位在至少一個(gè)所述擋板的上方。
【文檔編號(hào)】B04C3/06GK103596697SQ201180071580
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月12日
【發(fā)明者】H.D.馬西納 申請(qǐng)人:馬西納有限公司