专利名称：制造油田机器的设备和方法
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3001b。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。
图I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。
具体实施例方式在一些方面，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。在其它实施例中，本文所公开的离心机涉及具有减小重量的离心机构件。在一些方面，本文所公开的实施例涉及具有减轻重量同时维持或改进离心机构件的强度和刚性的离心机构件。在某些方面，本文所公开的实施例涉及具有减轻的重量同时维持或改进在操作期间的旋转速度的离心机构件。在一些实施例中，本文所公开的离心机具有可替换的构件。在一些实施例中，转鼓是可移除的且可替换的，而在其它实施例中，除了转鼓之外的离心机构件是可移除的且可替换的。在某些实施例中，离心机构件可作为组件，诸如旋转组件来替换。在一些实施例中，各种构件可合并于离心机构件中。举例而言，嵌入式构件可包括(但不限于)用于传输数据的传感器和/或电线。如本文所用的“扭矩”指使离心机旋转以从钻井流体中分离固体所需的力。扭矩由驱动器，例如电马达，燃气轮机，或内燃机供应到离心机的驱动轴。在由于处理量或进料重量特征变化而需要变化的扭矩时，可使用扭矩调整装置，例如齿轮箱或可调整的速度驱动器。如本文所用的“G力”指由离心机和/或螺旋输送机响应于所施加的扭矩而旋转所生成的离心力。G力在离心机中用于基于组分的相对密度来分离组分，诸如固体和流体。举例而言，较重固体将聚集于离心机腔室的外围上，而较轻的流体将更靠近离心机旋转轴线聚集。
钻井流体的各种组分可使用根据本文所公开的实施例的离心机而高效地分开。而且，使用根据本文所公开的实施例的离心机能改进各种固体和液体的分离。参看图1，示出了根据本公开的实施例的离心机10。离心机10具有转鼓12，转鼓12被支承以绕纵向轴线2旋转，其中，大转鼓部段12d具有开口端12b，且圆锥形部段12e具有开口端12a，且开口端12a接纳驱动凸缘14，驱动凸缘14连接到驱动轴(未图示)以旋转该转鼓12。驱动凸缘14具有单个纵向通路，其接纳进料管16用于将钻井流体进料引入到转鼓12内部。螺旋输送机18在转鼓12内以与其同轴关系延伸并被支承以在转鼓12内旋转。中空带凸缘的轴19安置于转鼓12的端部12b中且接纳外部行星齿轮箱的驱动轴17用于在与转鼓12相同的方向以选定速度旋转该螺旋输送机18。螺旋输送机18壁具有靠近进料管16的出口端的进料端口 18a使得由旋转转鼓12生成的离心力径向向外移动钻井流体通过进料端口 18a到螺旋输送机18与转鼓12之间的环形空间内。该环形空间能位于沿着转鼓12的大转鼓部段12d或圆锥形部段12e的任何位置。钻井流体的流体部分朝向转鼓12的端部12b移位且通过一个或多个流体排放端口 19c回收。在钻井流体浆中所夹带的固体由于所生成的G力朝向转鼓12的内表面沉淀且由螺旋输送机18刮掉且朝向转鼓端部12a移位用于通过在端部12a附近的转鼓12壁中形成的多个固体排放端口 12c排放。离心机10通常封闭于外壳或壳体(未图不)中。本文所公开的离心机包括具有至少一种复合材料的一个或多个构件。复合材料，包括聚合物基复合材料和碳纤维加强复合材料，是轻重量的且具有优良的机械性质，诸如强度等。举例而言，由于许多原因，模制复合材料的能力可为有利的，包括(但不限于)实现独特几何形状的能力，与成形和/或再造离心机构件相关联的降低的成本和由于离心机构件的更小尺寸和/或重量而降低的成本。作为另一实例，进料管16可模制为一形状以赋予进入离心机10的浆的特定流动，从而改进了液体与固体的分离。另外，本文所公开的离心机可包括钢插件。举例而言，在某些实施例中，本文所公开的离心机可合并钢插件和复合材料，或者本文所公开的离心机可包括不锈钢钉以连接复合材料。本文所公开的离心机可包括嵌入于特定离心机构件的复合物基质中的其它构件。举例而言，传感器可嵌入于复合材料中，诸如在转鼓的壁，入口、出口或圆锥形部段中使得可以在操作期间监视离心机操作的多个方面。在某些方面，传感器可包括流率传感器，温度传感器，压力传感器等。电线可联接到传感器且用于从离心机构件向中央数据收集系统，诸如可编程的逻辑控制、计算机等传输数据。在其它实施例中，传感器可在操作上联接到远程通信装置，从而允许信号从传感器无线传输。在这样的实施例中，自一个或多个构件的多个传感器的数据可在中央计算装置中编译以允许确定离心机操作参数。离心机操作参数的实例可包括应力、应变、温度、加速度、流率等且由此可允许连续地或基本上连续地确定离心机性能。另外，本文所公开的离心机可包括碳化鹤表面硬化材料(hardfacing)或其它表面硬化材料。在某些实施例中，可在固体接触离心机或者流量增加或减小的位置施加表面硬化材料。举例而言，在一些实施例中，可在插入或移除固体的入口或出口端口处施加表面硬化材料。表面硬化材料的实例可包在例如青铜、镍、硼、碳、硅、铁等基质合金中的碳化钨或碳化鹤钻。
本公开内容的实施例还可提供离心机的模块化设计，由此允许一个或多个构件由高强度复合材料形成。在下文中详细地描述了各种高强度复合材料，但本领域普通技术人员应了解到任何高强度纤维加强的复合物可用于形成离心机的一个或多个构件。在某些方面，离心机的转鼓可形成为第一复合构件，而排放端形成为第二构件且联接到该转鼓。在这样的实施例中，排放端可由复合材料形成，或替代地可由金属和/或金属合金，诸如不锈钢形成。由于离心机的排放端可包括复杂的几何形状，孔口和类似几何结构，通过用不锈钢浇铸构件来制造排放端且将排放端联接到复合转鼓可能是更有效的。取决于制造排放端所用的材料，将排放端联接到转鼓的方法可不同。举例而言，在排放端由复合物形成的一实施例中，复合物可使用一种或多种化学粘合剂而有效地焊接到转鼓上。用于将复合排放端联接到转鼓的其它方法可包括螺纹连接、热结合和类似方法。在金属排放端联接到复合转鼓的实施例中，转鼓和排放端可包括可螺纹接合的连接件和/或其它结构构件以提供它们之间的机械连接。可采用各种方法来生产高强度复合材料，包括敞开式模制技术，诸如长丝缠绕(filament winding)，短切层压和手铺；以及闭合模制技术，诸如压缩模制，拉挤成型 (pultrusion)、加强注射模制、树脂传递模制、真空袋模制、真空灌注加工、离心烧铸和连续层压。在一特定实施例中，可使用长丝缠绕。长丝缠绕提供自动化模制过程，其使用旋转心轴作为模具。公模提供完成的内表面和在产品外径上的层压表面。长丝缠绕机还提供高程度纤维加载，其由此提供在离心机转鼓中所需的高拉伸强度。压缩模制可提供用于模制具有复杂几何形状的构件，诸如离心机的排放端。压缩模制包括使用安装于大型压机中的被加热金属模具。本领域技术人员应了解可使用本文所公开的用于制造复合离心机构件的任何类型的合适模制过程。下文为使用长丝缠绕来形成本发明的离心机转鼓的详细描述。在采用预浸材料的典型方法中，所形成的复合材料产品可通过堆叠预浸材料和施加热而得到。碳和/或玻璃纤维可为圆形或非圆形且可具有各种官能基，包括(但不限于)含氧，含氮，含羟基，以及含羧基的官能基，和/或其组合。用于预浸材料(Pr印reg)的示例性基质树脂包括热塑性树脂和热固性树脂以及环氧树脂，顺丁烯二酰亚胺树脂、氰酸酯树脂以及聚酰亚胺树脂。预浸材料可经受表面处理，包括(但不限于)氧化。本公开内容的实施例可使用构造离心机构件的各种方法。实施例可使用一层或多层复合材料和/或各种复合材料，例如，取向膜、纤维层和/或其组合。在一些实施例中，树脂基质可结合各种纤维层使用且膜(无论是否取向)可包括树脂基质。膜的实例包括单轴或双轴取向膜，其可为单层，双层或多层，且可包括例如下列材料的均聚物和共聚物及其掺混物热塑性聚烯烃、热塑性弹性体、交联的热塑性塑料、交联的弹性体、聚酯、聚酰胺、碳氟化合物、聚氨酯橡胶、环氧树脂、聚偏二氯乙烯、聚氯乙烯的。膜包括(但不限于)高密度聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯弹性体掺混物。膜厚度可在从大约0.2至40毫英寸(“mil”)，从大约0. 5至20mil或从大约I至15mil的范围。出于本公开内容的目的，纤维层可包括纤维，单独或与基质一起的至少一个网络。纤维表示细长主体，其长度尺寸远大于其宽度和厚度的横向尺寸。因此，术语纤维包括(但不限于)单丝、复丝、丝带、条带、短纤丝和其它形式的短切纤维、短纤维或不连续的纤维和具有规则或不规则截面的类似纤维。术语纤维还可包括上述中的任一种的多个或组合。在本文所公开的实施例中使用的长丝的截面直径可不同，例如截面可为圆形，扁形，或长圆形截面。截面也可为不规则或规则的多叶形，具有从纤维的线性或纵向轴线突出的一个或多个规则或不规则的叶片。网络可包括布置成预定配置的多个纤维或者聚集在一起以形成加捻或无捻纱(这样的纱然后布置为预定配置)的多个纤维。举例而言，纤维或纱可形成为毡或其它非编织、针织或编织(平纹、席纹、缎纹和鱼尾纹编织等)成网络，或者通过任何常规技术形成为网络。在一些实施例中，纤维单向对准使得它们基本上沿着共同的纤维方向彼此平行。连续长度的纤维也可用于本文所公开的实施例中。本文所公开的连续带可使用多种程序制成。在一些实施例中，带(特别是无树脂基质的那些)的形成可通过绕心轴缠绕织物且通过合适的固定手段 ，例如热和/或压力结合，热收缩，粘合剂，钉(staple)，缝纫和本领域技术人员已知的其它固定手段来固定形状。缝纫可为点缝纫、线缝纫或用交错成组的平行线来缝纫。在缝纫中通常利用缝线，但并无具体缝合类型或方法构成在本公开内容中使用的优选固定手段。用于形成缝线的纤维也可广泛变化。缝线中所用的纤维可具有等于或大于大约2克/丹尼尔(g/d)的韧性和等于或大于大约20 g/d的杨氏模量。形成带内选择性刚性的织物卷绕的另一方式是通过缝线图案，例如平行排的缝线可横穿带的面部使用以使得它们具有刚性同时不缝合接头/边缘以形成另一“可折叠的”刚性带。在一些实施例中，可通过组合不同类型的条带，诸如拉挤纤维复合条带来得到改进的材料性质。在上文中描述了纤维复合条带的一些实例。其它纤维复合条带可包括不同的纤维，诸如碳纤维，玻璃纤维和/或天然纤维，和形成为中空管的复合条带等。这些类型的条带中的每一个的制造比起形成整个构件可更简单且因此更廉价，并且这些条带可通过合适方法接合，诸如通过注射树脂或通过真空灌注树脂。在本文所公开的实施例中使用的纤维类型可广泛不同且能为无机或有机纤维。示例性纤维可包括韧性等于或大于大约10 g/d且拉伸模量等于或大于大约200 g/d的那些。纤维的另外的实例为韧性等于或大于大约20 g/d且拉伸模量等于或大于大约500 g/d的那些。更具体而言，纤维的韧性可等于或大于大约25 g/d且拉伸模量等于或大于大约1000g/d。在本公开内容的实施例的实践中，例如，纤维可具有等于或大于大约30 g/d的韧性和等于或大于大约1200 g/d的拉伸模量。有用的无机纤维可包括S玻璃纤维，E玻璃纤维，碳纤维，硼纤维，氧化铝纤维，氧化锆-二氧化硅纤维、氧化铝-二氧化硅纤维和类似纤维。示例性无机长丝可包括玻璃纤维，诸如由石英，镁铝硅酸盐、非碱性铝硼硅酸盐、钠硼硅酸盐、钠硅酸盐、钠钙铝硅酸盐、硅酸铅、非碱性硼铝酸铅、非碱性硼铝酸钡、非碱性硼铝酸锌、非碱性铁铝硅酸盐、硼酸镉制成的纤维；氧化铝纤维，其包括在n、A和0相形式中的“saffil”纤维；石棉，硼，碳化硅，石墨和碳，诸如从赛纶(saran)，聚芳酰胺(包括Nomex 和Kevlar ),尼龙,聚苯并咪唑,聚卩惡二唑,聚苯(polyphenylene) ,PPR,石油和煤浙青(各向同性)、中间相浙青，纤维素和聚丙烯腈碳化得到的那些；陶瓷纤维；金属纤维，例如钢，铝金属合金和类似物。示例性有机长丝可包括由下列材料构成的那些聚酯、聚烯烃、聚醚酰胺、氟聚合物、聚醚、纤维素、酚醛塑料、聚酰胺酯、聚氨酯、环氧化物、氨基塑料、硅有机树脂、聚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酯酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚丙烯醒基酮(polyether acryl ketone),聚酰胺酰亚胺和聚酰亚胺。其它有用的有机长丝的例证为由下列材料构成的那些芳族聚酰胺(aramid)(芳香族聚酰胺)，诸如聚己二酰间苯二甲胺、聚癸二酰对苯二甲胺、聚(对苯二甲酰2，2，2-三甲基己二胺)、聚癸酰哌嗪、聚间苯二甲酰间苯二胺以及聚对苯二甲酰对苯二胺；脂族和环脂族聚酰胺，诸如，30%间苯二甲酰己二胺和70%己二酰己二胺的共聚酰胺，高达30%双-(-酰胺基环己基)亚甲基、对苯二酸和己内酰胺的共聚酰胺，聚己二酰己二胺(尼龙66)，聚丁内酰胺(尼龙4)，聚(9-氨基壬酸)(尼龙9)，聚庚内酰胺(尼龙7)，聚辛内酰胺(尼龙8)，聚己内酰胺(尼龙6)，聚对苯二甲酰对苯二胺，聚癸二酰己二胺(尼龙6，10)，聚氨基十一酸(尼龙11)，聚十二内酰胺(尼龙12)，聚间苯二甲酰己二胺，聚对苯二甲酰己二胺，聚己内酰胺，聚(壬二酰壬二胺)(尼龙9，9)，聚壬二酰癸二胺(尼龙10，9)，聚癸二酰癸二胺(尼龙10，10)，聚[双-(4-胺基环己基)甲烷1，10-癸烷二甲酰胺](奎阿纳)(反)，或者其组合；以及，脂族，环脂族和芳族聚酯，诸如对苯二甲酸1，4-环己烷二甲醇酯(顺和反)，聚(1，5_萘二酸乙二醇酯)，聚(2，6-萘二酸乙二醇酯)，聚对苯二甲酸1，4-环己烷二甲醇酯(反)，聚对苯二甲酸癸二醇酯；聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚间苯二甲 二酸癸二醇酯)，聚(琥珀酸乙二醇酯)，聚(壬二酸乙二醇酯)，聚(癸二酸癸二醇酯)，聚(a, a-二甲基丙内酯)和类似物。替代有机长丝可包括液晶聚合物的那些，诸如溶致液晶聚合物，其包括多肽，诸如聚a -苄基L-谷氨酸和类似物；芳族聚酰胺，诸如聚(1，4-苄酰胺)，[聚(氯-1-4-亚苯基对苯二甲酰胺)，聚(富马酰胺1，4-苯二胺)，聚(氯-1，4-亚苯基反丁烯酰胺)，聚(4，4’-苯酰替苯胺反，反粘康酰胺)，聚(1，4_亚苯基中康酰胺)，聚(1，4_亚苯基)(反-1，4-亚环己基酰胺)，聚(氯-1，4-亚苯基)(反-1，4-亚环己基酰胺)，聚(1，4-亚苯基1，4-二甲基-反-亚环己基酰胺)，聚(1，4-亚苯基2，5-吡啶酰胺)，聚(氯-1，4_亚苯基2，5-吡啶酰胺)，聚(3，3’ - 二甲基-4，4’ -亚联苯基2，5吡啶酰胺)，聚(1，4-亚苯基4，4’ -芪酰胺)，聚(氯-1，4-亚苯基4，4’ -芪酰胺)，聚(1，4-亚苯基4，4’ -偶氮苯酰胺)，聚(4，4’ -偶氮苯4，4’偶氮苯酰胺)，聚(1，4-亚苯基4，4’氧化偶氮苯酰胺)，聚(4，4’ -偶氮苯4，4’氧化偶氮苯酰胺)，聚(1，4-亚环己基4，4’-偶氮苯酰胺)，聚(4，4’ -偶氮苯对苯二甲酰胺)、聚(3，8-菲啶酮对苯二甲酰胺)，聚(4，4’-亚联苯基对苯二甲酰胺)，聚(4，4’-亚联苯基4，4’-二苯并酰胺)，聚(1，4-亚苯基4，4’-二苯并酰胺)，聚(1，4-亚苯基4，4’ -对亚苯基酰胺)，聚(1，4-亚苯基2，6-萘酰胺)，聚(1，5-亚萘基对苯二甲酰胺)、聚(3，3’-二甲基-4，4-亚联基对苯二甲酰胺)、聚(3，3’-二甲氧基_4，4’ -亚联苯基对苯二甲酰胺)，聚(3，3’ - 二甲氧基-4，4-亚联苯基4，4’ - 二苯并酰胺)和类似物；聚草酰胺，诸如从下列材料衍生的那些2，2’ - 二甲基-4，4’ - 二胺基联苯和氯-1，4-苯二胺；聚酰肼，诸如聚(氯对苯二甲酸酰肼，2，5-吡啶二羧酸酰肼)聚(对苯二甲酸酰肼)，聚(对苯二甲酸-氯-对苯二甲酸酰肼)和类似物；聚(酰胺酰肼)，诸如聚(对苯二甲酰1，4胺基-苯酰肼)和从4-氨基-苯酰肼，草酸酰肼、对苯二甲酸二酰肼和对芳族二酰氯制备的那些；聚酯，诸如包括下列的那些组合物聚(氧-反-1，4-亚环己基氧基羰基-反-1，4-亚环己基羰基-￠-氧-1，4亚苯基-氧对苯二甲酰)和聚(氧-顺-I，4-亚环己基氧基羰基-反-1，4-亚环己基羰基-@ -氧-1，4-聚苯羟基对苯二酰(1^11716116116( 5^6代口1111^1071))在亚甲基氯-邻-甲酹中，聚(氧-反-1,4-亚环己基氧基羰基-反-1，4-亚环己基羰基-b-氧-(2-甲基-1，4-亚苯基)氧-对苯二甲酰)在I, I, 2, 2-四氯乙烧-邻氯苯酹-苯酹中(60:25:15 vol/vol/vol),聚[氧-反_1，4-亚环己基氧基羰基-反-1，4-亚环己基羰基-b-氧(2-甲基-1，3-亚苯基)氧-对苯二甲酰]在邻氯苯酚中和类似物；聚偶氮甲碱，诸如从下列材料制备的那些4，4’ - 二氨基苯酰替苯胺和对苯二甲醛，甲基-1，4-亚苯基二胺和对苯二甲醛和类似物；聚异腈，诸如聚(_苯基乙基异腈)，聚(正辛基异腈)和类似物；聚异氰酸酯，诸如聚(正烷基异氰酸酯)，例如聚(正-丁基异氰酸酯)，聚(正-己基异氰酸酯)和类似物；带杂环单元的溶致晶体聚合物，诸如聚(1,4-亚苯基-2，6-苯并双噻唑)(PBT)，聚(1,4-亚苯基-2，6-苯并双恶唑)(PEO)，聚(1，4-亚苯基-1,3，4-恶二唑)，聚(1，4-亚苯基-2，6-苯并双咪唑)，聚[2，5(6)-苯并咪唑](AB-PBI)，聚[2，6-(1,4-亚苯基-4-苯基喹啉]，聚[I, I’-(4，4’-亚联苯基)-6，6’-双(4-苯基喹啉)]和类似物；聚有机膦嗪，诸如聚膦嗪，聚双苯氧基膦嗪，聚[双(2，2，2’三氟亚乙基)膦嗪]和类似物；金属聚合物，诸如由下列衍生的那些在碘化亚铜和酰胺存在下缩合反-双(三-正丁基膦)二氯化钼与双乙炔或反-双(三-正-丁基膦)双(1，4- 丁二烯基)钼和类似组合；纤维素和纤维素衍生物，诸如纤维素酯，例如三醋酸纤维素，醋酸纤维素，醋酸-丁酸纤维素，硝酸纤维素，和硫酸纤维素；纤维素醚，例如，乙醚纤维素，羟甲 基醚纤维素，羟丙基醚纤维素，羧甲基醚纤维素，乙基羟乙基醚纤维素，氰基乙基乙基醚纤维素；纤维素的醚-酯，例如，乙酰氧基乙基醚纤维素和苯甲酰氧基丙基醚纤维素；以及，氨基甲酸酯纤维素，例如苯基氨基甲酸酯纤维素；热致液晶聚合物，诸如纤维素和其衍生物，例如羟丙基纤维素，乙基纤维素，丙酰氧基丙基纤维素；热致共聚酯，诸如6-羟基-2-萘甲酸与对-羟基苯甲酸的共聚物，6-羟基-2-萘甲酸、对苯二甲酸和对胺基苯酚的共聚物，6-羟基-2-萘甲酸、对苯二甲酸与氢醌的共聚物，6-羟基-2-萘甲酸、对羟基苯甲酸、氢醌与对苯二甲酸的共聚物，2，6-萘二羧酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸和氢醌的共聚物，2，6-萘二羧酸与对苯二甲酸的共聚物，对羟基苯甲酸、对苯二甲酸和4，4’-二羟基联苯的共聚物，对羟基苯甲酸，对苯二甲酸，间苯二甲酸和4，4’ - 二羟基联苯的共聚物，对羟基苯甲酸，间苯二甲酸，氢醌和4，4’-二羟基二苯甲酮，苯基对苯二甲酸与氢醌的共聚物，氯氢醌、对苯二甲酸与对乙酰氧基肉桂酸的共聚物，氯氢醌、对苯二甲酸和亚乙基二氧_r，r’ - 二苯甲酸的共聚物，氢醌、甲基氢醌、对羟基苯甲酸和间苯二甲酸的共聚物，(I-苯基乙基)氢醌、对苯二甲酸和氢醌的共聚物，和聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和对羟基苯甲酸的共聚物；热致聚酰胺和热致共聚(酰胺-酯)。其它有机长丝可包括由聚合式I的不饱和单体所形成的伸直链聚合物组成的那些
OR1R2--- C-CH2 (I)
在式I中，R1R2可相同或不同且为氢、羟基、卤素、烷基羰基、羧基、烷氧基羰基、杂环或烧基或芳基，未取代或由选自下列基团中的一种或多种取代基取代烧氧基，氰1基，轻基，烧基和芳基。这样的a，^不饱和单体的示例为包括下列材料的聚合物聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚(I-十八烯)、聚异丁烯、聚(I-戊烯)、聚(2-甲基苯乙烯)、聚(4-甲基苯乙烯)、聚(I -己烯)、聚(4-甲氧基苯乙烯)、聚(5-甲基一I-己烯)、聚(4-甲基戊烯)、聚(I-丁烯)、聚氯乙烯、聚丁烯、聚丙烯腈、聚(甲基戊烯-I)、聚(乙烯醇)、聚(醋酸乙烯酯)、聚(乙烯醇縮丁醛)、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、氯乙烯-氯醋酸乙烯酯共聚物、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚氟化乙烯、聚乙烯基甲醒、聚(3-甲基-I-丁烯)、聚(4-甲基-I-丁烯)、聚(4-甲基-I-戊烯)、聚(I-己烷)、聚(5-甲基-I-己烯)、聚(I-十八烯)、聚(乙烯基环戊烷)、聚(乙烯基环己烷)、聚(a-乙烯基萘)、聚(乙烯甲基醚)、聚(乙烯基乙基醚)、聚(乙烯基丙基醚)、聚(乙烯基咔唑)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(2-氯苯乙烯)、聚(4-氯苯乙烯)、聚(甲酸乙烯酯)、聚(乙烯基丁基醚)、聚(乙烯基辛基醚)、聚(乙烯基甲基酮)、聚(甲基异丙烯基酮)、聚(4-苯基苯乙烯)和类似物。高强度纤维的实例可包括伸直链聚烯烃纤维，特别是伸直链聚乙烯(ECPE)纤维，芳族聚酰胺纤维，聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、液晶共聚酯纤维、聚酰胺纤维、玻璃纤维、碳纤维和/或其混合物，和例如聚烯烃和芳族聚酰胺纤维。如果使用纤维混合物，纤维可为聚乙烯纤维，芳族聚酰胺纤维、聚酰胺纤维、碳纤维和玻璃纤维中至少两种的混合物。如果使用基质材料来形成离心机构件，其可包括一种或多种热固性树脂或者一种或多种热塑性树脂或这样的树脂的掺混物。基质材料的选择将取决于如何形成和使用带。 带和/或最终容器的所需刚性将在很大程度上影响到基质材料的选择。如本文所用的“热塑性树脂”为能多次加热和软化，冷却和硬化而不会经历基本改变的树脂，且“热固性树脂”为不能在模制、挤压或浇注之后再软化和再造且其一旦在每个树脂临界的温度固化之后得到新的不可逆性质。热固性树脂可包括双顺丁烯二酰亚胺、醇酸树脂、丙烯酸类、胺基树脂、氨酯、不饱和的聚酯、硅有机树脂、环氧化物、乙烯酯和其混合物。热塑性树脂可包括聚内酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚砜、聚醚醚酮、聚酰胺、聚酯、聚亚芳基氧化物、聚亚芳基硫化物、乙烯聚合物、聚丙烯酸类、聚丙烯酸酯、聚烯烃、离聚物、聚表氯醇、聚醚酰亚胺、液晶树脂和弹性体和其共聚物和混合物。示例性热固性树脂可包括高密度、低密度和线性低密度聚乙烯。可使用较广范围弹性体，包括天然橡胶，苯乙烯-丁二烯共聚物、聚乙丙烯、聚氯丁二烯-丙烯腈共聚物、ER橡胶、EPDM橡胶和聚丁烯。在本发明的一些实施例中，该基质可包括聚合基质，诸如低密度聚乙烯、聚氨酯、柔性环氧化物、填充弹性体硫化物、热塑性弹性体和/或改性的尼龙_6。如果使用基质树脂，其可以多种方式施加于纤维上，诸如，例如封装、灌注、层压、挤压涂层、溶液涂层和溶剂涂层。在某些实施例中，根据本公开内容的实施例，高强度长丝的一个或多个未固化热固性树脂浸溃网络可形成于柔性薄片中以绕心轴缠绕为一个或多个带，之后树脂固化(或点固化)。膜也可用作带的一个或多个层。一个或多个膜可作为基质材料，与该基质材料一起或者在基质材料之后添加。当膜作为基质材料添加时，其可与纤维或织物(网络)同时缠绕到心轴上且随后固结；使得心轴可变成该结构的部分。膜厚度通常为大约0.1 mil且可像所需要的那样大，只要长度仍充分灵活以允许带形成。示例性膜厚度在从0.1至50 mil或者从0. 35至10 mil的范围。由于多种原因，膜也可用在带表面上，例如以改变摩擦性质，增加化学阻力，和/或防止材料扩散到基质内。膜可粘附或可不粘附到带上，取决于所选的膜、树脂和长丝。热和/或压力可造成所需粘附或者可需要在膜与带之间使用热或压力敏感的粘合剂以造成所需粘附。可接受的粘合剂的实例包括聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物，热塑性弹性体、热塑性和热固性聚氨酯、热塑性和热固性聚硫化物和典型的热熔性粘合剂。在所公开的实施例中可用作基质材料的膜可包括热塑性聚烯烃膜，热塑性弹性体膜、交联热塑性膜、交联弹性体膜、聚酯膜、聚酰胺膜、氟碳膜、氨酯膜、聚偏二氯乙烯膜、聚乙烯膜和多层膜。可使用这些膜的均聚物或共聚物，且膜可无取向、单轴取向或双轴取向。有用的热塑性聚烯烃膜包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚丁烯和为晶体的乙烯和丙烯共聚物的那些。可使用的聚酯膜包括聚乙烯对苯二甲酸和聚丁烯对苯二甲酸的那些。本公开的实施例的带经受温度和/或压力以使得热固性树脂固化或使得网络粘附到彼此且可选地粘附到膜的至少一个薄片上，压力和/或温度取决于所用的特定系统而不同。
在某些实施例中，使用弹性体树脂系统、热固性树脂系统或其中热塑性树脂与弹性体或热固性树脂组合的树脂系统形成的带纤维层的带可仅用压力处理来固结该带。在其它实施例中，利用热塑性树脂系统形成的带有连续长度/铺层的带可单独地用热或者热组合压力来处理以固结该带。图2A为根据本文所公开的实施例的示例性转鼓的示意图。在一些实施例中，转鼓40可使用根据本文所公开的实施例的方法用碳纤维环氧树脂形成。更具体而言，转鼓40可使用长丝缠绕管形成，如本文所述的那样。举例而言，转鼓40可通过绕心轴缠绕织物且通过压力结合来固定该形状而形成。织物可为具有环氧树脂的碳纤维。凸缘42、44和46可单独地制造且在模制之后加工或者在某些实施例中可与之一体地形成。在一些实施例中，如图2A所示的转鼓40可提供优于常规离心机转鼓的若干优点。转鼓40可具有比常规转鼓更轻的重量，例如30%至60%或更大的重量减轻。减轻的重量因此可使得离心机能在更高的RPM操作而无需增加所需的驱动力。在某些实施例中，由于使用如本文所述的复合材料，转鼓40可形成为更对称的形状而非常规的转鼓且可维持其形状持续比常规转鼓更长的时间。在另外的实施例中，转鼓40减轻的重量和/或转鼓40形状的改进可减小振动同时允许在更高RPM下操作，从而提高效率和可靠性。举例而言，离心机转鼓的形状和减轻的重量可允许转鼓在一旋转速度旋转，得到3，000至4，000 g力或“G”力。在另外的实施例中，转鼓40更轻的重量和减小的振动可使得如本文所述的离心机更安全操作，因为这些因素以及其它因素可减小离心机结构故障的可能性，例如转鼓40从离心机的保护性外壳或壳体断裂的可能性。另外，形成转鼓40的方法可比常规的方法更高效，提供成本节省。而且，转鼓40可在任何时间移除并替换而无需替换离心机的其它零件。因此，转鼓40的更轻的重量可随后提供装运、搬运和结构要求等成本节省。参看图2B，示出了根据本文所公开的一些实施例的离心机转鼓的一侧的截面图。在图2B中，转鼓的复合表面52可如本文所述那样制造。在一些实施例中，套筒50可单独于复合表面52结合。套筒50可包括例如耐磨损的表面，诸如氨酯，且可在形成转鼓期间或之后施加。用于排放端口 54的间隙可留在套筒50和复合表面52中。套筒50可与复合表面52组合，匹配每一个中的间隙，同时观察可造成膨胀和收缩的热效应，组装的套筒50和复合表面52由此形成圆锥形套筒58。
在组装了套筒50和复合表面52之后，可将陶瓷排放端口 54安置到圆锥形套筒58的间隙内。另外，陶瓷衬套56可安置于圆锥形套筒58的圆锥形部58的端部处。在一些实施例中，本文所公开的各种复合物和表面处理的组合可为有益的，例如在图2B中，结合陶瓷衬套56使用套筒50可有益地提供在转鼓的圆锥形部58与转鼓的圆柱形部60之间接合部处的更大的磨损保护。由于离心机在圆柱形部60与圆锥形部58之间的接合部处和在不存在液体池的圆锥形部段的小端经历最高的输送阻力，陶瓷衬套56可防止离心机磨损和提早故障。在其它实施例中，套筒50可集成于复合表面52的制造中。举例而言，套筒材料可为用作长丝缠绕器的心轴的外表面。在替代实施例中，套筒材料可施加于完成的复合零件的内侧。参看图3，示出了根据本文所公开的一些实施例的离心机转鼓的一侧的截面图。在图3中，转鼓的复合表面72可如本文所述那样制造。在一些实施例中，排放端70可为单独于复合表面72的模块化构件。排放端70可包括设计变型，诸如孔以排放液体和/或固体。其也可改变尺寸，例如，其可在一些实施例中形成为四英寸到六英寸，或者在其它实施例中 为五英寸。排放端70可例如使用有利于形成构件的设计变化的方法制成，诸如不锈浇铸方法。排放端70然后可联接到转鼓的复合表面72。在一些实施例中，如图3所示的排放端70可提供优于常规离心机的若干优点，这些优点例如是由于制造的效率和精确度和例如金属的材料强度而得到。有利地，根据本文所公开的实施例的离心机可提供具有减轻重量的离心机或离心机构件。举例而言，本文所公开的实施例可提供具有减轻重量的离心机转鼓或者具有减轻重量的旋转组件。有利地，在本文所公开的旋转组件与常规旋转组件之间的重量减轻可为30%至60%或更高。有利地，根据本文所公开的实施例的一个或多个离心机构件可使用比通常使用的那些方法更快速，更廉价和/或更高效的的方法制造。另外，离心机可结合本文所公开的改进的方法来制造，从而得到成本节省，在某些实施例中，成本节省可高于使用常规制造过程制成的构件或离心机10%至30%或更高。有利地，根据本文所公开的实施例的离心机能够以与常规离心机相似或更高PRM操作，同时需要相似或减小的功率来提供更高的G力，从而产生更高的效率和增加了成本节省。另外，本文所公开的离心机构件和离心机减轻的重量允许在操作期间减小的振动，从而减少磨损且改进效率和可靠性。有利地，根据本公开的实施例的离心机构件可模制以实现具体几何形状。在一些实施例中，模制离心机构件的能力可减小与其制造或再造相关联的成本。在一些实施例中，更小和/或更轻的模制离心机构件重量可提供成本节省。在另外的实施例中，模制离心机构件为独特几何形状的能力可允许改进的离心机操作或效率。而且，有利地，通过长丝缠绕用复合材料制造离心机构件的方法可得到具有更高刚性和强度和更低张力的构件。有利地，根据本文所公开的实施例的离心机能测量离心机数据。在一些实施例中，嵌入式传感器和线可传输关于离心机参数的数据。在一些实施例中，该数据可提供优于其中并不嵌有传感器的具有金属构件的离心机的可靠性和性能。根据本文所公开的实施例的离心机的另外的优点包括移除和替换离心机构件的能力。举例而言，比其它构件经历更多磨损率的构件可被替换以延长离心机的寿命或者提供其它优点，诸如更高的效率和/或可靠性。在一具体实例中，离心机转鼓可根据本发明的实施例形成且可根据经历的磨损被移除并替换。作为另一实例，转鼓和螺旋输送机可作为旋转组件一起替换。移除和替换改进的容易性提供若干优点，包括但不限于降低的成本和改进的效率。根据本文所公开的实施例的离心机的其它优点包括安全性改进。举例而言，包括复合材料的离心机构件具有有利的性质，包括增加的强度、减轻的重量和更安全的故障模式。因此，根据本文所公开的实施例的离心机可以减小的振动操作，从而改进可靠性且减少故障的可能性。另外，根据本文所公开的实施例的离心机可具有比常规离心机更轻的重量且因此可由于更少的故障可能性而改进操作安全性。另外，在包括复合材料的离心机故障时，与常规离心机构件的情况相比，故障提供构件从保护性外壳或壳体断裂的更小可能性。虽然关于有限数量实施例描述了本发明，但受益于本公开内容的本领域技术人员应了解到在不偏离本文所公开的本发明的范围的情况下能设计出其它实施例。因此，本发 明的范围应仅受所附权利要求限制。
权利要求
1.一种离心机，包括 转鼓，其包括复合材料， 螺旋输送机，其可旋转地安装于所述转鼓内；以及 进料管，其安装于所述螺旋输送机内以通过所述螺旋输送机的壁中的进料端口来将钻井泥浆供给到所述转鼓与所述螺旋输送机的壁之间的环形空间。
2.根据权利要求I所述的离心机，其中，所述螺旋输送机包括复合材料。
3.根据权利要求I所述的离心机，所述离心机还包括用于从所述转鼓回收固体的固体排放端口。
4.根据权利要求I所述的离心机，其中，所述复合材料是选自包括下列材料的组碳纤维，环氧树脂，碳纤维环氧树脂、玻璃、芳族聚酰胺、凯夫拉尔和其混合物。
5.根据权利要求I所述的离心机，其中，所述转鼓以一旋转速度旋转得到3，OOO至4，OOOg 力。
6.根据权利要求I所述的离心机，还包括嵌入于所述复合材料中的至少一个传感器。
7.根据权利要求I所述的离心机，还包括联接到所述转鼓的模块化排放端。
8.根据权利要求7所述的离心机，其中，所述排放端包括复合材料和金属中的至少一个。
9.一种从流体分离固体的方法，所述方法包括 经由至少一个进料管供给钻井泥浆到离心机，所述离心机包括 转鼓，其包括复合材料， 螺旋输送机，其可旋转地安装于所述转鼓内；以及 在所述螺旋输送机的壁中的至少一个进料端口， 其中，所述至少一个进料管安装于所述螺旋输送机内用于通过所述至少一个进料端口供给所述钻井泥浆到所述转鼓与所述螺旋输送机的壁之间的环形空间。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述螺旋输送机包括复合材料。
11.根据权利要求9所述的方法，所述离心机还包括用于从所述转鼓回收固体的固体排放端口。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述复合材料是选自包括下列材料的组碳纤维，环氧树脂，碳纤维环氧树脂和其混合物。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述转鼓以一旋转速度旋转得到3，000至4，000g力。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述离心机还包括至少一个传感器，其嵌入于所述复合材料中且被配置成传输数据。
15.一种替换离心机构件的方法，包括 移除所述离心机构件；以及 安装新离心机构件， 其中，所述离心机构件包括转鼓和可旋转地安装于所述转鼓内的螺旋输送机，以及 其中，所述新离心机构件包括复合材料。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述离心机构件包括所述转鼓的部分。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述离心机构件包括金属合金。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述离心机构件包括复合材料。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述离心机构件组还包括固体排放端口，至少一个进料管，和至少一个进料端口， 其中，所述固体排放端口从所述转鼓回收固体，以及 其中，所述至少一个进料端口连接到所述至少一个进料管以向所述转鼓供给钻井泥浆。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述复合材料是选自包括下列材料的组碳纤维，环氧树脂，碳纤维环氧树脂和其混合物。
21.根据权利要求15所述的方法，其中，所述转鼓以一旋转速度旋转得到3，000至4,000 g 力。
22.根据权利要求15所述的方法,还包括从嵌入于所述复合材料中的传感器传输数据。
全文摘要
离心机，包括转鼓，其具有复合材料；螺旋输送机，其可旋转地安装于转鼓内；以及，进料管，其安装于螺旋输送机内，以通过螺旋输送机壁中的进料端口供给钻井泥浆到转鼓与螺旋输送机壁之间的环形空间。而且，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。
文档编号E21B43/34GK102770620SQ201080055346
公开日2012年11月7日 申请日期2010年10月6日 优先权日2009年10月6日
发明者B.琼斯, T.吉罕 申请人:M－I 有限公司