分离装置和分离装置的用途的制作方法

本公开涉及一种用于从流体移除固体颗粒的分离装置。

背景技术：

在许多石油和天然气开采井中需要分离装置。矿物油和天然气储存在天然存在的地下储层中，石油或天然气分布在或多或少多孔和可渗透的矿物层中。每个石油或天然气钻孔的目的是到达储层并以一定方式利用它，即尽可能地仅提取诸如石油和天然气的可销售产品，同时最小化甚至完全避免不期望的副产物。石油和天然气提取中不期望的副产物包括通过液体流或气体流从储层中夹带到井孔的固体颗粒，诸如砂子和其他矿物颗粒。

由于矿砂通常是磨蚀性的，因此这种固体流入生产管线和泵中会对井孔的所有技术内部结构造成相当大的不期望的磨蚀和腐蚀磨损。因此努力做的是，在不期望的砂子离开储层之后，也就是说当它仍然在井孔中时，通过过滤系统直接释放不期望的砂子的产生流。

从液体和气体流移除固体颗粒时的磨损和腐蚀的问题不仅限于石油和天然气工业，而是也可能在水的提取中发生。为了获得饮用水或者为了获得地热能，可以提取水。多孔的，通常松散分层的水储层具有将大量磨料颗粒引入到被提取的材料中的趋势。在这些应用中，也需要耐磨损和腐蚀的过滤器。同样在矿石和许多其他矿物的提取中，在从液体和气体流移除固体颗粒时存在磨损和腐蚀的问题。

在石油和天然气开采中，当前通常通过使用过滤器来实现不期望的颗粒的分离，过滤器通过将钢成形金属丝螺旋缠绕并焊接到穿孔基管上来产生。此类过滤器被称为“绕线过滤器”。用于石油和天然气开采中的过滤器的另一种常用类型的结构是用金属筛网包裹穿孔基管。这些过滤器被称为“金属网筛”。两种方法都提供了有效筛网孔径为75μm至350μm的过滤器。取决于结构类型和这两种过滤器的计划预期用途，附加地在运输以及将过滤元件引入井孔期间，通过外部安装的粗网笼保护过滤元件免受机械损坏。这些类型的过滤器的缺点是，在磨料颗粒高速流动的作用下，金属结构承受快速磨损，这很快导致对金银丝筛网结构的破坏。此类高速磨料流经常在石油和/或天然气提取井中发生，这导致更换过滤器所涉及的大量技术和财务维护费用。甚至有提取井，由于这些流动的原因，其不能通过常规过滤技术来控制，并因此不能进行商业开发。常规的金属过滤器容易磨损和腐蚀，因为钢即使经过硬化处理也比提取井中的颗粒更软，该颗粒有时包含石英。

为了使用耐磨筛网结构使砂磨料流反向，us8,893,781b2、us8,833,447b2、us8,662,167b2和wo2016/018821a1提出了过滤结构，其中过滤间隙(即过滤器的功能开口)通过堆叠脆性硬材料(优选地陶瓷材料)特别形成的致密烧结环形盘来制成。在这种情况下，间隔件布置在环形盘的上侧，均匀地分布在盘的圆周上。

仍然需要提供一种用于从流体，特别是从石油、天然气和水移除固体颗粒的改进的分离装置。具体地讲，需要提供具有改善的流入特性的分离装置。

如本文所用，“一个”、“一种”、“该/所述”、“至少一个(种)”和“一个(种)或多个(种)”可互换使用。术语“包括”还应包括术语“实质上由......组成”和“由......组成”。

技术实现要素：

在第一方面，本公开涉及一种用于从流体移除固体颗粒的分离装置，该分离装置包括至少三个环形盘的堆叠，该至少三个环形盘沿中心轴线限定中心环形区域，每个环形盘具有上侧和下侧，其中每个环形盘的上侧各自具有至少三个间隔件，并且其中每个环形盘的上侧接触相邻环形盘的下侧，以限定分离间隙，并且其中至少三个间隔件不均匀地分布在环形盘的圆周上。

在另一方面，本公开还涉及一种用于从流体移除固体颗粒的分离装置，该分离装置包括至少三个环形盘的堆叠，该至少三个环形盘沿中心轴线限定中心环形区域，每个环形盘具有上侧和下侧，其中堆叠中的每隔一个环形盘的上侧和下侧各自具有至少三个间隔件，并且其中相应的相邻环形盘的上侧和下侧不包括任何间隔件，并且其中每个环形盘的上侧接触相邻环形盘的下侧，以限定分离间隙，并且其中堆叠中的每隔一个环形盘的每个上侧和每个下侧的至少三个间隔件不均匀地分布在环形盘的圆周上。

在又一方面，本公开涉及本文所公开的分离装置的用途，其用于在以下情况从流体移除固体颗粒：

在从提取井中提取流体的过程中，或者

在水中或在流体的储存设施中，或者

在提取矿石和矿物的过程中。

本公开的分离装置具有改善的流入特性。

在一些实施方案中，在装载有砂和矿物的流体的流入沿着分离装置的圆周不均匀分布的应用中，分离装置的流入特性可适于流体的不均匀流入。例如，如果分离装置用于大部分流入来自特定方向的储层中，则分离装置的流入特性可适于来自该方向的流入。

在一些实施方案中，如本文所公开的分离装置分别允许流体更大程度地流入分离装置或减少压力损失。

附图说明

在附图的基础上更详细地解释本公开，在附图中

图1示意性地示出了如本文所公开的分离装置的整体视图；

图2示出了如本文所公开的分离装置的剖视图；

图3a至图3g示出了如本文所公开的分离装置的一个实施方案的环形盘堆叠的各种细节；

图4a至图4e示出了如本文所公开的分离装置的另一个实施方案的环形盘的各种细节；

图5a至图5g示出了如本文所公开的分离装置的另一个实施方案的环形盘堆叠的各种细节。

具体实施方式

如本文所公开的分离装置还可单独或组合地包括：

-穿孔管，该穿孔管位于至少三个环形盘的同心堆叠内，并且环形盘堆叠在该穿孔管上，

-位于中心环形区域的上端处的端盖和位于中心环形区域的下端处的端盖，

-热补偿器，该热补偿器位于中心环形区域的上端和/或下端处，

-用于防止机械损坏的护罩。

下面参考附图更详细地解释本公开的分离装置的优选实施方案和细节。

图1示出了根据本公开的分离装置的整体视图。图2示出了根据本公开的分离装置的剖视图。根据本公开的分离装置包括至少三个环形盘的堆叠，该至少三个环形盘沿中心轴线限定中心环形区域1、7。

分离装置可包括穿孔管15，环形盘堆叠在该穿孔管上。具有穿孔20的穿孔管15位于环形盘的堆叠1、7内，并且在下文中也称为基管。通常在穿孔管15的两端处设置有螺纹21，通过该螺纹，分离装置可连接到另外的部件，或者连接到另外的分离装置或提取设备的另外部件。

分离装置可包括位于中心环形区域的上端处的端盖16和位于中心环形区域的下端处的端盖17，这些端盖牢固地连接到穿孔管(基管)15。

分离装置还可包括管状护罩19(参见图1)，流可以自由地穿过该管状护罩。护罩19保护中心环形区域在搬运和装入井孔时免受机械损坏。分离装置还可包括位于中心环形区域的上端处或位于中心环形区域的下端处的热补偿器18，或位于中心环形区域的上端处和位于中心环形区域的下端处的热补偿器18。

为了更好地理解，并且由于通常将根据本公开的分离装置以垂直对齐的方式引入到提取井孔中，因此在此使用术语“上部”和“下部”，但是分离装置也可以水平取向定位在提取井孔中(在这种情况下，在使用时，上部通常是指分离装置的最上游部分，下部是指分离装置的最下游部分)。

根据本公开的分离装置包括至少三个环形盘的堆叠，该至少三个环形盘沿中心轴线限定中心环形区域1、7(参见图2、图3e和图5e)。环形盘2、8、11(参见图3a至图3d、图4a至图4e和图5a至图5d)具有上侧3、9、12和下侧4、10、13(参见图3b、图4b、图5b和图5f)。

在本文所公开的分离装置的一些实施方案中，每个环形盘2的上侧3各自具有至少三个间隔件5(参见图3a、图4a)，并且每个环形盘的下侧4不包括任何间隔件(参见图3b、图4b)。每个环形盘2的上侧3接触相邻环形盘的下侧4，从而限定分离间隙6(参见图3e至图3g)。

这些实施方案的分离装置具有至少三个间隔件5，这些间隔件不均匀地分布在环形盘2的圆周上(参见图3a和图4a)。

间隔件5的接触区域14可以是平面状的，使得间隔件5与相邻环形盘具有平面接触区域(参见图3c、图4c)。平面接触区域14与相邻环形盘的相邻下侧4接触。环形盘以一定方式堆叠，使得在每种情况下，在各个盘之间存在用于移除固体颗粒的分离间隙6。

每个环形盘2的下侧4可形成为与中心轴线成直角。

在本文所公开的分离装置的另一些实施方案中，堆叠中的每隔一个环形盘8的上侧9和下侧10各自具有至少三个间隔件5(参见图5a至图5d)。相应的相邻环形盘11的上侧12和下侧13不包括任何间隔件(参见图5e至图5g)。每个环形盘8、11的上侧9、12接触相邻环形盘的下侧10、13，从而限定分离间隙6(参见图5e至图5g)。

这些实施方案的分离装置具有堆叠中的每隔一个环形盘8的每个上侧9和每个下侧10的至少三个间隔件5，这些间隔件不均匀地分布在环形盘8的圆周上(参见图5a至图5d)。

间隔件5的接触区域14可以是平面状的，使得间隔件5与相邻环形盘具有平面接触区域(参见图5c)。环形盘8的上侧9的间隔件5的平面接触区域14与相邻环形盘的下侧13接触，并且环形盘8的下侧10的间隔件5的平面接触区域14与相邻环形盘的上侧12接触。环形盘以一定方式堆叠，使得在每种情况下，在各个盘之间存在用于移除固体颗粒的分离间隙6。

环形盘11的不包括任何间隔件的每个上侧12可形成为与中心轴线成直角，并且环形盘12的不包括任何间隔件的每个下侧13可形成为与中心轴线成直角。

在本文所公开的分离装置的一些实施方案中，至少三个间隔件5不均匀地分布在环形盘2、8的圆周上，并且具有至少三个间隔件的环形盘2、8的每个上侧3、9上和具有至少三个间隔件的环形盘8的每个下侧10上的两个相邻间隔件之间的距离具有至少两种不同的长度。间隔件之间的距离在圆周方向上被测量为间隔件的接触区域的中心之间沿内径的距离。

在本文所公开的分离装置的一些实施方案中，至少三个间隔件5不均匀地分布在环形盘2、8的圆周上，并且具有至少三个间隔件的环形盘2、8的每个上侧3、9上和具有至少三个间隔件的环形盘8的每个下侧10上的间隔件在圆周方向上的宽度具有至少两种不同的长度。间隔件在圆周方向上的宽度被测量为间隔件在圆周方向上的最大延伸。

在本文所公开的分离装置的一些实施方案中，至少三个间隔件5不均匀地分布在环形盘2、8的圆周上，并且具有至少三个间隔件的环形盘2、8的每个上侧3、9上和具有至少三个间隔件的环形盘8的每个下侧10上的间隔件在圆周方向上的宽度(即单个间隔件5在圆周方向上的宽度)具有较大的第一长度或较小的第二长度。宽度为较大第一长度的间隔件与宽度为较小第二长度的间隔件在环形盘的圆周上以交替方式分布。例如，在环形盘的圆周上，宽度为较大第一长度的一个间隔件具有宽度为较小第二长度的相邻间隔件，以此类推。在另一个示例中，在环形盘的圆周上，宽度为较大第一长度的一个间隔件具有宽度为较小第二长度的两个相邻间隔件(参见图4a)，以此类推。在又一个示例中，在环形盘的圆周上，宽度为较大第一长度的一个间隔件具有宽度为较大第一长度的一个相邻间隔件，并且然后具有宽度为较小第二长度的两个相邻间隔件，以此类推。在宽度为较小第二长度的间隔件的区域中，允许较高的流体流入，而宽度为较大第一长度的间隔件确保环形堆叠的整体机械稳定性。这种间隔件的不均匀分布用于其中载有砂和矿物质的流体的流入沿着分离装置的圆周不均匀分布的应用中。分离装置的流入特性可适于非均匀流入。

还可能的是，在环形盘的一侧上存在较高数量的间隔件，而在环形盘的相对侧上存在较低数量的间隔件，从而允许较高的流体流入。尤其有用的是，如果分离装置用于大部分流入来自特定方向的储层中，则分离装置的流入特性可适于来自该方向的流入。

在本文所公开的分离装置的一些实施方案中，具有至少三个间隔件的环形盘2、8的每个上侧3、9具有至少四个间隔件5，并且具有至少三个间隔件的环形盘8的每个下侧10具有至少四个间隔件5，并且至少四个间隔件5不均匀地分布在环形盘2、8的圆周上，并且具有至少四个间隔件的每个上侧3、9上的两个相邻间隔件之间的距离朝向间隔件5中的一个间隔件减小，并且具有至少四个间隔件的每个下侧10上的两个相邻间隔件之间的距离朝向间隔件5中的一个间隔件减小(参见图3a和图5a)。环形盘2、8的每个上侧3、9和环形盘8的每个下侧10可具有例如至少10个间隔件，所述每个上侧具有至少四个间隔件，这些间隔件的距离朝向间隔件中的一个间隔件减小，所述每个下侧具有至少四个间隔件，这些间隔件的距离朝向间隔件中的一个间隔件减小。在具有减小距离的间隔件的区域的相对侧处的区域中，存在较少的间隔件，从而允许较高的流体流入。尤其有用的是，如果分离装置用于大部分流入来自特定方向的储层中，则分离装置的流入特性可适于来自该方向的流入。

中心环形区域可以并且通常确实包括多于3个环形盘。中心环形区域中的环形盘的数量可以是3至500，但更大数量的环形盘也是可能的。例如，中心环形区域可以包括50、100、250或500个环形盘。

中心环形区域1、7的环形盘2和环形盘8、11堆叠在彼此之上，从而得到环形盘堆叠。环形盘2和环形盘8、11分别以一定方式堆叠和固定，使得在每种情况下，在各个盘之间存在用于移除固体颗粒的分离间隙6。

环形盘2、8的具有一个或多个间隔件的每个上侧3、9可在间隔件之间的区域中向内或向外倾斜，优选向内倾斜(参见图3d、图4d)，并且环形盘8的具有一个或多个间隔件的每个下侧10可在间隔件之间的区域中向内或向外倾斜，优选向内倾斜(参见图5d)。

如果环形盘的具有至少三个间隔件的上侧或上侧和下侧分别在间隔件之间的区域中向内或向外倾斜，则在最简单的情况下，环形盘的环截面的上侧上的截线是直的，并且在间隔件之间的部分中，环形盘的环截面是梯形的(参见图3d、图4d、图5d)，环截面的较厚侧必须位于待过滤流的相应入口侧上。如果待过滤流来自中心环形区域的外圆周表面的方向，则梯形截面的最厚点必须位于外部并且环形盘的上侧向内倾斜。如果待过滤流来自环形盘的内圆周表面的方向，则梯形截面的最厚点必须位于内部并且环形盘的上侧向外倾斜。以梯形形状形成环截面，并因此形成在流动方向上发散的分离间隙，具有以下优点：在通过过滤器间隙的最窄点之后，不规则形状的颗粒(即非球形颗粒)往往更不容易卡在过滤器间隙中，例如由于间隙中的流动而导致颗粒的旋转。因此，与其中分离间隙具有在环截面上恒定的过滤器开口的分离装置相比，具有以此方式形成的发散过滤器间隙的分离装置不太可能堵塞和阻塞。

分离间隙的高度，即过滤器宽度，可为50μm至1000μm。分离间隙的高度在两个相邻环形盘之间的最小距离的位置处测量。

环形盘2、8、11可具有1mm至12mm的高度。更具体地讲，环形盘的高度可为2mm至7mm。环形盘的高度是环形盘在轴向方向上的厚度。

在一些实施方案中，具有至少三个间隔件的环形盘8在上侧9和下侧10上具有1mm至12mm的高度，并且不包括任何间隔件的环形盘11可具有与包括间隔件的环形盘8相同的高度，或者可比包括间隔件的环形盘8更薄。例如，环形盘11可具有2mm至7mm的高度。由于不包括任何间隔件的环形盘11的高度减小，可增大开放流动面积。

环形盘的基部厚度在间隔件之间的区域中测量，并且在梯形截面的情况下，在间隔件之间的区域中的较厚侧上测量。间隔件区域中的环形盘的轴向厚度或高度对应于基部厚度和过滤器宽度的总和。

间隔件的高度确定分离装置的过滤器宽度，即，各个环形盘之间的分离间隙的高度。过滤器宽度附加地确定哪些颗粒尺寸的待移除固体颗粒(例如砂和岩石颗粒)可以被允许通过分离装置，以及哪些颗粒尺寸被不允许通过。间隔件的高度在环形盘的制造中具体设置。

对于任何特定的分离装置，环形盘可具有均匀的基部厚度和过滤器宽度，或者基部厚度和/或过滤器宽度可沿分离装置的长度变化(例如，考虑到变化的压力、温度、几何形状、粒度、材料等)。

环形盘的外部轮廓可被构造成具有斜面22，如图3c至图3d、图4c至图4d、图5c至图5d所示。也可以将环形盘构造为具有倒圆边缘。对于某些应用，这可以表示对边缘载荷的边缘(相对于直边)的更好保护，其对于制造环形盘的材料是至关重要的。

环形盘的圆周表面(侧表面)可以是圆柱形的。然而，也可以将圆周表面形成为向外凸起以便实现更好的入射流。

环形盘的外径可以是20-250mm，但大于250mm的外径也是可能的，如应用所要求的那样。

环形盘的径向环宽度可以在8mm-20mm的范围内。这些环宽适用于具有在2³/8至51/2英寸(对应于约6cm至14cm)范围内的基管直径的分离装置。

如上所述，分别布置在环形盘的上侧上或上侧和下侧上的间隔件可与相邻环形盘呈平面接触。间隔件使得径向通流成为可能，并且因此可径向对准地布置在环形盘的第一主表面上。然而，间隔件也可以与径向方向成一定角度对准。

环形盘的表面(即，环形盘的上侧或上侧和下侧)与间隔件之间的过渡部通常不以阶梯形或锋利边缘方式形成。而是，环形盘的表面与间隔件之间的过渡部通常被配置为适合于制造环形盘的材料，即，过渡部被制成具有略微倒圆的半径。这如图4e所示。

间隔件的接触区域(即，间隔件与相邻环形盘接触的平面区域)没有特别限制，并且例如可以是矩形、圆形、长菱形、椭圆形、梯形或三角形，而拐角和边缘的成形应当始终适合于制造环形盘的材料(例如，倒圆)。

取决于环形盘的尺寸，各个间隔件的接触区域14通常在4mm²和100mm²之间。

间隔件的数量可以为偶数或奇数并且可以根据相关的应用或预期的压力状况，并且取决于用于环形盘的材料的机械性能来选择。取决于压力条件和机械负载，环形盘的上侧2、8和下侧10的最小面积百分比应分别用间隔件覆盖。

在操作期间预期的压力越高，结构设计中应提供的间隔件就越多。环形盘越大，在结构设计中通常应提供的间隔件就更多。

在本文所公开的分离装置的一些实施方案中，环形盘以一定方式堆叠使得间隔件彼此叠置，也就是说，间隔件彼此对齐地堆叠布置。

每个环形盘包括独立地选自由以下组成的组的材料：(i)陶瓷材料；(ii)具有陶瓷或金属硬质材料部分和金属结合相的混合材料；以及(iii)原位形成的具有硬质材料相的粉末冶金材料。

在一些实施方案中，环形盘由独立地选自由以下组成的组的材料制成：(i)陶瓷材料；(ii)具有陶瓷或金属硬质材料部分和金属结合相的混合材料；以及(iii)原位形成的具有硬质材料相的粉末冶金材料。这些材料通常基于其对固体颗粒(诸如砂和其他矿物颗粒)的相对耐磨性和抗腐蚀性以及对提取介质和用于维护的介质(诸如例如酸)的耐腐蚀性来进行选择。

环形盘所包括的材料可以独立地选自这组材料，这意味着每个环形盘可以由不同的材料制成。但为了简化设计和制造，分离装置的所有环形盘当然可以由相同的材料制成。

环形盘可以包括的或由其制成环形盘的陶瓷材料可以选自由以下组成的组：(i)氧化陶瓷材料；(ii)非氧化陶瓷材料；(iii)氧化和非氧化陶瓷材料的混合陶瓷；(iv)具有第二相的陶瓷材料；以及(v)长纤维和/或短纤维增强的陶瓷材料。

氧化陶瓷材料的示例是选自al2o3、zro2、莫来石、尖晶石和混合氧化物的材料。非氧化陶瓷材料的示例是sic、b4c、tib2和si3n4。陶瓷硬质材料例如是碳化物和硼化物。具有金属粘结相的混合材料的示例是wc-co、tic-fe和tib2-fenicr。原位形成的硬质材料相的示例是碳化铬。纤维增强陶瓷材料的一个示例是c/sic。纤维增强陶瓷材料的材料组具有的优点是：由于其与单片陶瓷相比具有更高的强度，因此它导致分离装置的更大的内部和外部耐压性。

上述材料的特征在于比通常出现的硬颗粒(例如砂和岩石颗粒)更硬，也就是说，这些材料的hv(维氏)或hrc(洛氏方法c)硬度值高于周围岩石的对应值。适用于根据本公开的分离装置的环形盘的材料具有大于11gpa或甚至大于20gpa的hv硬度值。

所有这些材料的特征在于同时具有比典型的未硬化钢合金更大的脆性。在这个意义上，这些材料在本文中称为“脆性硬”。

适用于根据本公开的分离装置的环形盘的材料具有大于200gpa或甚至大于350gpa的弹性模量。

可以使用密度为理论密度的至少90％，更具体地至少95％的材料，以便实现最高可能的硬度值以及高耐磨性和耐腐蚀性。烧结碳化硅(ssic)或碳化硼可以用作环形盘的材料。这些材料不仅耐磨，而且对通常用于冲洗分离装置和刺激井孔的处理液具有耐腐蚀性，该处理液诸如为酸(例如hcl)、碱(例如naoh)或蒸汽。

特别合适的是，例如，具有细晶粒微观结构的ssic材料(平均晶粒尺寸≤5μm)，诸如以名称3m^tm碳化硅类型f和3m^tm碳化硅类型f+由德国肯普滕市的3m技术陶瓷公司(3mtechnicalceramics,kempten,germany)出售的那些。然而，也可以使用粗粒ssic材料，例如具有双峰微结构。在一个实施方案中，晶粒尺寸分布的50-90体积％由长度为100μm至1500μm的棱柱形薄片状sic微晶组成，并且10-50体积％由长度为5μm至小于100μm的棱柱形薄片状sic微晶组成(得自德国肯普滕市的3m技术陶瓷公司(3mtechnicalceramics,kempten,germany)的3m^tm碳化硅类型c)。

除了这些单相烧结的ssic材料之外，液相烧结的碳化硅(lps-sic)也可以用作环形盘的材料。此类材料的示例是得自德国肯普滕市的3m技术陶瓷公司(3mtechnicalceramics,kempten,germany)的3m^tm碳化硅类型t。在lps-sic的情况下，使用碳化硅和金属氧化物的混合物作为起始材料。与单相烧结碳化硅(ssic)相比，lps-sic具有更高的抗弯性和更高的韧性(被测量为kic值)。

本文公开的分离装置的环形盘可以通过技术陶瓷或粉末冶金中常用的方法制备，也就是说，通过压制可压制的起始粉末并随后烧结。环形盘可以根据“近净成形”原理在机械或液压压机上形成、脱脂并随后烧结至>理论密度的90％的密度。环形盘可在其上侧和下侧经受双侧面向。

如上所述，穿孔管15可位于本文所公开的分离装置的中心环形区域1、7中(参见图1和图2)。穿孔管或基管与中心环形区域是同心的。

在中心环形区域的区域中，基管是穿孔的，即设有孔；它没有在中心环形区域的区域外穿孔。穿孔20用于将已过滤流体(即没有固体颗粒的流体流，诸如例如天然气、油或其混合物)引导到基管内部中，从该基管内部可以将该已过滤流体运输或抽走。

诸如在石油和天然气工业中用于金属过滤器(绕线过滤器、金属网筛)的那些管可以用作基管。根据工业中常用的图案提供穿孔，例如可以在0.3048m(对应于1英尺)的基管长度上引入30个直径为9.52mm的孔。

螺纹21通常在基管15的两端处切割并且可用于将基管旋拧在一起以成为长条。

基管可由金属材料、聚合物或陶瓷材料组成。基管可以由金属材料构成，诸如钢(例如钢l80)。钢l80是指屈服强度为80000psi(对应于于约550mpa)的钢。作为钢l80的替代形式，也可以使用在石油和天然气工业中被称为j55、n80、c90、t95、p110和l80cr13的钢(参见钻井数据手册(drillingdatahandbook)，第8版，ifppublications，editionstechnip，法国巴黎)。其他钢，特别是耐腐蚀合金和高合金钢也可用作基管的材料。对于腐蚀状况下的特殊应用，也可以使用镍基合金或双相不锈钢的基管。为了减轻重量，也可以使用铝材料作为基管的材料。此外，也可以使用钛或钛合金的基管。

环形盘的内径必须大于基管的外径。由于金属基管与制造环形盘的材料之间的热膨胀的差异以及与流动有关的技术原因，这是必要的。已经发现在这方面有利的是，环形盘的内径比基管的外径大至少0.5mm并至多10mm。在特定实施方案中，环形盘的内径比基管的外径大至少1.5mm并至多5mm。

基管的外径通常为1英寸至10英寸(2.5cm至35cm)。

本文所公开的分离装置还可包括在中心环形区域1、7的上端和下端处的两个端盖16、17(参见图1和图2)。端盖由金属(一般为钢)制成，并且通常由与基管相同的材料制成。

端盖16、17可牢固地连接到基管15。端盖可通过焊接、夹持、铆接或螺纹连接紧固到基管。在组装期间，端盖在中心环形区域之后被推到基管上并且随后紧固在基管上。在图1和图2所示的本文所公开的分离装置的实施方案中，端盖通过焊接紧固。如果端盖通过夹紧连接来固定，则优选采用增加摩擦的结构设计措施。增加摩擦的涂层或表面结构可以用作例如增加摩擦的措施。增加摩擦的涂层可以例如被配置为具有合并的硬质材料颗粒(优选金刚石颗粒)的化学镍层。在这种情况下，镍层的层厚度例如为10-25μm；硬颗粒的平均尺寸为例如20-50μm。增加摩擦的表面结构可以应用于例如激光结构化。

如本文所公开的分离装置还可包括在中心环形区域(图2)的上端或下端或两端处的热补偿器18。热补偿器用于补偿基管和中心环形区域从环境温度到操作温度的不同热膨胀。热补偿器可例如包括一个或多个弹簧，或由基于聚四氟乙烯(ptfe)的材料组成的补偿衬套，或管状双壁液体填充的容器，其外壁在轴向方向上是波纹状的。

为了保护脆性硬环形盘在搬运和装入井孔时免受机械损坏，分离装置可以由管状护罩19(参见图1)围绕，流可以自由地穿过该管状护罩。该护罩可以例如配置为粗网筛并且优选地配置为穿孔板。护罩可以由金属材料制成，诸如由钢制成，特别是由耐腐蚀钢制成。护罩可以由与用于制造基管的材料相同的材料制成。

护罩可以通过端盖保持在两侧上；它也可以牢固地连接到端盖上。这种固定例如可以通过粘合剂粘接、拧紧或钉扎来实现；在组装之后，护罩可以焊接到端盖。

护罩的内径必须大于环形盘的外径。出于与流量相关的技术原因，这是必要的。已经发现在这方面有利的是，护罩的内径比环形盘的外径大至少0.5mm并至多15mm。护罩的内径可以比环形盘的外径大至少1.5mm并至多5mm。

在图3a至图3g中，示出了如本文所公开的分离装置的中心环形区域的一个实施方案。图3a至图3d示出了中心环形区域1的单个环形盘2的各种细节。图3e至图3g示出了由图3a至图3d的环形盘2构造的中心环形区域1，表示了环形盘堆叠的各种细节。图3a示出了环形盘2的上侧3的平面图，图3b示出了沿图3a中由“3b”表示的截线的剖视图，图3c至图3d示出了图3b的剖视图的放大细节。图3c的放大细节位于一个间隔件的区域中，图3d的放大细节位于两个间隔件之间的区域中。图3e示出了由图3a至图3d的环形盘2构造的中心环形区域1的剖视图，图3f至图3g示出了图3e的剖视图的放大细节。图3f的放大细节位于一个间隔件的区域中，图3g的放大细节位于两个间隔件之间的区域中。

固体颗粒的移除在分离间隙6的入口开口处进行，该分离间隙在流动方向上(参见图3d和图3g)可以是发散的，即敞开的，并且在彼此叠置的两个环形盘2之间形成。环形盘针对制造环形盘的材料和用此类环形盘制造的装置所预期的操作环境来进行适当设计，例如，可以根据给定的压力、温度和腐蚀性操作状况来选择材料，并且使得截面过渡部可以被配置成没有凹口，从而使得通过结构设计很大程度上避免了弯曲应力的发生。

每个环形盘2的上侧3具有不均匀地分布在环形盘的圆周上的十个间隔件5。每个上侧3上的两个相邻间隔件5之间的距离朝向间隔件5中的一个间隔件减小(参见图3a；该距离在12点钟位置处朝向间隔件减小)。在具有减小距离的间隔件的区域的相对侧处的区域中，存在较少的间隔件，从而允许较高的流体流入。在图3a的示例中，在12点钟位置处的间隔件的相对侧处的6点钟位置处仅存在一个间隔件。

下侧4不包括任何间隔件。间隔件5具有限定的高度，借助于该间隔件的高度来设置分离间隙6的高度(过滤器间隙的间隙宽度，过滤器宽度)。间隔件不是单独地施加或随后焊接在间隔件上，它们在环形盘的成形期间直接在生产中形成。

间隔件5的接触区域14是平面状的(参见图3c)，使得间隔件5与相邻环形盘的下侧4具有平面接触区域。在间隔件5的接触区域14的区域中，即，在与相邻环形盘接触的区域中，环形盘的上侧3与环形盘的下侧4平面平行。环形盘的下侧4形成为平滑并且平面状的，并且与盘轴线和中心环形区域的中心轴线成直角。在间隔件的平面接触区域处，环形盘接触相应的相邻环形盘。

环形盘2的具有十个间隔件5的上侧3在间隔件之间的区域中向内倾斜。环形盘的环截面在间隔件之间的部分中是梯形的(参见图3d)，环截面的较厚侧位于外部，即，在待过滤流的入口侧上。

如果将分离装置用于大多数流入来自特定方向的储层中，则两个相邻间隔件之间的距离朝向间隔件中的一个间隔件减小的该实施方案尤其有用。分离装置的流入特性可适于来自该方向的流入。

在图4a至图4e中，示出了如本文所公开的分离装置的另一个实施方案的环形盘。图4a示出了环形盘2的上侧3的平面图，图4b示出了沿图4a中由“4b”表示的截线的剖视图，图4c至图4d示出了图4b的剖视图的放大细节。图4c的放大细节位于一个间隔件的区域中，图4d的放大细节位于两个间隔件之间的区域中。图4e示出了环形盘2的3d表示。

每个环形盘2的上侧3具有不均匀地分布在环形盘的圆周上的十二个间隔件5。环形盘2的每个上侧3上的间隔件在圆周方向上的宽度具有两种不同的长度，即单个间隔件5在圆周方向上的宽度具有较大的第一长度或较小的第二长度。宽度为较大第一长度的间隔件与宽度为较小第二长度的间隔件在环形盘的圆周上以交替方式分布。在图4a的示例中，宽度为较大第一长度的间隔件5处于3点钟位置、6点钟位置、9点钟位置和12点钟位置，并且在这四个间隔件中的每两个间隔件之间布置宽度为较小第二长度的间隔件5中的两个间隔件。在宽度为较小第二长度的间隔件的区域中，允许较高的流体流入，而宽度为较大第一长度的间隔件确保环形堆叠的整体机械稳定性。这种间隔件的不均匀分布用于其中载有砂和矿物质的流体的流入沿着分离装置的圆周不均匀分布的应用中。分离装置的流入特性可适于非均匀流入。

下侧4不包括任何间隔件。间隔件5具有限定的高度，借助于该间隔件的高度来设置分离间隙6的高度(过滤器间隙的间隙宽度，过滤器宽度)。间隔件不是单独地施加或随后焊接在间隔件上，它们在环形盘的成形期间直接在生产中形成。

间隔件5的接触区域14是平面状的(参见图4c)，使得间隔件5与相邻环形盘的下侧4具有平面接触区域。在间隔件5的接触区域14的区域中，即，在与相邻环形盘接触的区域中，环形盘的上侧3与环形盘的下侧4平面平行。环形盘的下侧4形成为平滑并且平面状的，并且与盘轴线和中心环形区域的中心轴线成直角。在间隔件的平面接触区域处，环形盘接触相应的相邻环形盘。

环形盘2的具有十二个间隔件5的上侧3在间隔件之间的区域中向内倾斜。环形盘的环截面在间隔件之间的部分中是梯形的(参见图4d)，环截面的较厚侧位于外部，即，在待过滤流的入口侧上。

在图5a至图5g中，示出了如本文所公开的分离装置的中心环形区域的另一个实施方案。图5a至图5d示出了中心环形区域7的单个环形盘8和11的各种细节。图5e至图5g示出了由图5e至图5g的环形盘8和11构造的中心环形区域7，表示了环形盘堆叠的各种细节。图5a示出了环形盘8的上侧9和下侧10的平面图，图5b示出了沿图5a中由“5b”表示的截线的剖视图，图5c至图5d示出了图5b的剖视图的放大细节。图5c的放大细节位于间隔件的区域中，图5d的放大细节位于间隔件之间的区域中。图5e示出了由图5a至图5d的环形盘8和11构造的中心环形区域7的剖视图，图5f至图5g示出了图5e的剖视图的放大细节。图5f的放大细节位于一个间隔件的区域中，图5g的放大细节位于多个间隔件之间的区域中。

环形盘7的堆叠由以交替方式堆叠的环形盘8和11构成。堆叠中的每隔一个环形盘是这样的环形盘8，其在环形盘8的上侧9上在其圆周上分布有十个间隔件5(参见图5a)，并且在环形盘8的下侧10上在环形盘8的圆周上不均匀地分布有十个间隔件5。图5a的上侧9的平面图与下侧10的平面图相同。环形盘8的上侧9上的间隔件5可被定位成镜像对称于环形盘8的下侧10上的间隔件5，如图5b所示，但上侧9上的间隔件也可以与下侧10上的间隔件处在不同位置。

每个上侧8和每个下侧9上的两个相邻间隔件5之间的距离朝向间隔件5中的一个间隔件减小(参见图5a；该距离在12点钟位置处朝向间隔件减小)。在具有减小距离的间隔件的区域的相对侧处的区域中，存在较少的间隔件，从而允许较高的流体流入。在图5a的示例中，在12点钟位置处的间隔件的相对侧处的6点钟位置处仅存在一个间隔件。

环形盘8的间隔件5具有限定的高度，借助于该间隔件的高度来设置分离间隙6的高度(过滤器间隙的间隙宽度，过滤器宽度)。间隔件不是单独地施加或随后焊接在间隔件上，它们在环形盘的成形期间直接在生产中形成。

环形盘7的堆叠中的环形盘8的相应相邻环形盘为环形盘11，如图5e至图5g所示。环形盘8的上侧9和下侧10不包括任何间隔件。

固体颗粒的移除在分离间隙6的入口开口处进行，该分离间隙在流动方向上(参见图5d和图5g)可以是发散的，即敞开的，并且在彼此叠置的两个相邻环形盘之间形成。环形盘针对制造环形盘的材料和用此类环形盘制造的装置所预期的操作环境来进行适当设计，例如，可以根据给定的压力、温度和腐蚀性操作状况来选择材料，并且使得截面过渡部可以被配置成没有凹口，从而使得通过结构设计很大程度上避免了弯曲应力的发生。

间隔件5的接触区域14是平面状的(参见图5c、图5e)，使得间隔件5与相邻环形盘8的下侧10或上侧9具有平面接触区域。在间隔件5的接触区域14的区域中，即，在与相邻环形盘接触的区域中，环形盘8的上侧9与环形盘8的下侧10平面平行。在间隔件的平面接触区域处，环形盘接触相应的相邻环形盘11。

环形盘8的上侧9和下侧10形成为平滑并且平面状的，并且与盘轴线和中心环形区域的中心轴线成直角。

环形盘8的具有十个间隔件5的上侧9和下侧10在间隔件5之间的区域中向内倾斜。环形盘的环截面在间隔件之间的部分中是梯形的(参见图5d)，环截面的较厚侧位于外部，即，在待过滤流的入口侧上。

如果将分离装置用于大多数流入来自特定方向的储层中，则两个相邻间隔件之间的距离朝向间隔件中的一个间隔件减小的该实施方案尤其有用。分离装置的流入特性可适于来自该方向的流入。

根据本公开的分离装置可以用于从流体移除固体颗粒。本文使用的流体是指液体或气体或液体和气体的组合。

根据本公开的分离装置可以在石油和/或天然气储层中的提取井中用于从矿物油和/或天然气的体积流中分离固体颗粒。分离装置还可以用于从提取井外的流体移除固体颗粒的其他过滤过程，需要分离装置的大耐磨性和长寿命的过程，诸如用于流体的移动和固定存储设施中的过滤过程，或者用于在天然存在的水体中的过滤过程(例如在过滤海水中)。本文公开的分离装置也可用于提取矿石和矿物的过程。在矿石和许多其他矿物的提取中，在从流体流移除固体颗粒时存在磨损和腐蚀的问题。根据本公开的分离装置特别适用于在其中具有高和极高的流速和输送量的提取井中，从流体中分离固体颗粒，特别是从矿物油、天然气和水中分离固体颗粒。