裂隙水的处理方法和系统的制作方法_5

文档序号:9203954阅读:来源:国知局
水位与三相分离器10的水位一样。在这样的实施例中,存在通过隔膜泵12的流体连通,并且罐处于大气压力下,使得气液界面在相同的液位。
[0133]现在参见图6,根据本发明的另一个示例,提供系统以用于处理来自烃井的烃井裂隙水,所述系统包括用于将固体从裂隙水分离的装置,该装置包括三相、四材料分离器10,其中具有悬浮固体的水的流动导致其流至压裂水储存罐17。在该处,所谓的“补偿水”可被添加到裂隙水储存罐17中,并且水流通过用于将水流分离为多个水流(以下详述)的装置;到用于在多个水流中生成正电荷的装置(例如,如上所述的一套生物杀灭剂聚结器或单元),其中产生多个具有正电荷的水流。用于混合多个具有正电荷的水流的装置在水被传递至混合器15以用于接下来的井压裂操作中之前更均匀地分配水中的正电荷。
[0134]图7图示了用于分离的装置还包括第二级、二相分离器14的示例,二相分离器包括用于接收来自三相气油分离器的水流的输入。来自三相分离器的水流从分离器的中部得到,而大多数固体落在底部,如上所述。然而,来自三相分离器的水包括可能损坏生物杀灭剂聚结器或单元的悬浮固体。因而,在一个示例性实施例中,来自三相分离器10的水流被传递至二相分离器14的输入,二相分离器14还包括用于具有悬浮的更小的悬浮固体的水流的输出。二相分离器14还将固体以浆料的形式落在其下部区段。来自三相分离器10和二相分离器14的浆料被以一些其它方式进一步地处理(例如,如上所述)或处置。
[0135]现在参见图8和9,其中示出了根据本发明的一些实施例有用的三相、四材料分离器90和三相分离器10的位置,如所看到的。分离器90包括输入92、浆料输出94、液态烃输出98和气体输出80。如图1OA所示,分离器90被焊接到分离器90的侧部的腿部100 (其包括脚部101,如图1OB所示)支撑。
[0136]再次参见图9和图11 (其是沿图9中的线A截取的剖面图)以及图13 (其是沿图8中的线B截取的剖面图),挡板111允许具有一些悬浮固体的水离开分离器90,而更大的固体在底部出口 94作为浆料离开。图12图示了输入92的剖面图(沿着图8的线C截取),其中输入管92由支撑部120支撑,该支撑部连接到分离器90的底部并且保持输入管92和鞍状部(saddle)。
[0137]在又一示例中,还提供有:用于监测油/水界面液位的装置;和用于控制在第一和第二分离器中的油/水界面液位的装置。在一个这样的示例中,用于监测的装置包括油/水界面液位指示器和控制阀传感器(例如,级联控制系统)。
[0138]如图18所示,在一些示例中,用于将水流分离为多个水流的装置包括歧管181,其具有输入端口阀183以接收来自用于分离的装置的具有悬浮的固体的水流,并且所述歧管181还具有附接到生物杀灭剂聚结器单元184的多个输出端口,每个输出端口的横截面面积小于歧管的输入的横截面面积。在一些示例中,输出端口的横截面面积的总和大于输入端口的横截面面积,由此离开歧管的流动率小于进入歧管的流动率。在至少一个示例中,歧管181包括1:12歧管(例如,具有截面直径为4英寸的输出端口和更大截面直径的输入端口)。在替代示例中,用于将水流分离为多个水流的装置包括本领域中已知的水车(未示出),其具有多个隔间,每个隔间被定位成接收水流的一部分。在操作中,水通过阀183进入歧管181,并且当水流被平行连接的生物杀灭剂聚结器单元184分为平行的水流时流动变缓,以增加用于施加电磁通量的存在时间,从而最大化电磁通量施加到水的正电荷。单元184的输出在歧管186中混合,歧管186的输出由阀188控制。歧管和生物杀灭剂聚结器单元的整个组件在一些示例中被安装在框架184上,框架184可被挽具(harness) 186抬升到井址的平台(pad)上或到用于运输的卡车的平板中。
[0139]在又一个示例中,用于生成正电荷的装置包括用于使用电磁通量处理多个水流的每个的装置。至少一个这样的示例在图19-28中示出,其中用于使用电磁通量处理多个水流的每个的装置包括:管和至少一个电线圈,该电线圈具有与管大致同轴的轴线。在一些这样的示例中,管基本上由非导电材料构成。在一些这样的示例中,管基本上由不锈钢构成。在多种示例中,还提供有振铃电流开关电路,其连接到线圈。在一些这样的示例中,振铃电流开关电路以全波模式在约1KHz至约SOKHz之间的频率下运行。
[0140]具体地,仍参见图19-28,首先转到图19,实施本发明的设备被大致指定为910,并且基本包括管单元912和交流电源914。管单元912包括管916,将被处理的液体在箭头A指出的液体流动方向上通过管916。管916可由多种材料制成,但由于被管单元912影响的液体的处理涉及电磁通量通过管的壁并且进入通过管的液体中的通路,管优选地由非导电材料制成以避免到达液体的通量由于一些通量在管材料中建立的涡流电流中被消耗而减少。管单元912的其他部分被包含在或安装在围绕管916的大致柱形的壳体918上。
[0141]管单元912优选地并如下文所述地为设计为由相对低的电压电源操作,例如,具有电压为911V(rms)到37V(rms)以及60Hz的频率的电源,因此,图示的电源914是电压降压变压器,其具有初级侧和输出电线924,初级侧连接到被插塞922适配以连接到标准市电电源(比如以120V 60Hz或者240V 60Hz供电的市电电源)的输入电线920,输出电线连接到变压器的次级侧并且供应较低的电压电力到管单元912。管单元912可被设计为与具有不同直径的管916 —起使用,并且由电源914提供的特定的输出电压是被选择为最适合管的直径和管单元的相关部件的尺寸和设计的。
[0142]管单元912,除了壳体918和管916之外,基本上由围绕管的电线圈装置和开关电路组成,该开关电路用于控制电流通过线圈装置,以产生通过线圈装置的振铃电流的连续周期和导致的穿过管916中的液体的电磁通量的连续的振铃周期。组成线圈装置的线圈的数量、设计和布置可以不同,例如,在图20和21中,线圈装置被示出为具有四个线圈,U、L2-夕卜、L2-内和L3,它们以类似于美国专利5,702,600的方式布置,该专利出于所有原因通过引用结合于此。如图20和21中示出的,线圈与管916的三个不同的纵向区段926、928和930相关联。也就是说,线圈L1在线轴932上并且沿着该线轴缠绕,该线轴接着沿管区段926延伸,线圈L3在线轴934上并且沿着该线轴缠绕,该线轴自己沿着管区段930延伸,并且两个线圈L2-内和L2-外在线轴936上缠绕,该线轴936自身沿着管区段928延伸,其中线圈L2-外缠绕在线圈L2-内上。两个线圈L2-内和L2-外彼此缠绕在另一个上面,或者彼此密切相关联,产生两个线圈之间的绕组电容,这形成下文所述的串联谐振电路的电容的全部或部分。
[0143]参见图20,管单元912的壳体918由柱形壳938和两个环形端部件940和942制成。组成开关电路的部件由端部件940承载,且所述部件中的至少一些被安装在通过螺丝946固定至端部件940的热沉944上。在管单元912的组装中,端部件940被首先从图20中可见的管的右端滑到管916上,滑到距管的右端一些距离的位置,并且然后被紧固螺丝948固定到管。三个线圈线轴932、936和934以及它们的线圈然后从管的左端连续地移动至管916,直到它们抵靠彼此和端部件940,在线轴和管之间施加有粘合剂,以将线轴粘合地结合至管。环形套圈950然后从管的左端滑到管上并且与线圈L3成抵靠关系,并且被紧固螺丝960、960固定至管。壳938然后在管上滑动并且在其右端被螺丝962、962固定至端部件940。最后,端部件942从管的左端在管916上滑动并且然后通过螺丝964固定至壳938并且通过紧固螺丝966固定至管。
[0144]图22示出了管单元912的基本的接线图。连接到电源914的输入端子被标记为968和970。包括图示的导体的连接装置将这些输入端子968和970通过包括热过载开关974的连接装置所示的方式连接至线圈和开关电路972。箭头B指出了线圈缠绕的顺时针方向,并且与这个参考一致,线圈L3和线圈L 2-外在顺时针方向上绕管916缠绕,并且线圈LjP L2-内在逆时针方向上绕管缠绕。考虑到这些缠绕方向和图示的电连接,将理解的是,当电流i。在箭头C指出的方向流动通过线圈时,穿过每个线圈的中心、以及由此通过管中的液体的磁通量的方向在图22中由箭头E、F、G和H示出。也就是说,穿过线圈U、L2-内和L3的中心的通量在管的一个纵向方向上移动,并且穿过线圈L2-外的中心的通量在相反的方向上移动。取决于开关电路972的设计,可能需要或期望为开关电路972提供局部接地,并且在这种情况下,开关电路可通过隔离变压器976连接到输入端子968和970,如图22所示。
[0145]图23是更详细地示出了图22中的开关电路972和连接装置的接线图。参见图23,开关电路972包括12V电源子电路976、比较器子电路978、定时器子电路980、开关982和指示器子电路984。
[0146]部件D2、R5、C5、R6和Zl包括12V DC电源子电路976,电源子电路向触发电路的其他部件供电。电阻Rl和R2以及运算放大器Ul形成比较器子电路978。电阻Rl和R2形成分压器,该分压器发送与施加的AC电压成比例的信号到运算放大器U1。电容Cl用于过滤可能存在于AC输入电压中的任何“噪音”电压以防止放大器Ul抖动。放大器Ul被连接以每当施加的AC电压为正时在线986上产生“低”(零)的输出电压,并且当AC电压为负时产生“高”(+12V)的输出。
[0147]当AC供电电压跨过零并且开始变成正电压时,放大器Ul切换到低的输出。这触发了 555定时器芯片U2以在其引脚93上产生高的输出。电容C2和R3用作高通滤波器以使得触发脉冲是瞬时的,而非稳定的。在U2的引脚92的电压被保持为低大约半毫秒。该瞬时的低的触发电压导致U2在引脚93上保持维持的高电压(+12V)。
[0148]开关982可采用各种不同的形式,并且可以是由多个独立的部件组成的子电路,并且在所有的情形中是分别具有第一、第二和第三端子988、990和992的三端子或三极管开关,其中第三端子992是栅极端子,并且开关被设计为通过将电信号施加到栅极端子992,开关能够在第一和第二端子相对于彼此闭合的开(ON)情形和第一和第二端子相对于彼此打开的关(OFF)情形之间切换。在图23所图示且优选的情况中,开关982是单个MOSFET (Ql)。一旦施加到栅极端子992的电压由于出现在跨过输入端子968和970的输入AC电压变为正电压而变成正电压,MOSFET (Ql)就导通,即将端子988和990设置为相对于彼此闭合的情形。这反过来允许电流在线圈U、L2-内、L2-外和1^中形成。当由电阻R4和电容C3的矢积(product)形成的时间常数流逝后,555芯片U2的引脚93回复到低输出,将MOSFET(Ql)改变至其OFF情形。当(Ql)的该关闭发生时,依然在线圈中流动的任何电流被转移至跨过(Ql)端子988和990出现的电容。如图23所示,该电容由主要由两个线圈L2-内和L2-外的紧密关联引起的接线电容C。组成。该绕组电容自身足以用于用线圈创建有用的串联谐振电路的目的,但如果需要额外的电容,则其能够由单独另外的调谐电容(Ct)来供应。
[0149]当开关(Ql)转到OFF或打开情形时,仍然在线圈中流动的任何电流被转移至电容(C。和/或Ct),并且该电容与线圈以及电源相结合形成串联谐振电路,该串联谐振电路使电流通过线圈以呈现振铃波形并且由此产生通过管916中的液体的振铃电磁通量。通过调节可变电阻R4,开关(Ql)的打开的定时可被调节以在AC输入电压的每个运行半周期中更早或更晚地发生。优选地,通过这样的方式来调节电路:以R4的最大电阻值开始,并且然后慢慢地将其朝向更低的电阻值调节,直至指示器子电路984的LED指示器994点亮为止。这在当跨过电容(C。和/或Ct)形成的峰电压超过150V时发生,在该电压下,两个齐纳二极管Z2能够导通。齐纳二极管对电容962充电,并且产生的电压开启LED 994。当该指示器LED发光时,则电阻R4的调节变为相反的方向,直到LED刚好熄灭为止,并且这由此设置开关(Ql)以生成150V的振铃信号。
[0150]图24通过在电路的操作期间发生的波形图示了图23的电路的功能。参见该图,波形996是跨过输入端子968和970施加的AC供电电压的波形,所述电压是交流电压,其具有与具有负电压的第二组半周期900交替的正电压的第一组半周期998。图23的电路是在半波模式下操作的电路,该半波模式具有仅响应于每个正半周期998而在管单元的线圈中产生的振铃电流的期间。波形902表示开关(Ql)的打开和闭合的持续期间,并且根据该波形,可注意到,在供电电压的每个正半周期998期间,开关(Ql)在所述半周期的初始部分期间闭合,并且在该半周期的结束很久之前的时间打开(其中这种发生的精确定时能够被可调节电阻R4调节)。
[0151]开关(Ql)的打开和关闭产生在图24中表示为904的电流波形,这对于供电电压的每个正半周期来说,使得在该半周期的开始部分期间,通过线圈的电流从零开始增加,在这期间开关(Ql)关闭,然后基于开关(Ql)的打开,电流振铃一段给定的时间段。跨过管单元的线圈出现的电压由图24的波形906示出,且基于开关(Ql)的打开的电压呈现振铃形状,该形状具有大于电源914提供的电压很多倍的最大电压。
[0152]线圈中产生的振铃电流的频率和跨过线圈产生的振铃电压的频率能够通过改变跨过开关(Ql)出现的电容(C。和/或C t)而改变,并且优选地被设定为在1kHz至80kHz的范围内的频率。
[0153]图19-24中的设备的参数,包括额定管尺寸、从匝数、间距和长度的角度来说的线圈的布置、调谐电容电容和相关联的额定电源电压在图28中以表的形式给出。
[0154]如上所述,与图22、23和24相关而描述且图示的开关电路是可被操作以产生对于施加的供电电压的每个交替半周期的一段期间的振铃电流和振铃电压。然而,如果需要,开关电路也能够被设计为在全波模式下操作,其中振铃电流和振铃电压的期间对于供电电压的每个半周期产生。如图25所示,这能够通过改变图22中的电路以增加第二开关电路908而实现,第二开关电路与第一开关电路972相同,除了在电流和电压方面与第一电路972是相反的方向
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