CN106574494A - 用于从液体和气体流移除固体颗粒以用于高压差的分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明的主题是用于从提取井中的液体和/或气体中移除固体颗粒的分离装置，包括a)至少三个硬脆环形盘(8)的环形叠堆(7)，环形盘(8)的上侧(9)具有至少三个隔离物(10)，该至少三个隔离物均匀地分布在盘的圆周上，并且其接触区域(11)是平坦的，使得隔离物(10)与相邻环形盘(8)的下侧具有平面接触，并且环形盘(8)以如下方式堆叠和固定：在各个盘(8)之间在每种情况下存在用于移除固体颗粒的分离间隙(14)，并且环形盘(8)在内周和外周处的轴向突起部是圆形的，并且环形盘(8)的硬脆材料选自氧化和非氧化的陶瓷材料、这些材料的混合陶瓷、添加有第二相的陶瓷材料、具有陶瓷或金属硬材料的部分并且具有金属粘结相的混合材料、具有原位形成的硬材料相的粉末冶金材料以及长纤维和/或短纤维增强的陶瓷材料，b)穿孔管(1)，其位于环形叠堆(7)内部并且硬脆环形盘(8)堆叠在穿孔管上，c)至少三个带(15)，其在位于环形叠堆(7)内部的穿孔管(1)的侧表面(21)上轴向平行设置并且均匀地间隔开，并且环形盘(8)被推到至少三个带上，由此环形盘(8)以穿孔管(1)为中心，以及d)在环形叠堆(7)的上端处的端盖(5)和在环形叠堆(7)的下端处的端盖(6)，端盖(5,6)牢固地连接到穿孔管(1)。本发明的主题同样是根据本发明的分离装置用于在从提取井提取液体和/或气体的过程中从液体和/或气体中移除固体颗粒的用途。

Description

用于从液体和气体流移除固体颗粒以用于高压差的分离装置

技术领域

本发明涉及用于高压差的新型分离装置，利用该分离装置可从油、气体和水或它们的混合物的体积流中分离不期望的固体颗粒。

背景技术

此类分离装置在许多油和气体提取井中是需要的。矿物油和天然气储存在天然存在的地下储层中，油或气体分布在较多孔或较少孔且可渗透的矿物层中。每个油或气体钻孔的目的是到达储层并且以如下方式进行开采：尽可能仅提取可销售的产物诸如油和气体，而使不期望的副产物最小化或甚至完全避免。油和气体提取中不期望的副产物包括固体颗粒诸如砂和其他矿物颗粒，其通过液体或气体流从储层被向上带到钻孔。根据地质层的渗透性和地层压力，载有固体的液体和气体流的流速可变得非常高，最高至15m/s，并且在个别情况下甚至更高。

由于矿砂通常是磨蚀性的，所以此类固体流入到生产管道和泵中在钻孔的所有技术内部构件上引起相当多的不期望的磨蚀和侵蚀磨损。因此，本发明致力于通过过滤器系统在不期望的砂的生产流离开储层之后，即在其仍然在钻孔中时直接将其释放。

在从液体和气体流中移除固体颗粒时的磨损和侵蚀的问题不限于油气工业，而且也可在水的提取中出现。可以为了获得饮用水或者为了获得地热能的目的而提取水。多孔的，通常松散分层的水储层倾向于将相当大量的磨料颗粒引入到被提取的材料中。在这些应用中，也需要耐磨损和耐侵蚀的过滤器。

在油和气体提取中，现今通常通过使用过滤器来实现不期望的颗粒的分离，该过滤器通过将钢成形线螺旋缠绕和焊接到穿孔基管上来生产。此类过滤器称为“绕线过滤器”。在油和气体提取中用于过滤器的另一种常用类型的构造是用钢筛网缠绕穿孔基管。这些过滤器称为“金属网筛”。两种方法均提供具有75μm至350μm的有效筛孔的过滤器。根据这两种类型的过滤器的构造类型和计划的预期用途，过滤元件在运输和引入到钻孔期间通过外部安装的粗网笼被附加地保护以免受机械损坏。这些类型的过滤器的缺点在于，在以高速流动的磨料颗粒的作用下，钢结构经受迅速的磨料磨损，这快速地导致嵌丝筛网结构的破坏。此类高速磨料流经常出现在油和/或气体提取井中，这导致涉及改变过滤器的相当大的技术和财务维护支出。甚至存在这样的提取井，出于这些流的原因，所述提取井不能通过常规过滤技术来控制，并且因此不能在商业上开采。常规金属过滤器经受磨蚀和侵蚀磨损，因为钢即使硬化，也比提取井中的颗粒软，所述颗粒有时包含石英。

因此，非常需要用耐磨筛网结构来抵抗砂的磨料流。

DE 10 2008 057 894 A1、WO2011/009469 A1和WO2011/120539 A1提出了这样的过滤器结构，其中过滤器间隙，即过滤器的功能开口通过堆叠硬脆材料(优选地为陶瓷材料)的特别成形的致密烧结的环形盘而形成。在这种情况下，至少三个隔离物布置在环形盘的上侧上，均匀地分布在盘的圆周上，并且盘以使隔离物分别彼此叠置的方式一个堆叠在另一个的顶部上。

隔离物为球形段的形式。然而，将隔离物形成为球形段具有以下缺点：具有非常好的耐磨蚀性和耐侵蚀性的陶瓷材料(诸如致密烧结的碳化硅)对点压负荷敏感，并且在由于点压负荷而经受过度应力时，由于破裂而失效。高点接触负载称为赫兹应力。在处于压缩负载下的点下方的材料的体积中，高拉伸应力由于点压负荷而产生，并且可能导致陶瓷环的破裂。

在正常操作状态下，分离装置仅在过滤器的入口侧和出口侧之间经历不显著的压力差。只要分离装置没有堵塞(即，阻塞)，并且可以或多或少地自由流过，就是这种情况。在正常操作条件下，分离装置中的压力或压力损失的差异较小。然而，如果过滤器间隙堵塞，则压力差可非常急剧地增加。

分离装置的堵塞或阻塞的一个原因可能是矿物颗粒在过滤器的入口开口处的不期望的滞留，即在环形叠堆的外周上的环形间隙处的不期望的滞留。堵塞的风险所取决的因素是矿物颗粒/液体混合物的颗粒尺寸分布和过滤器位置处的流速。

分离装置的堵塞或阻塞的另一个原因可能是钻孔被有意地填充有载有固体的高度粘性的液体。此类液体称为“防滤失处理剂”。

然后，根据钻孔中的操作条件，堵塞或阻塞的过滤器可暴露于非常大的压力差，该压力差为2500psi(对应于172巴或17.2MPa)外部压力的数量级，即暴露于来自外部的压力；以及1000psi(对应于69巴或6.9MPa)内部压力的数量级，即暴露于来自内部的压力。

外部压力负荷发生在例如过滤器由于矿物颗粒在过滤器的入口开口处的不期望滞留而堵塞时，内部压力负荷发生在例如堵塞的过滤器通过冲洗而被清洁时。

因此，过滤器的使用者对在设计中考虑过滤器的耐压性以及通过标准方法测量该耐压性具有合理的关注。

这些情况导致用于确定此类过滤器的耐压性的测量标准ISO17824，第一版，2009-08-15的开发。在这种情况下，过滤器通过在tWO测试设置中使用载有固体的粘性液体而经受内部压力(爆裂压力测试)或外部压力(塌缩压力测试)。在这些测试中，压力增加，直到作为压力作用的结果，过滤器允许比对应于过滤器宽度更粗的颗粒通过，这从过滤器中或测量流体的进料管线中的压力的下降可以看出。该事件也被称为技术术语“砂控失败”，简称LSC。

根据DE 10 2008 057 894 A1、WO2011/009469 A1和WO2011/120539 A1的过滤器的结构设计具有如下作用：在根据ISO 17824的测试中，当压力积聚时，局部压力突破出现在单独过滤器间隙开口的部分中。这些压力突破可通过以下所述来解释：测量流体的桥形成固体颗粒由于太高的压力而被迫通过过滤器间隙，这继而导致过滤器间隙中的压力增加。由固体颗粒形成的桥在压力负荷下塌缩。在过滤器间隙中暂时占主导地位的液体压力然后产生大的轴向力，该轴向力将轴向负载放置在位于破裂的过滤器间隙的两侧上的环形盘段上；并且还产生大的弯曲应力，使得存在环破裂的风险。

当根据ISO 17824测试在DE 10 2008 057 894 A1、WO2011/009469 A1和O2011/120539 A1中提出的过滤器的内部和外部耐压性(爆裂压力测试、塌陷压力测试)时以及当在生产中使用所述过滤器时，可能存在导致陶瓷环形叠堆中的非常大的轴向力的压力条件。即使就相对较低的等静压力而言，轴向力可以增加到由于由球形段上的点接触引起的赫兹应力而发生环的破裂的这种程度。

以球形段的形式构造隔离物具有另外的技术和商业缺点。由于具有以这样的方式形成的隔离物的环不能在烧结后成本有效地再加工，所以环形盘的平面度和球形段的高度必须完全符合规定的规格，否则环不能使用并且必须丢弃。即使当保持在技术上可能的容差内时，被称为“烧结”(即，未再加工)的陶瓷部件也比通过硬加工再加工的那些陶瓷部件具有更大的容差。因此，过滤器宽度的紧容差不能利用具有球形段形式的隔离物的环来成本有效地实现。缺点还包括，特别适合的压制工具对于待生产的每个过滤器宽度必须是可用的。至少压制工具的上冲头必须适合于球形段的高度，并因此适合于预期的过滤器宽度，这带来了相当多的商业缺点。

DE 10 2008 057 894 A1、WO2011/009469 A1和WO2011/120539 A1A中提出的结构设计的另外的缺点涉及压缩弹簧。被构造为螺旋弹簧的这些压缩弹簧旨在在变化的环境条件(特别是变化的温度)下保持陶瓷环形盘的预负荷恒定。分布在环形盘的圆周上的弹簧的预期效果是将盘保持在一起，并且因此利用很大程度上与环境影响无关的力将过滤器间隙宽度保持为恒定。然而，在过滤器实际上用于提取操作中时可能出现的某些操作条件下，弹簧以不同于期望的方式起作用。由于在过滤器的流入侧(其通常在环形盘的外圆周表面上)和在环形盘的内圆周表面上的流出侧之间的压力差，在过滤器间隙中产生轴向压缩力，由于环形盘的宽度，即使当压力差很小时，轴向力也可能是相当大的。这些轴向力可大于压缩弹簧的弹性力，其结果是，由于压力的一定差异，弹簧屈服并且一个或多个过滤器间隙以不期望的方式变化，这导致期望和预期的过滤效果的损失。所提出的结构设计不可能随意增加弹簧预负荷，否则即使当过滤器不经受任何负荷时，赫兹应力也导致陶瓷过滤器环的破裂。

利用压缩弹簧，在环形盘的周长上均匀的弹簧力被施加在环形盘上，从而提供平衡力以抵消过滤器内部或外部的非常均匀的等静压力场。利用此类过滤器的测试表明，在技术上实际的条件下，压缩力场不是均匀的，并且弹簧不能防止环形盘的不期望的倾斜。压缩弹簧可能失去其预期的效果，直到它们导致功能丧失，或至少导致预期的过滤效果失效的程度。

就DE 10 2008 057 894 A1、WO2011/009469 A1和WO2011/120539 A1而言，环形盘以如下方式堆叠：球形段形式的隔离物必须分别彼此叠置。该技术方案具有以下程度的缺点：一方面组件是复杂的，因为必须确保环的精确取向；并且另一方面存在过滤器变得功能丧失的风险，因为环在其被运输时或操作期间发生的影响的作用下扭转。

就WO2011/009469 A1而言，硬脆环形盘在其圆周表面上具有用于接收导向杆的凹槽，该导向杆用于在组装期间对准和引导环形元件。在WO2011/120539 A1中，环形叠堆的硬脆盘通过位于环形叠堆内并且平行于纵向轴线的夹紧杆或位于环形叠堆内的夹紧管保持在一起。在内圆周表面上，硬脆盘具有用于接收夹紧杆的空隙或凹槽。硬脆盘中引导轴向平行的夹紧元件所需的凹槽(比如来自WO2011/009469 A1的凹槽)表示硬脆盘的显著机械弱化，因为当硬脆盘经受在测试或操作期间出现的外部或内部压力的负荷时，在凹槽处出现应力峰值。这导致过滤器系统在内部和外部压力方面的较低的承载能力。

已知约5000℃的温度在地球中心占主导地位。在地球表面的方向上，存在温度梯度，其结果是在增加的深度下，钻孔通常变得更暖。从深井已知，在8000米的深度下，约250℃的温度可能占主导地位。因此在用于油和气体或水的提取井中，必须预期高温。对于在用于油和气体或水的提取井中使用的分离装置的主要需求是在最高至200℃的温度范围内。因此，在用于油和气体或水的提取井中使用的分离装置必须能够在10至200℃的温度范围内起作用。当它们被运输和被储存时，分离装置也可暴露于低至-30℃的较低温度，分离装置必须能够耐受该温度而不受损坏。

因此，期望提供用于从液体，特别是从来自提取井的油、气体和水移除固体颗粒的耐磨性分离装置，所述提取井对分离装置的流入侧和流出侧之间的压力差具有很大的抵抗性。还期望分离装置在操作期间耐受至少190℃，即在+10℃至+200℃的范围内的温度差，而不受损坏并且不限制其功能能力。此外，分离装置应当能够耐受在运输和储存期间出现的低至-30℃的低温而不受损坏。此外，期望分离装置可用于弯曲的提取井中，其是机械稳固的并且满足关于油气工业的安全性和可靠性的严格要求。

发明内容

本发明提供了根据权利要求1和2所述的分离装置以及根据权利要求23和24所述的其用途。分离装置的优选的和特别有利的实施方案在从属权利要求3至22中说明。

因此，本发明的主题是用于从液体和/或气体中移除固体颗粒的分离装置，包括：

a)至少三个硬脆环形盘的环形叠堆，该环形盘的上侧具有至少三个隔离物，所述隔离物均匀地分布在盘的圆周上，并且其接触区域是平坦的，使得隔离物与相邻环形盘的下侧具有平面接触，并且环形盘以如下方式堆叠和固定：在各个盘之间在每种情况下存在用于移除固体颗粒的分离间隙，并且环形盘在内周和外周处的轴向突起部是圆形的，并且环形盘的硬脆材料选自氧化和非氧化的陶瓷材料、这些材料的混合陶瓷、添加有第二相的陶瓷材料、具有陶瓷或金属硬材料的部分并且具有金属粘结相的混合材料、具有原位形成的硬材料相的粉末冶金材料以及长纤维和/或短纤维增强的陶瓷材料，

b)穿孔管，其位于环形叠堆内部并且硬脆环形盘堆叠在该穿孔管上，

c)至少三个带，其在位于环形叠堆内部的穿孔管的侧表面上轴向平行设置并且均匀地间隔开，并且环形盘被推到至少三个带上，由此环形盘以穿孔管为中心，和

d)在在环形叠堆的上端处的端盖和在环形叠堆的下端处的端盖，所述端盖牢固地连接到穿孔管。

本发明的主题也是用于从液体和/或气体中移除固体颗粒的分离装置，包括：

a)至少三个硬脆环形盘的环形叠堆，环形叠堆中的每第二环形盘的上侧和下侧具有均匀分布在盘的圆周上的至少三个隔离物，并且分别相邻的环形盘不具有隔离物，并且隔离物的接触区域是平坦的，使得隔离物与相邻的环形盘具有平面接触，并且环形盘以如下方式堆叠和固定：在各个盘之间在每种情况下存在用于移除固体颗粒的分离间隙，并且环形盘在内周和外周处的轴向突起部是圆形的，并且环形盘的硬脆材料选自氧化和非氧化的陶瓷材料、这些材料的混合陶瓷、添加有第二相的陶瓷材料、具有陶瓷或金属硬材料的部分并且具有金属粘结相的混合材料、具有原位形成的硬材料相的粉末冶金材料以及长纤维和/或短纤维增强的陶瓷材料，

b)穿孔管，其位于环形叠堆内部并且硬脆环形盘堆叠在该穿孔管上，

c)至少三个带，其在位于环形叠堆内部的穿孔管的侧表面上轴向平行设置并且均匀地间隔开，并且环形盘被推到至少三个带上，由此环形盘以穿孔管为中心，和

d)在在环形叠堆的上端处的端盖和在环形叠堆的下端处的端盖，所述端盖牢固地连接到穿孔管。

本发明的主题也是根据本发明的分离装置用于在从提取井提取液体和/或气体的过程中从液体和/或气体中移除固体颗粒的用途。

本发明的主题也是根据本发明的分离装置用于从天然存在的水体中或用于液体和气体的储存装置中的液体和/或气体中移除固体颗粒的用途。

根据本发明的分离装置具有良好的耐压差性。它可以耐受最高至500巴(或50MPa或7250psi)的外部压力并且在根据ISO 17824的针对外部耐压性的测试(塌缩压力测试)中更高，以及最高至120巴(或12MPa或1740psi)的内部压力并且在根据ISO 17824的针对内部耐压性的测试(爆裂压力测试)中更高，而不限制其功能能力。在这些针对内部和外部耐压性的测试中，硬脆环形盘中的任一个都没有破裂。因此，根据本发明的分离装置的内部和外部耐压性远大于就根据DE 10 2008 057 894 A1、WO2011/009469 A1和WO2011/120539 A1的分离装置而言的内部和外部耐压性。

隔离物的平坦接触区域具有使环形盘与相应的相邻环形盘具有平面接触的作用。因此，避免了点压负载，使得与DE 10 2008 057 894 A1、WO2011/009469 A1和WO2011/120539 A1的具有球形段形式的隔离物的分离装置相比，硬脆环形盘由于赫兹应力而过载的风险以及破裂的风险的显著降低。

根据本发明的分离装置不具有任何屈服弹性结构元件，诸如弹簧、橡胶盘或产生预负荷的其他弹性元件。分离装置的环形叠堆不通过压缩弹簧支撑，而是固定在位于环形叠堆内部的穿孔管上，而环形叠堆不经历任何可测量的预负荷。用压缩弹簧分配具有不会出现环形盘的倾斜的作用。

当分离装置经受来自内部或外部的压力时，轴向力由于液体压力而出现在环形盘上，该液体压力可作用于过滤器间隙中的所有侧上并试图将环形盘挤压分开。根据可在过滤器柱的周长和高度上均匀地或非均匀地分布的压力场的种类，在环形盘的数量更少或更多的情况下可能出现轴向力。利用根据本发明的分离装置，环形盘抵靠彼此的支撑以及环形叠堆抵靠端盖的支撑具有防止轴向力的作用，该轴向力在压力的作用下出现，从而导致环形盘沿轴向方向的可测量位移。即使当由于内部或外部压力负荷而存在大的压力差时，过滤器间隙也不会以不期望的方式改变，使得即使当存在大的压力差时也保持过滤效果。

利用根据本发明的分离装置，环形盘在内周和外周处的轴向突起部是圆形的。因此，作为与在DE 10 2008 057 894 A1、WO2011/009469 A1和WO2011/120539 A1中提出的分离装置的不同之处，环形盘在其内圆周表面和外圆周表面上没有任何强度减小的凹槽或空隙。从结构设计的观点来看是理想的圆形形状具有这样的作用：在很大程度上避免了作为压力负荷的结果的应力集中。因此，分离装置内部和外部耐压性更大。

用于根据本发明的分离装置的环形盘的制造可利用单个压制工具以低成本针对各种过滤器宽度而实现，并且可以通过烧结环形盘的硬加工来进行过滤器宽度的精确设定。例如，可利用单个压制工具来产生10至500μm的过滤器宽度，这导致工具成本和库存的显著节省。

环形盘在某种程度上可相对于彼此沿径向和切向方向移动，由此分离装置也可被引入到弯曲的提取井中。

根据本发明的由硬脆环形元件构成的分离装置比常规金属过滤器更耐磨蚀和耐腐蚀。因此其在腐蚀和磨蚀的使用条件下具有比常规过滤器更长的使用寿命。

附图说明

本发明基于附图更详细地解释，其中

图1示意性地示出根据本发明的分离装置的整体视图；

图2a-图2b示意性地示出根据本发明的分别具有一个中间元件和具有两个中间元件的分离装置的整体视图；

图3a-图3b示出根据本发明的根据第一优选实施方案的分离装置的剖视图；

图4a-图4b示出根据本发明的根据第二优选实施方案的分离装置的剖视图；

图5a-图5b示出根据本发明的根据第三优选实施方案和第四优选实施方案的分离装置的剖视图；

图6a-图6g示出根据本发明的环形盘的各种视图，在环形盘的上侧上具有15个隔离物；

图7a-图7f示意性地示出具有根据图6a-图6g的环形盘的环形叠堆的各种视图；

图8a-图8g示出根据本发明的环形盘的各种视图，在环形盘的上侧上具有24个隔离物；

图9a-图9e分别示出根据本发明的具有不同构造的隔离物的环形盘的上侧的细节；

图10示出根据本发明的具有定心带的第一实施方案的分离装置的剖视图；

图11示出根据本发明的具有定心带的第二实施方案的分离装置的剖视图；

图12a-图12c示出用于根据图3a-图3b的第一优选实施方案的根据本发明的分离装置的补偿元件(补偿衬套)的各种视图；

图13a-图13c示出用于根据图4a-图4b的第二优选实施方案的根据本发明的分离装置的补偿元件(双壁补偿器)的各种视图；

图14a-图14c示出用于根据图3a-图3b的第一优选实施方案的根据本发明的分离装置的具有螺旋弹簧的补偿衬套的各种视图；

图15a-图15c示出用于根据图3a-图3b的第一优选实施方案的根据本发明的分离装置的具有螺旋弹簧的补偿衬套的各种视图；

图16a-图16g示出根据本发明的环形盘的各种视图，在环形盘的上侧和下侧上分别具有15个隔离物；并且

图17a-图17f示意性地示出具有根据图16a-图16g的环形盘的环形叠堆的各种视图。

具体实施方式

根据本发明的分离装置的优选实施方案和细节在下文中参考附图更详细地解释。

图1示出根据本发明的分离装置的整体视图。通常在穿孔管1的两端处设置有螺纹2，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连接到提取设备的另外部件。

根据本发明的分离装置的各种实施方案在下文中描述，该分离装置包括被适当地设计用于材料并且被制成彼此匹配的以下基本元件：

-至少三个硬脆环形盘8(参见图6a-图6g和图8a-图8g)的环形叠堆7(参见图3a-图3b、图4a-图4b、图5a-图5b和图7a-图7f)，该环形盘的上侧9具有均匀地分布在盘的圆周上的至少三个隔离物10。隔离物10的接触区域11是平坦的，使得隔离物10与相邻环形盘具有平面接触。环形盘以如下方式堆叠和固定：在各个盘之间在每种情况下存在用于移除固体颗粒的分离间隙14。环形盘在内周和外周处的轴向突起部是圆形的。因此，环形盘在其内圆周表面和外圆周表面上没有任何强度减小的凹槽或空隙。从结构设计的观点来看是理想的圆形形状具有如下作用：在很大程度上避免了作为压力负荷的结果的应力集中；

-位于环形叠堆7(参见图1、图3a-图3b、图4a-图4b和图5a-图5b)内部的穿孔管1，硬脆环形盘8堆叠在该穿孔管上。位于环形叠堆内部的穿孔管在下文中也称为基管；

-至少三个带15(参见图10和图11)，其在基管1的侧表面上轴向平行设置并且均匀地间隔开，环形盘8被推到基管上，由此环形盘8以基管1为中心，以及

-在环形叠堆7的上端和下端处的两个端盖5,6(参见图1、图3a-图3b、图4a-图4b和图5a-图5b)，端盖5,6牢固地连接到基管1。

为了更好地理解，并且由于根据本发明的分离装置通常以竖直对准被引入到提取钻孔中，所以在这里使用术语“上”和“下”，但是分离装置也可以水平取向定位在提取钻孔中。

环形叠堆

在图6a-图6g和图8a-图8g中，示出了用于根据本发明的分离装置的环形盘8的两个优选实施方案。图6的块示出用于在环形盘的上侧上具有15个隔离物的实施方案的环形盘的设计，图8的块示出用于在环形盘的上侧上具有24个隔离物的实施方案的环形盘的设计。图6a和图8a分别示出环形盘8的平面图，图6b和图8b分别示出沿着图6a和图8a中分别由“6b”和“8b”指示的剖面线的剖视图，图6c-图6e和图8c-图8e分别示出图6b和图8b的剖视图的放大细节，图6f和图8f分别示出沿着图6a和图8a中分别由“6f”和“8f”指示的剖面线的3D表示，并且图6g和图8g分别示出环形盘的3D视图。图6a-图6g和图8a-图8g中表示的隔离物的构造是隔离物的优选形式。

环形盘由硬脆材料制成，优选地由陶瓷材料制成，其对固体颗粒(诸如砂和其他矿物颗粒)耐磨蚀和耐侵蚀，并且还对提取介质和用于维护的介质(诸如酸)耐腐蚀。

图7a-图7f示意性地示出由图6a-图6g的环形盘8构成的环形叠堆7。图7a示出环形叠堆的平面图，图7b示出沿着在图7a中由“7b”指示的剖面线的剖视图。图7c和图7d示出来自图7b的剖视图的放大细节。图7e示出环形叠堆的3D视图，图7f示出沿着在图7a中由“7f”指示的剖面线的3D表示。

固体颗粒的移除在环形间隙14的入口开口处进行，该环形间隙在流动方向上优选地是分散的，即打开(参见图7b和图7d)，并且形成在一个叠置在另一个之上的两个环形元件之间。环形元件被设计成适当地用于陶瓷或适当地用于硬脆材料，即横截面过渡被构造成没有凹口，并且通过结构设计很大程度上避免了弯曲应力的出现。

环形盘8(参见图6和图8的块)在其上侧9上具有至少三个隔离物10，所述隔离物均匀地分布在盘的圆周上并且具有限定的高度，借助于该限定的高度，设定分离间隙14的高度(过滤器间隙的间隙宽度、过滤器宽度)。隔离物不是单独应用或随后焊接上的隔离物，它们在环形盘的成形期间直接在制造中形成。因此，环形盘是整体主体，并且隔离物具有与环形盘同样的大的耐磨蚀性、耐侵蚀性和耐腐蚀性。

隔离物10的接触区域11是平坦的(参见图6c、图6f、图8c和图8f)，使得隔离物10与相邻的环形盘具有平面接触。环形盘8在隔离物10的接触区域11的区域中，即在与相邻环形盘8接触的区域中，与环形盘8的下侧12平面平行。环形盘的下侧12被形成为平滑且平坦的并且与盘轴线成直角。

环形盘的上侧9优选地在隔离物之间的区域中向内或向外倾斜，特别优选地向内倾斜。如果环形盘的上侧在隔离物之间的区域中向内或向外倾斜，则在最简单的情况下，环形盘的环横截面的上侧上的剖面线是直的，并且在隔离物之间的部分中的环形盘的环横截面是梯形的(参见图6d和图8d)，环横截面的较厚侧必须位于待过滤的流的相应入口侧上。如果待过滤的流来自环形叠堆的外圆周表面的方向，则梯形横截面的最厚点必须位于外侧上，并且环形盘的上侧向内倾斜。如果待过滤的流来自环形盘的内圆周表面的方向，则梯形横截面的最厚点必须位于内侧上，并且环形盘的上侧向外倾斜。梯形形状的环横截面的形成以及因此沿流动方向分散的过滤器间隙的形成具有的优点在于，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)例如由于作为间隙中的流动的结果的颗粒旋转而趋于更少地卡在过滤器间隙中。因此，具有以这样的方式形成的分散过滤器间隙的分离装置与其中过滤器间隙具有在环横截面上恒定的过滤器开口的分离装置相比不太可能被堵塞和阻塞，因此在这种情况下，环的上侧和环的下侧是平行的。

环形盘的外轮廓优选地被构造成具有斜面13，如图6c-图6e和图8c-图8e所示。也可以将环形盘构造成具有圆形边缘。这表示甚至更好地保护边缘以防止对于硬脆材料临界的边缘负荷。

环形盘的圆周表面(侧表面)优选地为圆柱形。然而，也可以将圆周表面形成为向外凸出，以便实现更好的入射流。

将环形盘制造成具有适于在所涉及的应用中提供的提取井的钻孔的外径，使得根据本发明的分离装置可以很小的游隙被引入到钻孔中，以便尽可能最好地使用提取井的横截面以实现高递送输出。环形盘的外径可为20mm-250mm，但是大于250mm的外径也是可能的。

环形盘的径向环宽度优选地在8mm-20mm的范围内。这些环宽度适用于具有在2³/₈英寸至51/2英寸范围内的基管直径的分离装置。

环形盘的轴向厚度优选地为3mm-12mm，更优选地为4mm-7mm。环形盘的轴向厚度或基底厚度在隔离物之间的区域中测量，并且就梯形横截面而言，在隔离物之间的区域中的较厚侧上测量。

隔离物的区域中的环形盘的轴向厚度对应于基底厚度(即，在隔离物之间的区域中的环形盘的轴向厚度)和过滤器宽度的总和。

隔离物的高度确定了分离装置的过滤器宽度，即各个环形盘之间的分离间隙。过滤器宽度另外确定了待移除的固体颗粒(诸如砂和岩石颗粒)的哪些颗粒尺寸被允许通过分离装置以及那些颗粒尺寸不允许通过。隔离物的高度在环形盘的制造中特别设定。

环形叠堆的过滤器宽度可被设定为10μm和5000μm之间的值，优选地设定为20μm和1000μm之间的值，并且特别优选地设定为50μm和500μm之间的值。

相对于环的外径，环形盘在内周和外周处与理想圆形形状的偏差优选地小于<0.5％。因此，例如，就在具有51/2英寸(对应于139.7mm)的外径的基管上使用的具有170mm的外径的环形盘而言，环的圆度小于170mm的0.5％，即小于0.85mm。

如上所述，布置在环形盘的上侧上的隔离物与相邻的环形盘具有平面接触。隔离物使得径向通流成为可能，并且因此优选地布置成径向对准在环形盘的上侧上。然而，隔离物也可以与径向方向成角度对准。

布置在环形盘的上侧上的隔离物可在环形盘的整个径向宽度上延伸。然而，也可能的是，隔离物如下方式对准：它们不在环形盘的表面的整个径向宽度上延伸，而是仅占据该宽度的部分。在这种情况下，隔离物优选地占据环形盘的宽度的位于环形盘的过滤器出口侧上的部分，该部分通常在环形盘的内周处。如果隔离物仅占据环形盘的宽度的部分，则隔离物的数量的增加不一定意味着存在过滤器入口面积的相关联的不期望的减小。这些隔离物的优点在于，利用隔离物的几乎相同的支撑效果，过滤器的环形入口间隙不被隔离物减小，或者仅减小一点，这导致期望的大的过滤器入口横截面。过滤器入口横截面越大，可以过滤的体积流量就越大。相反，当存在小的体积流量时，分离装置可被制成具有更小的构造，这使得其在经济上更有吸引力并且有利于将其安装在有限空间中。

仅占据环形盘的表面的径向宽度的部分的隔离物优选地与在整个径向宽度上延伸的隔离物交替地布置在环形盘上。这在图9a和图9c-图9e中示出。在此分别示出了环形盘的上侧的细节。

环形盘的上侧与隔离物之间的过渡优选地不以阶梯形状或尖锐边缘的方式形成。相反，环形盘的上侧和隔离物之间的过渡被适当地构造用于陶瓷，即，过渡用略微倒圆的半径制成。这在图6f和图8f中示出。

隔离物10的接触区域11，即隔离物与相邻环形盘接触的平面区域可为矩形、圆形、菱形、椭圆形、梯形或三角形，而角和边缘的成形应该总是适合于陶瓷，即圆形的。具有各种接触区域11的隔离物的各种构造示于图9a-图9e中。

仅占据环形盘的表面的径向宽度的部分的隔离物的一个可能的实施方案由图9a示出。图9a中示出的隔离物的形式大致为三角形，即边缘适当地修圆以用于陶瓷的三角形。该形式有利地以如下方式设计：过滤器间隙中的流动横截面在流动方向上不减小。这些隔离物的接触区域的宽度向内增加，而环形盘的上侧向内倾斜。根据操作相关的流动方向，大致三角形隔离物的窄侧可面向或远离环的中心点。

隔离物的接触区域11的宽度在径向方向上被测量为在径向方向上的最大程度。隔离物的接触区域的宽度小于或等于环形盘的径向宽度并且优选地为径向环宽度的至少60％。隔离物的宽度在环形盘的外周处可略微缩短，以用于并入测量参考区域33，例如大约0.3mm(参见图6e和图8e)。测量参考区域用于简化过滤器宽度的测量，特别是自动测量。

隔离物的接触区域11的长度在周向方向上被测量为在周向方向上的最大程度。隔离物的接触区域的长度优选地在1mm和12mm之间，并且特别优选地在2mm和5mm之间。这些长度已被证明在压力测试和环形盘的生产中特别成功。

根据环形盘的尺寸，各个隔离物的接触区域11优选地在4和60mm²之间，更优选地在10和35mm²之间。

将至少三个隔离物10均匀地布置在环形盘的圆周上(参见图6和图8)。隔离物的数量可为偶数或奇数。作用于过滤器间隙中的液体压力在液体流过时也在环形盘上施加弯曲应力。确定耐压性的间距或跨度是相邻隔离物之间的距离。在环形盘上布置的隔离物越少，分离装置的耐压性就越低。尽管自由过滤器面积随着隔离物的数量增加而不期望地减小，但是反过来，由于间距或跨度减小，过滤器系统的耐压性增加。优选地提供多于三个隔离物，更优选至少6个，更优选至少10个，并且特别优选至少15个。隔离物的数量可根据所关注的应用或预期的压力条件以及根据用于环形盘的材料的机械性能来选择。在操作期间预期的压力越高，结构设计中应提供的隔离物就越多。环形盘越大，结构设计中通常应提供的隔离物就越多。因此，对于外径为100mm的环形盘(对于2⁷/₈英寸的基管外径)，例如可提供16个隔离物，就115mm的外径而言(对于31/2英寸的基管外径)，可提供18个隔离物，并且就168mm的外径而言(对于51/2英寸的基管外径)，例如可提供24个隔离物。

隔离物之间的距离沿周向方向测量为隔离物的接触区域沿着内径的中心之间的距离。隔离物之间的距离优选地在8mm至50mm的范围内，更优选地在10mm和30mm之间，并且特别优选地在15mm和25mm之间。隔离物之间的距离对内部和外部压力负荷的抵抗性具有影响，如在根据ISO 17824的内部和外部耐压性的测试中以及在操作条件下可能出现的。隔离物之间的距离越小，分离装置在出现过滤效应损失之前耐受的内部和外部压力就越大。

隔离物之间的距离可用于推导用于各种尺寸的环形盘的隔离物的数量。对于在80至110mm范围内的环形盘外径，优选地提供6至35个隔离物，更优选地为9至28个，特别优选地为11至19个。对于在>110mm至140mm范围内的环形盘外径，优选地提供7至42个隔离物，更优选地为11至33个，特别优选地为13至22个。对于在>140mm至200mm范围内的环形盘外径，优选地提供10至62个隔离物，更优选地为16至49个，特别优选地为20至33个。

环形盘可以任何期望的或随机的取向一个堆叠在另一个的顶部上，而不损害分离装置的功能。因此，环形盘的隔离物不必分别精确地定位成一个在另一个上成行。在堆叠中期望或随机取向的这种可能性显著促进了分离装置的组装，并且还具有如下作用：与就具有正好一个在另一个上取向的隔离物的叠堆相比，生产成本更低。然而，也可以将隔离物分别一个在另一个上成行地定位在环形叠堆中，如图7f所示。

环形盘的硬脆材料选自氧化和非氧化的陶瓷材料、这些材料的混合陶瓷、添加有第二相的陶瓷材料、具有陶瓷或金属硬材料的部分并且具有金属粘结相的混合材料、具有原位形成的硬材料相的粉末冶金材料以及长纤维和/或短纤维增强的陶瓷材料。

氧化陶瓷材料的示例是基于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。陶瓷硬材料是例如碳化物和硼化物。具有金属粘结相的混合材料的示例是WC-Co、TiC-Fe和TiB₂-FeNiCr。原位形成的硬材料相的示例是碳化铬。纤维增强陶瓷材料的示例是C/SiC。纤维增强陶瓷材料的材料组具有的优点在于，由于与整体陶瓷相比其更大的强度，其导致分离装置的更大的内部和外部耐压性。

上述材料通过比通常存在的硬颗粒(诸如砂和岩石颗粒)更硬来区分，即这些材料的HV(维氏)或HRC(洛氏方法C)硬度值高于周围岩石的相应值。适用于根据本发明的分离装置的环形盘的材料具有大于15GPa，优选地大于23GPa的HV硬度值。

所有这些材料同时通过具有比典型的未硬化的钢合金更大的脆性来区分。在这种意义上，这些材料在本文中称为“硬脆”。

适用于根据本发明的分离装置的环形盘的材料具有大于200GPa，优选地大于350GPa的弹性模量。

优选地使用具有理论密度的至少90％，更优选至少95％的密度的材料，以便实现最高可能的硬度值和高耐磨蚀性和耐侵蚀性。烧结碳化硅(SSiC)或碳化硼优选地用作硬脆材料。这些材料不仅耐磨蚀，而且对于通常用于冲洗分离装置和刺激钻孔的处理流体(诸如酸，例如HCl；碱，例如NaOH；或蒸汽)也是耐腐蚀的。

特别合适的是例如具有细晶粒显微结构(平均晶粒尺寸<5μm)的SSiC材料，诸如以名称3M^TMF型碳化硅和3M^TMF plus型碳化硅由ESK陶瓷公司(ESK Ceramics GmbH&Co.KG)销售的那些。然而，此外，粗晶粒的SSiC材料也可例如与双峰显微结构一起使用，优选50体积％至90体积％的晶粒尺寸分布由长度为100μm至1500μm的棱柱形小片状SiC微晶组成，并且10体积％至50体积％由长度为5μm至小于100μm的棱柱形小片状SiC微晶组成(得自ESK陶瓷公司的3M^TMC型碳化硅)。

除了这些单相烧结的SSiC材料之外，液相烧结碳化硅(LPS-SiC)也可用作用于环形盘的材料。此类材料的示例是得自ESK陶瓷公司的3M^TMT型碳化硅。就LPS-SiC而言，碳化硅和金属氧化物的混合物用作起始物质。LPS-SiC具有比单相烧结碳化硅(SSiC)更高的抗弯曲性和更大的韧性(测量为KIc值)。

根据本发明的分离装置的环形盘通过在技术陶瓷或粉末冶金中常用的方法制造，即优选地通过可压制的起始粉末的模压和随后的烧结来制造。环形盘优选地根据“近净成形”的原理在机械或液压压力机上形成，脱粘合剂并且随后烧结到理论密度的>90％的密度。当过滤器宽度的尺寸分布必须满足高要求时，即当需要过滤器宽度的精确平均值和小容差时，环形盘必须在其上侧和下侧上经受双侧面对。用于双侧面对的优选方法是研磨、平面珩磨和磨削。硬加工确保环形盘具有彼此足够大的平面接触并且避免任何点负荷，这对于安装的分离装置的大的耐压性是非常重要的。

环形盘的面对允许将平面形成的隔离物的高度设定为在微米范围内的精度。

硬加工还使得可以特别针对客户要求从具有标准高度的隔离物的烧结部件设置过滤器开口。

两侧上的环的平面度应优于30μm，优选地优于15μm，并且特别优选地优于5μm。

穿孔管(基管)

如上所述，位于环形叠堆内部并且环形盘堆叠在其上的穿孔管1(参见图1、图3a-图3b、图4a-图4b和图5a-图5b)也被称为基管。基管在环形叠堆的区域中穿孔，即设置有孔；它不在环形叠堆的区域外穿孔。穿孔18用于将过滤介质，即不含固体颗粒的介质流(诸如气体、油或其混合物)导向到基管的内部中，该过滤介质可以从基管的内部被输送或泵送离开。基管确保整体构造在机械上是稳定的并保持在一起。

诸如在油气工业中用于金属过滤器(绕线过滤器、金属网筛)的那些的管可用作基管。根据工业中常用的图案提供穿孔，例如可在0.3048m(对应于1英尺)的基管长度上引入直径为9.52mm的30个孔。

螺纹2通常在基管1的两端处被切割，并且可用于将基管一起旋拧成长的线丝。

基管由金属材料组成，通常由钢组成，例如钢L80。钢L80是指屈服强度为80000psi(对应于约550MPa)的钢。作为钢L80的替代形式，在油气工业中称为J55、N80、C90、T95、P110和L80Cr13的钢(参见Drilling Data Handbook(钻井数据手册)，第8版，IFP出版物，法国巴黎Technip出版社(Editions Technip,Paris,France))也可使用。其他钢，特别是耐腐蚀合金和高合金钢也可用作用于基管的材料。对于在腐蚀性条件下的特殊应用，也可以使用镍基合金的基管。也可以将铝材料用作用于基管的材料，以便减轻重量。此外，也可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。由于关于金属基管和硬脆材料的环形盘之间的热膨胀的差异，以及出于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和至多10mm。环形盘的内径优选地比基管的外径大至少1.5mm和至多5mm。

定心带

在基管1的外侧表面21上，至少三个带15轴向平行设置并且均匀地间隔开(参见图10和图11)。环形盘8在组装期间被推到这些带上，由此实现环形盘在基管上的定心。由于其功能，这些带也可称为定心带。定心带可弹性变形，特别是沿径向方向。定心带还允许沿径向方向补偿基管1和环形叠堆7之间的热膨胀的差异。此外，基管和环形盘的制造相关的直径容差也可以由定心带补偿。环形叠堆在基管上的定心还用于在基管和环形叠堆之间设置均匀宽度的环形间隙的目的。这确保滤液可通过多个穿孔均匀地流到基管中。

优选地，三个定心带被定位成在基管的外侧表面上均匀地间隔开，即彼此分别以120°的角度定位。如果预期分离装置的压力负荷非常不均匀，则也可以设置多于三个定心带。

定心带的长度至少对应于环形叠堆的长度，因为包括第一个环形盘和最后一个环形盘的环形叠堆的所有环形盘都被定心。

定心带可具有平坦或异型构造。该异型可为例如弯曲的向内或向外变形。在图10中，示出了根据本发明的具有定心带15的平坦构造的分离装置的剖视图；图11示出了根据本发明的具有被构造成具有曲率的定心带15的分离装置的剖视图，弯曲带的凸起侧向内取向。

定心带的材料应当优选地被选择成使得其在操作条件下不受腐蚀，并且它必须是耐油、耐水和耐温的。金属或塑料适合作为用于定心带的材料，优选基于铁、镍和钴的金属合金，更优选钢，更优选弹簧带钢。例如，具有弹簧硬构造的材料编号1.4310的弹簧带钢可用作用于定心带的材料，例如可从韦希特尔斯巴赫的COBRA Bandstahl公司(COBRABandstahl GmbH,D-63607)获得。定心带的宽度可为例如16mm并且厚度为0.18mm。

如果钢用作用于定心带的材料，则在选择材料时必须确保其不会有利于在与分离装置的其他金属结构元件接触时发生不期望的电化学反应。

定心带可通过螺钉、铆钉、有槽驱动螺柱或粘合剂粘结或通过一些其他常用紧固方法紧固到基管。如果钢用作用于定心带的材料，则带也可以通过焊接或点焊附接到基管。

定心带可以配合在一个或多个层中，以便补偿基管和/或环形盘的直径容差。定心带的厚度和宽度应被选择成使得环形盘可利用“滑动配合”在基管上轴向移位。这意味着，在竖直位置中，环形盘在其自身重量下不会轴向移位。如果用于使环形盘在基管上沿水平方向(即不受重力的影响)移位的力在0.1N和10N之间，优选地在0.5N和5N之间，则通常是这种情况。

端盖

在环形叠堆7的上端和下端处，在每种情况下存在端盖5,6(参见图1、图3a-图3b、图4a-图4b和图5a-图5b)。端盖牢固地连接到基管。端盖由金属制成，通常为钢，并且优选地由与基管相同的材料制成。端盖可通过焊接、夹紧、铆接或旋拧紧固到基管。在组装期间，端盖在环形叠堆之后被推到基管上并且随后紧固在基管上。在根据本发明的分离装置的示于图3a-图3b、图4a-图4b和图5a-图5b的实施方案中，端盖通过焊接紧固(参见焊接缝20)。如果端盖通过夹紧连接紧固，则优选地采取摩擦增加的结构设计措施。摩擦增加的涂层或表面构造件可用作例如摩擦增加的措施。摩擦增加的涂层可被构造为例如具有结合的硬材料颗粒(优选金刚石颗粒)的化学镍层。在这种情况下，镍层的层厚度为例如10μm-25μm；硬颗粒的平均尺寸为例如20μm-50μm。摩擦增加的表面构造件可例如应用为激光构造件。

如上所述，根据本发明的分离装置不具有任何屈服弹性结构元件，诸如弹簧、橡胶盘或产生预负荷的其他弹性元件。分离装置的环形叠堆不通过压缩弹簧支撑，而是通过端盖固定在基管上，而环形叠堆不经历任何可测量的预负荷。用压缩弹簧分配具有不会出现环形盘的倾斜的作用。环形叠堆中沿轴向方向的预负荷必须足够大，以使得环形叠堆的出于生产相关原因而不是非常平坦的环形盘以如下方式经受负荷：所有隔离物与相邻环形盘的平坦表面接触。相对于环形盘的轴向突起区域，环形叠堆中沿轴向方向的预负荷在10℃至200℃的温度范围内，优选地为至多10MPa，更优选地至多5MPa，特别优选地至多2MPa。相对于环形叠堆的长度，在分离装置在10℃至200℃的温度范围内的操作期间由液体压力的差异引起的环形叠堆中的环形盘的位移在轴向方向上优选地不大于0.5/密耳。

护罩

为了在处理和配合到钻孔期间保护硬脆环形盘免受机械损坏，分离装置优选地被管状护罩4(参见图1)包围，该管状护罩可通过流自由地穿过。该护罩可被构造为例如粗网筛并且优选地构造为穿孔板。护罩优选地由金属材料制成，更优选地由钢制成，特别优选地由耐腐蚀的钢制成。护罩可由与用于制造基管的材料相同的材料制成。

护罩由端盖保持在两侧上；其还可牢固地连接到端盖。这种固定可例如通过粘合剂粘结、旋拧或钉扎来进行；在组装之后，护罩优选地焊接到端盖。

通过定心带将环形盘定心在基管上还具有以下作用：确保护罩的内圆周表面和硬脆盘的外圆周表面之间的环形间隙是均匀的，使得护罩可以更好地执行其保护功能。

护罩的内径必须大于环形盘的外径。这对于与流动有关的技术原因而言是必需的。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和至多15mm。护罩的内径优选地比环形盘的外径大至少1.5mm和至多5mm。

中间元件

根据本发明的分离装置的环形叠堆的长度在300和2000mm之间，优选地在1300和1700mm之间。在所涉及的应用中，还需要长度大于2000mm的分离装置。分离装置的更大长度可通过在共同的连续基管上安装多个环形叠堆来实现，所述环形叠堆在顶部和底部处分别由端盖封闭。作为此的替代形式，对于各自具有环形叠堆的多个基管也可能的是彼此旋拧，所述环形叠堆在顶部和底部处分别由端盖封闭。

如果多个环形叠堆被安装在共同的连续基管上，则不必在两侧上用端盖将每个环形叠堆固定在基管上。为了节省材料和成本，将中间元件3(参见图2a和图2b)在每种情况下放置在两个相邻的环形叠堆之间，并且仅第一个环形叠堆和最后一个环形叠堆在一侧上分别固定到端盖。利用中间元件，两个端盖被构造为镜像对称地连接到彼此。图2a示出根据本发明的具有一个中间元件的分离装置的视图；图2b示出根据本发明的具有两个中间元件的分离装置的视图。

具有中间元件的构造还具有节省空间的优点，由此可以在基管的给定长度上容纳更多的过滤器区域。

中间元件沿径向和轴向方向例如通过焊接、夹紧、铆接或旋拧固定在基管上。

如果中间元件通过夹紧连接紧固，则优选地采取摩擦增加的结构设计措施。摩擦增加的涂层或表面构造件可用作例如摩擦增加的措施。摩擦增加的涂层可被构造为例如具有结合的硬材料颗粒(优选金刚石颗粒)的化学镍层。在这种情况下，镍层的层厚度为例如10μm-25μm；硬颗粒的平均尺寸为例如20μm-50μm。摩擦增加的表面构造件可例如应用为激光构造件。

中间元件优选地由金属制成，更优选地由钢制成，特别优选地由与基管相同的材料制成。

密封衬套

在环形叠堆7的上端和下端处，在每种情况下优选地存在密封衬套16,17(参见图3a-图3b、图4a-图4b和图5a-图5b)。密封衬套具有防止在压力下的液体和/或气体(例如在外部耐压性的测试(塌缩压力测试)中的测试液体)进入到端盖和基管或其他结构元件(诸如补偿衬套22,23(参见图3a-图3b)或双壁补偿器24,25(参见图4a-图4b))之间的结构腔(诸如斜面和间隙)中的任务。否则，处于压力下的液体或处于压力下的气体可在最上面的环形盘的液压有效环形表面上或者在补偿衬套22,23或双壁补偿器24,25的轴向表面上的环形叠堆上施加强的轴向力，这可能导致环形盘的破裂。O形环19在其外圆周表面上结合在密封衬套中。O形环同样可结合在密封衬套的内圆周表面上。具有O形环密封件的密封衬套具有以下作用：防止处于压力下的液体和/或气体进入分离装置的与过滤功能无关的区域中。

在组装期间，密封衬套16,17被推到基管1上并且随后被推到环形叠堆7上。最终，端盖被推到密封衬套的O形环19上，使得防止液体和/或气体进入到背离压力的一侧的区域中。

密封衬套16,17在与环形叠堆接触的一侧上的壁厚度优选地等于硬脆盘的轴向壁厚度，即径向环宽度。

耐磨损和耐腐蚀的材料，例如金属或陶瓷材料或者硬金属，用作用于密封衬套的材料。用于密封衬套的优选材料是钢。特别优选的是，与用于基管的材料相同的材料用于密封衬套。

补偿衬套

用于制造穿孔基管的金属材料(诸如钢L80)具有比环形盘的硬脆材料(诸如优选使用的碳化硅陶瓷)更大的热膨胀。对于钢L80，在10℃至200℃的温度范围内的膨胀系数为约10.5*10^-6/K；烧结单相碳化硅(SSiC)在10℃至200℃的温度范围内的膨胀系数为2.8*10^-6/K。如果在约20℃的室温(其对应于通常的组装温度)下，多个陶瓷环堆叠在钢基管上而没有任何游隙并且两个端盖被焊接到基管，则分离装置只能在略微偏离所述20℃的温度下使用。如果分离装置在较高温度(例如100℃)下使用，则基管将比环形叠堆轴向膨胀更多。因此，环之间的接触将不再是无游隙的，而是相反，环之间的距离可能增加，由此过滤器宽度将以不期望的方式改变。当系统冷却时，例如在寒冷条件下的运输或储存期间，基管将比环形叠堆收缩更多，这可能导致环形盘中的高压缩应力以及其可能的破裂。

更详细地描述了根据本发明的分离装置的各种优选实施方案，其中补偿基管和环形叠堆的长度的不同热变化。

在根据本发明的分离装置的第一优选实施方案中(参见图3a-图3b)，在环形叠堆7的上端处并且/或者在环形叠堆7的下端处，优选地在环形叠堆7的下端和上端处，存在补偿元件22,23以补偿基管1和环形叠堆7的长度的不同热变化。该补偿元件优选地是具有高热膨胀系数的材料的环形衬套，其高度被设计成使得其补偿在10℃至200℃的温度范围内在穿孔基管和环形叠堆之间的热膨胀差异。图12示出了补偿衬套的各种视图(图12a示出了3D视图，图12b示出了平面图，图12c示出了沿着图12b中由“12c”指示的剖面线的剖视图)。

适用于补偿衬套的制造的是耐油、耐水和耐蒸气并且不会膨胀或只膨胀一点的耐压材料。此外，材料必须能够在高温(最高至约200℃)下使用并且具有>1MPa的耐压性。用于补偿衬套的材料的热膨胀系数(CTE)应该远高于硬脆环形盘的材料(例如优选使用的碳化硅(SiC的CTE为约2.8*10^-6/K))的热膨胀系数和金属基管的热膨胀系数(金属的CTE最高至约23*10^-6/K)，以便使补偿衬套可以做得较短。补偿衬套的材料在10℃至200℃的温度范围内的热膨胀系数优选地为约至少25*10^-6/K，优选地为约至少80*10^-6/K，特别优选地为约至少100*10^-6/K。

在测试中已经发现，对于在油气工业中的应用，特别是基于PTFE(聚四氟乙烯)的材料特别适合作为用于补偿衬套的材料。关于热膨胀系数和耐温性，PTFE显著优于迄今已知的所有其他塑料。PTFE通过高CTE(PTFE的CTE为120-190*10^-6/K)、耐高温性(可在最高至250℃下使用)和耐化学性的组合来区分。除了纯PTFE，也可使用作为改性或填充而被知道的PTFE类型。用填料进行的改性具有以下作用：强度增加并且“冷流”，即由蠕变引起的变形小得多。其他塑料，诸如PEEK(聚醚醚酮)也可用作用于补偿衬套的材料。如果分离装置在低温下的应用中使用并且对耐化学性的要求相对较低，则低成本的塑料也可用于制造补偿衬套。

在补偿衬套的设计中，主要计算衬套的高度。补偿衬套的内径优选地对应于基管的外径；补偿衬套的外径优选地对应于环形盘的外径。

补偿衬套的高度H_K根据以下公式确定：

H_K＝ΔL/(α*ΔT)，

其中

ΔL是在应用的温度范围(例如10℃-200℃)内基管和环形叠堆的长度变化的差异

α是在应用的温度范围(例如10℃-200℃)内补偿衬套的材料的热膨胀系数(CTE)

ΔT是应用的温度差(例如在10℃-200℃的应用范围内为190K)。

如果补偿衬套布置在环形叠堆的两侧上，则单个衬套的高度减半到高度(H_K/2)。

由于在表中给出的用于基管、环形叠堆和补偿衬套的材料的热膨胀系数通常仅代表平均值并且热膨胀系数可为批量相关的，由于其取决于例如晶粒尺寸、纹理、热处理和合金组成的变动，在设计补偿衬套之前可能需要通过膨胀计测量来确定实际使用的材料的热膨胀系数。

补偿衬套是足够刚性的，不会由于在分离装置的操作期间出现的压力差引起的轴向力而塑性变形。因此，即使当存在较大压力差时，分离装置仍保持先前确定的过滤器宽度，并因此保持其完全过滤效果。即使在不均匀的压力负荷下，例如在环形叠堆的周长的仅一个段中，也不会发生环的倾斜。

另一方面，补偿衬套具有一定的屈服柔度，以便分离装置可经历在引入到钻孔期间发生的任何弯曲。补偿衬套的材料优选地具有至多15000MPa，更优选地至多2000MPa的弹性模量。

就具有补偿衬套22,23的实施方案而言，在环形叠堆的两端处，分别在补偿衬套和环形叠堆之间存在密封衬套16,17(参见图3a-图3b)。O形环19在其外圆周表面上结合在密封衬套中。如前所述，密封衬套具有防止处于压力下的液体和/或气体进入到端盖和基管和补偿衬套22,23之间的结构腔(诸如斜面和间隙)中的任务(参见图3a-图3b)。就具有补偿衬套的实施方案而言，密封衬套16,17呈现补偿补偿衬套22,23和硬脆环形盘8的极大不同的屈服柔度的附加功能，即负载分布的功能。密封衬套减少了具有低弹性模量的软材料的补偿衬套与具有高弹性模量的环形盘的硬脆材料之间的刚度差。例如，PTFE的弹性模量为约700MPa并且烧结碳化硅(SSiC)的弹性模量为约440000MPa。由于弹性模量的巨大差异，补偿衬套的屈服柔度远大于环形叠堆的屈服柔度。在测试中已经证明不利的是将环形盘直接支撑在补偿衬套上。然后，在局部压力突破的情况下，环形叠堆的邻近补偿衬套的环形盘将不会被充分地支撑并且可能破裂，而且还可能发生环形叠堆中的另外的环形盘的破裂。除了密封之外，放置在补偿衬套和环形叠堆之间的密封衬套还导致更好地支撑环形盘，从而封闭环形叠堆，使得环形叠堆具有更大的内部和外部耐压性。就具有补偿衬套的实施方案而言，密封衬套必须足够高，以使得其支撑环形叠堆的环形盘，该环形盘在顶部和底部处封闭环形叠堆。当密封衬套的轴向变形在内部和外部耐压性测试(爆裂和塌缩压力测试)中出现的所有液体测试压力下保持≤0.2μm时，就是这种情况。

在分离装置的组装期间，补偿衬套22,23在环形叠堆和密封衬套之后被推到基管上。在此之后，将端盖推到补偿衬套上并紧固在基管上。

在根据本发明的分离装置的第二优选实施方案中(参见图4a-图4b)，在环形叠堆7的上端处并且/或者在环形叠堆7的下端处，优选地在环形叠堆7的下端和上端处，存在补偿元件24,25，以补偿基管1和环形叠堆7的长度的不同热变化。然而，就该实施方案而言，其不是如就前述实施方案而言那样的用作补偿元件的具有高热膨胀系数的材料的补偿衬套，而是填充有液体的双壁容器。液体容器是管状的。双壁液体容器的外壁在轴向方向上是波纹状的，并且因此以如下方式形成：液体的大的热体积膨胀转变为液体容器的线性轴向膨胀，使得液体容器具有大的热线性膨胀。在图13a-图13c中，示出了执行该功能的液体容器的结构设计。图13a-图13c示出的液体容器具有双壁波纹管套的形式(图13a示出了3D视图，图13b示出了平面图，图13c示出了沿着图13b中由“13c”指示的剖面线的剖视图)。由于其双壁形式，液体容器被称为双壁补偿器(DWC)。通过填充和排放孔26，具有大的热膨胀的液体被填充到双壁补偿器24,25中并且其随后关闭。双壁补偿器的高度H被设计成使得其补偿由于环形叠堆和基管之间的热膨胀而导致的长度差，目的是即使当分离装置经历加热时，仍保持过滤器宽度恒定，即保持环形盘的接触。非常适于填充双壁补偿器的液体是具有大的热膨胀的矿物油，诸如柴油，其存在就油井和气井而言不存在任何问题。

双壁补偿器具有优于先前描述的实施方案的补偿衬套的附加优点，即其具有良好的角度移动性，并且因此总的来说改善分离装置的柔性。具有双壁补偿器的分离装置可通过钻孔中的约43.7m的曲率半径，对应于40°/100ft或40°/30.48m的弯曲，而分离装置不被损坏，这就油井和气井而言有时是需要的。就具有补偿衬套的实施方案而言，20°/100ft或20°/30.48m的弯曲是可能的，对应于87.3m的曲率半径。

双壁补偿器是足够刚性的，不会由于在分离装置的操作期间出现的压力差引起的轴向力而塑性变形。因此，即使当存在较大压力差时，分离装置仍保持先前确定的过滤器宽度，并因此保持其完全过滤效果。即使在不均匀的压力负荷下，例如在环形叠堆的周长的仅一个段中，也不会发生环的倾斜。另一方面，双壁补偿器具有一定的屈服柔度，以便分离装置可经历在引入到钻孔期间发生的任何弯曲。

就具有双壁补偿器24,25的实施方案而言，在环形叠堆的两端处，优选地分别在双壁补偿器和环形叠堆之间存在密封衬套16,17(参见图4a-图4b)。O形环19在其外圆周表面上结合在密封衬套中。如前所述，密封衬套具有防止处于压力下的液体和/或气体进入到端盖和基管和双壁补偿器24,25之间的结构腔(诸如斜面和间隙)中的任务。在分离装置的组装期间，双壁补偿器24,25在环形叠堆和密封衬套之后被推到基管上。在此之后，将端盖推到液体容器上并紧固在基管上。

图5a和图5b示出根据本发明的根据第三和第四优选实施方案的分离装置的剖视图。

在根据本发明的分离装置的第三优选实施方案中(参见图5a-图5b)，将热膨胀系数接近环形盘的热膨胀系数的金属材料用作用于基管1的材料。这意味着，基管由在10℃至200℃的温度范围内的热膨胀系数与环形叠堆的材料在10℃至200℃的温度范围内的热膨胀系数偏离至多10％，优选地至多5％的材料制成。

此类材料可为例如材料编号为1.3912的铁镍合金Fe36Ni，其通过商品名Invar而已知。其他商品名为镍铬低膨胀系数合金36、尼尔瓦合金、NS 36、坡莫合金D、无线电金属36、Vacodil 36和Pernifer 36。该材料的热膨胀系数为2.6*10^-6/K，并且在10℃至200℃的温度范围内，与环形盘的材料(例如优选使用的碳化硅陶瓷)的热膨胀系数良好匹配。该材料的热膨胀系数可通过合金组成来设定并且可适于用于环形叠堆的材料。就该实施方案而言，其中基管的材料的热膨胀系数适于环形叠堆的材料的热膨胀系数，不需要另外的长度补偿措施，因为基管和环形叠堆的热膨胀系数不同。因此，就该实施方案而言，可以省去单独的补偿元件，诸如补偿衬套或双壁补偿器。然而，还可以使用附加补偿元件。就该施方案而言，在环形叠堆的上端和下端处，优选地存在密封衬套16,17(参见图5a-图5b)。O形环19在其外圆周表面上结合在密封衬套中。密封衬套16,17在环形叠堆7之后被推到基管1上，并且随后端盖5,6被推到基管1上并且紧固到基管。

例如，根据本发明的根据第三实施方案的分离装置(参见图5a-图5b)可被构造成具有碳化硅陶瓷的环形叠堆7和Pernifer 36的基管1。在具有以这样的方式构造的分离装置的气候控制室中的测试表明，在10℃至200℃的范围内，既不发生陶瓷环之间的过滤器间隙的不期望的扩宽，也不发生由于环中过大的压缩应力而造成的陶瓷环破裂。

在根据本发明的第四优选实施方案的分离装置中(参见图5a-图5b)，基于二氧化锆(ZrO₂)的陶瓷材料用作用于环形盘的材料。二氧化锆陶瓷的热膨胀系数类似于通常用于基管的钢等级的热膨胀系数。二氧化锆陶瓷在10℃至200℃的温度范围内的热膨胀系数优选地与基管的材料在10℃至200℃的温度范围内的热膨胀系数偏离至多10％，更优选至多5％。就该实施方案而言，其中环形叠堆7的材料的热膨胀系数适于基管1的材料的热膨胀系数，不需要另外的长度补偿措施，因为基管和环形叠堆的热膨胀系数不同。因此，就该实施方案而言，可以省去单独的补偿元件，诸如补偿衬套或双壁补偿器。然而，还可以使用附加补偿元件。就该施方案而言，在环形叠堆的上端和下端处，优选地存在密封衬套16,17(参见图5a-图5b)。O形环19在其外圆周表面上结合在密封衬套中。密封衬套16,17在环形叠堆7之后被推到基管1上，并且随后端盖5,6被推到基管1上并且紧固到基管。

在根据本发明的分离装置的另外实施方案中，环形叠堆由从不同硬脆材料制成的环形盘构成。例如，碳化硅陶瓷的环形盘和二氧化锆陶瓷的环形盘可一个在另一个的顶部上交替堆叠。在这种情况下，不同材料的环形盘的数量被选择成使得环形叠堆总的来说具有与基管的热膨胀对应的热膨胀。相应地适应于热膨胀系数的材料(例如铁镍合金)在这种情况下优选地用作用于基管的材料。

在根据本发明的根据图3的分离装置的另外的实施方案中，补偿衬套22,23的上端和/或下端中设置的是孔，该孔均匀地分布在圆周上，并且螺旋弹簧27插入到其中(参见图14a-图14c和图15a-图15c)。螺旋弹簧压贴密封衬套16,17。使用3至12个，优选地6至9个并且特别优选地8个螺旋弹簧。孔可被构造为盲孔(参见图14的块，图14a示出了3D视图，图14b示出了平面图，图14c示出了沿着图14b中由“14c”指示的剖面线的剖视图)或者被构造为连续的孔(参见图15的块，图15a示出了3D视图，图15b示出了平面图，图15c示出了沿着图15b中由“15c”指示的剖面线的剖视图)。

螺旋弹簧的弹簧常数可为例如10N/mm。螺旋弹簧被预加应力，因为它们被压缩到孔的深度，使得螺旋弹簧完成与补偿衬套的平坦侧的齐平。孔的深度被选择为使得处于预加应力状态下的螺旋弹簧产生至少500N的总力。

例如，如果使用长度为25mm并且直径为7.5mm的8个螺旋弹簧，则每个弹簧应产生62.5N(＝500N/8)的力。随着10N/mm的弹簧常数，为此弹簧必须被预应力加至18.75mm(＝25–6.25mm)。因此，结合在用于螺旋弹簧的补偿衬套中的孔的深度必须是18.75mm。这里选择8.0mm作为孔的直径。

为了避免在弹簧的静置区域上的局部应力峰值，就在孔的基部上具有盲孔的构造(其在底部处是平坦的，)而言，放置了厚度≥2mm的金属盘，在计算孔的深度时还必须包括其厚度。

与用于支撑环形叠堆的现有技术中使用的压缩弹簧相比，在补偿衬套中凹陷的螺旋弹簧的优点在于，弹簧仅能够在一定距离上膨胀，但是通过支撑或邻接在补偿衬套上可防止弹簧被压缩。因此，从内侧或外侧作用的液体压力也不能推动环分开，如就用于支撑环形叠堆的压缩弹簧而言可能的那样。

结合在补偿衬套中的螺旋弹簧引起对环形叠堆7和基管1的长度的不同变化的附加补偿。在+15℃至-30℃的温度范围内，通过结合在补偿衬套中的螺旋弹簧确保环形叠堆中的环形盘是无游隙的，并且因此不会“颤动”。

在根据本发明的分离装置的替代实施方案中，环形叠堆由交替堆叠的两个不同地形成的环形盘构成。此处第一形式的环形盘在两侧上具有带有平坦接触区域的隔离物；第二形式的环形盘包括在两侧上是平坦的并且具有与就第一形式而言相同的内径和外径的简单环。第二形式的环形盘的上侧和下侧被形成为平滑且平坦的并且与盘轴线成直角。在第一形式的环形盘上的隔离物在其上侧和下侧上分别相同地形成。第一形式的环形盘上的隔离物的数量、类型、布置和尺寸在此被选择为使得它们对应于就上述实施方案中的一个而言的数量、类型、布置和尺寸。第一形式的环形盘的上侧和下侧的构造在隔离物之间的区域中对应于就上述实施方案中的一个而言的环形盘的上侧的构造，即第一形式的环形盘的上侧和下侧优选地在隔离物之间的区域中向内或向外倾斜。特别优选的是，环形盘的上侧和下侧在隔离物之间的区域中向内倾斜。在这种情况下，环形叠堆的环形盘的最下面和最上面优选地从第二形式加工，即它们是在两侧上平坦的没有隔离物的环。

根据本发明的分离装置的替代实施方案因此包括被适当地设计用于材料并且被制成彼此匹配的以下基本元件：

-至少三个硬脆环形盘的环形叠堆32(参见图17a-图17f)，环形叠堆中的每第二环形盘28(参见图16a-图16g)的上侧29和下侧30具有均匀地分布在盘的圆周上的至少三个隔离物10。分别相邻的环形盘31不具有任何隔离物，但在两侧上是平坦的。隔离物的接触区域11是平坦的，使得隔离物10与相邻环形盘31具有平面接触。环形盘如下方式堆叠和固定：用于移除固体颗粒的分离间隙14(参见图17b和图17d)分别形成在各个盘之间。环形盘在内周和外周处的轴向突起部是圆形的。因此环形盘在其内圆周表面和外圆周表面上没有任何强度减小的凹槽或空隙。从结构设计的观点来看是理想的圆形形状具有如下作用：在很大程度上避免了作为压力负荷的结果的应力集中。环形盘(包括在两侧上具有隔离物的那些和没有隔离物的那些)的材料对应于诸如用于根据本发明的分离装置的前述实施方案的硬脆材料；

-位于环形叠堆32(参见图1、图2a-图2b、图3a-图3b、图4a-图4b和图5a-图5b)内部的穿孔管1，硬脆环形盘堆叠在环形叠堆上。位于环形叠堆内部的穿孔管也称为基管；

-至少三个带15(参见图10和图11)，其在位于环形叠堆32内部的穿孔管1(基管)的侧表面上轴向平行设置并且均匀地间隔开，环形盘被推到其上，由此环形盘以穿孔管为中心，以及

-在环形叠堆32的上端和下端处的两个端盖5,6(参见图1、图2a-图2b、图3a-图3b、图4a-图4b和图5a-图5b)，端盖5,6牢固地连接到穿孔管1。

在图3a-图3b、图4a-图4b和图5a-图5b中，示出根据本发明的具有环形叠堆7的分离装置，在分离装置的替代实施方案中，环形叠堆7被替换为图3a-图3b、图4a-图4b和图5a-5b中示出的环形叠堆32。所有其他结构元件保持不变。

图16a示出在上侧和下侧上具有15个隔离物的环形盘28的平面图，其在环形叠堆32中分别堆叠为每第二环形盘，从而与环形盘31交替。图16b示出沿着图16a中由“16b”指示的剖面线的剖视图；图16c-图16e示出图16b的剖视图的放大细节。图16f示出沿着图16a中由“16f”指示的剖面线的3D表示；图16g示出环形盘的3D视图。图17a-图17f示意性地示出由图16a-图16g的环形盘28以及由环形盘31构成的环形叠堆32。图7a示出环形叠堆的平面图；图7b示出沿着在图7a中由“7b”指示的剖面线的剖视图。图7c和图7d示出来自图7b的剖视图的放大细节。图7e示出环形叠堆的3D视图；图7f示出沿着在图7a中由“7f”指示的剖面线的3D表示。

除了就替代实施方案而言两个不同形式的硬脆环形盘28,31交替堆叠的事实之外，该实施方案的另外细节对应于先前描述的实施方案的那些，即例如硬脆环形盘28,31的尺寸，基管1、定心带15、密封衬套16,17和端盖5,6的设计。如上所述，隔离物10的尺寸、设计、数量和布置对应于就上述实施方案而言的隔离物的尺寸、设计、数量和布置。在上侧和下侧上具有隔离物的第一形式的环形盘28(参见图16a-图16g)的上侧29和下侧30的设计在隔离物(参见图16d)之间的区域中对应于就仅在上侧上具有隔离物的实施方案而言的环形盘的上侧的设计，即在上侧和下侧上具有隔离物的第一形式的环形盘28的上侧29和下侧30向内或向外倾斜，优选地向内倾斜。

另外就该实施方案而言，环形盘可以任何期望的或随机的取向一个堆叠在另一个的顶部上；然而，就该实施方案而言也可以将隔离物分别一个在另一个上成行地定位在环形叠堆中，如图17f所示。另外就该实施方案而言，如上所述，也可以使用中间元件。该替代实施方案与所有上述实施方案的组合同样是可能的。因此，例如，如上所述，补偿元件可用于补偿基管和环形叠堆的长度的不同热变化，诸如在环形叠堆的上端处并且/或者在环形叠堆的下端处的补偿衬套或双壁补偿器。就根据本发明的分离装置的该替代实施方案而言，也可以使用其热膨胀系数接近于环形盘的热膨胀系数的金属材料作为用于基管的材料。类似地，可以使用基于二氧化锆(ZrO₂)的陶瓷材料作为用于环形盘的材料。

该替代物在过滤效果上能与上述实施方案相比，但是伴有环形盘的制造中的优点。如果在上侧和下侧上要移除的表面为相同的尺寸，则有利的是通过研磨使在两侧上的环形盘面对，此后通过研磨的移除在两侧上是相同的，并且平面形成的隔离物的高度可更容易地精确控制。如果在上侧和下侧上要移除的表面不同，则存在材料的不对称移除，因此更难以控制。这同样也相应地适用于在两侧上是平坦的环形盘。该形式的环更容易加工，并且环形盘的可能出现的任何厚度容差对过滤器宽度的绝对尺寸没有影响。因此就分离装置的该实施方案而言，可对过滤器宽度设置更紧的容差。

根据本发明的分离装置用于油和/或气体储层中的提取井中，以用于从矿物油和/或天然气的体积流中分离固体颗粒。分离装置还可用于从提取井外部的液体和/或气体中移除固体颗粒其他过滤过程，其中需要分离装置的高耐磨蚀性和长使用寿命的过程，例如用于液体和/或气体的移动和固定储存设备中的过滤过程，或用于天然存在的水体中(诸如在海水的过滤中)的过滤过程。根据本发明的分离装置特别适用于在提取井中从液体或气体中，特别是从矿物油、天然气和水中分离固体颗粒，其中高和极高的流速和递送量，以及因此高的压力差出现在分离装置的流入侧和流出侧之间。

实施例

实施例1：补偿衬套的高度计算

将根据本发明的根据图3a-图3b的分离装置插入钻孔中。在插入分离装置的位置处，150℃的温度占主导地位。钢L80用作用于基管的材料。烧结碳化硅(SSiC；3M^TMF型碳化硅，ESK陶瓷公司)用作用于环形叠堆的材料。为了补偿基管和环形叠堆的不同热膨胀，在环形叠堆的一端或两端处使用PTFE(聚四氟乙烯)的补偿衬套。PTFE补偿衬套具有以下作用：防止大于所需过滤器宽度的间隙在所述PTFE补偿衬套被插入的位置处在较高温度下在环形盘之间形成。

PTFE的补偿衬套的高度H_K根据以下公式计算

H_K＝ΔL/(α*ΔT)，

其中

ΔL是在应用的温度范围(此处为20℃-150℃)内基管和环形叠堆的长度变化的差异

α是在应用的温度范围(此处为20℃-150℃)内补偿衬套的材料的热膨胀系数(CTE)

ΔT是应用的温度差(此处在20℃-150℃的应用范围内为130K)。

环形叠堆的高度为1000mm。用于基管的钢L80的热膨胀系数α_钢为10.5*10^-6/K；钢的基管在20至150℃的温度范围内的线性膨胀ΔL_基管(根据ΔL_基管＝L_基管*α_钢*ΔT)为1000mm*10.5*10^-6/K*130K，因此为1.36mm。用于环形叠堆的SSiC材料的热膨胀系数α_SSiC为2.8*10^-6/K；碳化硅的环形叠堆在20至150℃的温度范围内的线性膨胀ΔL_环形叠堆(根据ΔL_环形叠堆＝L_环形叠堆*α_SSiC*ΔT)为1000mm*2.8*10^-6/K*130K，因此为0.36mm。环形叠堆和基管的线性膨胀之差因此为1.36mm–0.36mm＝1.00mm。为了沿轴向无任何游隙地引导环形盘，PTFE的补偿衬套必须具有1.00mm的线性膨胀。

PTFE的热膨胀系数为125*10^-6/K。PTFE补偿衬套的高度因此可根据公式H_K＝ΔL/(α*ΔT)计算为1.00mm/(125*10^-6/K*130K)，因此为61.54mm。当ΔT＝130K乘以1.00mm时膨胀的PTFE补偿衬套因此必须具有61.54mm的高度H_K。如果PTFE补偿衬套布置在环形叠堆的两端处，则高度减半到30.77mm。

实施例2：补偿衬套的高度计算

根据本发明的根据图3a-图3b的分离装置在200℃的温度下使用。环形叠堆的高度为1500mm。钢1.4563(合金028)用作用于基管的材料。烧结碳化硅(SSiC；3M^TMF型碳化硅，ESK陶瓷公司)用作用于环形叠堆的材料。用于基管的材料的热膨胀系数α_钢为15.2*10^-6/K；基管在20至200℃的温度范围内的线性膨胀ΔL_基管(根据ΔL_基管＝L_基管*α_钢*ΔT)为1500mm*15.2*10^-6/K*180K，因此为4.1mm。用于环形叠堆的SSiC材料的热膨胀系数α_SSiC为2.8*10^-6/K；碳化硅的环形叠堆在20至200℃的温度范围内的线性膨胀ΔL_环形叠堆(根据ΔL_环形叠堆＝L_环形叠堆*α_SSiC*ΔT)为1500mm*2.8*10^-6/K*180K，因此为0.76mm。环形叠堆和基管的线性膨胀之差因此为3.34mm。为了沿轴向无任何游隙地引导环形盘，PTFE的补偿衬套必须具有3.34mm的线性膨胀。

PTFE的热膨胀系数为125*10^-6/K。PTFE补偿衬套的高度因此可根据公式H_K＝ΔL/(α*ΔT)计算为3.34mm/(125*10^-6/K*180K)，因此为148.44mm。当ΔT＝180K乘以3.34mm时膨胀的PTFE补偿衬套因此必须具有148.44mm的高度H_K。如果PTFE补偿衬套布置在环形叠堆的两端处，则高度减半到74.22mm。

实例3至8

为了证明根据本发明的分离装置的环形叠堆对轴向压力的更大耐性，在每种情况下将10个烧结碳化硅(SSiC；3M^TMF型碳化硅，ESK陶瓷公司)的环形盘一个堆叠在另一个的顶部上并且在通用测试机ZWICK 1474TestXpert II中经受逐渐增加的压力，直到环中的一个或多个破裂或达到100kN的最大力，即测试机的功率极限。

对于编号为3至6的实施例，使用带有具有平坦接触区域的隔离物的环形盘，如图8a-图8g所示；就编号为3、4和6的实施例而言，代替24个隔离物，均匀分布并且在如图8a-图8g所示的构造中的16个隔离物或3个隔离物分别设置在环形盘上(参见表1)。对于编号为7和8的实施例，使用具有呈球形段形式的隔离物的环形盘。结果示于表1中。

表1：

*测试机的最大力不足以压碎环。

测试结果表明，带有具有平坦接触区域的隔离物的碳化硅的环形盘(诸如在根据本发明的分离装置中使用的环形盘)耐受的轴向力比具有呈球形段形式的隔离物的那些环形盘耐受的轴向力大至少10倍。

实施例9至14：内部和外部耐压性的测试

在高压室中，内部耐压性的测试(爆裂压力测试)，即，使分离装置经受内部压力，以及外部耐压性的测试(塌缩压力测试)，即，使分离装置经受外部压力，用根据本发明的分离装置以及用参考分离装置来进行。测试设置和程序对应于ISO 17824，第一版，2009-08-15，在附录A(塌缩压力测试)和B(爆裂压力测试)中所示的设置和方法。

高压室的内径为80mm并且可用长度为500mm。通过气动驱动的活塞泵(GRACO X-treme 70型，由美国明尼苏达州55413明尼阿波里斯市东北大道88-11号Russell J.Gray技术中心的固瑞克公司(Graco Inc.,Russell J.Gray Technical Center,88-11th AvenueNortheast,Minneapolis,Minnesota 55413,U.S.A.)制造)来施加液体压力，该液体压力达到500巴(对应于50MPa或7250psi)。

使用根据ISO 17824附录A.4的各种颗粒尺寸的甲基纤维素、水和粉末状石灰石的粘性混合物作为压力传递介质(防滤失处理剂)。压力传递介质的任务是以使得可以建立压力差的方式阻塞和封闭分离间隙(过滤器间隙)。

就编号为9至14的实施例而言，所使用的分离装置的环形盘的外径为58mm，内径为42mm，并且可用长度为350mm。可用长度对应于环形叠堆的高度。过滤器宽度为250μm。环形盘的材料是密度>3.10g/cm³的单相烧结碳化硅(SSiC；3M^TMF型碳化硅，由ESK陶瓷公司制造)。分离装置的基管由钢1.4571制造。基管的外径为38mm。

编号为9和12的实施例是根据本发明的，编号为10和11以及13和14的实施例是参考实施例。

对于根据本发明的编号为9和12的实施例，使用根据图5a-图5b的分离装置。环形盘的构造对应于图8a-图8g，但是代替那里所示的24个隔离物，环形盘在此仅具有8个均匀分布的隔离物。环形盘在内圆周表面和外圆周表面上没有凹槽或空隙。环形叠堆在两侧上不是通过压缩弹簧轴向支撑，而是在每种情况下通过端盖紧固在基管上的两侧上。相对于环形盘的轴向突出表面，环形叠堆中沿轴向方向的预负荷≤2MPa。在基管的侧表面上，三个弹簧钢带在每种情况下轴向平行地紧固并且彼此间隔开120°，以用于使环形叠堆以基管为中心(参见图11)。根据图5a-图5b，在环形叠堆的两侧上，分别在端盖和环形叠堆之间存在密封衬套。密封衬套由钢制成。

对于编号为10和13的参考实施例，使用其中环形盘设置有根据WO2011/120539A1的图2的呈球形段形式的3个隔离物的分离装置。在环形盘的内圆周表面上，存在均匀地分布在圆周上的3个凹槽。环形叠堆在两侧上通过压缩弹簧轴向支撑，并且在每种情况下通过端盖紧固在基管上的两侧上。

对于编号为11和14的参考实施例，使用其中环形盘设置有根据WO2011/120539A1的图2的呈球形段形式的3个隔离物的分离装置。在环形盘的内圆周表面上，存在均匀地分布在圆周上的3个凹槽。环形叠堆不是由压缩弹簧支撑，而是在每种情况下由端盖固定在两侧上。在环形叠堆的两侧上，分别在环形叠堆和端盖之间存在钢的密封衬套，如图5所示。

内部耐压性的测试的结果由表2示出，外部耐压性的测试的结果由表3示出。

表2：内部耐压性测试的结果

定义为内部耐压性的测试失败的标准是压力突然下降处的压力(最大压力)。根据分离装置的构造，这由陶瓷环的破裂或由弹簧的屈服或两者，以及因此过滤器间隙的开口引起。如果压力突然下降，则分离装置允许比对应于过滤器宽度更粗的颗粒通过(砂控失败)。

表3：外部耐压性测试的结果

定义为外部耐压性的测试失败的标准是压力突然下降处的压力(最大压力)。根据分离装置的构造，这由陶瓷环的破裂或由弹簧的屈服或两者，以及因此过滤器的开口引起。如果压力突然下降，则分离装置允许比对应于过滤器宽度更粗的颗粒通过(砂控失败)。

就根据本发明的编号为12的实施例而言，达到测试装置的最大压力而不使分离装置失效。

测试结果显示出，与在环形盘上具有呈球形形式的隔离物的构造相比以及与具有压缩弹簧的环形叠堆的支撑件相比，根据本发明的分离装置的更大的耐压性。

实施例15至19

对于另外的测试，建立了比用于编号为9至14的实施例更大的大高压室。大高压室的内径为203mm(8英寸)，可用长度为1200mm(4英尺)，并且可耐受最高至约550巴(55MPa，7975psi)的负荷。

在该高压室中，内部耐压性的测试(爆裂压力测试)，即，使分离装置经受内部压力，以及外部耐压性的测试(塌缩压力测试)，即，使分离装置经受外部压力，用根据本发明的分离装置以及用参考分离装置来进行。测试设置和程序对应于ISO 17824，第一版，2009-08-15，在附录A(塌缩压力测试)和B(爆裂压力测试)中所示的设置和方法。在该高压室中进行的测试用对应于技术相关直径的直径的分离装置来进行。

使用根据ISO 17824附录A.4的各种颗粒尺寸的甲基纤维素、水和粉末状石灰石的粘性混合物作为压力传递介质(防滤失处理剂)。压力传递介质的任务是以使得可以建立压力差的方式阻塞和封闭过滤器间隙。

各种分离装置用于测试中，其中环形盘和基管的外径改变(参见表4)。分离装置构造有钢L80Cr13的基管和分别为烧结碳化硅陶瓷(SSiC；3M^TMF型碳化硅，由ESK陶瓷公司制造)的80个环形盘的环形叠堆。

分离装置的有效长度，即环形叠堆的高度，为500mm。过滤器宽度为250μm。基管的直径就编号为15和18的实施例而言为59.6mm(2⁷/₈英寸)，就编号为16的实施例而言为88.9mm(31/2英寸)，并且就编号为17和19的实施例而言为139.7mm(51/2英寸)。

编号为15至17的实施例是根据本发明的，编号为18和19的实施例是参考实施例。

就编号为15至17的实施例而言的分离装置的构造是根据图3a-图3b的。就编号为17的实施例而言的环形盘具有根据图8a-图8g的带有平坦接触区域的24个隔离物。就编号为15和16的实施例而言的环形盘的构造对应于示于图8a-图8g中的构造，但是代替那里示出的24个隔离物，此处环形盘在环形盘的上侧上仅具有16个(编号为15的实施例)或18个(编号为16的实施例)均匀分布的隔离物。编号为15至17的实施例的分离装置根据图3a-图3b构造有用于使环形叠堆定心的三个弹簧钢带(根据图11)，分别在环形叠堆的两端处的密封衬套，分别在环形叠堆的两端处的端盖，并且还构造有位于密封衬套和端盖之间的PTFE的两个补偿衬套(根据图12a-图12c)。PTFE补偿衬套的长度为16mm。

对于编号为18和19的实施例(参考实施例)，使用具有带有根据WO2011/120539A1的图2的呈球形段形式隔离物的环形盘的分离装置。就这两个实施例而言，在环形叠堆的两端处使用用于支撑环形叠堆的压缩弹簧。

内部耐压性的测试和外部耐压性的测试的结果由表4示出。

表4：内部和外部耐压性测试的结果

定义为内部和外部耐压性的测试失败的标准是压力突然下降处的压力(最大压力)。根据分离装置的构造，这由陶瓷环的破裂或由弹簧的屈服或两者，以及因此过滤器的开口引起。如果压力突然下降，则分离装置允许比对应于过滤器宽度更粗的颗粒通过(砂控失败)。

就根据本发明的编号为15至17的实施例而言，在外部耐压性的测试中，达到测试装置的最大压力而不使分离装置失效。

测试结果显示出，与在环形盘上具有呈球形段形式的隔离物的构造以及具有压缩弹簧的环形叠堆的支撑件相比，根据本发明的分离装置的更大的内部和外部耐压性。

附图标记列表

1 穿孔管/基管

2 螺纹

3 中间元件

4 护罩

5 端盖

6 端盖

7 环形叠堆

8 环形盘

9 盘8的上侧

10 隔离物

11 隔离物10的接触区域

12 盘8的下侧

13 斜面

14 分离间隙

15 定心带

16 密封衬套

17 密封衬套

18 基管1的穿孔

19 密封件/O形环

20 焊接缝

21 基管1的外侧表面

22 补偿元件/补偿衬套

23 补偿元件/补偿衬套

24 补偿元件/双壁补偿器衬套

25 补偿元件/双壁补偿器衬套

26 填充和排放孔

27 螺旋弹簧

28 环形盘

29 盘28的上侧

30 盘28的下侧

31 没有隔离物的环形盘

32 环形叠堆

33 测量参考区域

Claims (24)

1.一种用于从提取井中的液体和/或气体中移除固体颗粒的分离装置，所述分离装置包括：

a)至少三个硬脆环形盘(8)的环形叠堆(7)，所述环形盘(8)的上侧(9)具有至少三个隔离物(10)，所述隔离物均匀地分布在所述盘的圆周上，并且所述隔离物的接触区域(11)是平坦的，使得所述隔离物(10)与相邻环形盘(8)的下侧(12)具有平面接触，并且所述环形盘(8)以如下方式堆叠和固定：在各个所述盘(8)之间在每种情况下存在用于移除固体颗粒的分离间隙(14)，并且所述环形盘(8)在内周和外周处的轴向突起部是圆形的，并且所述环形盘(8)的硬脆材料选自氧化和非氧化的陶瓷材料、这些材料的混合陶瓷、添加有第二相的陶瓷材料、具有陶瓷或金属硬材料的部分并且具有金属粘结相的混合材料、具有原位形成的硬材料相的粉末冶金材料以及长纤维和/或短纤维增强的陶瓷材料，

b)穿孔管(1)，所述穿孔管位于所述环形叠堆(7)内部，并且所述硬脆环形盘(8)堆叠在所述穿孔管上，

c)至少三个带(15)，所述至少三个带在位于所述环形叠堆(7)内部的所述穿孔管(1)的侧表面(21)上轴向平行设置并且均匀地间隔开，并且所述环形盘(8)被推到所述至少三个带上，由此所述环形盘(8)以所述穿孔管(1)为中心，和

d)在所述环形叠堆(7)的上端处的端盖(5)和在所述环形叠堆(7)的下端处的端盖(6)，所述端盖(5,6)牢固地连接到所述穿孔管(1)。

2.一种用于从提取井中的液体和/或气体中移除固体颗粒的分离装置，所述分离装置包括：

a)至少三个环形盘(28,31)的环形叠堆(32)，所述环形叠堆(32)中的每第二环形盘(28)的上侧(29)和下侧(30)具有均匀分布在所述盘(28)的圆周上的至少三个隔离物(10)，并且分别相邻的环形盘(31)不具有隔离物，并且所述隔离物(10)的接触区域(11)是平坦的，使得所述隔离物(10)与相邻的环形盘(31)具有平面接触，并且所述环形盘(28,31)以如下方式堆叠和固定：在各个所述盘(28,31)之间在每种情况下存在用于移除固体颗粒的分离间隙(14)，并且所述环形盘(28,31)在内周和外周处的轴向突起部是圆形的，并且所述环形盘(28,31)的硬脆材料选自氧化和非氧化的陶瓷材料、这些材料的混合陶瓷、添加有第二相的陶瓷材料、具有陶瓷或金属硬材料的部分并且具有金属粘结相的混合材料、具有原位形成的硬材料相的粉末冶金材料以及长纤维和/或短纤维增强的陶瓷材料，

b)穿孔管(1)，所述穿孔管位于所述环形叠堆(32)内部，并且所述硬脆环形盘(28,31)堆叠在所述穿孔管上，

c)至少三个带(15)，所述至少三个带在位于所述环形叠堆(32)内部的所述穿孔管(1)的侧表面(21)上轴向平行设置并且均匀地间隔开，并且所述环形盘(28,31)被推到所述至少三个带上，由此所述环形盘(28,31)以所述穿孔管(1)为中心，和

d)在所述环形叠堆(32)的上端处的端盖(5)和在所述环形叠堆(32)的下端处的端盖(6)，所述端盖(5,6)牢固地连接到所述穿孔管(1)。

3.根据权利要求1所述的分离装置，所述环形盘(8)的上侧(9)在所述隔离物(10)之间的区域中向内或向外倾斜，优选地向内倾斜。

4.根据权利要求2所述的分离装置，所述环形叠堆(32)中的每第二环形盘(28)的上侧(29)和下侧(30)在所述隔离物(10)之间的区域中向内或向外倾斜，优选地向内倾斜。

5.根据权利要求1或3所述的分离装置，所述环形盘(8)的下侧(12)与盘轴线成直角形成。

6.根据权利要求2或4所述的分离装置，不具有隔离物的所述环形盘(31)的上侧和下侧与盘轴线成直角形成。

7.根据权利要求1至6中的一项所述的分离装置，所述分离装置在根据ISO 17824的针对内部耐压性的测试中耐受最高至120巴的内部压力，并且在根据ISO 17824的针对外部耐压性的测试中耐受最高至500巴的外部压力。

8.根据权利要求1至7中的一项所述的分离装置，各个所述隔离物(10)的接触区域(11)为4mm²至60mm²，优选地为10mm²至35mm²。

9.根据权利要求1至8中的一项所述的分离装置，均匀分布在所述环形盘(8,28)上的隔离物(10)的数量大于3个，优选地至少6个，更优选地至少10个，并且特别优选地至少15个。

10.根据权利要求1至9中的一项所述的分离装置，所述隔离物(10)之间的距离为8mm至50mm，优选地为10mm至30mm，并且特别优选地为15mm至25mm。

11.根据权利要求1至10中的一项所述的分离装置，所述硬脆材料为烧结碳化硅(SSiC)或碳化硼。

12.根据权利要求1至11中的一项所述的分离装置，所述环形盘(8,28,31)的内径为大于所述穿孔管(1)的外径至少0.5mm并且至多10mm，优选地至少1.5mm并且至多5mm。

13.根据权利要求1至12中的一项所述的分离装置，所述分离装置具有用于保护免受机械损坏的护罩(4)。

14.根据权利要求1至13中的一项所述的分离装置，所述分离装置包括在所述环形叠堆(7,32)的上端处的密封衬套(16)和在所述环形叠堆(7,32)的下端处的密封衬套(17)。

15.根据权利要求1至14中的一项所述的分离装置，所述分离装置包括在所述环形叠堆(7,32)的上端处并且/或者在所述环形叠堆(7,32)的下端处的补偿衬套(22,23)，以补偿所述穿孔管(1)和所述环形叠堆(7,32)的长度的不同热变化。

16.根据权利要求15所述的分离装置，所述补偿衬套(22,23)的材料在10℃-200℃的温度范围内的热膨胀系数为至少25*10^-6/K，优选地至少80*10^-6/K，并且特别优选地至少100*10^-6/K。

17.根据权利要求15或16所述的分离装置，所述补偿衬套(22,23)由基于聚四氟乙烯(PTFE)的材料构成。

18.根据权利要求1至17中的一项所述的分离装置，所述分离装置在所述环形叠堆(7,32)的上端处并且/或者在所述环形叠堆(7,32)的下端处包括管状双壁液体填充的容器(24,25)，所述容器的外壁在轴向方向上是波纹状的，以补偿所述穿孔管(1)和所述环形叠堆(7,32)的长度的不同热变化。

19.根据权利要求1至18中的一项所述的分离装置，所述穿孔管(1)由如下材料制成，所述材料在10℃至200℃的温度范围内的热膨胀系数与所述环形叠堆(7,32)的材料在10℃至200℃的温度范围内的热膨胀系数偏离至多10％，优选地至多5％。

20.根据权利要求1至19中的一项所述的分离装置，所述环形盘(8,28,31)由二氧化锆陶瓷制成，并且所述二氧化锆陶瓷在10℃至200℃的温度范围内的热膨胀系数与所述穿孔管的材料在10℃至200℃的温度范围内的热膨胀系数偏离至多10％，优选地至多5％。

21.根据权利要求1至20中的一项所述的分离装置，相对于所述环形盘的轴向突起区域，所述环形叠堆(7,32)中在轴向方向上的预负荷在10℃至200℃的温度范围内为至多10MPa，优选地至多5MPa，特别优选地至多2MPa。

22.根据权利要求1至21中的一项所述的分离装置，相对于所述环形叠堆的长度，在所述分离装置在10℃至200℃的温度范围内的操作期间由液体压力的差异引起的所述环形叠堆(7,32)中的所述环形盘(8,28,31)的位移在轴向方向上不大于0.5/密耳。

23.根据前述权利要求中至少一项所述的分离装置在从提取井提取液体和/或气体的过程中用于从液体和/或气体中移除固体颗粒的用途。

24.根据权利要求1至22中至少一项所述的分离装置用于从天然存在的水体中或者液体和/或气体的储存设备中的液体和/或气体中移除固体颗粒的用途。