DE2634275C3

DE2634275C3 - Filtriervorrichtung

Info

Publication number: DE2634275C3
Application number: DE2634275A
Authority: DE
Inventors: Philippe Tavernay Correge; Lucien Chavenay Gay
Original assignee: Nationale Elf Aquitaine (production) Sa Courbevoie (frankreich) Ste
Current assignee: Nationale Elf Aquitaine (production) Sa Courbevoie (frankreich) Ste
Priority date: 1975-07-31
Filing date: 1976-07-30
Publication date: 1980-01-17
Also published as: ZA764465B; NL7608452A; CA1072454A; DE2634275A1; NO142503B; OA05394A; AR214863A1; GB1523026A; FR2319403A1; DE2634275B2; NO142503C; AU1638276A; BR7605012A; MX3596E; FR2319403B1; BE844708A; NO762650L

Description

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Die Erfindung betrifft eine Filtriervorrichtung für alle strömenden Massen, bestehend aus einer Mehrzahl von Filterwänden, die aufeinanderfolgend zwischen einem die zu filtrierende strömende Masse enthaltenden Raum r, und einem die filtrierte strömende Masse enthaltenden Raum angeordnet sind, wobei jede Füterwand aus einander gegenüberliegenden, nicht miteinander verbundenen Streifen mit Trapezquerschnitt mit einer in der Eintrittsfläche der Füterwand liegenden langen wi Trapezbasis besteht und die genannten Streifen an der Eintrittsfläche der Filterwand durch Zwischenräume oder Schlitze übereinstimmender Breite getrennt sind, so daß Eintrittsflächen für die strömende Masse entstehen und die Summe dieser Flächen die Gesamt- μ eintrittsfläche einer Füterwand bildet.

Eine solche Filtriervorrichtung ist aus der FR-PS IO 183 bekannt. Die bekannte Filtriervorrichtung verursacht im Betrieb Schwierigkeiten, insbesondere wegen der schnellen Verschlammung bei den meisten Sandformationen.

Des weiteren ist aus der US-PS 27 29 294 eine Filtervorrichtung bekannt, deren Füterwand aus einem wendelförmig aufgewickelten Streifen besteht. Der Streifen besitzt im Querschnitt einen erhabenen und einen tiefer liegenden Teil, so daß sirh beim wendeiförmigen Aufwickeln des Streifens der erhabene Teil einer Windung den tiefer liegenden Teil der nächsten Windung überdeckt und folglich eine zylindrische Filterwandung entsteht. In dem Streifen sind Schlitze vorgesehen, die die eigentlichen Füterdurchtrittsöffnungen darstellen.

Bei dieser bekannten Vorrichtung ist ebenfalls eine schnelle Verschlammung bei verschiedenen Sandformationen zu befürchten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filtriervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die zuverlässig und wirtschaftlich arbeitet und insbesondere auch die Ausbeutung von Wasser und flüssige oder gasförmige Kohlenwasserstoffe führenden Formationen ermöglicht und bei der Verschlammung weitgehend vermieden wird.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Gesamteintrittsfläche einer Filterwand um 1 bis 50% kleiner ist als die Gesamteintrittsfläche der in Fließrichtung der strömenden Masse abwärts gelegenen Füterwand und daß der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wänden gebildete Zwischenraum von einer Auskleidung eingenommen wird, die für die Fluide durchlässig ist und von den verschiedenen Bestandteilen der strömenden Masse nicht angreifbar ist.

Bei den bevorzugten Ausführungsformen besteht die den Zwischenraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Filtei wänden erfüllende Auskleidung aus erosions- und druckfesten Materialien, insbesondere aus Hartglaskugeln, deren kleinster Durchmesser größer als die Weite der Schlitze der Eintrittst fache der von der strömenden Masse an zweiter Stelle angetroffenen Füterwand ist.

Bei den Ausführungsformen, bei denen die Filtration auf eine radial-kreisförmige Drainage angewendet werden soll, besteht jede Filterwand aus einem Streifen mit Trapezquerschnitt, der Streifen ist schraubenlinienförmig mit konstanter Steigung auf eine zylindrische Fläche gewickelt und die Steigung ist gleich der Summe des Betrages der langen Basis des Trapezquerschnitts und eines konstanten Abstandes, welcher die Schlitzbreite darstellt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Γ i g. 8 bis 10 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die nachfolgenden Fig. I bis 7 beziehen sich auf Vorrichtungen zum Stand der Technik. Es zeigt

Fig. I ein Diagramm einer Korngrößenverteilung eines Sandes in einer erdölführenden Formation,

F i g. 2 eine wendelförmig gewickelte Filterwarid nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 einen Schnitt durch die gewickelte Wand der F i g. 2,

Fig. 4 eine Füterwand anderer Bauart nach dem Stand der Technik,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Füterwand anderer Bauart,

Fig. 6 einen Filterkopf mit mehreren Filterwänden nach dem Stand der Technik,

Fig. 7 einen Filierkopf mit mehreren Filterwänden

nach dem Stand der Technik,

F i g. 8 einen Filterkopf gemäß der Erfindung,

F i g. 9 Einzelheiten des Filterkopfes gemäß F i g. 8,

F i g. 10 eine Versuchsanordnung.

F i g. 1 zeigt ein Korngrößenverteilungsdiagramm eines Sandes aus einer erdöiführenden Formation. An der Ordinate ist die Prozentsumme des Gewichtes des zurückgehaltenen Materials und an der Abszisse der Korndurchmesser abgetragen.

Die Proben der Formation, herrührend aus einem seitwärts geführten Probeschuß, haben wegen ihrer örtlichen Gebundenheit nur Bedeutung für einen sehr engen Bereich, und ihr statistischer Wert, sofern die Entnahme gut gelungen ist, ist sehr gering, ihr wahrer Wert ist somit unbedeutend. Die verschiedenen erhaltenen Diagramme liegen innerhalb einer Zone A, die in der Figur schraffiert ist. Diese Zone A wird begrenzt durch zwei Kurven, die jeweils als Bewertung der Korngrößenverteilung der Formation dienen. Die Kurve I stellt eine Abschätzung nach oben dar, weil sie einer vorgegebenen Prozentsumme eine maximale Korngröße zuordnet, und die Kurve II stellt eine Abschätzung nach unten dar, weil sie einer vorgegebenen Prozentsumme eine minimale Korngröße zuordnet.

Wenn in einer Bohrung ein starker Sandeinbruch erfolgt, ist die Korngrößenverteilung durch eine Kurve gegeben, die etwa der Kurve III entspricht. Dieser Sand ist für die Formation nicht charakteristisch und kann nicht verwendet werden.

In der Praxis wird für die Bestimmung in der Schlitzbreite in den Filterwänden die Kurve II verwendet, soweit die Kenntnis des Materials, das zu der Konstruktion dieser Kurve geführt hat, vermuten läßt, daß die Schätzwerte für die Festlegung der Korngröße nicht übermäßig klein ausgefallen sind, wie dies bei der Kurve III der Fall wäre.

Die im allgemeinen entnommenen Kennwerte entsprechen den Gewichtsprozentsummen 10,40 und 70%, woraus sich drei Werte λ, β, γ für Korndurchmesser ergeben.

Die Fig.2 und 3 zeigen einen Filterkopf mit einer Filterwand, die aus schraubenlinig aufgewickelten Streifen 1 und trapezförmigem Querschnitt mit gleichbleibender Steigung ρ bestehen.

Der Trapezquerschnitt weist eine lange Basis 3 und eine kurze Basis 3' auf. Die Steigung ρ ist die Summe aus der Breite der langen Basis 3 des Trapezquerschnitts und dem Betrag a der Breite eines geradlinigen Schlitzes 4.

Der Streifen ist so ausgerichtet, daß die lange Basis des Trapezquerschnitts sich an der Außenseite der Filterwand befindet und dem Eintritt der strömenden Masse entgegengerichtet ist. In Fließrichtung der strömenden Masse nimmt die Streifenbreite ab und die Breite des Durchlasses 5 zwischen zwei Abschnitten des Streifens t wächst in entsprechendem Maße.

Der Streifen ruht auf einer Anordnung von untereinander parallelen Metallstangen 6, die einen Käfig bilden und an denen der Streifen durch Punktschweißungen 7 festgelegt ist= Auf diese Weise erhält die Anordnung die erforderliche Festigkeit.

Ein Rohr 8 für Fördergut, das mit Hilfe der Längsschlitze 9 filtriert ist, befindet sich im Inneren des in F i g. 3 gezeichneten Filterkopfes.

Die Fig.4 und 5 geben einen dem vorhergehenden Filterkopf vergleichbaren Filterkopf wieder, aber man sieht, daß auf dem Streifen 1 mit Trapezquerschnitt gleichmäßig verteilte suitliche Verlängerungen längs des Streifens 1 vorgesehen sind. Die Verlängerungen 10, deren Dirke gleich der dem Schlitz zugemessenen Breite ist, sollten dazu dienen, die Schlitzbreite konstant zu halten. Ein seitliches, aufgeschweißtes Band 11 oder eine Reihe seitlicher Schweißpunkte hält das Ganze zusammen. Bei dieser Ausführungsform befindet sich ein Förderrohr 8 für durch die Längsschlitze 9 gefiltertes Material im Inneren des Filterkopfes.

Die Fig.6 und 7 geben zwei Darstellungen einer Ausführungsform eines Filterkopfes mit mehreren konzentrischen zylindrischen Filterwänden nach einer der eingangs beschriebenen Bauarten. Die Bauweise der Filterwände entspricht derjenigen nach den F i g. 2 und 3. An jeder Filterwand befindet sich der Abschnitt I eines Streifens mit Trapezquerschnitt, schraubenlinienartig mit gleichbleibender Steigung aufgewickelt. Der Trapezquerschnitt hat eine lange und eine kurze Basis. Die Steigung ist gleich der Summe des Betrages der langen Basis des Trapezquerschnitts und eines konstanten Abstandes. Dieser Abstand i-' die Breite eines durchgehenden geradlinigen Schlitzes, dessen Fläche die Eintrittsfläche für die in die Filterwand einströmende Masse ist.

Der mit den F i g. 6 und 7 dargestellte Filterkopf weist drei konzentrische Filterwände A, B, Cauf, bei denen die Breite der Schlitze definiert ist durch die Ungleichung

a > b > c.

Unter diesen Bedingungen haben die Eintrittsflächen A, B, CWerte, die die Ungleichung

Fläche A > Fläche B > Fläche C

erfüllen.

In den Fig.6 und 7 haben die zu den Wänden A, B und C schraubenlinienförmig aufgewickelten Streifen mit Trapezquerschnitt gleiche Querschnittsfläche; sie können auch unterschiedliche Querschnittsfläche aufweisen, weil die festgesetzten Bedingungen für die Schlitzbreiten gelten und nicht für die Abmessungen der langen und der kurzen Basis des Trapezquerschnitts.

Die zwischen den Filterwänden A, ßund Cgebildeten Ringräume haben eine Weite, die größenordnungsmäßig der großen Abmessung des trapezförmigen Streifens entspricht; die Ringräume bleiben frei. In den beiden Ringräumen befinden sich parallele Metallstangen 6, die einen Käfig bilden und auf denen der Streifen durch Punktschweißung befestigt ist.

Auf diese Weise besitzt die Vorrichtung mehrere Filterwände in einer solchen Anordnung, daß die Schwierigkeiten, die bei der Verwendung von Filterköpfen mit nur einer Filterwand auftraten, überwunden sein sollten. Tatsächlich hat die Vorrichtung nach den F i g. 6 und 7 aber im Betrieb Schwierigkeiten insbesondere wegen der schnellen Verschlammung bei den meisten Sandformationen gebracht.

In F i g. 8 ist eine erfindungsgemäße Filtriervorrichtung wiedergegeben, die für alle strömenden Massen geeignet ist, insbesondere auch für die Ausbeutung von Wasser und flüssige oder gasförmige Kohlenwasserstoffe führend« Formationen,

Zwischen einem die zu filtrierende strömende Masse enthaltenden Raum I und einem die filtrierte strömende Masse enthaltenden Raum Il weist die Filtriervorrichtung oder der Filterkopf C zwei konzentrische zylindrische Filterwände A und B auf. Die linke Hälfte der F i g. 8 zeigt einen Schnitt durch den Filterkopf, und man erkennt die beiden Wände A und B im Schnitt. Fig. 9 ist eine Darstellung dieses Schnitts in größerem

Maßstab.

Jede Filterwand besteht aus einem Streifen mit Trapezquerschnitt; der Streifen ist schraubenlinienförmig mit einer gleichbleibenden Steigung ρ aufgewickelt. Der Trapezquerschnitt zeigt eine lange Basis 3 und eine kurze Basis 3'; die Steigung ρ ist die Summe des Maßes der langen Basis 3 des Trapezquerschnitts und des Maßes a der Breite eines Längsschlitzes 4. Der Streifen ist so angeordnet, daß die lange Basis 3 des Trapezquerschnitts sich am äußeren Umriß der Filterwand befindet; dieser Umrie stellt die Eintrittsfläche für die strömende Masse dar. In Fortschrittsrich'ung der strömenden Masse nimmt die Breite des Streifens ab, und die Weite des Durchlasses /wischen zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten des Streifens I nimmt entsprechend zu.

Der Streifen 1 liegt auf einer Anordnung von Metallstangen 6, die einen Käfig bilden, und auf den

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stigt.

|ede einzelne Filterwand A und B ist somit nach der Ausführung hergestellt, die oben im Zusammenhang mit F i g. 2 beschrieben worden ist.

Die beiden Filterwände A und ßsind aus Streifen mit Trapezquerschnitt gleicher Kennwerte hergestellt, sie könnten aber auch unterschiedliche Kennwerte haben: Die Filterwände sind nämlich durch die Gesamtfilterfläche charakterisiert, die jeweils durch die Schlitzbreite, nämlich a für die Wand A und b für die Wand B. und die Schlitzlänge gekennzeichnet ist, so daß die Gesamtfilterfläche von B um 1 bis 50% größer ist als die Gesamtfilterfläche von A, und zwar im Falle der F i g. 8 und 9 um 30%.

Zwischen den beiden Filterwänden A und 0 erstreckt sich ein Ringraum 12, dessen Breite groß gegenüber der Stärke der Wände A und Bist, beispielsweise nach den F i g. 8 und 9 die sechsfache Stärke der Stärke der Wände A und B hat. Der Ringraum 12 ist mit einem Material gefüllt, das durchlässig für Fluide ist und von den verschiedenen Bestandteilen der strömenden Masse nicht angegriffen wird. Bei der Ausführungsform nach den F ie. 8 und 9 besteht dieses Material aus Hartglaskugeln, deren Mindestdurchmesser größer ist als die Schlitzweite der Eintrittsfläche der von der strömenden Masse an zweiter Stelle angetroffenen Filterwand, d. h. der Wand B.

Der in dieser Weise mit durchlässigem Material erfüll te Ringraum spielt dit Rolle einer Reguliereinrichtung und in gewisser Hinsicht als das Fließen der Ί strömenden Masse beruhigendes Mittel.

Die Gruppe der beiden konzentrischen zylindrischen Filterwändc A und B ist mit ihren Enden an zwei Ringflanschen 13 und 14 angebracht, die ihrerseits auf einem filtrierenden l'örderrohr 8 dort angebracht sind. κι wo sich Filterwände mit gleichmäßig verteilt angeordneten Öffnungen 15 befinden.

Bei einer Anwendung des Filierkopfes C sind die Wände Λ und ß mit schraubenlinienförmig aufgewickelten Streifen mit einer Weite der Längsschlitze von I) 0,30 mm bei der Wand A und 0,63 mm bei der Wand B ausgeführt, wodurch sich Gesamtfilterflächen von 695cm² für A und 9IOcm^? für B ergaben; die Anordnung ist auf einem Rohr von 115 mm Durchmesser angebracht, das rnu glcitfirriSSig verteilten Lochern 2(i von 20 mm Durchmesser versehen ist Der Ringraum ist mit Hartglaskugeln von 1,50 mm bis 1,70 mm Durchmesser gefüllt.

Wie Fig. 10 zeigt, ist der Filterkopf C in ein Hochdrucksieb 16 gesetzt, das eine Sandmasse 17 -Ί vorgegebener Korngrößenverteilung, die im wesentlichen der Kurve Il in F-" i g. 1 entspricht, enthält.

Ein Dreiphasengemisch aus Wasser, Gas und Gasolin bei 60' Γ unter einem Druck von 90 bar wurde im Rahmen eines Versuches durch die Sandmasse und die i" Filtriervorrichtung Cin Bewegung gesetzt.

Die in Strömungsrichtung unterhalb des Filterkopfes aufgefundenen Sandmengen sinä in allen Fällen sehr klein gewesen:

_Γ) 10 cm ³ nach 6 Versuchstagen

60 cm¹ nach ! 2 Versuchstagen

410cm¹ nach 88 Versuchstagen

und einem Durchsatz von ungefähr 8 000 000 Nm³ Gas, d. h. ungefähr 100 000 m³ unter den Versuchsbedingun·

^Jo gen.

Filterköpfe für die Behandlung von Wasser, Kohlenwasserstoffen und DarriDf. Filter für industrielle Verwendung in der erfindungsgemäßen Ausführungsform arbeiten außerordentlich zuverlässig und wirt-

■»' schaftlich.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Filtriervorrichtung für alle strömenden Massen, bestehend aus einer Mehrzahl von Filterwänden, die aufeinanderfolgend zwischen einem die zu filtrierende strömende Masse enthaltenden Raum und einem die filtrierte strömende Masse enthaltenden Raum angeordnet sind, wobei jede Füterwand aus einander gegenüberliegenden, nicht miteinander verbundenen Streifen mit Trapezquerschnitt mit einer in der Eintrittsfläche der Filterwand liegenden langen Trapezbasis besteht und die genannten Streifen an der Eintrittsfläche der Füterwand durch Zwischenräume oder Schlitze übereinstimmender Breite getrennt sind, so daß Eintrittsflächen für die strömende Masse entstehen und die Summe dieser Flächen die Gesamteintrittsfläche einer Filterwand bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamteintrittsfläche einer Füterwand (A) um 1 bis 50% kleiner ist als die Gesamteintrittsfläche der in Fließrichtung der strömenden Masse abwärts gelegenen Filterwand (Β)\ιηά daß der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wänden (A, B) gebildete Zwischenraum (12) von einer Auskleidung eingenommen wird, die für die Fluide durchlässig ist und von den verschiedenen Bestandteilen der strömenden Masse nicht angreifbar ist.

2. Filtriervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Auskleidung in dem Zwischenraum (12) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wänden (A, θ,¹ aus err ••ionsbeständigem und druckfestem Material besteht, insbesondere aus Hartglaskugeln, deren kleinste- Durchmesser größer ist als die Weite der Schlitze der Eintrittsfläche der von der strömenden Masse an zweiter Stelle angetroffenen Füterwand (B).

3. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Füterwand (A, B) aus einem Streifen (1) mit Trapezquerschnitt besteht, daß der Streifen schraubenlinienförmig mit konstanter Steigung auf eine zylindrische Fläche gewickelt ist und daß die Steigung gleich der Summe des Betrages der langen Basis des Trapezquerschnitts und eines konstanten Abstandes ist, welcher die Schlitzbreite darstellt.

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