CN113405632A - 砂分离器界面检测 - Google Patents

Abstract

本发明涉及砂分离器界面检测。提供了一种包括分离腔和排出口的砂分离器。所述砂分离器包括与所述分离腔的内部流体连通的计量器，其中，所述计量器被配置为检测液/固界面。与所述计量器电通信的计量器电子设备被配置为接收来自所述计量器的指示所述液/固界面的信号。

Description

砂分离器界面检测

本申请为分案申请，其母案的发明名称为“砂分离器界面检测”，申请日为2014年04月15日，申请号为201480024721.4。

技术领域

下面描述的实施例涉及砂分离器，并且更具体地涉及用于检测其中的液/固界面的改进的砂分离器。

背景技术

分离器技术在全世界各地普遍用于井中，其是测试分离器或生产分离器。在防砂完井中使用的分离器例如特别易于填充有砂。该问题关于其中关闭生产以清除分离器能够导致显著延迟的生产和相关的经济损失的离岸设施特别成问题。

砂分离器也常常用于当大量砂被预计为在手边的过程（例如，水力压裂、防砂应用或者油砂应用）的部分时保护测试或生产装备。对分离器中的砂累积的预先警告是使停机时间和延迟的生产最小化的关键，其通常经由对日常分离器维护的规划和调度来完成。

作为示例，对于甲烷或天然气的勘探涉及将高压流体（主要是带砂的水）直接注入到预期产生天然气的地下岩层中。在水力压裂工序中，水压压裂岩地层，于是滞留的天然气逸出到井眼中并且在表面处被捕获。水力压裂流体从勘探井中被回收并且通常通过用卡车将其拖运至遥远处置场来处置。该流体包含相当大量的压裂砂。砂用于帮助保持打开的裂缝以使天然气从地层内的逸出最大化。压裂砂也用于清洁和蚀刻岩层从而促进最大的气体输送。存在于压裂流体中的砂不是全部都保持沉积在岩层中，因此一些从井中以被称为“回流（flowback）”的方式返回到表面。回流流体包括大量的注入的压裂砂，以及从岩层冲出的泥沙和岩石碎屑。这样的砂和碎屑能够堵塞或损坏系统的管、阀、泵和其他部分。砂分离器防止这些微粒堵塞和损坏系统，但是仅仅到砂分离器可使用的程度。这仅仅被提供作为说明砂分离器的一个用途的示例。

一般地，砂分离器用于从液/固混合物中分离砂或其他固体，并且对于砂分离器的持续操作而言，要求分离器中的砂的水平的可靠指示。如果砂水平不被正确地计算，则存在砂分离器将溢装的风险。一旦溢装，典型的补救是停止在手边的过程并且从分离器中手动地清空砂和碎屑。当然，在这样的校正动作期间，无论是砂分离器还是附接到砂分离器的生产装备都不可使用，因此设施招致生产停机时间和相关的经济损失。

存在对消除或减少砂分离器堵塞的装置的需求。下面描述的实施例克服了这些和其他问题并且实现了本领域中的进步。下面描述的实施例提供了一种砂分离器，其检测具有振动计量器的收集腔中的砂水平。

诸如振动密度计和振动粘度计的振动计量器通常通过检测在存在要被测量的流体材料的情况下振动的振动元件的运动来操作。与流体材料相关联的属性，诸如密度、粘度、温度等，能够通过处理从与振动元件相关联的运动换能器接收到的测量信号来确定。振动元件系统的振动模式一般受到振动元件和周围流体材料的组合的质量、刚度和阻尼特性的影响。

振动密度或粘度计量器的一个示例根据振动元件原理来操作，其中，元件是浸没在被测量的液体中的细长音叉结构。常规音叉由通常具有扁平或圆形横截面的两个叉齿组成，该两个叉齿被附接到叉臂（cross beam），该叉臂还被附接到安装结构。音叉由内部地固定在第一叉齿的根部的驱动器诸如例如压电晶体激励成振荡。振荡的频率由固定在第二叉齿的根部的第二压电晶体检测。换能器传感器可以以其如由周围流体修改的第一自然共振频率通过与计量器电子设备一起被定位的放大器电路来驱动。

当叉被浸没在流体中并且以该叉的共振频率被激励时，叉将经由该叉的叉齿的运动使流体移动。振动的共振频率强烈地受到这些表面对其施以推力的流体的密度的影响，同时流体粘度对带宽具有很大的影响。随着流体的粘度改变，总体阻尼力改变，从而改变带宽以及随着带宽而改变传感器的“Q”或品质因子。电子电路可以备选地在频率响应曲线上的两个位置处将传感器激励成振荡，并且在这样做时，可以确定共振器的品质因子（Q）以及共振频率。通过测量与频率响应曲线相关的特定时段，能够计算出流体的粘度。

具体地，流体的粘度能够通过生成在高于和低于组合的流体和振动传感器的共振频率ω0的频率ω1和ω2的振动响应来测量。在共振频率ω0，相位差Φ0可以为大约90度。两个频率点ω1和ω2被定义为其中驱动信号相位和振动信号相位分别相差相位差Φ1和Φ2的驱动频率。例如，相位差Φ1可以被定义为其中驱动信号相位和振动信号相位之间的相位差为大约135度的点。例如，相位差Φ2可以被定义为其中驱动信号相位和振动信号相位之间的相位差为大约45度的点。

这两个频率点ω1和ω2之间的距离（即，ω1和ω2之间的频率差）用于确定项Q，其与粘度成比例并且能够通过以下公式来近似：

粘度 ≈ Q = ω0/( ω1- ω2)

共振频率ω0在两个频率点ω1和ω2之间的中心。因此，共振频率ω0能够被定义为：

ω0 ≈ 0.5 * (ω1 + ω2)

频率点ω1和ω2在当传感器元件与要被特征化的流体相互作用时的操作期间被确定。为了适当地确定频率点ω1和ω2，驱动系统使用闭环驱动，从而驱动传感器元件在两个相位差点（Φ1和Φ2）之间交替并且记录在这些点处的振动频率ω1和ω2。通过使用闭环驱动，现有技术的驱动系统确保相位差测量结果在振动频率ω1和ω2被确定时是稳定的。这用作相位如何可以用于通过计量器电子设备来计算粘度的示例。

通过砂分离器的砂收集储存器中的振动计量器进行取向，并且测量拾取传感器信号强度和/或信号相位差的改变，将砂分离器中的液/固界面水平致使为可检测的，如本文中公开的那样。

发明内容

根据实施例，提供了一种包括分离腔和排出口的砂分离器。根据实施例，所述砂分离器包括与所述分离腔的内部流体连通的计量器，其中，所述计量器被配置为检测液/固界面。所述砂分离器还包括与所述计量器电通信的计量器电子设备，所述计量器电子设备被配置为接收来自所述计量器的信号。

根据实施例，提供了一种包括分离腔和排出口的砂分离器。根据实施例，所述砂分离器包括与所述分离腔的内部流体连通的振动叉密度计，所述振动叉密度计被配置为指示液/固界面。所述砂分离器还包括被配置为振动的所述叉密度计的振动元件。额外地，所述砂分离器包括：驱动器，被配置为接收驱动器信号，其中，所述驱动器还被配置为使所述振动元件振动；以及还有拾取传感器，被配置为检测所述振动元件的振动并生成表示检测到的振动的拾取信号。所述砂分离器还包括与所述叉密度计电通信的计量器电子设备，所述计量器电子设备被配置为将所述驱动器信号提供到所述驱动器并接收来自所述叉密度计的所述拾取信号。

根据实施例， 提供了一种检测砂分离器中的液/固界面的方法。根据实施例，所述方法包括以下步骤：使位于砂分离器中的振动元件振动；测量所述振动元件的振动响应；将所述振动响应与参考值进行比较；以及检测所述砂分离器中的所述液/固界面的水平。

根据实施例， 提供了一种检测砂分离器中的液/固界面的方法。根据实施例，所述方法包括以下步骤：将振动计量器放置在砂分离器中；使所述振动计量器的振动元件以所述振动元件和围绕所述振动元件的流体的共振频率振动；接收来自所述振动计量器的拾取传感器的信号；以及检测所述液/固界面的存在。

方面

根据方面，一种包括分离腔和排出口的砂分离器，包括：与所述分离腔的内部流体连通的计量器，其中，所述计量器被配置为检测液/固界面；以及与所述计量器电通信的计量器电子设备，所述计量器电子设备被配置为接收来自所述计量器的信号。

优选地，所述计量器被定位为靠近与所述液/固界面的最大期望水平相对应的所述分离腔中的水平。

优选地，所述计量器是振动计量器。

优选地，所述振动计量器是密度计。

优选地，所述砂分离器还包括：振动元件；驱动器，被配置为使所述振动元件振动；以及拾取传感器，被配置为检测所述振动元件的振动。

优选地，来自所述传感器的所述信号是所述拾取传感器的信号强度。

优选地，所述信号强度是电压。

优选地，来自所述计量器的所述信号是被提供到所述驱动器的驱动器信号和从所述拾取传感器接收的拾取信号之间的相位差。

优选地，所述排出口是远程可致动的。

优选地，所述驱动器包括压电元件，并且所述拾取传感器包括压电元件。

根据方面，一种包括分离腔和排出口的砂分离器，包括：

与所述分离腔的内部流体连通的振动叉密度计，被配置为指示液/固界面；

所述叉密度计的振动元件，被配置为振动；

驱动器，被配置为接收驱动器信号，其中，所述驱动器还被配置为使所述振动元件振动；

拾取传感器，被配置为检测所述振动元件的振动并生成表示检测到的所述振动的拾取信号；以及

与所述叉密度计电通信的计量器电子设备，被配置为将所述驱动器信号提供到所述驱动器并接收来自所述叉密度计的所述拾取信号。

优选地，所述拾取信号是所述拾取传感器的信号强度。

优选地，所述拾取信号是电压。

优选地，所述计量器电子设备计算所述驱动器信号和所述拾取信号之间的相位差。

优选地，所述砂分离器还包括排出口，所述排出口被配置为将材料从所述砂分离器释放。

优选地，所述排出口包括由所述计量器电子设备可致动的阀。

根据方面，一种检测砂分离器中的液/固界面的方法，包括以下步骤：

使位于砂分离器中的振动元件振动；

测量所述振动元件的振动响应；

将所述振动响应与参考值进行比较；以及

检测所述砂分离器中的所述液/固界面的水平。

优选地，所述方法还包括以下步骤：如果所述振动响应的强度低于预定阈值，则指示所述砂分离器中的所述液/固界面的存在。

优选地，所述方法还包括以下步骤：如果所述振动响应和所述参考值之间的相位差低于预定阈值，则指示所述砂分离器中的所述液/固界面的存在。

优选地，所述方法还包括以下步骤：如果所述液/固界面超过预定水平，则从所述砂分离器中清空固体。

优选地，所述方法还包括打开所述砂分离器的排出口的步骤。

根据方面，一种检测砂分离器中的液/固界面的方法，包括以下步骤：

将振动计量器放置在砂分离器中；

使所述振动计量器的振动元件以所述振动元件和围绕所述振动元件的流体的共振频率振动；

接收来自所述振动计量器的拾取传感器的信号；以及

检测所述液/固界面的存在。

优选地，所述方法还包括维持驱动信号和拾取信号之间的固定相位差的步骤。

优选地，所述固定相位差为大约45°。

优选地，所述方法还包括以下步骤：指示何时所述振动计量器不能够维持所述驱动信号和所述拾取信号之间的所述固定相位差。

优选地，所述方法还包括以下步骤：指示何时所述驱动信号和所述拾取信号之间的所述相位差与所述固定相位差波动大于预定量。

优选地，所述方法还包括指示何时所述振动元件停止振动的步骤。

优选地，所述方法还包括以下步骤：如果所述振动响应的强度低于预定阈值，则指示所述砂分离器中的所述液/固界面的存在。

优选地，所述强度包括电压。

优选地，所述方法还包括以下步骤：如果检测到所述液/固界面，则将固体从所述砂分离器中清空。

优选地，所述方法还包括打开所述砂分离器的排出口的步骤。

附图说明

在所有附图上相同的附图标记表示相同的元件。附图不一定是成比例的。

图1图示了现有技术的砂分离器；

图2图示了振动密度计的实施例；

图3图示了具有液/固界面检测器的砂分离器的实施例；

图4是图示了在使用中的具有液/固界面检测器的砂分离器的图；以及

图5也是图示了在使用中的具有液/固界面检测器的砂分离器的图。

具体实施方式

图1-5和以下描述描绘了用于教导本领域技术人员如何制作和使用砂分离器和相关的方法的实施例的最佳模式的具体示例。出于教导发明原理的目的，一些常规方面已经被简化或被省略。本领域技术人员将认识到落入本发明的范围内的来自这些示例的变型。本领域技术人员将认识到下面描述的特征能够以各种方式来组合以形成本发明的多个变型。因此，本发明不限于下面描述的具体示例，而是仅由权利要求及其等价物限制。

图1图示了现有技术的砂分离器100。入口102允许液/固混合物进入砂分离器100用于将液相与混合物的固相分离的目的。通常，携带在水中的砂、沉积物和碎屑（统称为“固体）从水中被分离。然而，其他液体和固体通过本实施例而被设想到，并且本文中提供的示例不应当被认为是限制能够包括液体的流体的范围。流体能够包括气体。备选地，流体能够包括多相流体，诸如包括夹带气体、夹带固体、多种液体或其组合的液体。

入口102被定位靠近分离器100的顶部区域104并且与垂直轴偏移使得混合物稍微正切地进入分离器100从而在分离腔106内部创建圆形流动模式。该流动模式通过离心力使较重的固体行进到分离腔106的内表面108。固体倾向于朝向分离器100的底部区域110落下并且最终落到固体滞留区域112中。在该实施例中，固体滞留区域112仅仅是分离器100的底部区域110的一部分。在其他实施例中，设想到用于砂收集的分离腔。基本上没有固体的液体通过导管114被抽取并且通过出口116离开分离器100。为了清洗累积的固体，排出口118位于靠近能够被打开以释放这些固体的固体腔112。排出口可以包括阀。如对本领域技术人员将显而易见的那样，如果固体在特定分离器100中累积超过特定水平，则分离器100可能堵塞，并且固体将需要以不与流水作业一致的方式被手动清洗，由此中断这样的过程。

为了检测砂分离器100中的液/固界面，提供的实施例利用振动计量器120。图2图示了振动计量器120。振动元件122（通常具有“叉”或“叉齿”设计）由驱动器124驱动来以一定频率振动。具有振动元件122的拾取传感器126检测振动元件122的振动。计量器电子设备128连接到驱动器124和拾取传感器126。也设想到没有叉或叉齿的振动计量器。

计量器电子设备128可以经由一个或多个导线130向振动元件122提供电功率。导线130包括来自电源（未示出）、计量器电子设备128或其他控制或计算设备（未示出）的用于数据、功率等的连接。计量器电子设备128可以经由一个或多个导线100控制计量器120和振动元件122的操作。例如，计量器电子设备128可以生成驱动信号并将驱动信号供应到驱动器124，其中，振动元件122使用驱动信号来驱动以生成在诸如个别叉齿的一个或多个振动部件中的振动。驱动信号可以控制振动幅度和/或可以控制振动频率。驱动信号还可以控制振动持续时间和/或振动定时或相位。

计量器电子设备128经由一个或多个导线130接收来自振动元件122的一个或多个振动信号。例如，计量器电子设备128可以处理所述一个或多个振动信号以便生成密度或粘度测量结果。应当理解，可以根据所述一个或多个振动信号来生成其他或额外的测量结果。在一个实施例中，计量器电子设备128处理从振动元件122接收到的所述一个或多个振动信号以确定一个或多个信号的频率。所述频率可以包括振动元件/流体的共振频率，所述共振频率可以用于确定流体的密度或粘度。在相关的实施例中，来自计量器电子设备128的信号被发送到其他计算或处理设备以用于处理。

例如，计量器电子设备128还可以处理一个或多个振动信号以确定流体的其他特性，诸如能够被处理以确定流体流动速率的信号之间的粘度或相位偏移。其他振动响应特性和/或流体测量结果被设想到并且在描述和权利要求书的范围内，诸如液体中悬浮的固体的存在和液/固界面的存在。计量器电子设备128还可以耦合到接口132，并且计量器电子设备128可以经由该接口132传达信号。计量器电子设备128可以处理接收到的振动信号以生成一个或多个测量值并且可以经由接口132传达一个或多个测量值。另外，计量器电子设备128可以通过接口132接收信息，诸如命令、更新、操作值或操作值改变和/或编程更新或改变。另外，接口132可以能够实现计量器电子设备128和远程处理系统（未示出）之间的通信。接口132能够具有电通信、光通信或无线通信的任何方式，诸如例如而不限于4-20ma、HART、RS-485、Modbus、Fieldbus等。

在实施例中，驱动器124和拾取传感器126各自包括压电晶体元件。驱动器124和拾取传感器126被定位为邻近振动元件122的第一122A和第二叉齿122B。驱动器124和拾取传感器126被配置为与第一和第二叉齿122A、122B接触并且机械地相互作用。具体地，驱动器124可以接触第一叉齿122A的至少一部分。驱动器124当经受由计量器电子设备128提供的驱动信号或参考信号时扩展和收缩。因此，驱动器124 交替地变形并且因此在振动运动（参见虚线）中将第一叉齿122从边到边移位，从而以周期性往复方式搅动流体。第二叉齿的振动使对应的电信号被拾取传感器124生成。拾取传感器124将振动信号传输到计量器电子设备128。计量器电子设备128处理振动信号并且可以测量振动信号的振动信号幅度和/或振动信号频率。计量器电子设备128还可以将来自拾取传感器124的信号的相位与由计量器电子设备128提供到驱动器124的参考相位信号进行比较。计量器电子设备128还可以经由接口132传输振动信号。

振动计量器120至少部分地被浸没到要被特征化的流体中。例如，振动计量器120可以被安装在管或导管中。振动计量器120可以被安装在用于保持流体的罐或容器或结构中。振动计量器120可以被安装在用于引导流体流动的歧管结构或类似的结构中。在优选实施例中，振动传感系统被安装使得振动元件122投入到砂分离器100的分离腔106的内部中。然而，其他安装布置被设想到并且在描述和权利要求书的范围内。

图3图示了具有用于指示液/固界面水平的计量器120的砂分离器100的实施例。计量器120被放置在分离腔106上使得感测固/液界面所需要的计量器120的部分被设置在分离腔106内部。在实施例中，计量器120是振动计量器。在相关的实施例中，计量器120是振动叉密度计。在这种情况下，振动元件122投入到分离腔106中使得振动元件122的叉齿122A、122B 能够流体接触。

流体以正切取向进入分离器100的入口102使得在分离腔106内部创建圆形流动模式。该流动模式通过离心力迫使固体对着分离腔106的内表面108，其中，固体倾向于朝向分离器100的底部区域110落下并且最终落到固体滞留区域112中。可以打开在分离腔106的底部上的排出口118使得固体从分离器100中被清洗。如果固体的水平升得太远，则分离器100将堵塞并且被致使为不可操作。 在实施例中，计量器120被定位在与液/固界面的最大期望水平相对应的分离腔106上的位置处。当液/固界面升到该水平时，计量器120检测到所述界面。

在实施例中，排出口118是远程可致动的，使得诸如电信号、电子信号、气动信号、液动信号或类似的信号的信号使排出口118打开。在实施例中，当液/固界面到达预定最大期望水平时，计量器120通过计量器电子设备128检测到该界面并且与排出口118连通使得排出口118致动从而分离器100内的固体含量的至少一部分从其中被清洗。具体地，计量器电子设备128接收来自计量器120的指示液/固界面的存在的信号，并且这通过计量器电子设备128来处理，所述计量器电子设备128将信号发送到排出口118以打开并清洗分离器。

在实施例中，计量器120是密度计，并且在相关的实施例中，计量器是振动叉密度计。密度计具有投入到分离腔106中的振动元件122，其中，振动元件122由驱动器124来驱动以振动并且拾取传感器126检测振动。在振动叉密度计的情况下，第一叉齿122A由驱动器124驱动以振动并且第二叉齿122B将振动传输到拾取传感器126。在任一情况下，计量器电子设备128将驱动或参考信号提供到驱动器124并接收来自拾取传感器126的表示由此检测到的振动的信号。由计量器电子设备分析（或转达到接口132）的来自拾取传感器126的信号可以特别地指示液/固界面。

在实施例中，计量器电子设备128接收来自拾取传感器126的指示信号的强度的信号。在实施例中，信号强度通过电压测量。当振动元件122被浸没在主要为液相中时，叉齿122A、122B振动，并且拾取传感器 126输出例如而不限于大约4mV和20mV之间的电压。其他电压和电压范围被设想到，并且本文中的任何内容不应被理解为将电压限于例证的那些。随着液/固界面由于累积在砂分离器100中的固体升高，第一叉齿122A和第二叉齿122B将以较低强度振动得越来越厉害，因此拾取传感器 126输出较低电压，诸如低于例如4mV的电压。随着叉齿122A、122B由越来越多的固体覆盖，输出将降低并且即便达不到也接近0mV。当这发生时，除了输出电压的降低以外，电压读数中的不稳定性也是可检测的。输出还可以包括数字信号。输出可以诸如例如利用校准系数被修改。计量器电子设备128检测降低的电压和/或增大的不稳定性并且向砂分离器100发信号以打开排出口118。用于启动对排出口118的打开的阈值电压被保存在计量器电子设备128中，并且可以由工厂在生产期间被预先确定并被设定和/或可以是用户可调节的。一旦固体被清洗，计量器120输出指示主要为液相的存在的电压，并且控制排出口118关闭。阀118保持打开的时间量可以被预先设定或基于计量器120的参数或两者。在没有自动排出口致动的实施例中，计量器120或计量器电子设备128警告用户排出口118应当被打开或被关闭。

在另一实施例中，相位差被用于检测液/固界面。具体地，计量器电子设备128向驱动器124发信号以使振动元件122振动。振动处于振动元件在周围介质中的共振频率。如果介质的密度或粘度改变，则共振频率和带宽也改变。因此，振动元件122的共振频率将随着接近液/固界面而改变，这是由于介质中的固体的百分比随着界面水平增大。当固体覆盖振动元件122时，振动响应被更改，并且振动元件122可以最终一起停止振动，因为振动元件122被掩埋。

计量器电子设备128向驱动器124发信号以使振动元件122以特定频率振动。然后，计量器电子设备128检测来自拾取传感器126的信号并且以闭环方式维持来自拾取传感器126的信号和被发送到驱动器124的参考信号之间的固定相位差。在优选实施例中，固定相位差为大约45°。然而，设想到相位差的其他度数。在维持相位差时，测量至少一个驱动频率（ω），并且计量器电子设备128可以计算流体密度和其他流体属性。当液/固界面升高以接触振动元件时，驱动器124不能够以维持驱动器信号和拾取传感器信号之间的固定相位差的频率来驱动，这是由于固体干扰振动元件122。这导致驱动器信号和拾取传感器信号之间的相位差首先变得不稳定并且最终波动远离固定点。当相位差漂移时，计量器电子设备将这解释为液/固界面的存在。在实施例中，当计量器电子设备128检测到该相位漂移时，向砂分离器100发信号以打开排出口118。用于启动对排出口118的打开的阈值相位差被保存在计量器电子设备128中，并且可以由工厂在生产期间预先确定并设定和/或可以是用户可调节的。一旦固体基本上被清洗，计量器120输出指示主要为液相的存在的存储的固定相位差，并且向排出口118发信号以关闭。阀118保持打开的时间量可以被预先设定或基于计量器120参数或两者。在没有自动排出口致动的实施例中，计量器120警告用户排出口118应当被打开或被关闭。

图4示出了针对被安装在砂分离器100中的振动计量器120的数据，其中，净砂被引入到分离器100中。净砂在第一点400处被引入到分离器100中。在第二时间点402处，由计量器120初始地检测到液/固界面。振动元件122在该点处随着液/固界面升高与越来越大比例的砂相互作用。拾取传感器输出404通过呈现出减小的输出电压来反映这一点。（如在该示例中被测量为密度的）计量器输出406根据拾取传感器输出404同时减小。在第三时间点408处，振动元件122基本上由净砂掩埋，并且振动元件122被抑制到拾取传感器输出404实际上大约为0mv的点。当然，这由也下降的计量器输出406反映。

图5示出了针对被安装在砂分离器100中的振动计量器120的类似数据，其中，细砂被引入到分离器100中。细砂在第一点500处被引入到分离器100中。在第二时间点502处，暂停对砂的添加。振动元件122在该点处与分离器100中的液/固混合物的主要为液相相互作用。拾取传感器输出404通过呈现出稳定的输出电压来反映这一点。（如在该示例中被测量为密度的）计量器输出406 根据拾取传感器输出404同时保持稳定。在第三时间点504处，恢复对砂的添加并且由计量器120初始地检测到液/固界面。振动元件122在该点处随着液/固界面升高与越来越大比例的砂相互作用。拾取传感器输出404通过呈现出减小的输出电压来反映这一点。计量器输出406根据拾取传感器输出404同时减小。在第四时间点506处，振动元件122基本上由净砂掩埋，并且振动元件122被抑制到拾取传感器输出404实际上大约为0mv的点。当然，这由计量器输出406反映，该计量器输出406也下降并且呈现出不稳定的读数。

以上实施例的详细描述不是对由本发明人设想为在本发明的范围内的所有实施例的穷尽式描述。事实上，本领域技术人员将意识到，以上描述的实施例的某些元件可以以各种方式被组合或被消除以创建另外的实施例，并且这样另外的实施例落入本发明的范围和教导内。对本领域普通技术人员还将显而易见的是，以上描述的实施例可以整体地或部分地被组合以创建在本发明的范围和教导内的额外的实施例。

因此，尽管出于说明性目的在本文中描述了本发明的具体实施例和示例，但是各种等价修改在本发明的范围内是可能的，如相关领域技术人员将意识到的那样。本文中提供的教导能够被应用到其他设备和方法，而不仅仅被应用到以上描述的并且在附图中示出的实施例。因此，应当根据所附权利要求书来确定本发明的范围。

Claims (19)

1.一种包括分离腔（106）和排出口（118）的砂分离器（100），包括：

驱动器（124），被配置为使振动元件（122）振动；

拾取传感器（126），被配置为检测振动元件（122）的振动；

与所述分离腔（106）的内部流体连通的振动计量器（120），其中，所述计量器（120）被配置为检测液/固界面；以及

与所述计量器（120）电通信的计量器电子设备（128），被配置为接收来自所述计量器（120）的信号，其中来自所述计量器（120）的信号是提供给驱动器（124）的驱动信号和从拾取传感器（126）接收的拾取信号之间的相位差，以及其中所述计量器电子设备（128）被配置成指示何时振动计量器不能够维持所述驱动信号和所述拾取信号之间的固定相位差，其中所述固定相位差为大约45°，其中所述计量器电子设备被配置为当所述驱动信号和所述拾取信号之间的所述相位差从所述固定相位差波动大于预定量时，生成打开所述排出口（118）的信号，并且其中所述计量器电子设备被配置为当所述驱动信号和所述拾取信号之间的所述相位差从所述固定相位差波动小于预定量时，生成关闭所述排出口（118）的信号。

2.根据权利要求1所述的砂分离器（100），其中，所述计量器（120）被定位靠近与所述液/固界面的最大期望水平相对应的所述分离腔（106）中的水平。

3.根据权利要求2所述的砂分离器（100），其中，所述振动计量器是密度计和粘度计中的至少一个。

4.根据权利要求2所述的砂分离器（100），其中，所述振动计量器还包括：

振动元件（122）。

5.根据权利要求4所述的砂分离器（100），其中，来自所述计量器（120）的所述信号是所述拾取传感器（126）的信号强度。

6.根据权利要求5所述的砂分离器（100），其中，所述信号强度是电压。

7.根据权利要求4所述的砂分离器（100），其中，所述排出口（118）是远程可致动的。

8.根据权利要求4所述的砂分离器（100），其中，所述驱动器（124）包括压电元件，并且所述拾取传感器（126）包括压电元件。

9.一种包括分离腔（106）和排出口（118）的砂分离器（100），包括：

与所述分离腔（106）的内部流体连通的振动叉密度计（120），被配置为指示液/固界面；

所述叉密度计（120）的振动元件（122），被配置为振动；

驱动器（124），被配置为接收驱动器信号，其中，所述驱动器（124）还被配置为使所述振动元件（122）振动；

拾取传感器（126），被配置为检测所述振动元件（122）的振动并生成表示检测到的所述振动的拾取信号；以及

与所述密度计（120）电通信的计量器电子设备（128），被配置为将所述驱动器信号提供到所述驱动器（124）并接收来自所述密度计（120）的所述拾取信号；以及

其中所述计量器电子设备（128）计算所述驱动器信号和所述拾取信号之间的相位差，其中所述固定相位差为大约45°，其中所述计量器电子设备被配置为当所述驱动信号和所述拾取信号之间的所述相位差从所述固定相位差波动大于预定量时，生成打开所述排出口（118）的信号，并且其中所述计量器电子设备被配置为当所述驱动信号和所述拾取信号之间的所述相位差从所述固定相位差波动小于预定量时，生成关闭所述排出口（118）的信号。

10.根据权利要求9所述的砂分离器（100），其中，所述拾取信号是所述拾取传感器（126）的信号强度。

11.根据权利要求10所述的砂分离器（100），其中，拾取信号强度是电压。

12.根据权利要求9所述的砂分离器（100），其中，所述排出口（118）包括由所述计量器电子设备（128）可致动的阀。

13.一种检测砂分离器中的液/固界面的方法，包括以下步骤：

使位于砂分离器中的振动元件振动；

测量所述振动元件的振动响应；

将所述振动响应与参考值进行比较；

检测所述砂分离器中的所述液/固界面的水平；以及

如果所述振动响应和所述参考值之间的相位差超过预定阈值，则指示所述砂分离器中的所述液/固界面的存在，其中固定相位差为大约45°；

当所述相位差从 45°波动大于预定量时，生成打开位于所述砂分离器中的排出口的信号；

从所述砂分离器中清空固体；以及

当所述相位差从 45°波动小于预定量时，生成关闭所述排出口的信号。

14.根据权利要求13所述的检测砂分离器中的液/固界面的方法，还包括以下步骤：

如果所述振动响应的强度低于预定阈值，则指示所述砂分离器中的所述液/固界面的存在。

15.一种检测砂分离器中的液/固界面的方法，包括以下步骤：

将振动计量器放置在砂分离器中；

使所述振动计量器的振动元件以所述振动元件和围绕所述振动元件的流体的共振频率振动；

接收来自振动传感器的拾取传感器的信号；

检测液/固界面的存在；以及

维持驱动信号和拾取信号之间的固定相位差，其中所述固定相位差为大约45°；

指示何时所述振动计量器不能够维持所述驱动信号和所述拾取信号之间的所述固定相位差；

当所述相位差从45°波动大于预定量时，生成打开位于所述砂分离器中的排出口的信号；

从所述砂分离器中清空固体；以及

当所述相位差从45°波动小于预定量时，生成关闭所述排出口的信号。

16.根据权利要求15所述的检测砂分离器中的液/固界面的方法，其中，检测所述液/固界面的存在的步骤还包括以下步骤：

指示何时所述驱动信号和所述拾取信号之间的所述相位差与所述固定相位差波动大于预定量。

17.根据权利要求15所述的检测砂分离器中的液/固界面的方法，其中，检测所述液/固界面的存在的步骤还包括以下步骤：

指示何时所述振动元件停止振动。

18.根据权利要求15所述的检测砂分离器中的液/固界面的方法，其中，检测所述液/固界面的存在的步骤还包括以下步骤：

如果所述振动响应的强度低于预定阈值，则指示所述砂分离器中的所述液/固界面的存在。

19.根据权利要求18所述的检测砂分离器中的液/固界面的方法，其中，检测所述液/固界面的存在的步骤，其中，所述强度包括电压。

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