DE3543141A1

DE3543141A1 - Vorrichtung zum pruefen von fluessigkeiten

Info

Publication number: DE3543141A1
Application number: DE19853543141
Authority: DE
Inventors: Edgar Trondheim Johansen; Hans Konrad Johnsen
Original assignee: Petroleum Recovery Consultants AS
Current assignee: Petroleum Recovery Consultants AS
Priority date: 1984-12-12
Filing date: 1985-12-06
Publication date: 1986-07-17
Also published as: NO844970L; GB8530484D0; NO157676B; NO157676C; US4888981A; GB2169086A

Description

Dr. Ing. WALTER STARK 35Λ3ΙΛΙ

PATENTANWALT gg 295

Moerser Straße 140 D-4150 Krefeld 1 "S* (021 51) 28222 u. 20469 Π2 8 53

Petroleum Recovery Consultants A/S, N-7500 Stjördal Vorrichtung zum Prüfen von Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Wenn ein Medium mit einem anderen Medium innerhalb eines geschlossenen Systems, zum Beispiel in einem Verarbeitungssystem, in Berührung gebracht wird, können sowohl chemische als auch nichtchemische Reaktionen auftreten. Werden zum Beispiel Seife und Wasser in ein bewegtes Gefäß getan, dann entsteht Schaum.

Öl produzierende Systeme haben häufig Probleme mit derartigen Reaktionen, insbesondere mit der Bildung von Schäumen und Emulsionen. Schaum ist eine Dispersion von Gas in einer Flüssigkeit. Emulsion ist eine Dispersion einer Flüssigkeit in einer Flüssigkeit.

Diese Gase und Flüssigkeiten müssen in einem Behälter gespeichert werden, wo sie chemisch miteinander in Berührung kommen. Die Ursachen für die Bildung von Emulsion oder Schaum werden darin gesehen, daß bei Energieumsetzung wie der Produktion und/oder des Transportes der Flüssigkeiten Mischvorgänge und Turbulenzen ausgelöst werden. Da das Verhalten dieser Produkte oft Konsequenzen für den physikalischen Aufbau einer

Deutsche Bank AG Krefeld 103/1525 BLZ 32070080 · Sparkasse Krefeld 305722 BLZ 32050000 ■ Postscheck Essen 4055-431 BLZ 3βοκ»43 PATENTANWALT DR. STARK · MOERSER 37Γ?. 140 · D-4150 KRFKIiI D · "g> (02151) 28222 u. 20469 · Q£] 853578

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Verarbeitungsanlage und ebenso für die verwendeten Chemikalien hat, ist es wünschenswert, diese Bedingungen zu überwachen, bevor die Konstruktion der Anlage begi nnt.

Die chemischen Elemente zur Stabilisierung von Schaum und Emulsionen sind typischerweise Spurenelemente unterschiedlicher Natur und Beschaffenheit. Dementsprechend gibt es zur Zeit niemanden mit hinreichenden Kenntnissen chemischer Analyse, der zu einer vorgegebenen Kollektion von Flüssigkeiten sagen und vorhersehen könnte, was damit unter gegebenen physikalischen Bedingungen, zum Beispiel einer Verarbeitungsanlage, passiert. Üblicherweise werden Proben von gespeicherten Flüssigkeiten entnommen und miteinander bewegt oder verspritzt, wobei beobachtet wird, ob Schaum oder Emulsion entsteht.

Es gibt jedoch keine zuverlässige Art und Weise, derartige Experimente auf einen aktuellen Verarbeitungsprozeß zu beziehen, weil es keinen eindeutigen Maßstab für Kriterien einerseits zwischen Laborexperimenten und andererseits dem Verarbeitungsprozeß selbst gibt. Als Beispiel dafür können die Probleme genannt werden, die sich ergeben im Hinblick auf die Wahl der Behältergröße, der Bewegungsgeschwindigkeit und der Gewegungszeit, um die Turbulenz innerhalb einer gegebenen Rohrleitung bei konstanter Strömung über eine bestimmte Länge dieser Rohrleitung zu simulieren.

Daraus folgt, daß es zwar möglich ist, zu belegen, bis zu welchem Ausmaß die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Schaum/Emulsion gegeben ist, nicht jedoch, ob Schaum/Emulsion in einer bestimmten Situation auftreten werden.

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Eine weitere Forderung, die das Problem kompliziert, besteht darin, daß es oft wünschenswert ist, zu einem frühest möglichen Zeitpunkt nach Entdeckung eines Ölfeldes eine Antwort auf eine mögliche Empfindlichkeit für die Bildung von Schaum oder Emulsion zu finden. Zu diesem Zeitpunkt gibt es nur eine begrenzte Anzahl von Proben aus dem Feld. Es kann sich dabei um einige wenige hundert Liter handeln, die für eine große Zahl von Experimenten eingesetzt werden. Das bedeutet, daß man jeweils mit einer sehr geringen Flüssigkeitsmenge in den betreffenden Apparaten arbeiten muß.

Hinsichtlich der Messungen und der Umgebungsbedingungen sollten keine Pumpen benutzt werden, weil diese eine unbekannte Größe im tatsächlichen Verarbeitungsprozeß sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Prüfen verschiedener physikalischer Eigenschaften von Prozeßflüssigkeiten anzugeben, insbesondere zum Prüfen ihrer Empfindlichkeit auf die Bildung von Schaum und/oder Emulsion. Die Vorrichtung soll physikalisch die verschiedenen Einflüsse simulieren können, die bei bestimmten Prozessen zu verwarten sind, zum Beispiel bei Rohrströmung, bei Ein- und Zweiphasenströmung mit Strahlen oder Regen von Öl, Wasser und Gas oder einer Ölschicht, unter der sich Wasser befindet.

Die Vorrichtung sollte sich auch zur Auswahl physikalischer oder chemischer Hilfsmittel eignen, die zur Beseitigung des Schaumproblems verwendet werden.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung, wie sie im Patentanspruch 1 beschrieben ist.

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Ein wesentlicher Vorteil dieser Vorrichtung ist, daß der Transport der Flüssigkeit von Behälter zu Behälter unter Versuchsbedingungen, wodurch empfindliche chemische Gleichgewichte gestört werden könnten, überflüssig wird.

Die Vorrichtung ermöglicht es auch, die Versuchsflüssigkeiten in definierter Weise physikalisch zu behandeln, und zwar in einer definierten physikalischen Umgebung, in definierter Folge und bei definierten Ausgangsflüssigkeiten in jeder Behandlungsstufe. Das alles kann unter richtigem Druck und Temperatur mit geeigneten Zusatzeinrichtungen durchgeführt werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelles Ausführungsbeispiel der Erfindung mit weiteren Einzelheiten erläutert; es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Vorderansicht einer Vorrichtung zum Prüfen von Flüssigkeiten,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Gegenstandes nach Fig. 1,

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab ein Detail des Gegenstandes nach Fig. 1,

Fig. 4 schematisch ein besonderes Segment.

Zur der Vorrichtung gehört ein in Figur 1 dargestellter Rotor 11 mit einer Anzahl von Versuchskammern bzw.

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Versuchssegmenten, die weiter unten beschrieben sind. Der Rotor Π wird von einer Nabenkonstruktion 12 gehalten, die auf einer Welle 13 eines Motors 14 mit Untersetzungsgetriebe 15 dreht. Der Motor weist eine nicht dargestellte, geeignete Drehzahlregelung auf und ist auf einem Gerüst 17 angeordnet. Die Welle 13 erstreckt sich im wesentlichen horizontal. Die Nabenkonstruktion 12 weist einen Flansch 12 A mit zwei zueinander parallelen Streben 12 B auf, welche an ihren Enden teleskopische Stützen 12 C tragen.

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Rotor 11 ist im wesentlichen aus gebogenen Rohrabschnitten und Kugelventi1 en aufgebaut, wie das weiter unten im einzelnen beschrieben ist. Bei Drehung des Rotors, der teilweise mit entsprechenden Flüssigkeiten und Gasen gefüllt ist, kann ein Rohrtransport bei verschiedenen Geschwindigkeiten simuliert werden.

Bei dem in Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rotor 11 in vier Abschnitte 19, 20 und 21 geteilt, die insbesondere aus transparentem Material bestehen. Zwischen den jeweils benachbarten Abschnitten 18 - 21 ist jeweils ein Ventil 22, 23, 24 bzw. 25 geschaltet. Es handelt sich vorzugsweise um Kugelventile. Zu jedem Ventil gehört ein Schaltelement 22 A, 23 A, 24 A bzw. 25 A. Die Schaltelemente werden pneumatisch betätigt, wie in Figur 3 dargestellt und nachfolgend beschrieben. Die Ventile 22 - 25 ermöglichen es, die Flüssigkeit nach einem vorgegebenen Programm und von einem Kontrol1 Zentrum aus die Flüssigkeit von einem Abschnitt in den anderen zu leiten.

Figur 3 zeigt das Ventil 23 mit dem zugeordneten Schaltelement 22 A. Das Schaltelement 22 A wird mit Druck-

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luft über ein Drei-Weg-Magnetventi1 26 und einer Druckluftleitung 27 versorgt, die auch die anderen Ventile versorgen kann und die über eine Drehdurchführung

28 der Welle 13 mit einer äußeren Versorgungsleitung

29 verbunden ist.

Das Magnetventil 26 ist für Steuerzwecke über einen Schalter 30, der von einem Nocken 31 der Welle 13 betätigt werden kann, und einen Kollektorring 32 an einer äußere Steuerleitung 33 angeschlossen ist.

Der Rotor 11 besitzt ein Endstück Π Α zum Einfüllen der Versuchsflüssigkeit und ein Endstück 11 B zum Abziehen der Versuchsflüssigkeit.

Die verschiedenen Abschnitte 18 - 21 können aber auch versehen sein mit verschiedenen, nicht dargestellten Abflüssen zum Abzug von Proben, mit Messinstrumenten unterschiedlicher Art und ggf. auch verschiedene Elementen, die relevant sind für das Nehmen von Proben.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel kann auf verschiedene Weise modifiziert werden. Die Anzahl der Rohrabschnitte kann zum Beispiel kleiner sein als dargestellt. Ein oder mehrere Rohrabschnitte können auch gegen spezielle Versuchsabschnitte ausgewechselt werden. Ein derartiger Versuchsabschnitt bzw. spezielle Segment, welches insbesondere für den Einsatz an einem stationären Rotor vorgesehen ist, wird im folgenden beschrieben.

Figur 4 zeigt einen Separator-Tank 34 für vertikale Anordnung, wie das in Figur 4 dargestellt ist. Die Unterseite des Tanks 34 kann über ein Ventil 35, einen Rohrabschnitt und ein Ventil 36 an die Oberseite des anderen Tanks angeschlossen werden. Die beiden Ventile 35 und 36 besitzen zugeordnete Drosseln 37 und 38

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zur Begrenzung der Strömung. An der Unterseite befindet sich ferner eine Leitung 39 mit einem Ventil 40 zur Probeentnahme. Der Tank kann über eine Leitung 41 mit einem Ventil 42 unter Druck gesetzt werden.

Zur Entnahme von Gas und zur Absenkung des Druckes ist an der Oberseite des Tanks 34 eine Ausgangsleitung 43 mit Ventil 44 vorgesehen, dessen andere Seite unter Atmosphärendruck steht. Mit den Bezugszeichen 46 'ist eine Einrichtung zum Erfassen und Regeln des Flüssigkeitsspiegels bezeichnet.

Die Betriebsweise der dargestellten Vorrichtung kann im einzelnen nach Maßgabe der speziellen Bedürfnisse für das Nehmen von Proben und die Behandlung von aufgenommener Flüssigkeit/Gas ausgelegt werden. Das kann erfolgen innerhalb des Parameterbereichs bekannter Methoden zum Prüfen von Prozeßflüssigkeiten unter Verwendung dieses speziellen Segmentes, wobei der Rotor still steht und die Flüssigkeiten zwischen den Segmenten durch Überdruck in der Gasphase transportiert werden.

Die Dimensionierung der Bauteile dieser Vorrichtung erfolgt nach Maßgabe des Raumbedarfs und der Anforderung an Vergleichbarkeit mit dem Verarbeitungsprozeß. Um Grundsatz kann die Vorrichtung mit Rohrabschnitten und Kugelventi1 en auch im großen Maßstab gebaut werden. Der um seine Achse drehende und mit den entsprechenden Flüssigkeiten/Gasen gefüllte Rotor ermöglicht die Simulation des Rohrtransportes bei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten. Durch Schließen bestimmter Ventile bei vorgegebenen Stellungen und Öffnen der Ventil bei anderen Stellungen während der Drehung ist es auch möglich, das Gas und das Öl/Wasser zu pumpen und damit eine Zweiphasenströmung zu simulieren.

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Claims

Dr.-5ng. WALTER STARK ,-.,1Η O j 4 ο Ι η Ι PATENTANWALT Moerser Straße 140 D-4150 Krefeld 1 'S" (02151) 28222 u. 20469 El 8 53 Ansprüche

1. Vorrichtung zum Prüfen von Flüssigkeiten, insbesondere zum Prüfen der physikalischen Eigenschaften von Prozeßflüssigkeiten, zum Beispiel von Rohöl, gekennzeichnet durch ein drehbares Gerät (11) mit wenigstens einem rohrförmigen Abschnitt (18) zur Aufnahme der Flüssigkeit und zur Simulation einer Strömung während der Drehbewegung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, J daß das drehbare Gerät (11) zwei oder mehrere gebogene rohrförmige Abschnitte (18-21) aufweist, die über zwischengeschaltete Ventile (22-25) miteinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Ventile (22-25) zwischen den Segmenten (18-21) Schaltelemente (22A-25A) vorgesehen sind, die Steuerimpulse von einem ferngesteuerten Ventil, vorzugsweise von einem Magnetventil (26) erhalten.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei bogenförmigen Rohrabschnitten ein spezielles Segment, zum Beispiel ein Separator-Tank (34) angeordnet ist.

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