NO153123B - Syklonseparator - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en syklonseparator for å separere råolje som inneholder gass, flytende olje og vann i separate strømmer, av den art som angitt i innledningen til søknadens eneste krav.

Når olje blir produsert fra en brønn blir den tvunget fra reservoaret av naturlig trykk opp fra brønnen mot overflaten. Når oljen stiger blir trykket mindre og gassen forbundet med oljen blir progressivt frigjort fra oppløsningen.

Etter utstrømningen fra brønnen er det nødvendig å behandle blandingen med oljevæske og gass for å fjerne den frie gassen og oppløst gass som sannsynligvis kommer ut av oppløsningen når oljen blir holdt ved omkring atmosfærisk trykk, f.eks. under transport i en tank.

Britisk patentsøknad nr. 2000.054A beskriver en syklonseparator som er i stand til å separere en slik blanding, idet syklonen har en kjegle anbrakt deri, og britisk patentsøknad nr. 2035150A beskriver en syklonseparator som har blitt forbedret ved anbringelse av ledeplater under kjeglen. Videre beskriver EP-søknaden nr. 80301144.4 en syklonseparator som har blitt ytterligere forbedret ved at kjeglen har tilnærmet sylinderform, dvs. svak kjegleform til sylinderform.

Mengden av vann som kan variere mye, blir i alminnelighet også produsert sammen med olje og det er ønskelig å også fjerne dette vannet siden dette -ofte er saltholdig og kan forårsake korrosjon av stålet i produksjonsinnretningen. Med separatoren beskrevet i de ovenfor nevnte patentetsøknader blir vannet, om det er tilstede i tilførselen atskilt i olje-væskeo.

Det er derfor en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en syklonseparator som er i stand til å separere vann så vel som gass fra oljevæsken.

Ifølge foreliggende oppfinnelse blir ovenfor nevnte tilveiebrakt ved hjelp av en syklonseparator av den innledningsvis nevnte art, hvis karakteristiske trekk fremgår av søknadens eneste krav.

Henvisningene i foreliggende beskrivelse til nedre, øvre og vertikale henviser til separatoren i dens anbringelse for normal bruk.

Det første nedre utløpet for oljerik væske er hensiktsmessig i form av en rørledning som forløper inn i beholderen gjennom dens vegg for å trekke ut væske fra et område under den nedre enden til kjeglen og hensiktsmessig nær beholderens akse.

Det andre nedre utløpet kan være i form av et rør som strekker seg gjennom veggen i beholderen og kan bli anbrakt for å trekke ut væske fra et område nær beholderens basis. Utløpet kan være anbrakt ved en åpning i basisområdet til beholderen.

Ved drift er strømmen gjennom utløpene fortrinnsvis styrt for å opprettholde et stabilt oljenivå og et stabilt vann-nivå i frigjøringskammeret.

Siden tilf ørselsmeng.den kan variere er det ønskelig å ha innretning for styremessig å justere størrelsen til innløpet som innbefatter en justerbar lukker for å sperre innløpet, f.eks. som beskrevet i britisk patentsøknad nr. 2000054A

og britisk patentsøknad nr. 2035150A.

Dersom det er nødvendig kan tiltak bli foretatt for å injisere et demulgerings- eller avskumningsmiddei, f.eks.

en silikonolje, ved ethvert passende punkt.

Ved det tilfellet med en beholder hvis horisontale snitt

er sirkulær kan diameteren til den forstørrede delen være fortrinnsvis 1,2 til 2,0 av den til den øvre delen.

Ved foreliggende søknad er volumet i beholderen under hvor den kjegleformede overflaten avsluttes betraktet til å være en del av frigjøringskammeret.

Tilførselen kan også inneholde faststoffer som i alminnelighet er tilstede i råolje i mengder tilsvarende de som i alminnelighet er tilstede. Slike faststoffer blir separert med vannrik væskestrøm.

Separatorbeholderen innbefatter også fortrinnsvis innretning for styring av nivået slik at vanninnholdet i oljen ikke overskrider 2 volum-% og oljeinnholdet til vannet ikke overskrider 5 volum-%.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av henvis-ning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et vertikalt riss av en utførelsesform av

syklonseparatoren.

Fig. 2 viser et riss av en alternativ utførelsesform av

syklonseparatoren, som er delvis gjennomskåret, og

Fig. 3 viser et vertikalriss av en alternativ utførelses-form av syklonseparatoren (hvor vannutløpet er anbrakt på et annet sted) og viser også skjematisk olje og vann-nivåstillingene.

Selvom det ikke er vist på tegningene av utførelsesformene kan disse ha justerbare blendere for å begrense innløpet, som beskrevet i tilsvarende britiske patentsøknader nr. 2Q00G54A og 203515AA..

Fig- 1 viser separatoren 2 som består av en beholder 4 som har et innløp 6 med et rektangulært tverrsnitt plassert tangensialt med hensyn til beholderen for å bringe innkommende -tilførsel til å danne nedoverrettet virvel med øket væske fra,-hvilke en oppoverrettet virvel av øket gass separeres. Innløpet er regulerbart som beskrevet i de britisk patentsøknadene nr. 2000054A og 2035150A for å tilveiebringe en regulert kapasitet for å gi forandringer i tilførselssammensetningen. Separatoren har et utløp for gass her vist som en virvelsøker 8 som fører til en utløpsrør-ledning 10, og en hul avkortet kjegle 12 med liten vinkel (vinkelen ved toppen av kjeglen er 3°) for å tilveiebringe en overflate for nedoverrettede spinnende virveler. Dia-meterforholdet til kjeglen er ved dens nedre ende i forhold til den ved dens øvre ende 0,88. Et frigjøringskammer 15 er anbrakt ved mellomrommet mellom kjeglen 10 og veggene 7 til den nedre delen av beholderen og et utløp 2 0 for uttrekning av gass fra frigjøringskammeret 15 er anbrakt' slik at gass ikke adskilt fra væsken ved sentrifugevirkningen i kjeglen ikke forstyrrer væskenivåstyringen.

Frigjøringskammeret 15 er også utført med en trykkréduk-sjonsventil 26.

Anbrakt på tvers i forhold til aksen til kjeglen 12 og en liten avstand under dens nedre ende er en anslagsplate i form av en sirkulær plate 14, som har til hensikt å stoppe gassvirvelen. Innretninger kan være anbrakt, (ikke vist) for å bevege platen opp eller ned og for å justere størrelsen av gapet mellom den nedre enden til kjeglen og platen for å optimalisere separatorutførelsen. Under platen 14 er et første nedre utløp 16 for olje anbrakt slik at oljen blir trykket ut fra under akseutløpet for å redusere risken for medføring av gass i oljen i løpet av uttømmingen. Under utløpet 16 er et skilleorgan 22 i form av en hul avkortet kjegle, idet aksen til kjeglen ligger på aksen til beholderen. Kjeglen er anbrakt slik for å tillate vann å svømme på dens øvre overflate nedover og utover mot veggene til beholderen og inn i beholderdelen under skilleorganet. Over skilleorganet 22 er et andre nedre utløp for vannrik væskestrøm plassert på en måte lik den til utløpet 16.

Et sett ledeskinner (ikke vist) kan være innbefattet i utløpsrørledningen 10 for å eliminere enhver turbulens av gassen.

Virvelsøkeren 8 har en utoverrettet del for å tilveiebringe et skjørt 9. for å redusere tendensen til at væskedråper følger med i gasstrømmen oppover inn i virvelsøkeren.

Beholderen har to forbindelser, idet kun en av disse 28 er vist for oljenivåreguleringen (ikke vist), og forbindelser 30 og 31 for en vann-nivåregulator (ikke vist). Ved bunnen av beholderen er en avløpsstuss 24.

Fig. 2 viser separatoren med henvisningstall 42 innbefat-tende en beholder 44 som har et innløp 46 med rektangulært tverrsnitt plassert tangensialt i forhold til beholderen 44 for at innkommende fluid danner en nedpverrettet spinnende

virvel 41 fra hvilken gassen separeres. Innløpet 46 er regulerbart som beskrevet i de-britiske patentsøknader nr. 2000054A og 2035150A for å gi en regulert kapasitet. Separatoren har en virvelsøker 48 som fører til en -utlø<p>srørled-ning {ikke vist), og en hul invertert avkortet kjegle med liten vinkel 52 (vinkelen ved toppen av kjeglen er 3°) for å tilveiebringe en overflate for den nedoverrettede virvelen 41. T)iameterforholdet til kjeglen 52 ved dens nedre ende i forhold til dens øvre ende er 0,88.

Et sett med ledeskinner (ikke vist) er innbefattet i utløps-rørledningen (ikke vist) for å eliminere enhver virviing av gassen.

Et frigjøringskammer 55 er tilveiebrakt av mellomrommet mellom kjeglen 52 og veggene 47 til den-nedre delen av beholderen og et utløp 60 for uttrekning av gass fra fri-gjøringskammeret 55 er tilveiebrakt slik at gass ikke adskilt fra væsken ved sentrifugevirkningen i kjeglen 52 ikke forstyrrer væskenivåstyringen.

Frigjøringskammeret 55 er forsynt med en trykkreduksjons-

ventil (ikke vist).

Anbrakt på tvers med hensyn til aksen til kjeglen 52 og en liten avstand under dens nedre ende er en anslagsplate 54

i form av en sirkulær plate 54 hvis hensikt er å stoppe virvelen 41. Innretninger er anbrakt (ikke vist) for å bevege platen 54 opp eller ned for: å justere størrelsen på gapet mellom den nedre enden til kjeglen 2 og platen 54 for å optimalisere separatorutførelsen. Under platen 54 er et første nedre utløp 56 for væskeoljen, anordnet slik at væske blir trykket ut fra under utløpsaksen for å redusere risiko-en for medføring av gass i oljen i løpet av uttømningen. Under utløpet 5 6 er et ledeorgan 62 i form av en hul avkortet kjegle, idet kjeglen er koaksial i forhold til beholderen 44. Kjeglen 62 er plassert således for å tillate vann å strømme på dets øvre overflate nedover og utover mot veggene 47 til beholderen og bort fra oljeutløpet inn i beholderdelen under ledeinnretningén. Under ledeorganet 62 er et andre nedre utløp 68 for vannrik væskestrøm. Dråper med olje kan strømme oppover inn i avbøyeren inn i oljefasen ovér grensesjiktet 70 gjennom åpningen ved toppen av kjeglen 62.

Virvelsøkeren 48 kan ha et traktformet endeparti for å tilveiebringe et skjørt for å redusere tendensen med væskedråper på det ytre til å bli ført med gasstrømmen oppover og inn i virvelsøkeren 48. Et olje/gass-grensesjikt ved 72 er i alminnelighet opprettholdt over den nedre enden av kjeglen 62.

Fig. 3 viser separatoren betegnet med nummer 82 som består av eri beholder 84 av lik konstruksjon med den vist på

fig. 1 med unntak av at'utløpet '88 for vann er anbrakt hær basisen til beholderen 84. Beholderen 84 har en oljenivå-føler 9 0 og en vann-nivåføler 91 og styreinnretning innbe-fattende ventiler 93 og 94 som styrer strømmen i ledninger 95, 96, idet ventilene 93 og 94 blir drevet som reaksjon på signaler indikativ i forhold til olje- og vann-nivåene.

Eksempel 1

Bruk av en enkel syklon.

Syklonseparatoren var en enkel beholder som vist på fig. 1, og ble drevet med olje/gass- og olje/vann-grensesjikt som vist på fig. 2.

Drifttilstandene og utførelsesdata er summert opp i tabellen nedenfor.

Dette eksempel viser at en separator ifølge foreliggende oppfinnelse kan separere en blanding med oljevæske med 7,2 ganger dens eget gassvolum og 16,6% av dets eget vannvolum i (I) en oljevæske inneholdende 2 volum-% med vann og 12 volum-% gass, (II) vann som inneholder 1,0 volum-% med olje og (III) gass som inneholder mindre enn 1 ppm med væske.

Eksempel 2

Syklonen var en enkel beholder som vist på fig. 1, men

av en mindre størrelse enn den anvendt ved eksempel 1.

Separatoren ifølge foreliggende oppfinnelse er spesielt egnet for bruk som en borehullundersøkelsesseparator hvor blandingen som skal bli adskilt ofte kan inneholde vann fra boreslammet etterlatt i borehullet.

Med mindre ikke noe annet er sagt gjelder henvisningen til gassvolumer og gass til væskeforholdene ved standard forhold med temperatur og trykk dvs. 14,7 psig (1,013 bar absolutt) og 60°F ekvivalent med 15,6°C.

Claims (1)

1. Syklonseparator (2, 42) for å separere råolje som inneholder gass, flytende olje og vann i separate strømmer, hvor separatoren innbefatter en beholder som har et innløps-kammer (4, 44) med et innløp (6, 46) anordnet slik at strømmen innført under en trykkgradient blir brakt til å danne en nedoverstrømmende væskevirvel (41), fra hvilken gassen separeres, et øvre utløp for gassen som innbefatter et rør (8, 48) som forløper nedover i beholderen, en ned-overløpende hul kjegle med liten vinkel eller sylinder (12, 52) som forløper fra øvre ende av innløpskammeret (4, 44) og nedover i dette som virvelsøker, idet beholderens vegger (7, 47) er anordnet med avstand fra sylinderen (12, 52) for å definere et mellomliggende frigjøringskammer (15, 55), en avbøyningsplate (14, 54) som er anordnet under den nedre enden til sylinderen (12, 52) for å stoppe gassvirvelen, og idet beholderen er således dimensjonert at den nedoverstrømmende væsken tillates å bli separert i et olje-rikt lag og vannrikt lag, ved at et første utløp (16, 56) for uttømning av oljerik væske anordnet nær grunnflaten for frigjøringskammeret (15, 55), og et andre nedre utløp (18, 68) for uttømning av vannrik væske er anordnet med avstand fra og under det første utløpet (16, 56), karakterisert ved at det er anordnet under det første utløpet (16, 56) et kjegleformet avbøyningsorgan (22, 62), som har et øvre og nedre utløp for å medvirke til at olje- og vannsjiktene holdes fraskilte cg for å avbøye det nedoverstrømmende vannet mot beholderens vegger (7, 47) og for å avbøye oppoverstrømmende olje mot det første nedre utløpet (16, 56).