NO158373B - Apparat for fjerning av et viskoest eller tyktflytende produkt. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår et apparat for oppsamling eller fjernelse av produkter som det er vanskelig å pumpe.

I det følgende skal det henvises til et anvendelseseksempel som er spesielt interessant, men dette skal ikke betraktes som begrensende for oppfinnelsens anvendelsesområder, idet eksemplet går ut på opphenting av hydrokarboner som befinner seg i rommene på tankskip eller i tanker i skip som er strandet eller har sunket, når disse hydrokarboner har meget høy viskositet eller endog er praktisk talt i fast tilstand ved den herskende omgivelsestemperatur.

Oppsamling av slike produkter ved hjelp av pumper er da meget vanskelig og kanskje umulig,og dette representerer en alvorlig forurensningsrisiko på omgivelsene, som følge av fare for ødeleggelse av slike skip, særlig når det forekommer uvær og storm eller strømmer i sjøen.

Mer generelt kan oppfinnelsen anvendes for fjernelse av produkter som det er vanskelig å pumpe og som befinner seg i naturlige eller kunstige reservoarer (underjordiske eller undersjøiske reservoarer, tanker beliggende på landjorden eller flytende reservoarer).

Det er allerede kjent (særlig fra US-patent 3.831.387) en metode til å gjenvinne et produkt som det er vanskelig å pumpe og som er opptatt i et reservoar, hvorunder man oppvarmer vann som innføres i reservoaret for utføring av produktet. Patent-skriftet som går ut på fjernelse av produktene ved hjelp av neddykkede pumper, beskriver imidlertid ikke tilstrekkelig effektive midler til å oppvarme produktene og redusere viskosi-teten, og dessuten har erfaringen vist at visse meget viskøse hydrokarboner, spesielt visse rå-oljer, fortsatt er meget vanskelige å pumpe selv når de blir oppvarmet.

Denne oppfinnelse løser det her stilte problem ved hjelp av et apparat for fjerning av et viskøst eller tyktflytende produkt som det er vanskelig å pumpe, fra en tank, omfattende i det minste én utføringsledning for produktet, en anordning for tilkobling til tanken og en anordning for tilførsel av varmt vann til tanken, hvilken tilførselsanordning omfatter i det minste ett injeksjonsorgan forsynt med i det minste én dyse for frembringelse av minst én stråle av varmt vann for anslag mot og omrøring av produktet, hvilket injeksjonsorgan er innrettet til å forbindes med det øvre parti av tanken og er forbundet med i det minste én injeksjonsledning for varmt vann, og apparatet har de kjennetegnende trekk at i det minste én ejektor er plassert i utføringsledningen og orientert' i samme retning som utføringen av produktet for å frembringe et undertrykk i tanken i forhold til omgivelsene, og at ejektorens tilførselsledning er utformet med en varmespiral som omgir injeksjonsorganet for å lette gjenoppvarmning av dette under startperioden, samt at i det minste en ytterligere fluidumledning er forbundet med en ejektor anordnet i utførings-ledningen og innrettet til å befordre transporten av blandingen av vann og det nevnte produkt gjennom utføringsledningen.

Ved den ende av utføringsledningen som befinner seg motsatt av den ende som er forbundet med reservoaret, oppsamles det produkt som skal fjernes og det vann som har medbragt dette, og dette produkt skilles fra vannet som efter fornyet oppvarm-ning, kan benyttes igjen for å frembringe den eller de angitte stråler i reservoaret.

De varme vannstråler frembringer i den vandige fase i reservoaret en god omrøring eller agitering som befordrer varmeovergang ved konveksjon og varmeledning, river opp eller disagregerer det produkt som skal oppsamles og dispergerer dette i den vandige fase slik at det blir oppnådd en blanding med lav viskositet som det er lett å føre ut eller transportere.

Den eller de nevnte anslags- og omrøringsstråler har med fordel en vertikal komponent rettet nedad (mot grenseflaten mellom den vandige fase og det produkt som skal fjernes), og har f.eks. en skråstilling på 30 til 40° i forhold til vertikalen, idet disse vinkelverdier ikke skal ansees å angi noen begrens-ning. En slikt arrangement begunstiger i virkeligheten varme-overgangen mellom det varme vann og produktene såvel som en mekanisk rivevirkning på produktet ved hjelp av strålene og avstedkommer hvirvler eller turbulenser som er tilbøyelige til å stige under medbringelse av produktet.

Oppsamling av produkter som det er vanskelig å pumpe og som har en tetthet lavere enn 1, lettes ved å bortføre det dispergerte produkt fra et punkt i reservoaret beliggende på et høyere nivå enn nivået av anslags- og omrøringsstrålen.

Ifølge en spesielt foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen opprettholdes det konstant i reservoaret et trykk som er litt lavere enn omgivelsestrykket, for å unngå forurensningsfare, ved at det på det nedre parti av utføringsledningen anordnes i det minste en sekundær injeksjon av varmt vann rettet i samme retning som utføringen av produktet, hvilken sekundære injeksjon foretas på et høyere nivå enn nivået av anslags- og omrørings-strålen, i den vandige fase som inneholder det dispergerte produkt.

Denne sekundære injeksjon av varmt vann innebærer dessuten den fordel at den tillater start av gjenoppvarmning av utførings-kretsen ved ganske enkelt å bringe det varme vann til å sirkulere i denne krets. Løsningen gjør det også mulig å rense det varme vann i utføringskretsen før denne frakobles reservoaret, hvilket eliminerer enhver forurensningsrisiko i det omgivende miljø, hvilket er spesielt fordelaktig under tømme-operasjoner ved reservoarer eller tanker til sjøs. Rent generelt skal det bemerkes at ved anvendelse av en lukket krets for varmt vann til å transportere de produkter som skal oppsamles, reduseres forurensningsrisikoen ved tømming av reservoarer til sjøs, fordi det anvendes en væske som kan ha en sammensetning i det vesentlige identisk med den omgivende væske, hvilket representerer en fordel sammenlignet med anvendelse av løsningsmidler.

Et utførelseseksempel på oppfinnelsen er illustrert på tegningene, hvor: Figur 1 viser en utførelsesform av oppfinnelsen drevet ut fra

et borefartøy, og

Figur 2 viser skjematisk ledninger for injeksjon og utføring eller transport i denne utførelsesform. Figur 1 viser skjematisk et apparat ifølge oppfinnelsen forbundet med et borefartøy 34 som er spesialutstyrt og som er plassert over et skip 38 med en tank 38a som har sunket og hviler på sjøbunnen. Dette skip er vist delvis i snitt.

Det antas f.eks. at dette skip er en oljetanker som inneholder hydrokarboner 39 som det er vanskelig å pumpe på grunn av deres høye viskositet ved den herskende omgivelsestemperatur, og at disse hydrokarbonprodukter skal fjernes eller oppsamles. Sjøvann kan eventuelt ha trengt inn i den eller de tanker i skipet som inneholder denne meget viskøse hydrokarbon-masse.

For å oppsamle hydrokarbonene blir det til den eller de aktuelle tanker i skipet koblet i det minste to ledninger, omfattende en injeksjonsledning 72 og en utføringsledning 73 ved anvendelse av en koblingskasse 41 festet til tankens topp.

Utføringsledningen 73 er fortrinnsvis om mulig koblet til det høyeste parti av tanken eller tankene for å muliggjøre en fullstendig tømming. Denne tilkobling kan foretas ved hjelp av dykkere.

Koblingskassen 41 som er festet på tanken, kan omfatte automatiske sperreinnretninger eller sikkerhetsventiler som sikrer tetning av tanken når ledningene må heises opp, f.eks. hvis forholdene i sjøen gjør det nødvendig å avbryte operasjonen. Eventuelt kan koblingskassen 41 være forsynt med sperreinnretninger hvis lukning kan fjernstyres elektrisk eller hydraulisk fra overflaten, ved anvendelse av fjernstyringslinjer som kan være adskilt fra eller kombinert med ledningene 72 og 73.

Borefarføyet 34 er utstyrt med et boretårn 60 som plasseres over skipet 38 ved hjelp av passende oppankringsmidler, fortrinnsvis et dynamisk posisjoneringssysstem.

En stigesøyle eller stiger 61 av konvensjonelt anvendt type ved boring til sjøs og omfattende en teleskopforbindelse 62 for absorpsjon av bevegelser som skyldes dønninger er ved sitt nedre parti ved hjelp av et kuleledd 63 forbundet med en bunnplate 64 som hviler på sjøbunnen i umiddelbar nærhet av skipet 38. Søylen eller stigeren 61 holdes på kjent måte under strekk fra fartøyet 34 ved hjelp av kabler 65 forbundet med strammeorganer 65a.

Varmt sjøvann som injiseres i tanken 38a gjennom munnstykket 40 (stråler 43) blir tatt fra skilletanken 35 gjennom ledningen 66. Stigeren 61 omfatter på sin periferi, som konvensjonelt, tre ledninger 67, 68 og 69 (som av oljeteknikere oftest betegnes på engelsk som "kill line" og "boosting line" henholdsvis "choke line") koblet til stigeren ved hjelp av flenser. Temperaturen på det oppvarmede sjøvannet kan ligge mellom 20° og 100 'C.

Ledningen 66 for tilførsel av gjenoppvarmet sjøvann er forbundet med ledningene 67 og 68 tilhørende stigeren 61, ved hjelp av en gruppe injeksjonspumper P. Utløpstrykket fra pumpene kan eksempelvis gå opp i flere hundre atmosfærer.

Ved den nedre del av stigeren 61 over en blokk 71 for utblåsningssikkerhet er ledningene 67 og 68 koblet til en hovedinjeksjonsledning 72 som på sin side er forbundet med injeksjonsmunnstykket 40 og kan gli vertikalt i koblingskassen 41 som vist på figur 2.

Ved den nedre del av ledningen 72 avgis det varme vann under trykk i form av en eller flere stråler 43, såkalte anslags- og omrøringsstråler, i nærheten av den frie overflate av det produkt som skal oppsamles. Disse stråler har med fordel en vertikal komponent rettet mot grenseflaten mellom vann og hydrokarboner, idet skråstillingen i forhold til vertikalen f.eks. kan være representert ved en vinkel på 30 til 40°.

Takket være kombinasjonen av varme fra det injiserte vann og den mekaniske virkning av strålen eller strålene, blir hydrokarbonene 39 litt etter litt myknet og oppløst eller disagregert og satt i bevegelse av bærevæsken og stiger gjennom koblingskassen 41 i form av en emulsjon i vann.

Til koblingskassen 41 er det koblet en utføringsledning 73 for blandingen av vann og hydrokarboner, som er forbundet med den nedre del av stigeren 61 (figur 2).

Det foretas i det minste en sekundær injeksjon av væske, f.eks. varmt sjøvann, i den blanding av hydrokarboner og vann som kommer til stige- eller utløpsrøret, ved hjelp av en eller flere innretninger, hvorav i det minste én er plassert så nær som mulig inntil det eller de punkter hvor hydrokarboner trekkes ut fra tanken 38a.

Injeksjonen av varmt vann (sekundær medrivningsinjekson) skjer ved inngangen til ledning 73 ved hjelp av en dyse 74 anbragt på enden av en varmespiral 75 som omgir munnstykket 40 eller kan omgi koblingskassen 41.

Den sekundære injeksjon innebærer følgende fordeler: - den gjør det mulig å gjenoppvarme ledningene 73 og 61 ved oppstarting av driften og å holde disse varme selv i tilfelle av stans av pumpene P,

ved hjelp av en strålevirkning som eventuelt kan forsterkes ved anvendelse av en venturi-innretning, bevirker den en lokal trykksenkning som gjør det lettere å suge opp hydro-karbonene og disagregering av disse når det ankommer en større mengde eller masse av hydrokarboner i stige- eller utløpsledningene.

Denne lokale trykksenkning justeres til å opprettholde i reservoaret et trykk som er litt lavere enn trykket i omgivelsene, slik at risiko for miljøforurensning blir unngått.

Den sekundære injeksjon bevirker en akselerasjon av strømningen i ledningene 73 og 61, hvilket letter opp-stigningen av blandingen av sjøvann og hydrokarboner, samtidig som det i disse ledninger eller rør opprettholdes en tilstrekkelig stigehastighet uansett ytelsen av pumpene P.

Disse virkninger av senket trykk og akselerasjon kan likeledes tilveiebringes ved hjelp av en eller flere supp-lerende injeksjoner av væske eller gass (damp eller luft) ved hjelp av ejektorer i stigeledningene.

Tilførsel av vann under trykk til spiralen 75 skjer ved hjelp av den tredje ledning 69 tilhørende stigeren 61, hvilken tredje ledning forsynes med vann under trykk fra gruppen av pumper P og er ved sin nedre del forbundet med spiralen 75 gjennom en fleksibel ledning 76.

Det kan eventuelt sørges for uavhengig regulering ved hjelp av ytterligere mengdereguleringsorganer (ikke vist) av den injiserte mengde i munnstykket 40 og den sekundære medrivningsinjeksjon gjennom dysen 74 (figur 2).

Den foretrukne, men ikke begrensende utførelsesform som er vist på figur 2, gjør det mulig å utelate en sugepumpe for å bevirke hevning av blandingen av vann og hydrokarboner i stigeren 61. Som vist skjer denne hevning ved hjelp av en hydro-injektor 77 plassert i den nedre del av stigeren 61 og forsynt med vann under trykk fra fartøyet. Denne hydro-injektor frembringer i stigeren 61 en oppadrettet stråle samtidig som det oppstår undertrykk i den nedre del av stigeren 61 og et overtrykk i den øvre del av stigeren 61, for å tillate hevning av blandingen av vann og hydrokarboner som er fjernet, opp til et nivå høyere enn sjøens overflatenivå. Denne utførelse har den fordel at det bare er nødvendig å koble til reservoaret ledninger med liten lengde, nemlig ledningene 72, 73 og 76, hvilket letter tilkoblings- og frakoblingsoperasjonene.

Hydro-ejektoren blir fortrinnsvis forsynt med vann under trykk gjennom en ledning 78, i likhet med en borestreng, anbragt i stigeren 61 og omfattende et konvensjonelt injeksjonshode 79a ved sin øvre del, hvilket hode bæres av kroken på den bevegelige blokk i boretårnet 60. Injeksjon av vann i ledningen 78 blir da foretatt på i og for seg kjent måte gjennom injeksjonshodet 79a og en fleksibel ledning 79 (figur 1) koblet til injeksjonshodet 79a og til ikke viste pumpeanordninger, f.eks. slike som normalt er tilstede på et borefartøy.

Den blanding av vann og hydrokarboner som beveger seg oppad gjennom stigeren 61, kan under tyngdekraftens innvirkning strømme gjennom en ledning 80 til skilletanken 35 som i likhet med det ovenfor omtalte, kan omfatte en varmespiral eller

-veksler 45b.

Tanken 35 kan være åpen på toppen, og de hydrokarboner som utskilles, strømmer ut over et overløp og gjennom en ledning 81 som for eksempel fører til en fakkel for brenning av hydrokarbonene .

En etterfylling eller tilførsel av sjøvann til tanken 35 foretas kontinuerlig eller intermitterende for å kompensere for den mengde hydrokarboner som tas ut av denne tank, slik at systemet forblir fylt. Deteksjon av grenseflatenivået kan brukes til å styre denne tilførsel av sjøvann.

Tanken 35 kan i visse tilfeller være forsynt med innretninger av kjent type (f.eks. slike som anvendes i separasjons-bassenger i oljeraffinerier), for å lette koalescens og separasjon av hydrokarbonene og den vandige fase.

Det undertrykk som bevirkes av hydro-ejektoren 77,

avhenger bare av den vannmengde som injiseres gjennom ledningen 79 for gitte strømningsmengder i hovedinjeksjonsledningen 72 og den sekundære injeksjonsledning 76.

Regulering av den mengde som injiseres gjennom ledningen 79, kan skje ved hjelp av en differensialtrykktransduser på koblingskassen 41 for måling av differansen mellom trykket i det indre av denne kasse (overført f.eks. gjennom en membran) og det hydrostatiske trykk. Disse to trykk blir hver for seg overført til overflaten gjennom en forbindelse 82 (figur 2) utført eksempelvis som to fleksible ledninger inneholdende et hydraulisk fluidum.

Det er på denne måte mulig i stigeren 61 å opprettholde et fast undertrykk oppstrøms for hydro-ejektoren 77 og et fast overtrykk nedstrøms for denne hydro-ejektor, uansett strømnings-mengde i hovedinjeksjonsledningen 72 og den sekundære injeksjonsledning 76. Dette undertrykk og dette overtrykk tjener til å overvinne trykkfall i den utstrømmende blanding av vann og hydrokarboner, såvel som det hydrostatiske trykk frem til overløpspunktet fra stigeren 61 til ledningen 80.

Det nevnte undertrykk fastsettes på et nivå som i det indre av tanken 38a opprettholder et trykk som er litt lavere enn det hydrostatiske trykk på nivået av denne tank.

Det kan med fordel omkring skilletanken 35 anordnes en forbikoblingsledning (ikke vist) som tjener til å sirkulere sjøvannet forbi tanken 35 under oppstarting, for å tillate oppvarming av kretsen.

Under denne oppstarting og før etablering av hovedvanninjeksjonen gjennom ledningene 67 og 68 samt ledningen 72 og munnstykket 40, foretas en oppvarming av det indre av koblingskassen 41 ved pumping av varmt vann gjennom ledningen 69, ledningen 76 og varmespiralen 75. Den sekundære injeksjon gjennom ledningen 78 og hydro-ejektoren 77 blir likeledes igangsatt.

Hovedvanninjeksjonen blir så gradvis etablert ved å begynne med å anbringe injeksjonsmunnstykket 40 i øvre stilling for å unngå uheldig hevning av store hydrokarbonmasser inn i kassen 41 i begynnelsen, idet munnstykket etterhvert blir senket gradvis.

Under drift vil den sekundære medrivningsinjeksjon gjennom dysen 74 slik som i de foregående utførelsesformer, muliggjøre oppløsning eller disagregering av de hydrokarbonmasser som ankommer ved utløpet av koblingskassen 41 og som ellers kunne blokkere ledningen 73.

Hensiktsmessig kalibrerte ventiler er plassert på diverse punkter i kretsen, spesielt i nærheten av koblingskassen 41 eller på denne for å begrense ethvert undertrykk og overtrykk i tanken 38a, hvilket kunne medføre fare for beskadigelse av denne tank og utvendig forurensning.

Dysen 74 kan eventuelt være innrettet til å avstedkomme en mindre sugevirkning ved forbindelsespunktet mellom ledningen 73 og kassen 41.

Munnstykket 40 kan med fordel være utformet slik at det kommer til å sperre utgangsåpningen fra tanken 38 fullstendig når det er trukket opp til sin øvre stilling. Dette gjør det mulig å unngå større hevning av hydrokarboner til kassen 41 i tilfelle av stans i hovedinjeksjonen eller i tilfelle av rask utkobling av injeksjonssystemene.

Forut for utkobling blir det normalt etter stans av hydro-karbonutføringen, foretatt rensning av utføringsledningene eller -rørene med varmt vann, ved hjelp av sekundære injeksjonsledninger så som ledningene 55,55a og 55b eller 76, og ledningen 78.

Claims (3)

1. Apparat for fjerning av et viskøst eller tyktflytende produkt som det er vanskelig å pumpe, fra en tank (38a), omfattende i det minste én utføringsledning (73, 61) for produktet (39), en anordning (41) for tilkobling til tanken og en anordning for tilførsel av varmt vann til tanken, hvilken tilførselsanordning omfatter i det minste ett injeksjonsorgan (40) forsynt med i det minste én dyse for frembringelse av minst én stråle (43) av varmt vann for anslag mot og omrøring av produktet, hvilket injeksjonsorgan er innrettet til å forbindes med det øvre parti av tanken og er forbundet med i det minste én injeksjonsledning (67, 68, 72) for varmt vann, karakterisert ved at i det minste én ejektor (74) er plassert i utføringsledningen (73) og orientert i samme retning som utføringen av produktet for å frembringe et undertrykk i tanken i forhold til omgivelsene, og ved at ejektorens (74) tilførselsledning (69, 76) er utformet med en varmespiral (75) som omgir injeksjonsorganet (40) for å lette gjenoppvarmning av dette under startperioden, samt ved at i det minste en ytterligere fluidumledning (78) er forbundet med en ejektor (77) anordnet i utføringsledningen (61) og innrettet til å befordre transporten av blandingen av vann og det nevnte produkt gjennom utføringsledningen.

2. Apparat ifølge krav 1 for bruk ved en tank beliggende under vann, karakterisert ved at utføringsledningen omfatter i det minste én stigesøyle (61) for produktet, båret av en overflateinstallasjon (34) og forbundet med tanken (38a) gjennom en fleksibel utføringsledning (73).

3. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at stigesøylen (61) bærer de nevnte injeksjonsledninger (67, 68, 69) for varmt vann forbundet ved hjelp av fleksible tilførselsledninger (72, 76) med injeksjonsorganet (40) henholdsvis med ejektoren (74).