NO175243B - Separering av komponentene i en fluidström - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og anordning for å separere komponentene i en fluidstrøm, nærmere bestemt (men ikke utelukkende) innbefattende gass, væsker og faststoffer. Spesielt vil separatoren av sentri-fugaltypen og styresystemet som beskrives nedenfor, benyttes til å opprettholde riktige fluidnivåer i separatoren og til å redusere urenheter i hver komponent som utgår fra separatoren. Selv om beskrivelsen nedenfor er gitt i forbindelse med hydrokarbon-produksjon i form av olje og gass, skal det forstås at sentrifugeringsmetoden og anordningen kan benyttes til å separere enhver fluidstrøm med flere komponenter som har mer enn en spesifikk tyngde.

Den første separering av de mange strømkomponenter som er i en olje eller gass brønnstrøm er en av de mest grunnleggende operasjoner ved produksjon av olje og gass. Vanligvis inneholder en hydrokarbon brønnstrøm mange komponenter, innbefattende naturgass, hydrokarbonvæsker, produsert vann og partikkelstoffer (slik som sand). Det er nødvendig å separere disse fire komponenter før oljen og gassen kan selges eller benyttes i produksjonsvirksomheter.

Gravitasjonsseparerende beholdere benyttes vanligvis for å separere brønnstrømmens komponenter. Et vanlig produksjons-anlegg ville innbefatte minst to slike beholdere: en frivanns væskeutskiller og en produksjonsseparator. Begge beholderne har en stålkappe med innvendige overløpskanter og ledeplater. Under produksjon ville brønnstrømmen produseres gjennom frivanns væskeutskilleren for å fjerne en stor andel, vanligvis 60 % - 90 %, av det frie vann fra brønn-strømmen. Produksjonsseparatoren separerer deretter videre de gjenværende brønnstrømkomponenter av gass, olje og produsert vann til de individuelle komponenter. Oljen slippes ut fra produksjonsseparatoren til nok en beholder for ytterligere behandling for salg. Vannet fra produksjonsseparatoren slippes ut og sendes til nok en beholder der den lille oljemengde som måtte være igjen i vannet fjernes. Dette behandlede vann vil deretter håndteres som spill eller avfall. Gasskomponenten utgår også fra produksjonsseparatoren og sendes til et gasshåndteringsanlegg der det vil bli behandlet for salg eller bruk. Mulig produsert sand vil akkumulere i frivanns væskeutskilleren og produksjonsseparatoren inntil disse beholdere fjernes fra tjeneste og rengjøres.

Som det kan sees av den korte beskrivelse, benyttes vanligvis mange stykker eller enheter med separasjonsutstyr under produksjon av olje og gass. Hver enhet er kostbar å installere, vedlikeholde og holde i drift.

Vekten og rommet som er nødvendig for separasjonsutstyret er av spesiell bekymring for en offshore-plattform. Når pro-duksjonsanlegg til havs monteres på plattformer i grunnere eller dypere farvann, er plass svært kostbart å tilveie-bringe. Reduksjon av størrelsen og vekten av<*>hver utstyrsdel kan redusere størrelsen på offshore-plattformen. Det er på en offshore-plattform at den foreliggende oppfinnelse vil være en slik verdifull utstyrsenhet. Det foreligger et behov for en enkelt, liten, forholdsvis lettvektig utstyrsenhet som separerer forholdsvis store volumer av olje, gass og vann og som erstatter de store, tunge og kostbare beholdere benyttet tidligere. ;Sentrifugalutstyr har vært foreslått for bruk til separering av multiple komponenter i en olje eller gass-strøm. I det typiske arrangementet innføres brønnstrømfluider i separatoren og roteres mot sentrifugeveggen. Lag av individuelle komponenter dannes med de spesifikke tyngder av komponent-lagene, som minsker når avstanden fra veggen øker. Etter at separeringen er ferdig så fjernes de individuelt separerte lag. Denne uttaksprosess kan være svært vanskelig. Som angitt i US-patent nr. 3 791 575 (kolonne 1, linje 15-18), vil strømningskontrollen på utslippsfluidene fra en sentrifugalseparator representere et betydelig problem for driften av en sentrifuge. Ulike nivåstyresystemer for sentrifugalseparatorer har vært foreslått for å styre nivåene og den kontinuerlige separering av innløpsstrømmen. Eksempler på nivå-styresystemer innbefatter innløpsstyringer som beskrevet i US-patent 1 794 452; differensialtrykk-styringer som beskrevet i US-patent 4 687 572; strømnings-mengde-styring som beskrevet i US-patent 2 941 712; utslippsfluid-analyser som beskrevet i US-patent 4 622 029; vannresirkulasjons-styring som beskrevet i US-patent 3 208 201 ; og en justerbar overstrømningskant-styring som beskrevet i US-patent 4 175 040. ;Avhengig av den nødvendige driftseffektivitet for en gitt sentrifugeseparator, kan de ovenfor beskrevne sentrifuger og deres respektive fluidnivå-styresystemer være effektive og tilstrekkelige. Hovedulempen med sentrifugalsystemene vist tidligere er deres manglende evne til å oppnå tilnærmet fullstendig separering av brønnstrøm-komponentene. En delvis separering av fluidene er ofte ikke akseptabel. ;I en offshoreolje- og gassoperasjon der det produserte vann vil slippes ut ved å sende det produserte vann tilbake i sjøen hvor plattformen er plassert, er det ønskelig at nesten ingen olje (vanligvis mindre enn 50 andeler pr. million) er igjen i det utslupne vann. ;I en virksomhet på land er en slik fullstendig separering også ønskelig hvor det produserte vann slippes ut gjennom utslipps- eller injeksjonsbrønner. Dersom olje er igjen i vannet som skal injiseres i en utslippsbrønn, vil oljen til slutt tilstoppe formasjonen og vil kreve utbedringsutgifter for å få igjen vannutslipp eller injeksjonsmuligheter. ;Den foreliggende sentrifuge og nivå-styresystem som vil bli beskrevet nedenfor er ment å pålitelig separere olje, gass, vann og sandkomponenter i en brønnstrøm. ;Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebragt en fremgangsmåte for separering av komponentene i en strøm som utgjøres av et antall fluider med forskjellig spesifikk vekt, omfattende ;følgende trinn: ;innføring av strømmen i en sentrifuge med en hovedrotor med en rotorvegg og motstående første og andre endepartier, og ;rotering av rotoren for å bevirke en radialseparering av fluidene hvori fluidene tvinges utad til rotorveggen som danner et antall fluidlag slik at fluidlaget inntil rotorveggen har den største relative spesifikke vekt og det eller de påfølgende lag som nærmer seg rotorens ;rotasjonsakse har suksessivt lavere spesifikk vekt slik at en grenseflate danner seg mellom hvert separerte ;fluid og det neste; ;kjennetegnet ved: ;innføring av en strøm omfattende minst to væsker og en ;gass i sentrifugen, ;kontinuerlig overvåking av posisjonen av hver grenseflate, ;selektiv fjerning av gass fra gasslaget, og ;selektiv og uavhengig fjerning av hver enkelt væske fra rotoren fra det respektive væskelag beroende på den overvåkede posisjon av grensesjiktet mellom nevnte væske og den neste radielt innenforliggende væske. ;Videre er det ifølge oppfinnelsen tilveiebragt en anordning for separering av komponentene i en strøm som utgjøres av et antall fluider med forskjellig spesifikk vekt, omfattende: en hovedrotor tilpasset for rotasjon omkring en akse, hvilken rotor har en rotorvegg og motstående første og andre endepartier og som definerer et rom inne i hovedrotoren, ;drivinnretninger anordnet til å rotere hovedrotoren, ;innretninger for å innføre strømmen inn i rommet inne i rotoren, slik at rotasjon av rotoren bevirker en radiell separering av fluidene, hvori fluidene tvinges utad mot rotorveggen som danner et antall fluidlag slik at fluidlaget inntil rotorveggen har den største relative spesifikke vekt og det eller de påfølgende lag som nærmer seg rotorens rotasjonsakse har en suksessivt lavere spesifikk vekt slik at en grenseflate danner seg ;mellom hvert separerte fluid og det neste, ;kjennetegnet ved ;innretninger anordnet til kontinuerlig å overvåke posisjonen av hver grenseflate, hvorav én er en grenseflate mellom to væsker og en andre er en grenseflate mellom en væske og en gass," og ;innretninger anordnet til selektivt og uavhengig å ;fjerne hvert individuelle fluid fra rotoren i avhengighet av den overvåkede posisjon av hver enkelt grenseflate. ;Utførelsene ifølge den foreliggende oppfinnelse som vil bli beskrevet er kjennetegnet ved høy virkningsgrad, kontinuerlig separering av en brønnstrøm som inneholder olje, vann, gass og noen mindre volumer av sand eller andre partikkelstoffer i en enkelt utstyrsenhet. Separering av strømnings-fåsene utføres ved anvendelsen av en rotor, et fluidsjikt, detekterings- og følerarrangement og fluidfjernende uttak. ;I en form for sentrifugeprosessor ifølge oppfinnelsen, mottar en rotor, i stand til rotasjon omkring sin rotasjonsakse, en fluidstrøm som akselereres mot rotorveggen. Eventuell gass tilstede i innløpsstrømmen vil separere fra væskene ved ankomst til rotoren. Gassen vil deretter utgå fra sentrifugen gjennom et gassuttak hvis passasjeåpning vil styres av en trykkregulator som vil tillate gass å strømme fra sentrifugen når et spesifisert trykk er nådd. Etter at fluidene har nådd rotorveggen beveger de seg langs veggen hvor de separeres til deres individuelle komponenter, hvor fluidet (vann) med høyere egenvekt danner et fluidlag inntil foringen og fluidet (oljen) med lavere spesifikk tyngde danner et fluidlag på fluidet med den høyere egenvekt. Når fluidet når den motsatte ende av rotoren fra der det ble matet inn, har strømmen separert seg til deres individuelle komponenter. Oljelaget strømmer deretter over en over-løpskant og inn i et oppholdskammer for olje eller fluid. Når oljenivået i dette kammer når en spesifisert høyde, vil et nivåstyresystem som benytter et detektorarrangement og en innelukket roterende flottør, åpne en strømningspassasje fra oppholdskammeret for olje og tillater oljen å utgå fra sentrifugen. Vannet vil deretter strømme inn i et oppholdskammer for vann. Når vann-nivået i dette kammer når en spesifisert høyde vil et nivåstyresystem som* benytter et andre detektorarrangement og en andre, innelukket roterende flottør, åpne en strømningspassasje fra vannets oppholdskammer og tillater vannet å utgå fra sentrifugen.

Det antas at brønnstrømmen vil inneholde sand eller andre faststoffer, i hvilke tilfelle en andre utførelse av sentrifugeprosessoren kan benyttes. Den andre utførelsen ville innbefatte en andre, mindre rotor som vil være montert inne i rotoren nevnt i den grunnleggende utførelsen. Brønnstrøm-men ville akselereres først i den andre, mindre rotor hvor mulig sand eller andre faststoffer i brønnstrømmen ville beveges til kanten av denne andre rotor og fjernes gjennom et sand/vann-uttak. De gjenværende brønnstrøm-fluider ville strømme ut av den andre, mindre rotor på impelleren og inn i hovedrotoren, og separeres som beskrevet ovenfor i den første utførelsen.

Andre ytterligere elementer for å forfremme virkningsgraden til sentrifugeseparatoren er også beskrevet her.

Oppfinnelsen vil bedre forstås ved henvisning, gjennom

eksempel, til de vedlagte tegninger hvor:

Fig. 1 er et sideriss, delvis i snitt, av en form for en sentrifugeprosessor ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et sideriss, delvis i snitt, av en andre utfør-else. Fig. 3A er et tverrsnittsriss av en akselerasjonsimpeller.

Fig. 3B er et planriss av en akselerasjonsimpeller.

Fig. 4 er en skjematisk fremstilling av styresystemet for fluiduttak. Fig. 5 er et planriss, delvis i snitt, av et sand/vann-uttak og agitator. Fig. 6 er et sideriss, delvis i snitt, av nok en utførelses-form av sentrifugeprosessoren.

Som vist i fig. 1 er sentrifugen 10 sammensatt av en syl-indrisk formet rotor 12 som kan rotere rundt en stasjonær senterstolpe 14. En hurtigløpende elektrisk motor 16, eller annen hurtigløpende anordning, roterer rotoren 12 rundt senterstolpen 14 ved hastighetsstørrelser tilstrekkelig til å separere fluidkomponentene med ulike egenvekter i den inngående brønnstrøm. Rotoren 12 er innelukket i en stasjonær, beskyttende beholder 18 som står på ben 20. Selv om fig. 1 viser sentrifugen 10 i en loddrett stilling på benene 20, kan sentrifugen 10 være i drift i enhver stilling. Gravitasjonskreftene i sentrifugen 10 som utøves på fluidene som separeres, som det vil omtales senere, er av en svært liten kraft i forhold til den store sentrifugalkraft utøvet på fluidet ved den roterende bevegelse av rotoren 12. Følgelig kan sentrifugen 10 være i drift med rotasjonsaksen til rotoren 12 (dvs. senterstolpen 14) i en vertikal, horisontal, eller en hvilken som helst annen retningsorientering. Ettersom sentrifugen 10 kan monteres til en kolonne eller enhver annen stabil konstruksjon, er heller ikke benene 20 vesentlige for sentrifugens oppbygg-ing.

En hurtigløpende elektrisk motor 16 er forbundet ved koblingen 22 til drivakselen 24, som forløper inn i den beskyttende beholder 18 gjennom åpningen 26. Drivakselen 24 er festet til det nedre endelokk 28 av rotoren 12. Rotoren 12 er innrettet/opprettet innenfor den beskyttende beholder

18 ved det nedre laget 30 rundt drivakselen 24 og av det øvre laget 32. Denne innretning tillater rotoren 12 å rotere konsentrisk omkring senterstolpen 14 uten å berøre den beskyttende beholder 18. Pga. den betydelige kinetiske energimengde som rotoren 12 har under drift, bør den beskyttende beholder 18 være konstruert til å kunne motstå de ødeleggende virkninger i tilfelle en svikt av de roterende deler i sentrifugen 10 og for å sikre sikker drift. En nedre tetning 34 benyttes til å holde fluider som kan ha lekket fra rotoren 12 fra å utgå av den beskyttende beholder 18. I denne utførelsen forløper senterstolpen 14 gjennom åpningen 36 av den beskyttende beholder 18. Mellom senterstolpen 14 og den beskyttende beholder 18 er en øvre tetning 38 som forhindrer fluidlekkasje fra den beskyttende beholder 18 til atmosfæren eller annet medium som omgir den beskyttende beholder 18. Senterstolpe 14 forløper også gjennom åpningen 40 i det øvre endelokk 42 av rotoren 12 og ned gjennom det indre av rotoren 12. En trykktetning 44 forhindrer også lekkasje fra rotoren 12 til den beskyttende beholder 18. En senterstolpe behøver ikke nødvendigvis å forløpe hele lengden av rotoren 12 som vist i fig. 1. Senterstolpen 12, som vist, tjener som en effektiv måte å sentralt lokalisere og bære nødvendige strømningspassasjer og styringsledninger fra sentrifugens indre til utsiden av rotoren 12 og ut gjennom den beskyttende beholder 18. Andre måter, slik som individuelt forlengede strømledningspassas-jer, kan også benyttes til å lokalisere og bære slike strømningspassasjer og styreledninger.

I denne utførelsen er senterstolpen 14 hul. Dette tillater inngående og utgående strømningspassasjer og styrings-/følingsledninger å bli ført gjennom senterstolpen 14 og inn i senteret av rotoren 12. En mateflens 46 for fluid-strømmen tillater fluidet å gå inn i rotoren 12 gjennom innløpspassasje-røret 48, som forløper gjennom senterstolpen 14 og ut gjennom fluidets matemunnstykke 50. Fluidets matemunnstykke 50 forløper ut av senterstolpen 14 inn i akseleratorskålen 51 og nær mater-akseleratorimpelleren 52. Akseleratorskålen 51 og akseleratorimpelleren 52 er montert inne i rotoren 12 for rotasjon med rotoren 12.

Fig. 3A og 3B viser hhv. side- og planriss av akselera-sjonsimpelleren 52. Funksjonen av akseleratorimpelleren 52 er å effektivt bevege fluidene som entrer rotoren 12 fra ikke-rotasjonsmessig bevegelse til en rotasjonsmessig bevegelse tilstrekkelig til å oppnå separering. For å spare plass og materiale er det ønskelig å oppnå denne akselera-sjon med fluider i en så liten del av rotoren 12 som mulig. Dette utføres med vinger 55 i impelleren 52 som hjelper i å hindre slipp av fluid på impelleren 52. Det refereres tilbake til fig. 1 der en åpning 53 dannes mellom senterstolpen 14 og akselerasjonsskålen 51 for å tillate passering av gass fra akselerasjonsskålen 51 inn i hovedåpningen 57 av sentrifugen 10.

Også montert inne i rotoren 12 er foringen 54 som forløper nesten i hele lengden av rotoren 12. En liten fluidstrøms-passasje 56 er dannet ved avstanden mellom den indre overflate av rotoren 12 og foringen 54. Foringen 54 er festet gjennom avstandsstykker 59 til rotoren 12 for rotasjon med rotoren 12. Når væskene beveger seg av fra akselerasjonsim-pelleren 52 og begynner rotasjon på den indre overflate av foringen 54, separerer væskene i deres ulike komponenter. I en typisk brønnstrøm, er disse ulike komponenter et lettere fluid (olje) og et tyngre fluid (vann). Det tyngre fluid vil danne et fluidlag på foringen 54 og det lettere fluid vil danne et fluidlag på det tyngre fluidlag. Montert på foringen 54 er en flottørholder 58 for væskenivået som rommer væskenivå-flottøren 60. Væskenivå-flottørholderen 58 er festet til foringen 54 for rotasjon med rotoren 12. Når væskene og flottøren 60 roterer på foringen 54, foreligger det ingen relativ rotasjonsbevegelse mellom væskene og væskenivå-flottøren 60. Flottøren 60 har en egenvekt mindre enn det lettere fluid og flyter derfor på den lettere fluidlag-flaten. Flottøren 60 er montert inne i flottør-holderen 58 slik at den vil bevege seg radielt inn i eller ut mot senteret av rotoren når det lettere fluidlags tykkelse øker eller avtar.

En andre væskenivå-flottør, væskenivå-flottøren 62, er også holdermontert inne i en andre holder, væskenivå-flottør-holderen 64, for å detektere noe radiell bevegelse på grenseflaten mellom det tyngre fluid og det lettere fluid. Væskenivå-flottøren 62, for å flyte på fluidgrenseflaten mellom det tunge fluidlag og det lette fluidlag, har en egenvekt mellom egenvekten til disse to fluider. Vanligvis vil egenvekten på en råolje være omtrentlig 0,80 og produsert saltvann på omtrentlig 1,05. Derfor vil væskenivå-flottøren 62 ha en spesifikk tyngde mellom omkring 0,80 og omkring 1,05. Flottørholderen 64 er også montert til foringen 54 for rotasjon med rotoren 12. Følgelig foreligger det ingen relativ rotasjonsbevegelse mellom flottøren 62 og fluidene under drift av rotoren 12. Plasseringen av flottørene og flottørholderne kan være hvor som helst langs foringen 54.

Selv om den foretrukne utførelsen beskriver et fluidnivå-detektorsystem som benytter et flottørarrangement, kunne ethvert detektorsystem, i stand til å detektere tykkelsen av det lettere og tyngre fluidlag og plasseringen av grense-flatene, innarbeides for å erstatte flottørarrangementet. Forsøk med sentrifugeapparatet har også vist at foringen, som reverserer strømmen og øker separasjonstiden for vann, ikke er kritisk for separeringen; imidlertid oppnås den mest effektive separering med foringen på plass.

Langs og nedenfor foringen 54 er det montert et sammen-voksingsnett 66, som benyttes til å påskynde dannelsen av store dråper av det lettere fluid under separeringsfasen. Ved dannelsen av større dråper av det lettere fluid, skjer separeringen av fluidene mye hurtigere og mer effektivt. Sammenvoksingsnettet 66 hjelper også til å opprettholde rotasjonshastigheten for fluidene i rotoren 12 ved å forhindre slipp mellom det tyngre fluid og rotorveggen. I den foretrukne utførelsen benyttes en knust polyetylenmatte til å danne et effektivt, og enkelt å tilvirke, sammenvoks-ingsnett 66. Nettet 66 kan også dannes av strekkmetall eller erstattes av vinger, pigger eller ethvert annet materiale eller overflate som tilveiebringer kontaktflater for dannelsen av større oljedråper.

I en ende av rotoren 12 dannes oppholdskammeret 68 for olje av en plate 70 som er festet til innsiden av rotoren 12 for rotasjon med rotoren 12. Framsiden av kammeret 68 dannes av overløpsplaten 72 og platen 74. Baksiden av kammeret 68 dannes av den indre flate av det nedre endelokk 28. Når tilstrekkelig olje oppsamles i rotoren 12, vil den renne gjennom åpningene 73 i overløpsplaten 72, som er bak over-løpskanten 72 og vil strømme inn i kammeret 68. Inne i kammeret 68 er det vinger 76 og vinger 78 som opprettholder og hjelper fluidrotasjonen i kammeret 68. Vingene 76 og 78 er også forbundet til å rotere med rotoren 12. Hver av delene (platen 70, overløpskanten 72 og platen 74) som danner oppholdskammeret 68 for olje og vingene 76 og 78 roterer med rotoren 12. Disse komponenter kan være individuelt forbundet til rotoren 12 eller montert og samlet forbundet til rotoren 12.

Fluiduttaket 80 og fluiduttaket 82 forløper inn i kammeret 68 fra senterstolpen 14. Bruken av fluiduttakene til å fjerne fluid fra en sentrifuge er vel kjent for fagmannen og krever ingen ytterligere omtale her. Fluiduttaket 80 og fluiduttaket 82 står i forbindelse med strømningspassasjen 84 som forløper gjennom senterstolpen 14 og ut gjennom ventilen 86. Ventilen 86 aktiviseres av en ventilaktivator 88. Ventilaktivatoren 88 mottar fra signalstyreanordningen 92 et styresignal gjennom styreledningen 90. Signalstyreen-heten 92 er en typisk styreanordning som mottar et indikerende signal fra et følerelement, sammenligner det med et innstilt nivå og frembringer et utgangsstyresignal for å oppnå en ønsket styrefunksjon. Her mottar signal-styreenheten 92 sitt indikerende signal gjennom styreledningen 94 fra posisjonsføler 96 som er montert til senterstolpen 14. Posisjonsføleren 96 detekterer den relative stilling til den roterende flottør 60 for å bestemme posisjonen til olje-lagets overflate.

Signal-styreenheten 92 mottar driftsenergi, slik som elektrisk, pneumatisk eller hydraulisk fra kilden 98. Posisjons-føler 96 kan benytte en magnetisk, optisk, elektrisk, ultra-sonisk eller enhver annen tilgjengelig følemetode for å bestemme den relative posisjon til flottøren 60. Denne utførelsen benytter en elektronisk pulsføler. Signal-styreenheten 92 er i stand til å motta et elektronisk pulssignal generert av posisjonsføler 96 når den reagerer på den roterende flottør 60. Føler 96 kan arrangeres slik at når flottøren beveger seg ytterligere fra foringen 54 (og nærmere til posisjonsføler 96), vil signalet fra føleren øke eller omvendt. I eksempelvis det første tilfelle etter hvert som den roterende flottør 60 beveger seg videre fra foringen 54 som indikerer en økning i oljen i rotoren 12, vil styreenheten 92 motta et elektronisk pulssignal fra posisjonsføler 96 og sammenligne signalet med sitt innstilte punkt. Når det er nødvendig for å styre ventilen 86, vil signal-styreenheten 92 frembringe et utgangssignal (vanlige utgangssignaler er i form av et elektrisk 4-20 milliampere-signal) til ventilaktivatoren 88 gjennom styreledningen 90 for å åpne ventilen 86 for å tillate olje og bli sluppet ut fra rotoren 12. Etter hvert som oljen slippes ut og nivået går ned, vil føler 96 bringe videre til styreenheten 92 at tilstrekkelig olje har forlatt rotoren 12 og det korrekte oljenivå er nådd og at ventilen 86 skal stenges. Etter hvert som mer olje entrer sentrifugen, vil syklusen repeteres.

Under overløpskanten 72 og platen 70 er strømningspassasjen 100 for fluidet med den høyere egenvekt. Strømningspassasjen 100 dannes mellom platen 70 og den indre overflate av den nedre ende av foringen 54. Vann strømmer gjennom passasjen 100, reverserer retninger, og strømmer gjennom passasjen 56 som dannes av den ytre overflate av foringen 54 og den indre overflate av rotoren 12. Nær den øvre ende av passasjen 56 er en overløpsport 102 som forbinder passasjen 56 med fluid-oppholdskammeret 104. Den nedre ende av kammeret 104 er dannet av platen 105 som er festet til foringen 54 for rotasjon med rotoren 12. Den øvre ende av kammeret 104 er dannet av platen 107, også montert for rotasjon med rotoren 12. Eventuell olje som ikke strømmer over ledeplaten 72 og inn i kammeret 68 og som isteden ventileres gjennom strøm-ningspassas jen 100 inn i passasjen 56, vil presses inn i kammeret 104 for fjerning via fluiduttaket 106, som forløper inn i kammeret 104. Fluiduttaket 106 er forbundet med strøm-ningspassas jen 108, som tømmer den oljen som når vannut-taksområdet inn i fluid-matestrømsmunnstykket 48 for resirkulering. Over overløpsporten 102, nær den indre vegg av rotoren 12, er en strømningspassasje 110 gjennom hvilken vannet strømmer til vann-oppholdskammeret 112. Den nedre ende av kammeret 112 dannes av platen 107. Den øvre ende av kammeret 112 dannes av den innvendige flate av det øvre endelokk 42. Inne i kammeret 112 er vinger 114 og vinger 116 som opprettholder og hjelper fluidrotasjonen i kammeret 112. Vingene 114 og 116 er forbundet til og roterer med rotoren 12. I likhet med olje-oppholdskammeret 68 kan delene som danner vann-oppholdskammeret 112 være individuelle komponenter forbundet direkte til rotoren 12, eller kan være satt sammen og samlet være forbundet til rotoren 12. Fluiduttaket 118 forløper inn i kammeret 112 og forbinder til strømningspassasjen 120 som forløper gjennom senterstolpen 14 og ut gjennom ventilen 122. Ventilen 122 aktiviseres av ventilaktivatoren 124. Ventilaktivatoren 124 mottar fra signal-styreenheten 128, et styresignal gjennom styreledningen 126. Driften av styreenheten 128 er lik med drifts-styreenheten 92 som tidligere omtalt. Styreenheten 128 mottar sitt indikerende signal gjennom styreledningen 130 fra posisjonsføleren 132 som er montert til senterstolpen 14. Signal-styreenheten 128 mottar driftsenergi fra kilden 134. Posisjonsføleren 132 detekterer den relative posisjon til flottøren 62 for å bestemme vannlagets tykkelse. Driften av posisjonsføleren 132 er lik med driften av posisjonsføl-eren 96 som tidligere omtalt. Fig. 4 viser et forenklet styresystem for nivåstyresystemet beskrevet ovenfor.

Nær akseleratorskålen 51 er gassuttaket 136." Montert på akseleratorskålen 51 er gass-akseleratorvinger 137. Vinger 137 hjelper til å fjerne mulige små væskedråper som kan være innblandet i gassfasen før gassen entrer gassuttaket 136. Gassuttaket 136 er festet til gass-strømningspassasjen 138 som forløper gjennom senterstolpen 14 og ut gjennom ventilen 140. Ventilen 140 er en trykkreguleringsventil som aktiviseres av ventilaktivatoren 142 for å opprettholde et forhåndsinnstilt indre trykk i det indre av rotor 12.

Fig. 2 viser en andre form for rotoren 12 og dens styresystem. Denne andre utførelsen har mulighetene til den første utførelsen og kan i tillegg fjerne partikkelstoffer fra produksjonsstrømmen. Fig. 2 har grunnleggende de samme komponenter som fig. 1, men inneholder også en indre rotorenhet 200. Den indre rotorenhet 200 innbefatter en indre rotor 202, friskvanns-matemunnstykke 204, sand/vannuttak 206, sand/vannstrømningsledning 208, og friskvanns-strøm-ningsledning 210. I den andre utførelsen er væske-matemunnstykket 50 plassert til å mate produksjonsstrømmen inn i den indre rotorenhet 200. Åpningen 55 er dannet mellom senterstolpen 14 og den indre rotorenhet 200 som tillater passering av gass fra den indre rotor 202 inn i hovedåpningen 57 av sentrifugen 10.

Primærfunksjonen til den indre rotorenhet 200 er å separere å fjerne sandpartikler fra innløps-produksjonsstrømmen. Til den indre rotor 202 er mateakseleratorimpelleren 52 og foringen 54 festet for rotasjon med rotoren 12. Sand/vannuttaket 206 forløper fra senterstolpen 14 inn i den indre rotor 202. Friskvanns-matemunnstykket 204 forløper også inn i den indre rotor 202 fra senterstolpen 14. Sand/vannbland-ingen opphentet av uttaket 206 slippes ut gjennom strøm-ningspassas jen 208 som løper opp senterstolpen 14 og ut av rotoren 12 gjennom åpningen 212.

Fig. 5 viser et sand/vannuttak 206 i nærmere detalj. Som vist i fig. 5 har uttaket 206 et fremstikkende fluidmunn-stykke 219 som danner forbindelse til passasjen 220 gjennom uttaket 206 til åpningen 221. Munnstykket 219 retter vann i rotoren 202 gjennom passasjen 220 og ut av åpningen 221 til å agitere sanden inntil rotorveggen og hjelpe den til

bevegelse inn i uttaket 206 og ut gjennom strømningspassa-sjen 208. Den ytre ende av uttaket 206 som er nærmest inntil den indre rotor 202, pga. erosjonsvirkningene på sanden som støter mot uttaket 206, innbefatter fortrinnsvis en erosjonsmotstandig overflatetildekning 222. Det er funnet at en håndlaget diamantplate er effektiv til å redusere denne erosjon. Imidlertid kan ethvert erosjonsmotstandig materiale benyttes. Åpningen 212 kan være en justerbar nålventil eller en positiv struper for å styre mengden som sand/vannbland-ingen etterlater i den indre rotorenhet 200. Festet til vann-matemunnstykket 204 er friskvanns-strømningspassasje 210 som forløper gjennom senterstolpen 14. Friskvanns-strøm-ningspassasjen 210 har åpningen 214 til å styre mengden med rent vann som innføres gjennom munnstykket 204.

Driften av sentrifugen og væskenivå-styresystemet vil nå omtales med henvisning til fig. 1.

En hurtigløpende elektrisk motor 16 er i inngrep for hurtig å dreie drivakselen 24 gjennom koblingen 22. Drivakselen 24 spinner rotoren 12 rundt den stasjonære senterstolpe 14 inne i den beskyttende beholder 18. Rotasjonshastigheten nødvendig for å oppnå tilstrekkelig separering av brønn-strømskomponentene vil være avhengig av diameteren til rotoren 12. Dersom rotoren 12 har en stor diameter, vil rotasjonshastigheten for å oppnå separering være mindre enn rotasjonshastigheten nødvendig for en rotor 12 med mindre diameter. For effektiv separering er det ønskelig å rotere rotoren 12 slik at fluidene utsettes for en sentrifugalkraft på minst 1 000 ganger tyngdens akselererende kraft (1 000 g) langs foringen 54 og ved rotorveggen. Rotoren 12 er posisjonert ved øvre lager 32 og nedre lager 30 for å sikre at rotoren 12 er sentrert i og ikke kontakter den beskyttende beholder 18. Mulig fluid som kan lekke fra rotoren 12 forhindres fra å lekke fra beholderen 18 ved" en nedre tetning 34 og en øvre tetning 38. Fluidstrømmen som skal separeres innføres gjennom mateflensen 46 inn i strømnings-passas jen 48 og ut av fluid-matemunnstykket 50 inn i akseleratorskålen 51. Ved utgang fra fluid-matemunnstykket 50 begynner produksjonsstrøm-fluidet å rotere i akseleratorskålen 51. Når fluidet beveger seg ut av skålen 51, akselereres fluidet ytterligere langs mate-akseleratorimpelleren 52 mot foringen 54. Når fluidet når rotorhas-tigheten, vil forskjellene i spesifikke tyngder for de individuelle fluidkomponenter forsterkes av sentrifugalkraf-ten som utøves på fluidkomponentene. Når den når foringen 54 begynner fluidet å separere i lag av dets ulike komponenter med ulik spesifikk tyngde. For en typisk oljebrønnstrøm som inneholder råolje og saltvann, ville dette bety et vannlag inntil foringen 54 og et oljelag som flyter på vannlaget med de to lag atskilt av en olje-vanngrenseflate. I et forsøk på å skape like fluidlag-tykkelser langs foringen 54 og når brønnstrømmen separeres i sine individuelle komponenter, begynner fluidlagene å strømme mot den andre ende av sentrifugen 10 langs foringen 54. Sammenvoksingsnettet 66 hjelper i separeringen av olje og vann ved å hjelpe til å danne større oljedråper som øker effektiviteten av fluid-separeringen. Når oljen og vann strømmer gjennom sammenvoks-ingspartiet, gis de mindre oljedråper kontaktflater som fremmer dannelsen av større oljedråper. De større dråper kan deretter enklere bevege seg til oljelaget og ut av vannlaget. Sammenvoksingsnettet hjelper også olje- og vannlagene å opprettholde synkron bevegelse med foringen og rotorveggen og forhindrer mulig slipp mellom den kontaktede sentrifuge-overflate. Sammenvoksingsnettet 66 hjelper også til å redusere den sekundære fluidstrømning som kan oppstå når de individuelle separerte komponenter beveger seg til fluidut-takskamrene.

Før tykkelsen av de sammenførte olje- og vannlag på foringen 54 når høyden av overløpskanten 72, strømmer fluid gjennom passasjen 100 og tilbake langs passasjen 56 mellom foringen 54 og rotoren 12. Når passasjen 56 er fylt og den sammen-satte fluidtykkelse når overløpskanten 72, er sentrifugen fylt til sitt drifts-fluidnivå. De to tilstøtende fluidlag må nå separeres og fjernes fra rotoren.

Rotasjon av rotoren 12 vil etablere to atskilte lag på den indre overflate av foringen 54, ett av olje og det andre av vann. Innføringen til rotoren 12 av ytterligere olje og vann vil medføre spill av olje over overløpskanten 72 til olje-oppholdskammeret 68 og vannstrømning gjennom strømnings-passas jen 110 under foringen 54 og videre inn i vann-oppholdskammeret 112. Om tilstrekkelig olje innføres vil olje strømme over overløpskanten 72 og gjennom åpningene 73 og begynne oppfylling av oppholdskammeret 68. Når kammeret oppfylles vil oljenivået stige over kanten 72 og bevirker bevegelse av flottøren 60 som flyter på overflaten av oljelaget inne i flottørholderen 58. Når overflaten av oljelaget beveger seg, bringer posisjonsføleren 96 videre til styreenheten 92, den relative bevegelse av flottøren 60 og derfor nødvendigvis bevegelsen av oljelag-overflaten. Når signalet korresponderer med et forutbestemt nivå i styreenheten 92, som indikerer en spesifisert oljenivå-høyde, vil styreenheten 92 initiere de nødvendige styringstrinn for å fjerne olje fra kammeret 68.

Ved mottak av det riktige signal fra posisjonsføler 96, vil styreenheten 92 signalisere til ventilaktivatoren 88 igjennom styreledningen 90 til å åpne ventilen 86 som vil åpne strømningspassasjen 84. Når strømningspassasjen 84 åpner, vil vinkelhastigheten til fluidet i olje-oppholdskammeret 68 omdannes til dynamisk trykk (i likhet med en sentrifugalpumpe) og vil presse oljen inn i fluiduttaket 80 og fluiduttaket 82 ut strømningspassasjen 84. Når olje fjernes fra sentrifugen 10, vil oljenivået i kammeret 68 senkes, noe som vil medføre at flottøren 60, i flottørhold-eren 58, senkes. Posisjonsføleren og styresystemet vil deretter lukke ventilen 86 inntil oljenivået stiger igjen til forhåndsinnstilt nivå og tømmesyklusen repeteres. Ventilen 86 kan benytte åpnende, lukkende eller strupende virkninger for å opprettholde det korrekte oljenivå i rotoren 12.

Vannlaget, fordi det er av høyere spesifikk tyngde, vil dannes inntil foringen 54. Når mer vann innføres i rotoren 12, øker vannlagets tykkelse. Når vannlagets tykkelse øker, vil vann strømme gjennom strømningspassasjen 100 under olje-oppholdskammeret 68, reversere retninger og strømme tilbake mot den andre enden av sentrifugerotoren gjennom passasjen 56 og gjennom strømningspassasjen 110. Denne vannbevegelsen gjennom strømningspassasjen 56 og videre gjennom passasjen 110, vil bevirke at vann-oppholdskammeret 112 vil fylles opp. Oppfyllingen av kammeret 112 vil bevirke at olje-vanngrenseflaten i forhold til foringen 54 vil stige. Når grenseflaten stiger, vil grenseflate-flottøren 62 inne i flottørholderen 64 også stige, og initierer en styr-ingssekvens i likhet med oljenivå-styresystemet tidligere omtalt.

Når grenseflatenivået når et visst forhåndsinnstilt sted, som indikerer en spesifisert vannlagstykkelse, vil posi-sjonsføleren 132 viderebringe til styreenheten 128 behovet for å fjerne vann fra fluid-oppholdskammeret 112. Styreenheten 128 vil deretter signalisere til ventilaktivatoren 124 gjennom styreledningen 126 til å åpne ventilen 122 som vil åpne strømningspassasjen 120. Når strømningspassasjen 120 åpner, vil vinkelhastigheten til fluidet i oppholdskammeret 112 omdannes til dynamisk trykk og presse vannet inn i fluiduttaket 118 og ut strømningspassasjen 120. Når tilstrekkelig vann fjernes fra fluid-oppholdskammeret 12, vil nivået av olje-vanngrenseflaten, og dermed nødvendigvis avstanden til flottøren 62 i forhold til foringen 54, øke. Denne bevegelsen vil detekteres av føleren 132 og vil til slutt resultere i avstenging av ventilen 122 inntil nok et signal mottas som indikerer at oppholdskammeret er fullt, noe som vil initiere nok en vanndumpingssyklus. Virkningen til ventilen 122, lik den til ventilen 86, kan være sneppvirkende, på eller av, eller kan være lagd til å virke som en strupeventil som reagerer på vannlagets tykkelse. Når vannet beveger seg mot fluid-oppholdskammeret 112 i strømningspassasjen 56 mellom foringen 54 og rotoren 12, beveger det seg gjennom sammenvoksingsnettet 66. Nettet 66 hjelper til dannelsen av større oljedråper for eventuell olje som ikke har blitt fjernet gjennom fluid-oppholdskammeret 68. Før mulig olje som entret strømningspassasjen 56 har nådd fluidkammeret 112, vil det presses inntil den indre vegg av foringen 54 ved sin mindre spesifikke tyngde. Denne olje, vanligvis kalt skum-olje, vil deretter strømme langs den indre vegg av foringen 54 med vannet gjennom strømnings-passas jen 102 inn i fluid-oppholdskammeret 104. Blandingen av olje og vann som strømmer inn i kammeret 104 fjernes gjennom olje-vannuttaket 106 og plasseres tilbake gjennom strømningspassasjen 108 inn i strømningspassasjen 48 for reseparering. Denne resirkuleringsmetode hjelper til å sikre

at ingen olje vil nå fluid-oppholdskammeret 112 og at ingen olje slippes ut fra vannstrømningspassasjen 120.

Under drift av sentrifugen er det ønskelig for effektiv separering at olje-vanngrenseflaten forblir i et forutbestemt driftsområde over foringen 54. Grenseflate-styresystemet bør ikke tillate at grenseflaten stiger over høyden til overløpskanten 72 eller faller til nivået av strømnings-passas jen 100. Dersom olje-vanngrenseflaten på foringen 54 stiger over høyden til overløpskanten 72, vil vann strømme over overløpskanten 72 og løpe inn i oppholdskammeret 68 og fjernes av fluiduttakene 80 og 82. Alternativt, dersom olje-vanngrensef laten på foringen 54 faller til nivået av strømningspassasjen 100, vil olje strømme gjennom passasjen 100, tilbake gjennom passasjen 56 og kunne entre fluidkammeret 112 og bli fjernet gjennom fluiduttaket 118. Derfor er det nødvendig at olje-vanngrenseflaten forblir en avstand fra foringen 54, som er mindre enn høyden av overløpskanten 72 fra foringen 54 og mer enn avstanden fra toppen av strøm-ningspassas jen 100 til foringen 54, som derved forhindrer oljefasen fra å strømme gjennom passasjen 100 og forhindrer vannfasen fra å strømme over overløpskanten '72.

Den forutgående beskrivelse beskriver metoden og anordningen for separering av en brønnstrøm uten en betydelig gass-komponent. Dersom brønnstrømmen inneholder en gassfase, skjer følgende. Gassfasen innføres i rotoren 12 med væskene gjennom innløpsmateflensen 46 og fluidmatemunnstykket 50. På grunn av den lave densitet på gass i forhold til væsker, separeres gassen fra væsken når den entrer skålen 51 og vandrer mot hovedåpningen 57 av sentrifugen 10 gjennom åpningen 53. Etter hvert som vannlaget danner seg i rotoren 12 og oljelaget danner seg på vannlaget, opptar gassen hovedåpningen 57 til sentrifugen 10 og danner en gass-oljegrenseflate ved overflaten av oljelaget. Gassakse-lerasjons-vinger 137 som roterer med rotoren 12, gir ytterligere separering av mulige små fluiddråper som fortsatt kan være innblandet i gassfasen. Gassuttaket 136 tillater gassen å entre passasjen 138 i senterstolpen 14 og ut rotoren 12. Gass-strømningspassasjen 138 styres av en gasstrykk-regulerende anordning 142 og ventilen 140. Etter hvert som mer gass entrer rotoren 12, økes det indre trykk i systemet. Når trykket når et bestemt trykk, vil trykkregu-leringsanordningen 142 åpne ventilen 140 og tillate tilstrekkelig gass å utgå fra sentrifugen til å redusere trykket inne i separatoren. Slike trykkreguleringsanordning-er og ventiler er velkjent innenfor olje- og gassproduk-sjonsindustrien og trenger ingen ytterligere omtale her. Fluidstrømmen, fri for gass, utgår fra skålen 51 og akselereres av mateakselerator-impelleren 52 til full rotorhastighet hvor den separeres som beskrevet ovenfor.

Dersom sand eller andre partikkelstoffer forventes å bli produsert i fluidstrømmen, vil den andre utførelsen av sentrifugalseparatoren og styresystemet bli benyttet. Den andre utførelsen er vist i fig. 2. Driften av den andre utførelsen er lik den til den første utførelsen vist i fig. 1 , men har en ytterligere indre rotorenhet 200 og strøm-ningspassas jer som fjerner sand og andre faststoffer. Fluid-strømsmunnstykket 50 innfører fluidstrømmen som inneholder partikkelstoffer inn i den indre rotor 202 hvor fluidene begynner å bli akselerert. Sanden og mulige andre faststoffer, etter kontakt med rotorveggen til den indre rotor 202, beveges til flaten med stor radius av den indre rotor 202 og inn i sand/vannuttaket 206 som forløper fra senterstolpen 14. Sand/vannuttakssystemet, til forskjell fra olje- og vannuttakssystemene, er et konstant avtappingssystem som kontinuerlig fjerner en liten, konstant volumstrøm ut fra den indre rotor og slipper den ut av sentrifugen 10 gjennom sand/vannpassasjen 208. Sand/vannpassasjen 208 kan benytte en liten åpning 212 for å styre mengden av sand og vann som fjernes fra den indre rotor 202. Andre styringer slik som justerbare nåleventiler eller positive strupere er tilgjengelig for å gi et konstant ventileringssystem. En liten vannstrøm kan injiseres gjennom friskvanns-strømnings-passasjen 210 og matemunnstykket 204 inn i den indre rotor 202 for å sikre at sand/vannuttaket 206 tilføres en kontinuerlig vannstrøm, og for å opprettholde friskvann som hjelper til "skylling" av de små oljepartikler fra den produserte sand.

Under uttaket av sanden fra veggen av den indre rotor 202, er det fordelaktig å agitere sanden like inntil forenden av sand/vannuttaket 206. Fig. 5 viser et riss av fluiduttaket 206 som inneholder en partikkel-agitator. Vann som roterer i den indre rotor 202 sendes gjennom munnstykket 219 gjennom passasjen 220 ut åpningen 221 til et punkt like inntil forenden av uttakets passasjeåpning 208. Når vannet sendes ut av åpningen 221, løftes sand av fra veggen til den indre rotor 202 og opphentes av sand/vannuttaket 206 for utslipp gjennom sand/vannpassasjen 208.

Fluidstrømmen, nå fri for faststoffer som kunne ha blitt innført i sentrifugen, utgår fra den indre rotor 202 og akselereres av mateakselerator-impelleren 52 til full rotorhastighet hvor den separeres som beskrevet ovenfor.

Under oppstarting av sentrifugen 10 er det ønskelig å forlade separatoren med et lite volum av tyngre fluid for separering for å danne et fluidlag for styrings- og tetningsformål. Denne tetning ville forhindre den uønskede mulighet for at olje går ut vannutslippsledningen under oppstarting.

En typisk dimensjonert olje- og vannsentrifugalseparator, med en kapasitet på 10 000 fat fluid pr. dag, ville være omtrentlig 1,83 meter i lengde og 0,91 meter i diameter. Volumet nødvendig for å sette i gang en anordning av denne størrelse vil være omtrent 68 liter vann. Når rotoren 12 roterer ville startvannet innføres gjennom mateflensen 46 og gjennom strømningspassasjen 48 og fluidmate-munnstykket 50. Startvannet ville strømme ut fra mateakseleratorimpelleren 52 til foringen 54 og gjennom strømningspassasjen 100 og inn i passasjen 56. Dette startvann ville derfor forhindre mulig produsert olje fra å overstrømme strømnings-passas jen 56 og nå olje-oppholdskammeret 112 der det ville slippes ut gjennom vannstrømningspassasjen 120 som produsert vann.

Sentrifugeseparatoren og nivåstyresystemet, som beskrevet her, gir ekstremt effektiv separering av komponentene i en brønnstrøm. Imidlertid, som tidligere omtalt, er flere gjenstander som inngår i de foretrukne utførelser vist i fig. 1 og fig. 2 ikke nødvendig for driften av sentrifugeseparatoren. Fig. 6 viser et av mange mulige apparater som kan bygges opp i samsvar med disse spesifikasjoner, men som ikke inneholder ethvert element som tidligere beskrevet i fig. 1 eller fig. 2.

Fig. 6 viser de grunnleggende komponenter i en sentrifugalseparator. Gjenstander som ikke er nødvendig og er utelatt i utførelsen vist i fig. 6, innbefatter en akselerasjonsimpeller, og akselerasjonsskål, en foring, et sammenvoks-ingsnett, vinger og et skum-oljeuttak. Også strømnings-passasjene 100, 110 og 56 i fig. 1 er erstattet av strøm-ningspassas jen 101. Strømningspassasjen 101 er dannet mellom bunnen av platen 70, som danner olje-oppholdskammeret 68, og rotoren 12.

Ved driften av utførelsen vist i fig. 6, vil fluider innført i sentrifugen 10 gjennom innløpspassasjen 48, utgå fra innløpsmunnstykket 50 og bevege seg mot rotoren 12. Mulig tilstedeværende gass beveger seg bort fra rotorveggen og mot hovedåpningen 57 av rotoren 12. Når tilstrekkelig gass entrer rotoren 12, vil gasstrykket øke og frigjøres gjennom passasjen 138 som beskrevet tidligere.

Etter separering fra gassen, beveger fluidene seg mot rotoren, hvor de vil kontakte rotoren eller andre fluider allerede i rotoren, og begynner å spinne med rotorhastighet. Etter hvert som roterende fluider beveger seg langs rotorveggen, vil de separere i deres tyngre komponent (vann) og lettere komponenter (olje). Vannet vil danne et væskelag like inntil rotorveggen og oljen vil danne et væskelag på toppen av vannlaget. Når tilstrekkelig olje entrer sentrifugen, vil den overstrømme overløpskanten 72 og strømme inn i olje-oppholdskammeret 68 og begynne oppfylling av kammeret 68.

Mellom gass- og oljelaget er gass-oljegrenseflaten 61, på hvilken flottøren 60 flyter. Når tilstrekkelig olje produseres, vil det tilhørende nivåstyringssystem, som virker med flottøren 60, føleren 96 og styreenheten 92, åpne fluidpassasjen 84 for å tillate oljen å unnslippe nettopp som det er beskrevet under virkemåten av utførelsen vist i fig. 1. Mellom oljelaget og vannlaget dannes olje-vanngrenseflaten 63 på hvilken grenseflateflottøren 62 flyter. Når tilstrekkelig vann er produsert, vil grenseflateflottøren 62 stige og når den når den spesifiserte høyde vil den overføre til føleren 132 og styreenheten 128, behovet for å åpne strømningspassasjen 120 for å tillate vann å unnslippe fra rotoren 12, nettopp slik det er beskrevet under virkemåten av utførelsen vist i fig. 1.

Det er mulig at uttakene og oppholdskamrene kan plasseres i enden motsatt av den vist i fig. 6 eller kan plasseres i hver ende. En eller flere fluidkamre kan plasseres i begge ender av rotoren 12. Likeledes kan flottørfølerne plasseres på ethvert sted langs rotorveggen 12. Imidlertid er det fordelaktig å sette flottørnivåene i posisjoner hvor de vil ha minimal konflikt med fluider som entrer rotoren 12. Dette betyr at det sannsynligvis ville være best å plassere flottørene nær fluid-oppholdskamrene.

Som plassert i fig. 6 ville uttak av væskene fra fluid-oppholdskamrene ved uttak 80 og uttak 112 medføre mot-strømmende strømning langs veggen av rotoren 12. Dersom uttakene og oppholdskamrene ble satt i motsatte ender av rotoren (ett uttak og ett oppholdskammer i hver ende), ville motstrømmende strømning iverksettes ved uttak av væsker fra rotoren 12. Den foretrukne utførelsen, som beskrevet i fig. 1 og fig. 2, innbefatter flere forbedringer overfor denne grunnleggende utførelsen som tillater en mer fullstendig separering av hver fluidkomponent, imidlertid; den grunnleggende drift av sentrifugeenheten er beskrevet i fig. 6. Tallrike tester har vært utført ved bruk av en sentrifugeprosessor vist i fig. 1 og beskrevet her. Tester med en sentrifugeprototype med diameter på 30,5 cm og med lengde på 76,2 cm, ble matet med en blanding av 59 % olje og 50 % vann og denne viste de følgende resultater:

I sentrifugeprototypen hadde fluidpassasjen 56, som er dannet mellom den indre overflate av rotoren 12 og den ytre overflate av foringen 54, en tykkelse på omkring 10,2 millimeter. Avstanden til overløpskanten 72 fra den indre overflate av foringen 54 var omkring 25,4 millimeter. Med foringen 54, med en tykkelse på omkring 2,5 millimeter, var avstanden av overløpskanten 72 fra rotoren 12 omkring 38,1 millimeter.

Flottøren 60, montert i holderen 58 på foringen 54 for flyting på oljelag-overflaten, var i stand til noe bevegelse på olje-overflaten i en avstand fra den indre overflate av rotoren 12 som var omtrentlig lik med avstanden mellom overløpskanten 72 og den indre overflate av rotoren 12 (38,1 millimeter). Bevegelsen av flottøren 60 i holderen 58 var i størrelsesorden ± 2,54 millimeter. Likeledes var grenseflate-flottøren 62, montert i holderen 64, i stand til noe bevegelse på olje-vanngrenseflaten på omkring 8,9 millimeter fra den indre overflate av foringen 54. Bevegelse av flottøren 62 i holderen 64 var i størrelsesorden ± 2,54 millimeter.

Større sentrifugeseparatorer kan ha større klaringer i strømningspassasjen 56 for større fluidhåndteringskapasitet-er. Når sentrifugens kapasitet øker, kan også høyden av overløpskanten 72 øke for en større strømningspassasje 100 og 56. En økning i overløpskantens høyde 72 ville også nød-vendiggjøre økning av avstanden til flottøren 60 og flottøren 62 fra foringen 54. Følgelig er disse avstander og dimensjoner på ingen måte ment å være absolutte konstruk-sjonsbegrensinger eller driftsområder.

Claims (14)

1 . Fremgangsmåte for separering av komponentene i en strøm som utgjøres av et antall fluider med forskjellig spesifikk vekt, omfattende følgende trinn: innføring av strømmen i en sentrifuge med en hovedrotor (12) med en rotorvegg og motstående første og andre endepartier (28, 42), og rotering av rotoren (12) for å bevirke en radial separering av fluidene hvori fluidene tvinges utad til rotorveggen som danner et antall fluidlag slik at fluidlaget inntil rotorveggen har den største relative spesifikke vekt og det eller de påfølgende lag som nærmer seg rotorens rotasjonsakse har suksessivt lavere spesifikk vekt slik at en grenseflate (61, 63) danner seg mellom hvert separerte fluid og det neste;karakterisert vedinnføring av en strøm omfattende minst to væsker og en gass i sentrifugen, kontinuerlig overvåking av posisjonen av hver grense flate (61,63), selektiv fjerning av gass fra gasslaget, og selektiv og uavhengig fjerning av hver enkelt væske fra rotoren fra det respektive væskelag beroende på den overvåkede posisjon av grensesjiktet (61,63) mellom nevnte væske og den neste radielt innenforliggende væske.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at hvert individuelle fluid selektivt fjernes ved å sende hvert fluid inn i en respektiv fluiduttaksseksjon (68, 112) av hovedrotoren (12) og fjerne fluid fra denne ved selektivt å åpne en respektiv fluiduttakspassasje (84, 120) i avhengighet av den overvåkede posisjon av den respektive grenseflate (61, 63).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert ved at overvåkningen av posisjonen til hver grenseflate (61, 63) bevirkes ved å bestemme plasseringen av en respektiv flottør (60, 62) som flyter på grenseflaten, idet hver flottør har en spesifikk vekt som er mindre enn den spesifikke vekt av det ene lag ved grenseflaten på hvilken den flyter, og større enn den spesifikke vekt av det andre lag ved grenseflaten i hvilket den er neddykket.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at den videre innbefatter det trinn å fjerne gassen når et spesifisert trykk nås i gasslaget, for derved å opprettholde et spesifisert rotortrykk.

5. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av de foregående krav, for separering av komponenter i en strøm som i tillegg innbefatter partikkelstoffer, karakterisert ved at de følgende trinn utføres før innføring av strømmen i hovedrotoren: innføring av strømmen i en indre rotor (202) av sentri fugen, hvilken indre rotor er innenfor hovedrotoren (12) og har en konkavt utformet rotorvegg; rotering av den indre rotor (202) for å skape en sentrifugalkraft tilstrekkelig til å bevege partikkel-stoffene mot den indre rotorvegg; fjerning av de separerte partikkelstoffer fra den indre rotor (202); og utsending av fluidene fra den indre rotor for innføring i hovedrotoren (12).

6. Anordning for separering av komponentene i en strøm som utgjøres av et antall fluider med forskjellig spesifikk vekt, omfattende: en hovedrotor (12) tilpasset for rotasjon omkring en akse, hvilken rotor (12) har en rotorvegg og motstående første og andre endepartier (28, 42) og som definerer et rom inne i hovedrotoren, drivinnretninger (16) anordnet til å rotere hovedrotor en (12), innretninger (48, 50) for å innføre strømmen inn i rommet inne i rotoren (12), slik at rotasjon av rotoren bevirker en radiell separering av fluidene, hvori fluidene tvinges utad mot rotorveggen som danner et antall fluidlag slik at fluidlaget inntil rotorveggen har den største relative spesifikke vekt og det eller de påfølgende lag som nærmer seg rotorens rotasjonsakse har en suksessivt lavere spesifikk vekt slik at en grenseflate (61, 63) danner seg mellom hvert separerte fluid og det neste,karakterisert vedinnretninger (60,62,96,132) anordnet til kontinuerlig å overvåke posisjonen av hver grenseflate (61;63), hvorav én er en grenseflate (63) mellom to væsker og en andre er en grenseflate (61) mellom en væske og en gass, og innretninger (80, 84, 86, 92, 118, 120, 122, 136, 138, 140) anordnet til selektivt og uavhengig å fjerne hvert individuelle fluid fra rotoren (12) i avhengighet av den overvåkede posisjon av hver enkelt grenseflate (61, 63) .

7. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at den strøminnførende innretning innbefatter en fluidmatestrømspassasje (48) montert i rommet inne i rotoren (12) for å innføre strømmen inn i rotoren (12), og at de selektive fluiduttakende innretninger innbefatter et kammer (112) for tungt fluid og et kammer (68) for lett fluid som begge er festet til rotoren, for mottak av hhv. tungt og lett fluid fra respektive fluidlag i rotoren (12), et uttak (118) for tungt fluid inne i rotoren (12) og med en strømningspassasje (120) som forløper utad bort fra rotasjonsaksen til rotoren (12) og inn i kammeret (112) for tungt fluid for å fjerne tunge fluider fra kammeret, et uttak (80) for lett fluid inne i rotoren (12) og som har en strømningspassasje (84) som forløper utad fra rotasjonsaksen til rotoren (12) og inn i kammeret (68) for lett fluid for uttak av lette fluider fra kammeret, en innretning (122, 128) for å regulere strømmen gjennom uttaket (118) for tung væske som reaksjon på utgangen av overvåkningsinnretningene (60, 62, 96, 132) og en innretning (86, 92) for å regulere strømmen gjennom uttaket (82) for lett fluid som reaksjon på utgangen fra overvåkningsinnretningene (60, 62, 96, 132).

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at den innbefatter en overløpsanordning (72) forbundet til rotoren (12) inntil kammeret (68) for lett fluid og som forløper radielt innad fra rotorveggen en avstand tilstrekkelig til å tillate lette fluider å strømme over overløpsanordningen (72) og entre kammeret (68) for lett fluid; at overvåkningsinnretningene innbefatter en første detektor (62, 132) for radielt å lokalisere en første fluidlag-grenseflate og frembringe et signal i forhold til dette, og en andre detektor (60, 96) for radielt å lokalisere en andre fluidlag-grenseflate og frembringe et signal i forhold til dette; og at en første signalomdanner (128) er koblet i kommunikasjon med den første detektor (62, 132) i stand til å motta signalet produsert av den første detektor og produsere et varierende utgangssignal til innretningene (122, 128) for å regulere strømmen gjennom uttaket (118) for tungt fluid, og en andre signalomdanner (92) er koblet i kommunikasjon med den andre detektor (60, 96) i stand til å motta signalet produsert av den andre detektor og produsere et varierende utgangssignal til innretningene (86, 92) for å regulere strømmen gjennom uttaket (82) for lett fluid.

9. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at den første detektor (62, 132) innbefatter en første flottør (62) inne i rotoren (12) som flyter på en første fluidgrenseflate og er tilpasset for radiell bevegelse med hensyn til rotorens rotasjonsakse, og en første posisjonsføler (132) for radielt å lokalisere den første flottør og frembringe et signal i forhold til dette; og at den andre detektor (60, 96) innbefatter en andre flottør (60) inne i rotoren (12) som flyter på en andre fluidgrenseflate og er tilpasset for radiell bevegelse med hensyn til rotorens rotasjonsakse, og en andre detektor (96) for radielt å lokalisere den andre flottør og frembringe et signal i forhold til denne.

10. Anordning ifølge et eller flere av kravene 7-9, karakterisert ved at den innbefatter: et tredje fluiduttak (136) montert inne i rotoren (12) og som har en tredje strømningspassasje (138) som forløper utad fra rotorens rotasjonsakse for å fjerne gass fra rotoren; og en trykkregulerende anordning (140, 142) som kommuni serer med den tredje strømningspassasje (136), hvorved et spesifisert rotortrykk opprettholdes.

11. Anordning ifølge krav 7, eller et eller flere av kravene 8-10 når tilknyttet krav 7, karakterisert ved at den videre innbefatter: en fluidakselerasjonsimpeller (52) tilpasset for rotasjon med rotoren (12) og i stand til å motta fluid fra fluid-matestrømspassasjen (48); og et sammenvoksingsmateriale (56, 66) tilpasset for rotasjon med rotoren (12).

12. Anordning ifølge et eller flere av kravene 6-11 for separering av komponentene i en strøm innbefattende vann som ett av flere fluider som har forskjellig spesifikk vekt og også innbefattende partikkelstoffer, karakterisert ved at anordningen videre innbefatter: en indre rotor (202) montert inne i hovedrotoren (12) og tilpasset for rotasjon med hovedrotoren (12), hvilken indre rotor (202) har en indre rotorvegg som definerer et rom inne i den indre rotor og som er tilpasset til å motta strømning fra fluid-matestrøms-passas jen (48), hvilken passasje (48) åpner inn i rommet i den indre rotor (202); et sand/vannuttak (206) montert i rommet i den indre rotor (202) og som har en strømningspassasje (208) som forløper utad bort fra hovedrotorens (12) og den indre rotors (202) rotasjonsakse mot veggen til den indre rotor (202) for å fjerne sand fra den indre rotor (212); en sand/vannutløpsåpning (212) som kommuniserer med strømningspassasjen (208) av sand/vannuttaket (206); en vann-tilsatsledning (204) montert i det indre rom i den indre rotor (212) og som har en strømningspassasje (210) som forløper utad fra hovedrotorens og den indre rotors rotasjonsakse inn i den indre rotor; og en vanninnløpsåpning (214) som kommuniserer med strøm- ningspassas jen (214) som kommuniserer med strømnings-passas jen (210) av vann-tilsatsledningen.

13. Anordning ifølge et eller flere av kravene 6-12 for å separere komponentene av en strøm innbefattende olje som ett av de fluider som har forskjellig spesifikk vekt, karakterisert ved at den videre innbefatter: en foring (54) festet til hovedrotoren (12) for å skape en strømningspassasje (56) mellom foringen og hovedrotoren langs hovedrotoren; et skumolje-fluidkammer (104) festet til hovedrotoren (12) og som kommuniserer med strømningspassasjen (56); og et skumolje-fluidfjerningsuttak (106) montert inne i rotoren og som har en strømningspassasje (108) som forløper utad fra fluid-matestrømspassasjen (48) og inn i skumolje-fluidkammeret (104), som derved fjerner skumolje fra kammeret (104) for reseparering i hovedrotoren (12).

14. Anordning ifølge krav 13 når avhengig av krav 11, karakterisert ved at sammenvoksings-materialet innbefatter et første sammenvoksingsmateriale (66) i strømningspassasjen mellom foringen (4) og hovedrotoren (12), og et andre sammenvoksingsmateriale (56) på den indre overflate av foringen (54).