NO177528B - Röreinnretning for partikler i en flerfaseström, samt anvendelse av innretningen - Google Patents

Abstract

Innretning som tillater omrøring og bibehold av en oppslemming av partikler i en flerfasestrøm omfattende minst én væskefase og én gassfase. Innretningen omfatter i kombinasjon en separasjonstank (2) utstyrt med en anordning for avtapping (3) av tankens innhold og en anordning for injeksjon (1) av den flerfasede blanding.Nevnte injiseringsanordning omfatter minst noen injiseringsåpninger (6) som frembringer minst én stråle rettet mot tankens bunn.Anvendelse for homogenisering av faser i tilfeller hvor det frembringes et petroleumavløp.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en røreinnretning og anvendelse av denne, idet innretningen omfatter en tank og rør for innføring av et flerfaset avløp i denne tank. Oppfinnelsen gjør det mulig å homogenisere den flytende fase som inneholdes i denne tank. Det henvises forøvrig til krav 1.

Foreliggende oppfinnelse er spesielt velegnet for tanker som anvendes til å dempe svingningene i sammensetningen av en fler-fasestrøm, idet nevnte tanker omfatter et fluid eller fortrinnsvis en flytende fase og en fast fase i form av partikler. Oppfinnelsen gjør det mulig å forbedre oppslemmingen av faste partikler i den fluide og fortrinnsvis flytende fase.

Forbedringen ifølge oppfinnelsen kan fordelaktig anvendes på FR-patent 2.642.539. som beskriver en innretning for regulering og demping av svingningene i sammensetningen av en flerfasestrøm omfattende minst én flytende fase og én gassfase.

Denne innretning omfatter en faseseparasjonstank, idet tanken omfatter minst én åpning for inntak av flerfaseblandingen, og en anordning for avtapping av tankens innhold.

Nevnte avtappingsanordning strekker seg inn i tanken slik at den passerer gjennom gass-væske-grenseflaten ved normale driftsbetingelser, og omfatter avtappingsåpninger fordelt på hver side av grenseflaten ved normal drift, slik at summen av åpningenes strømningstverrsnitt som blir anslått ut fra en referansestilling over minst en del av en vertikal akse, vil variere som funksjon av høyden betraktet på nevnte akse og for nevnte del, idet nevnte del ved normal drift strekker seg på hver side av nevnte grenseflate.

Avtappingsanordningen kan omfatte minst ett avtappingsrør,>og avtappingsåpningene kan være fordelt over dette rør.

Avtappingsrøret kan omfatte minst ett felles utløp for væskefasen og gassfasen.

Avtappingsrøret kan omfatte minst to adskilte utløp, hvorav ett tapper av en væske-rik fase.

Avtappingsrøret kan omfatte minst to adskilte utløp, hvorav ett tapper av en gass-rik fase.

Som allerede nevnt vil foreliggende oppfinnelse gjøre det mulig å forbedre fremgangsmåten og innretningen som er beskrevet mer spesielt i FR-patent 2.642.539 for ytterligere å forbedre homogeniseringen av fasene og bringe og holde partiklene i avløpet i oppslemming.

Ifølge tidligere teknologi er én av de større ulemper vedrørende virkemåten for reguleringstanken, eller regulerings-reservoaret, dannelsen av faste avsetninger på grunn av opp-samlingen av partikler på bunnen av resipienten, da det er en fare for at disse avsetninger vil tette igjen resipientens utløpsåpninger og forandre dens volum.

Det er derfor viktig å utføre rensing som krever at innretningen blir stoppet, og som er tilpasset til vanskelige driftsbetingelser, f.eks. dem som finnes på vannets bunn når det gjelder undersjøiske anvendelser i forbindelse med behandling av f.eks. petroleum-avløp.

Foreliggende oppfinnelse vedrører derfor en innretning for

å bringe og holde i oppslemming partiklene i et avløp omfattende minst én væskefase, én gassfase og én fastfase, hvor væskefasen og gassfasen kan inneholde faste partikler. Denne innretning omfatter en faseseparasjonstank, hvilken tank omfatter en anordning for avtapping av dens innhold, og omfatter minst én åpning for inntak av avløpet og en injeksjonsanordning plassert nær tankens bunn. Innretningen karakteriseres ved at nevnte injeksjonsanordning omfatter flere åpninger rettet mot bunnen. Ved hjelp av denne plassering av åpningene skal de stråler som fremkalles ved strømmingen av avløpet gjennom åpningene gjør det mulig å fjerne de faste stoffer som har samlet seg på tankens bunn etter en stans, samt å skape oppadgående strømmer som holder de faste stoffer i oppslemming når innretningen er i drift.

Injeksjonsanordningen kan være plassert i tankens nedre halvdel.

Injeksjonsanordningen kan omfatte minst ett injeksjonsrør.

Nevnte injeksjonsrør kan omfatte åpninger fordelt over sin nedre del og rettet på skrå mot bunnen. For således å harmonisere strømmene skal åpningenes vinkel i forhold til vertikalen være mellom 0° og 90°. Vinkelens optimale verdi skal være nær 45°.

Optimaliseringen av virkemåten for en slik innretning henger sammen med utjevning av de strømmer som dannes i tanken, og således med valget av antallet og størrelsen av de åpninger som er plassert på injeksjonsrøret, samt deres form. Dette valg fører til et kompromiss mellom behovet for å ha god omrøring i beholderen, med andre ord en oppover-rettet hastighet som er større enn partiklenes sedimenteringshastighet, og allikevel uten å forårsake for store trykktap.

Nevnte åpninger skal fortrinnsvis ha sirkulær form. Deres diameter skal være mellom 5 og 2 0 mm, slik at de ikke blir til-stoppet, og slik at de kan sikre en god virkemåte for systemet. Deres antall og størrelse avhenger av den ønskede hastighet.

Som eksempel oppnås for en pumpe med 25.000 BPD-GOR 10 (samlet gjennomgang 165 m<3>/time under sugebetingelser), en hastighet på 5 til 6 m/sek. i en 4 tommers rørledning. Hvis man ønsker å beholde den samme hastighet i åpningene, er det nødvendig å ha 100 hull med en diameter på 10 mm, eller 45 hull med en diameter på 15 mm.

Røret kan omfatte minst én åpning for inntak av avløpet.

Røret kan omfatte minst to adskilte åpninger for inntak av avløpet.

Innretningen ifølge oppfinnelsen kan anvendes til regulering av matingen til en flerfasepumpe.

Foreliggende oppfinnelse vedrører også anvendelse av den foran nevnte innretning til forbedring av homogenisering av faser hvor det frembringes petroleumavløp.

Foreliggende oppfinnelse vil bli bedre forstått, og dens fordeler vil bli klarere ut fra følgende beskrivelse av spesielle utførelser, illustrert ved vedlagte figurer hvor: Fig. 1 viser en første utførelse med injeksjonsanordning som har ett enkelt innløp,

fig. 2 viser en annen utførelse hvor injeksjonsanordningen omfatter to innløp,

fig. 3 og 4 representerer to varianter av injeksjonsanordningen ,

fig. 5 viser en måte for utførelse av injeksjonsåpningene når vinkelen er optimal og 45°,

fig. 6 viser én av de mulige forbedringer som skyldes en injeksjonsinnretning anvendt på en tank omfattende en avtappingsanordning som har to utløp.

På fig. 1 skal referanse 1 angi røret for injeksjon av en flerfaseblanding i en overføringstank 2. Denne tank omfatter et avtappingsrør 3. Dette rør omfatter hull 4 fordelt over rørets lengde. Røret 3 er forbundet med et utløpsrør 5 for transport av flerfaseblandingen til dens bestemmelsessted.

Injeksjonsrøret er plassert nær tankens bunn, i den nedre halvdel av denne, og har form av en torus. Den kan være omtrent horisontal i forhold til tankens bunn. Dessuten vil dette rør omfatte åpninger 6 plassert på dets nedre del, rettet nedover på skrå på begge sider av den vertikale akse perpendikulært på røret. Dette rør er forbundet med røret 7 for tilførsel av flerfaseblandingen. Avtappingsrøret 3 er omsluttet av injeksjonsrøret.

Uten å gå utenfor rammen av foreliggende oppfinnelse, kan hullene være orientert mot tankens bunn og deres akser være omtrent vertikale.

Fig. 2 viser en annen utførelse av injeksjonsrøret. De elementer som er felles for figurene 1 og 2 har samme referanse. Injeksjonsrøret er plassert nær tankens bunn i dens nedre halvdel. Det kan være omtrent horisontalt i forhold til tankens bunn.

Tanken omfatter et avtappingsrør 23 hvor hullene 4 er fordelt over dets lengde. Røret 23 er forbundet med et utløpsrør 25 for transport av flerfaseblandingen til dens bestemmelsessted.

I denne utførelse har nevnte rør form av et rektangel, og har to innløp for flerfaseblandingen, ett 9, plassert ved tankens ene ende nær avtappingsrøret, det andre 8, plassert i tankens motsatte ende. Avtappingsrøret er omgitt av injeksjonsrøret og omfatter flere avtappingshull. Det er forbundet med et utløpsrør 25 for transport av flerfaseblandingen til dens bestemmelsessted. Fig. 3 viser på utbrettet måte en utførelse av injeksjons-røret som har form av en torus. Fig. 4 viser en annen utførelse av injeksjonsrøret med en form som er rektangulær. Fig. 5 representerer på utbrettet måte én utførelse av injeksjonsrøret hvor det er blitt laget sirkulære åpninger 10. Det kan sees at i denne utførelse er åpningene plassert i den nedre del av røret på hver side av den vertikale akse perpendikulært på røret og rettet nedover og på skrå på hver side av den vertikale akse perpendikulært på røret med en foretrukket vinkel på 45°.

Uten å gå utenfor rammen av foreliggende oppfinnelse kan røret omfatte flere rekker av åpninger plassert i sikksakk.

Fig. 6 representerer en annen utførelse. De elementer som er felles med figurene 1 og 2, har de samme referanser. Avtappings-røret 11 går i høyden fra tankens ene side til den annen, og har to utløp, ett lavere 12 og ett høyere 13 forbundet henholdsvis ved et nedre transportrør.14 og et øvre transportrør 15. Disse rør er sammenføyet i 16, og den resulterende blanding overføres gjennom røret 17.

Det nedre transportrør 14 overfører et i alt vesentlig flytende avløp, mens det i alt vesentlig er det gassformige avløp som transporteres gjennom det øvre transportrør 15.

Virkemåten til innretningen ifølge utførelsene i fig. 1 og 2 er gitt i det følgende.

Hensikten med det flerfasede reguleringsreservoar eller tanken 2 er å redusere GOR-variasjonene som kan observeres ved intermittent flerfasestrøm (strøm med væskeplugger og gasslommer), for å overføre en plugget strøm til en boblestrøm (homogen strøm), samt å ha en tilstrekkelig væskereserve for å bevege en stor mengde gass. Med GOR menes forholdet mellom gassvolumet og væske-volumet (Gas Oil Ratio).

Tanken er en statisk utstyrsdel som gjør det mulig å overføre en GOR-variasjon i innløpsfluidet til en nivå-variasjon i tanken, idet denne nivå-variasjon kan ha en lav amplitude (i tilfelle av en sylindrisk tank med horisontal akse) eller større amplitude (i tilfelle av en sylindrisk tank med vertikal akse).

Dessuten kan væskemengden som holdes tilbake i tanken, være en reserve som kan anvendes for fukting av en stor, tørr gasslomme (flere kubikkmeter) og fjerne den med et GOR som gjør det mulig å oppnå en tilstrekkelig trykkøkning med et flerfaset pumpesystem. Denne tank kan også tjene til å motta, dersom det anvendes fase-resirkulering, den væske- eller gassfase som ekstraheres fra flerfaseblandingen ved utløpet fra kompresjonsenheten. Når det gjelder en petroleumanvendelse, kan denne tank også tjene til utskilling av en del av vannet som inneholdes i petroleumavløpet, og til utskilling av en del av sanden som inneholdes i petroleumavløpet.

Denne tank er utstyrt med et gjennomhullet rør for avtapping av flerfaseblandingen.

Avtapping av flerfasefluidet som er utskilt eller delvis utskilt i tanken, foregår gjennom det gjennomhullete rør 3 eller 11, avhengig av hvorvidt det gjelder utførelsen i fig. 1 eller 2, plassert vertikalt i tanken. Dette rør gjør det mulig å tappe av væsken proporsjonalt med den neddykkede strømningsdel SL.

På lignende måte avtappes gassen proporsjonalt med den ikke-neddykkede strømningsdel SG.

Dersom det statiske trykk i tanken på nivå med en åpning i,

i det gjennomhullete rør kalles Pi, og trykket av fluidet ved utløpet fra det gjennomhullete rør kalles Ps, er utløpsstrømnings-hastighetene for gassen og for væsken gitt ved ligningen:

Qi: strømningshastigheten for fluid som passerer gjennom en åpning i.

Funksjonen f(Qi) tar hensyn til trykktapet gjennom åpningen (eller den trykkøkning som oppnås ved den nedoverrettede strøm - ejektorvirkning), det lineære trykktap i røret, samt trykktapene på grunn av forbindelsene (etterfølgende åpninger).

Selv om det analytiske uttrykk for funksjonen f(Qi) ikke er kjent, kan man lett forestille seg at det strømningstverrsnitt (tverrsnitt av åpningene) som er nødvendig for å fjerne et væske-volum, må være større enn det strømningstverrsnitt som kreves for å fjerne et gassvolum. Hulltettheten på den nedre del av det gjennomhullete rør vil således være større enn på den øvre del av dette rør (bortsett fra tilfeller med svært høyt GOR eller høyt trykk). Dimensjoneringen av utløpsrøret vil fortrinnsvis være slik at det normale variasjonsområde er plassert midt i tanken.

Tester av innretningen ifølge oppfinnelsen har vist at det var mulig å absorbere plutselige GOR-variasjoner som kan forekomme ved utløpet av en rørledning, og levere et flerfasefluid med en masse pr. volumenhet som er praktisk talt konstant og lik den midlere masse pr. volumenhet av fluidet ved innløpet til tanken (gjennomsnitt over den aktuelle tidsperiode). I tillegg kan denne tank danne en væskereserve for å fjerne, ved hjelp av flerfase-pumpen, en svært stor lomme av tørr gass (denne gasslomme kan dannes under oppstartingsfasen av brønnene).

Claims (11)

1. Innretning for omrøring av en flerfasestrøm som omfatter minst én væskefase, én gassfase og én fastfase, med partikler dispergert i minst én væskefase og minst én gassfase, idet innretningen omfatter en tank (2) som inneholder og separerer fler-fasestrømmen, hjelpemiddel som omfatter et rør (3) med åpninger (4) fordelt langs hele røret (3) for avtapping av en flerfaseblanding som inneholder minst én væskefase og minst én gassfase fra nevnte tank, hjelpemidler (1, 7) for injisering av flerfaseblandingen, karakterisert ved at injeksjonsanordningen omfatter flere injeksjonsåpninger (6) som produserer flere stråler rettet mot bunnen av tanken, inn i væskefasen som inneholdes i tanken.

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at injeksjonsanordningen omfatter minst ett injeksjonsrør, og hvor injeksjonsåpningene (6) er fordelt over den nedre del av nevnte rør.

3. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at injeksjonsrøret (1) er tilnærmet horisontalt og plassert i den nedre halvdel av tanken.

4. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at injeksjonsåpningene (6) er rettet nedover og på skrå på begge sider av aksen perpendikulært på røret, med en vinkel mellom 0 og 90°.

5. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at åpningene (6) har sirkulær form.

6. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at formen på injeksjonsrøret er en torus for en vertikal tank.

7. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at formen på injeksjonsrøret er et rektangel når det anvendes en horisontal tank.

8. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at avtappingsanordningen omfatter minst ett avtappingsrør, og at avtappingsåpningene (4) er fordelt på nevnte rør.

9. Innretning ifølge krav 8, karakterisert ved at nevnte avtappingsrør omfatter minst ett felles utløp for væskefasen og gassfasen.

10. Innretning ifølge krav 8, karakterisert ved at nevnte avtappingsrør (5) omfatter minst to adskilte utløp, hvorav ett trekker ut en gass-rik fase.

11. Anvendelse av innretningen beskrevet i ett av kravene 1-10 for homogenisering av faser i tilfeller hvor det frembringes petroleumavløp.