NO20130914A1 - Apparatur og fremgangsmåte for fluidseparasjon - Google Patents

Abstract

Det er vist en apparatur for å kontrollere strømningen av en første fluidstrøm innen en bulk roterende fluidstrøm, apparaturen omfatteren fluidstrømningsregion som har en longitudinal akse, som en roterende strømning av fluid kan bli etablert innen; en strømningsledeanordning som har en konveks ytre overflate anbrakt sentralt innen fluidstrømningsregionen, den konvekse ytre overflaten av strømningsledeanordningen strekker seg parallelt til den longitudinale aksen av fluidstrømningsregionen, den konvekse overflaten er formet for å indusere en spiral - coandaeffekt i strømningen av den første fluidstrømmen over strømningsledeanordningen.

Description

Foreliggende oppfinnelse omhandler en fremgangsmåte for å kontrollere strømningen av en fluidstrøm, spesielt separering av en fluidstrøm, spesielt en multifasefluidstrøm, ved å anvende en spesiell fluidstrømningsoppførsel og en apparatur for å utføre dette. Fremgangsmåten og apparaturen finner generell anvendelse i fluidseparasjon, men har spesiell bruk i separasjonen avfluidstrømmer produsert fra undergrunns olje- og gassbrønner.

Multifasefluidstrømmersom krever separasjon forekommer i mange pro-sesseringsoperasjoner. Ett eksempel er produksjonen av olje og gass fra en un-dergrunnsbrønn. Fluidstrømmer produsert fra en brønn omfatter typisk flere faser, inkludert én eller flere flytende faser, spesielt olje og/eller vann, og en gassfase. Videre blir i mange tilfeller fluidstrømmen produsert med medrevne faststoffer, så som sand, grus og annet fast avfall fra brønnen. Det er generelt krevet å separere de ulike fasene i fluidstrømmen, for eksempel å utvinne olje og gass, fjerne medrevne faststoffer, og ekstrahere ethvert vann som foreligger for avhending, så som ved reinjeksjon inn i brønnen.

Apparatur og fremgangsmåter for å separere multifasefluidstrømmer er kjent innen faget og blir vanlig anvendt i en lang rekke applikasjoner. Én vanlig brukt tilnærmelse er syklonseparasjon, hvor fluidstrømmen blir introdusert til et kar, typisk sylindrisk eller konisk i fasong, for å strømme i et roterende eller helisk mønster. De lettere fluidfasene blir forårsaket å konsentreres i den aksialt sentrale regionen av karet, mens de relativt tyngre fluidfasene, sammen med medrevne faststoffer og lignende, migrerer til de radialt ytre regionene av karet. Det blir generelt tilveiebrakt midler for å samle og fjerne de slik separerte fluidfasene fra deres respektive regioner av karet. Ett velkjent arrangement for å fjerne de lettere fluidfraksjonene fra den sentrale regionen av karet er å tilveiebringe en ledning, ofte referert til som et 'dykkrør1, som strekker seg aksialt innen karet og forsynt med en åpning som fluidfraksjonen kan bli fjernet gjennom. De tyngre fluidfraksjonene og hvilke som helst medrevne faststoffer kan bli samlet i bunnen av karet eller ved hjelp av en andre ledning anbrakt passende med en åpning innen karet. En andre ledning av denne typen blir ofte referert til som et 'standrør1.

Generelt stoler effektiviteten av syklonseparatorene for den tidligere nevnte typen på det å etablere stabile, roterende strømningsmønstre innen karet. Et spesielt problem som oppstår med den syklonske separasjonen når en anvender et dykkrørarrangement er dannelsen av en virvel av lettere fluid som strekker seg under den åpne enden av dykkrøret. Virvelen avbryter de sirkulerende strøm-ningsmønstrene og virker til å trekke tyngre fluid og/eller medrevne faststoffer inn i dykkrøret sammen med den lettere fluidfraksjonen. Følgelig er det kjent å tilveiebringe slike arrangementer med en anordning på endedelen av dykkrøret for å avbryte eller 'bryte' virvelen.

Et nyere eksempel på en separasjonsapparatur som anvender syklonsk separasjon med et dykkrørarrangement og en virvelbryter er vist i WO 2007/144631. Det er vist en apparatur for å separere rene fluidstrømmer fra en multifasefluid-strøm som inneholder medrevne faststoffer. Apparaturen inkluderer en forsterk-ning som separerer multifasestrømmen til en gasstrøm, én eller flere væske-strømmer og en strøm som inneholder faststoffer. Apparaturen omfatter et kar, som et multifasefluid, så som det produsert fra en olje- og/eller gassbrønn, blir introdusert til for å strømme i en generelt helisk strømningsvei. En sentral ledning strekker seg aksialt innen karet og er forsynt med mange åpninger i dens endeandel, som lettere fluidfraksjoner blir fjernet gjennom fra den sentrale regionen av karet. En fluidledeanordning er tilveiebrakt på enden av ledningen for å spre den oppadstrømmende virvelen og å tvinge den tyngre fluidfraksjonen til de radialt ytre regionene av karet.

Det har nå blitt funnet at separasjonseffektiviteten for en syklonsk separasjonsapparatur av den tidligere nevnte generelle typen kan bli øket. Spesielt har det blitt funnet at strømningsledeanordning, så som en virvelbryter, kan bli anvendt for å indusere at et fluidstrømningsmønster lignende en coandaeffekt forekommer i strømningen av fluid mot og inn i åpninger i en sentralt anbrakt ledning.

Følgelig, i et første, generelle aspekt, tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en apparatur for å styre strømningen av en første fluidstrøm innen en bulk roterende fluidstrøm, apparaturen omfatter: en fluidstrømningsregion som har en longitudinal akse, som en roterende strømning av fluid kan bli etablert innen;

en strømningsledeanordning som har en konveks ytre overflate anbrakt sentralt innen fluidstrømningsregionen, den konvekse ytre overflaten av strøm-ningsledeanordningen strekker seg parallelt med den longitudinale aksen av fluid-strømningsregionen, den konvekse overflaten er formet for å indusere en spiral-coandaeffekt i strømningen av den første fluidstrømmen over strømningsledean-ordningen.

Apparaturen har spesiell bruk i separasjonen av multifasefluidstrømmer, hvor den første fluidstrømmen er en generelt lettere fluidfraksjon, som samles i

den radialt innerste regionen av fluidstrømningsregionen, mens de generelt tyngre fluidfraksjonene samler seg radialt utover fra den innerste regionen. Ved å anvende spiral-coandaeffekten, tillater apparaturen den første fluidstrømmen å strømme innen fluidstrømningsregionen over overflaten av strømningsledeanordningen, enten i oppstrømsretningen eller nedstrømsretningen, spesielt for å opprettholde eller forbedre separasjon av fasene av fluidstrømmen. En spesielt fordelaktig anvendelse av spiral-coandaeffekten er i separasjonen av multifasefluidstrømmer, spesielt for å lede den første fluidstrømmen mot et utløp.

I et videre, mer spesielt aspekt, tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en apparatur for separasjonen av en multifasefluidstrøm, apparaturen omfatter: et kar som omfatter en separasjonsregion;

et innløp for multifasefluidstrøm men;

innretninger for å overføre en rotasjonsstrøm til fluidstrømmen slik at fluid-strømmen strømmer i en nedstrøms helisk vei innen karet;

en ledning som strekker seg innen karet som har en åpning i endedelen derav for å tilveiebringe et utløp for en fluidfraksjon fra separasjonsregionen av karet;

en strømningsledeanordning på den distale enden av ledningen, strøm-ningsledeanordningen har en lateral dimensjon større enn den av ledningen og en konveks ytre overflate for å indusere en spiral-coandaeffekt i en strøm av fluid over strømningsledeanordningen, og derved lede fluidet inn i åpningen i ledningen.

Coandaeffekten er beskrevet i US Patent nr. 2,086,569 i navnet til Henri

Coanda, som identifiserte at en strømning av fluid som passerer over en jevn konveks overflate har en tendens til å endre retning og følge den konvekse overflaten, snarere enn å bevege seg i en rett linje. Dette to-dimensjonale lineære retningsfe-nomenet er kjent som 'coandaeffekten'. Det har blitt funnet at et fluidstrømnings-mønster lignende coandaeffekten kan bli indusert ved anvendelse av en passende konveks overflate i et fluid som beveger seg i et roterende eller helisk mønster. Det har videre blitt funnet at denne effekten kan bli anvendt for å posisjonere og styre retningen av strømning av fluid tilgrensende den konvekse overflaten innen en apparatur for å bevirke eller forbedre fluidseparasjonskarakteristikkene for apparaturen.

Spesielt anvender foreliggende oppfinnelse virkningen av å forårsake at en roterende strømning av fluid følger kurvaturen av et konvekst legeme anbrakt innen strømningsveien for fluidstrømmen. På denne måten kan fluidet tilgrensende overflaten av det konvekse legemet bli forårsaket å strømme i en ønsket retning, enten i en generelt oppstrøms eller generelt nedstrøms retning, for eksempel mot en åpning anbrakt på, tilgrensende eller nær det konvekse legemet. Det har blitt funnet at strømmen av fluid som flytter seg over overflaten av det konvekse legemet på grunn av spiral-coandaeffekten kan strømme på en stabil og veldefinert måte, som opprettholder segregering eller separasjon av strømmen fra den omk-ringliggende bulk roterende fluidstrømmen, og derved redusere eller eliminere blanding og forurensning av de separerte fluidstrømmene.

Det har blitt funnet at overflaten av det konvekse legemet, så som en strømningsledeanordning, kan bli arrangert for å lokalisere posisjonen hvor strøm-ningen av fluid over overflaten forlater overflaten, det såkalte 'løsrivelsespunktet', ettersom krevet, for eksempel tilgrensende eller nær et utløp, som fluidet så blir forårsaket å strømme inn i.

Apparaturen ifølge foreliggende oppfinnelse opererer for å separere multi-fasefluidstrømmer ved å gi den innkommende fluidstrømmen et rotasjonsstrøm-ningsmønster, slik at fluidet følger en generelt helisk eller spiral-strømningsvei innen karet bort fra fluidinnløpet. Referanser heri til begrepene 'oppstrøms' og 'ned-strøms' er referanser til den generelle retningen for strømning av fluidstrømmen innen karet bort fra fluidinnløpet.

Apparaturen omfatter et kar som har en separasjonsregion deri, det vil si en region innen karet hvor fasene av multifasefluidstrømmen blir forårsaket å separere. Karet kan være av en hvilken som helst egnet konfigurasjon og slike kar er kjent innen faget. I én utførelsesform har karet et generelt sylindrisk indre, i det minste i separasjonsregionen. Alternativt kan karet ha en konisk form, som er kjent i faget, eller en kombinasjon av en sylindrisk andel umiddelbart nedstrøms for flu-idinnløpet og en konisk seksjon nedstrøms for den sylindriske andelen. Andre ka-rarrangementer vil være åpenbare for fagpersonen.

Karet er forsynt med et innløp for multifasefluidstrømmen. Et enslig innløp kan være tilveiebrakt. Alternativt kan karet være forsynt med to eller flere innløp for å tillate fluid å bli introdusert inn i karet ved forskjellige regioner. Innløpet kan ha en hvilken som helst egnet konfigurasjon. I én foretrukket utførelsesform, er innløpet forsynt med et rektangulært tverrsnitt, slik at fluidet som entrer karet gjør det gjennom en rektangulær åpning i innløpet. Innløpet kan være arrangert i en hvilken som helst egnet orientering i forhold til karet. I én spesielt foretrukket utfø-relsesform, er fluidinnløpet arrangert ved en vinkel til den radiale aksen av karet, mer foretrukket ved en tangent til den radiale aksen av karet. På denne måten, blir fluidet introdusert på en måte som forårsaker det å rotere og virvle innen karet og separasjonsregionen deri. Innløpet kan være arrangert i en hvilken som helst egnet orientering i forhold til den longitudinale aksen av karet, kan for eksempel strekke seg vinkelrett til den longitudinale aksen. En foretrukket utførelsesform er en hvor innløpet strekker seg ved en vinkel til den longitudinale aksen av karet, slik at fluid som entrer karet blir ledet nedstrøms for fluidinnløpet i en helisk vei. Mest foretrukket blir fluidstrømmen introdusert til separasjonsregionen ved en vinkel, slik at det innkommende fluidet blir ledet i en helisk strømningsvei i den generelle nedstrømsretningen, hvor innløpet er ved en vinkel som forhindrer det innkommende fluidet fra å kollidere med fluidet som foreligger og roterer innen karet.

Apparaturen omfatter innretninger for å overføre et rotasjonsstrømnings-mønster til fluidet som entrer karet og separasjonsregionen deri. En hvilken som helst egnet innretning kan være tilveiebrakt for å overføre rotasjonsstrømnings-mønsteret. Som anført over, anvender én spesielt foretrukket utførelsesform vinkelen av fluidinnløpet for å indusere et rotasjonsstrømningsmønster i fluidet innen karet. Alternativt, eller i tillegg til det, kan fluidet bli forårsaket å følge et rotasjons-strømningsmønster ved hjelp av én eller flere ledeanordninger eller ledeanord-ningsoverflater innen karet.

Apparaturen omfatter videre en ledning som strekker seg inn i separasjonsregionen innen karet. Ledningen tilveiebringer en innretning for å fjerne en fluidfraksjon, det vil si, for eksempel, en fluidfraksjon med relativt lavere tetthet, fra separasjonsregionen. Ledningen kan ha en hvilken som helst egnet konfigurasjon. En slange eller rør er en mest egnet form for ledning.

Ledningen kan strekke seg i en hvilken som helst egnet orientering inn i separasjonsregionen innen karet. I ett foretrukket arrangement, strekker ledningen seg aksialt innen karet inn i separasjonsregionen.

Ledningen kan være anbrakt for å fjerne enten en tyngre fluidfraksjon eller en lettere fluidfraksjon. I én foretrukket utførelsesform, tilveiebringer ledningen et utløp for en lettere fluidfraksjon samlet i den sentrale andelen av separasjonsregionen. Det har blitt funnet at spiral-coandaeffekten er spesielt effektiv for å lede strømningen av en lettere fraksjon, så som en gass eller en lavtetthetsvæske, fra den sentrale andelen av separasjonsregionen til en passende anbrakt åpning i en ledning. Følgelig omfatter apparaturen foretrukket: en ledning som strekker seg innen karet som har en åpning i endedelen derav for å tilveiebringe et utløp for en lettere fluidfraksjon fra en sentral region av separasjonsregionen av karet; og

en strømningsledeanordning på den distale enden av ledningen og anbrakt nedstrøms for åpningen i endedelen av ledningen, strømningsledeanordningen har en konveks overflate og en lateral dimensjon større enn den av ledningen og en ytre overflate for å indusere en spiral-coandaeffekt i en strømning av lettere fluid over strømningsledeanordningen, og derved lede det lettere fluidet inn i åpningen i ledningen.

I én foretrukket utførelsesform, blir det lettere fluidet forårsaket å strømme over overflaten av strømningsledeanordningen i en oppstrømsretning mot åpningen i ledningen. I denne foretrukne utførelsesformen, strekker ledningen seg fortrinnsvis inn i separasjonsregionen fra oppstrømsenden av karet, mer foretrukket koaksialt innen karet. En slik ledning kan bli referert til innen faget som et 'dykkrør1. På denne måten blir den lettere fluidfraksjonen fjernet fra oppstrømsenden av karet ved hjelp av ledningen.

I utførelsesformer hvor ledningen er for fjerning av en tyngre væskefraksjon, blir fluidstrømmen som strømmer over overflaten av strømningsledeanordningen forårsaket å strømme i nedstrømsretningen mot utløpet. I dette arrangementet, kan ledningen strekke seg fra nedstrømsenden av karet, foretrukket koaksialt innen karet. En slik ledning kan bli referert til innen faget som et 'standrør1. På denne måten blir den tyngre fluidfraksjonen fjernet fra nedstrømsenden av separasjonsregionen og karet.

Ledningen er forsynt med en åpning i andelen tilgrensende dens distale ende som fluidfraksjonen kan forlate separasjonsregionen gjennom og entre ledningen, for fjerning fra karet. Åpningen kan ha en hvilken som helst egnet konfigurasjon. Åpningen er foretrukket tilveiebrakt i veggen av ledningen slik at den ven der utover, fortrinnsvis radialt utover, og tillater en innadrettet strømning av fluid å passere gjennom den og entre ledningen. Mer foretrukket er åpningen i ledningen arrangert for å strekke seg tangentialt til rotasjonsretningen for strømningen av fluid innen karet og tillater fluid å strømme tangentialt innover inn i ledningen. I ett foretrukket arrangement, er åpningen tilveiebrakt i en andel av veggen av ledningen som strekker seg parallelt til den longitudinale aksen av karet og separasjonsregionen.

Åpningen kan omfatte en enkelt apertur. Mer foretrukket, omfatter åpningen flere aperturer i ledningen, mest foretrukket anbrakt rundt periferien av ledningen. Åpningen kan være anbrakt bare tilgrensende den distale enden av ledningen. Alternativt kan åpningen være anbrakt ved en posisjon forskjøvet fra den distale enden av ledningen.

I tilfellet at ledningen tilveiebringer et utløp for lettere fluid samlet i den radiale sentrale andelen av separasjonsregionen, er åpningen anbrakt i en andel av ledningen som strekker seg oppstrøms fra den distale enden. I utførelsesformer hvor ledningen er for tyngre fluidfraksjoner, er åpningen anbrakt i en andel av ledningen nedstrøms for strømningsledeanordningen og den distale enden av ledningen.

Apparaturen er videre forsynt med en strømningsledeanordning ved den distale enden av ledningen. Strømningsledeanordningen kan tjene en rekke funk-sjoner. Foreksempel kan strømningsledeanordningen, når anbrakt på ledningen for å fjerne lettere fluid, så som ved den distale enden av et dykkrør, virke som en virvelstyrer, for å styre dannelsen og fasongen av en virvel av lettere fluid i den sentrale andelen av separasjonsregionen. En slik virvel oppstår generelt når ledningen er forsynt med en åpen distal ende. Ettersom virvelen dannes, strømmer lettere fluid i en oppstrømsretning inn i ledningen. Dette kan forårsake en lokal trykk-nedtrekking innen separasjonsregionen. Trykk-nedtrekkingen forårsaket av virvelen kan påvirke de generelle roterende strømningsmønstre etablert i separasjonsregionen og redusere separasjonseffektiviteten for apparaturen, spesielt ved å forårsake at fluid fra de radialt ytre regionene av karet strømmer mot og entrer ledningen. Dette vil i sin tur re-blande fluidstrømmer separert innen separasjonsregionen, og forurense fluidstrømmen som entrer ledningen. Anvendelsen av en strømningsledeanordning som har en konveks overflate for å generere en spiral-coandastrømning av fluid over dens overflate mot ledningen reduserer eller elimi- nerer denne re-blandingen av fluidstrømmene, og forbedrer separasjonseffektivi-tet.

Viktigere er det at strømningsledeanordningen tilveiebringer en overflate

som fluidfraksjonen kan strømme over innen separasjonsregionen og inn i åpningen i ledningen. I tilfellet av en strømningsledeanordning anbrakt for å forbedre fjerningen av lettere fluid fra den sentrale andelen av separasjonsregionen, induserer strømningsledeanordningen en spiral-coandastrøm over den konvekse overflaten av strømningsledeanordningen i strømningen av lettere fluid, fører fluidet radialt innover og inn i åpningen i ledningen anbrakt oppstrøms for strømningsledeanord-ningen.

Likeledes kan strømningsledeanordningen være tilveiebrakt for å indusere en coandaeffekt i en strømning av tyngre fluid, for å forbedre fjerningen av den tyngre fluidfraksjonen fra separasjonsregionen. I dette tilfellet, blir det tyngre fluidet forårsaket å strømme over den konvekse overflaten av strømningsledeanordning-en under spiral-coandaeffekten, for å entre en åpning i ledningen nedstrøms for strømningsledeanordningen.

Strømningsledeanordningen haren lateral dimensjon som er større enn den av ledningen. Overflaten av strømningsledeanordningen er formet for å indusere en spiral-coandastrømning av fluid rundt strømningsledeanordningen. Fluidet som strømmer over strømningsledeanordningen strømmer i en generell retning innen separasjonsregionen. I tilfellet av et lettere fluid som blir samlet fra en sentral andel av separasjonsregionen, strømmer fluidet i en oppstrømsretning over strøm-ningsledeanordningen. Tyngre fluid fortsetter å strømme fra innløpet i en generell nedstrømsretning innen separasjonsregionen. Fluidet strømmer imidlertid også i et roterende mønster som følger en helisk strømningsvei gjennom separasjonsregionen. Således, når en vurderer strømningen av fluid i tre dimensjoner, beveger fluidet som strømmer over overflaten av strømningsledeanordningen seg i en helisk vei og strømningsledeanordningen er formet for å indusere en coandaeffekt i en slik helisk eller spiral-fluidstrøm. Coandaeffekten forårsaker at fluidet strømmer radialt innover fra enden av strømningsledeanordningen og entrer åpningen i ledningen. Denne effekten blir overlagret på det generelle spiral- eller heliske strøm-ningsmønsteret for fluidet, noe som resulterer i spiral-coandastrømmen.

Overflaten av strømningsledeanordningen kan ha en hvilken som helst egnet form for å indusere spiral-coandaeffekten i strømningen av fluid innen separa sjonssonen, og derved lede fluidet inn i åpningen i ledningen. Foretrukket er strømningsledeanordningen forsynt med en kurvet overflate, mer foretrukket en kontinuerlig kurvet overflate, som blir presentert til strømningen av fluid som passerer over den. De laterale dimensjonene av strømningsledeanordningen i forhold til diameteren av ledningen, lengden av strømningsledeanordningen og den kurvede formen av strømningsledeanordningsoverflaten blir valgt for å indusere spiral-coandaeffekten i strømningen av fluid, som beskrevet tidligere heri. Den krevede effekten er at strømningen av fluid som forlater strømningsledeanordningen som har passert over den kurvede overflaten, blir ledet rotasjonsmessig og radialt innover mot ledningen. Den nøyaktige størrelsen og formen av strømningsledean-ordningen nødvendig for å indusere den krevede effekten vil avhenge av slike fak-torer som de fysiske egenskapene av fluidstrømmen og parameterne for fluid-strømningen, så som hastighet og retning. Den spesielle størrelsen og formen av strømningsledeanordningen krevet for en gitt anvendelse kan bli bestemt ved ruti-ne eksperimentering.

I ett foretrukket arrangement, kan den kurvede overflaten bli vurdert til å være knollformet eller knoll-lignende. Spesielt strekker den kurvede overflaten av

strømningsledeanordningen seg radialt utover i nedstrømsretningen fra den distale enden av ledningen til en vid andel og strekker seg radialt innover i nedstrømsret-ningen av sideandelen. Strømningsledeanordningen har foretrukket en kurvet eller avrundet distal endeandel. En slik knoll-formet strømningsledeanordning anbrakt på enden av et dykkrør har blitt funnet å være spesielt effektiv i forbedring av fjerningen av lettere fluid som har blitt samlet i den sentrale andelen av separasjonsregionen.

I alternativ utførelsesform, er strømningsledeanordningen generelt kuppel-formet, og har en kurvet, hvelvet overflate presentert for strømningen av fluid. Fluidet blir således presentert med en overflate som krummer seg radialt utover innen separasjonsregionen i retningen for strømning av fluidet. En slik kuppel-formet strømningsledeanordning anbrakt på enden av et standrør har blitt funnet å være spesielt effektiv i forbedring av fjerningen av tyngre fluid fra separasjonsregionen av karet.

Apparaturen omfatter et utløp for lettere fluid, så som en gass eller en lav-tetthetsvæskefase, som blir fjernet fra den sentrale eller radialt innadrettede andelen av separasjonsregionen av karet. Egnede arrangementer for utløp for lettere fluider fra separasjonsregionen er kjent i faget. Foretrukket omfatter utløpssam-menstillingen for den lettere fluidfraksjonen en ledning og strømningsledeanord-ning som beskrevet tidligere heri. Apparaturen omfatter videre minst ett utløp for minst én tyngre fluidfraksjon. Flere utløp for forskjellige tyngre fluidfraksjons-strømmer kan være tilveiebrakt, hvis ønsket. Utløpet for den tyngre fluidfraksjonen kan ha et hvilket som helst egnet arrangement. Egnede utløpsarrangementer er kjent i faget. Det tyngre fluidutløpet kan omfatte en ledning og strømningsledean-ordning som beskrevet tidligere heri.

I et foretrukket arrangement, omfatter apparaturen en første ledning som strekker seg i nedstrømsretning innen separasjonsregionen i karet og forsynt med en åpning og en strømningsledeanordning ved dens distale ende, for fjerningen av en lettere fluidfraksjon; og en andre ledning som strekker seg innen separasjonsregion i karet i en oppstrømsretning, den andre ledningen er forsynt med en åpning som en tyngre fluidfraksjon blir fjernet gjennom fra separasjonsregionen og en strømningsledeanordning ved dens distale ende.

I utførelsesformer hvor en strømningsledeanordning er tilveiebrakt for å forbedre fjerningen av en tyngre fluidfraksjon fra separasjonsregionen, er strøm-ningsledeanordningen foretrukket forsynt med én eller flere porter eller kanaler gjennom den, for å tilveiebringe en vei for at fluid kan strømme fra nedstrømsregi-onen av strømningsledeanordningen til regionen oppstrøms derav. På denne måten forhindres dannelsen av en hydraulisk låsing under strømningsledeanordning-en og lettere fluid medrevet i og som synker med den tyngre fluidfraksjonen har en vei for å vende tilbake til den oppstrøms sentrale andelen av separasjonsregionen.

I et videre generelt aspekt, tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å styre strømmen av en første fluidstrøm innen en bulk roterende fluidstrøm, fremgangsmåten omfatter å: tilveiebringe en bulkfluidstrøm og overføre et rotasjonsstrømningsmønster til bulkfluidet for å indusere at en første fluidfraksjon dannes i den innerste regionen av strømningsmønsteret;

forårsake den første fluidfraksjonen å strømme som den første fluidstrøm-men over den konvekse overflaten av en strømningsledeanordning for å indusere en spiral-coandaeffekt, og derved tillate at retningen og orienteringen av strøm-ningen av den første fluidstrømmen blir styrt.

I et mer spesielt aspekt, tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å separere en multifasefluidstrøm, fluidstrømmen omfatter en komponent med relativt høy tetthet og en komponent med relativt lav tetthet, fremgangsmåten omfatter å: introdusere multifasefluidet til en separasjonssone;

overføre en rotasjonsbevegelse til fluidet, hvorved en lettere fluidfraksjon blir forårsaket å samles i den radialt sentrale regionen av separasjonssonen og en tyngre fluidfraksjon blir forårsaket å samles i den radialt ytre regionen av separasjonssonen;

indusere en spiral-coandastrømning i en fluidfraksjon for å lede fluidfraksjonen mot et anbrakt fluidutløp og derved fjerne fluidfraksjonen fra separasjonssonen.

Fremgangsmåten separerer en multifasefluidstrøm til separate fraksjoner, spesielt lettere fraksjoner som har en relativt lavere tetthet og tyngre fraksjoner som har en relativt høyere tetthet. Multifasefluidstrømmen kan omfatte to eller flere fluidfaser, spesielt én eller flere væskefaser, en væske- og en gassfase, eller en kombinasjon derav. Fluidstrømmen kan også omfatte en fast fraksjon i form av medrevne faststoffer, som også kan bli fjernet. Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er spesielt egnet for separasjonen av en multifasefluidstrøm produsert fra en undergrunns olje- og gassbrønn. En slik strøm kan omfatte olje, gass, vann og faststoffer, så som medreven sand, grus og avfall fra brønnen.

Som beskrevet over, opererer fremgangsmåten for å overføre en rotasjons-strømning på fluidstrømmen innen separasjonssonen, som separerer fluidfasene i henhold til deres relative tettheter. Spesielt blir de tyngre fluidfasene og/eller medrevne faststoffene tvunget til den ytre regionen av separasjonssonen, mens de lettere fluidfasene samles i den radialt indre regionen av separasjonssonen. De lettere fluidene kan bli fjernet fra innen den sentrale regionen av separasjonssonen, spesielt gjennom et utløp anbrakt innen den sentrale regionen, de lettere fluidene blir forårsaket å strømme i en oppstrømsretning til utløpet. Ved å indusere en spiral-coandastrømning i det lettere fluidet, kan det bli ledet mot utløpet, og derved forbedre separasjonseffektiviteten for fremgangsmåten. Likeledes kan tyngre fluider som beveger seg nedstrøms gjennom separasjonssonen også bli ledet til et utløp ved anvendelse av spiral-coandaeffekten, og forbedre deres fjerning fra separasjonssonen.

Innen den indre regionen av separasjonssonen, kan en spiral-coandastrømning av det lettere fluidet bli indusert over en ledeanordningsoverfla-te, for derved å lede det lettere fluidet til et utløp for fjerning fra separasjonssonen. I én utførelsesform, omfatter fremgangsmåten å: tilveiebringe et utløp for lavtetthetsfluid i en sentral region av separasjonssonen;

tilveiebringe en strømningsledeanordning nedstrøms for utløpet, strøm-ningsledeanordningen induserer en spiral-coandastrømning av lavtetthetsfluid i oppstrømsretningen og leder lavtetthetsfluidet innover mot utløpet.

I en videre utførelsesform, omfatter fremgangsmåten å:

tilveiebringe et utløp for høytetthetsfluid i separasjonssonen;

tilveiebringe en strømningsledeanordning oppstrøms for utløpet, strøm-ningsledeanordningen induserer en spiral-coandastrømning av høytetthetsfluid i nedstrømsretningen og leder høytetthetsfluidet mot utløpet.

Som anført kan fremgangsmåten og apparaturen bli anvendt for å separere en lang rekke multifasefluidstrømmer som omfatter flere faser valgt fra gass, væsker og faststoffer, så som avfall. Fremgangsmåten og apparaturen er spesielt egnet for separasjonen av en fluidstrøm produsert fra en undergrunnsbrønn. Følge-lig, i et videre aspekt, tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en brønnhodeinstal-lasjon som omfatter en apparatur for å separere en multifasefluidstrøm som beskrevet tidligere heri. Brønnhodeinstallasjonen kan være lokalisert undervanns.

Utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet, bare ved hjelp av eksempel, som har referanse til de ledsagende tegningene, hvori: Figur 1 er en diagrammessig representasjon av en konvensjonell syklon separasjonsapparatur for å separere fasene av en to-fase fluidstrøm; Figur 2 er en diagrammessig representasjon av en apparatur i henhold til én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; Figur 3 er et forstørret riss av den sentrale andelen av apparaturen ifølge

Figur 2; og

Figur 4 er en diagrammessig representasjon av en apparatur i henhold til en andre utførelsesform av foreliggende oppfinnelse.

Refererer til Figur 1, det er vist en konvensjonell fluidseparator av syklon-typen, generelt indikert som 2. Separatoren 2 omfatter et generelt sylindrisk kar 4 som har en konisk lavere andel 6, som betraktet i figuren. Et innløp 8 for fluid er tilveiebrakt ved oppstrømsenden av karet 4. Innløpet 8 er arrangert for å strekke seg ved en tangent til veggen av karet 4, slik at fluid entrer karet tangentialt, for derved å indusere et sirkulerende strømningsmønster innen karet. En ledning i form av et dykkrør 10 med åpen ende strekker seg fra oppstrømsenden av karet inn i den sentrale regionen av karet 4. Dykkrøret 10 tilveiebringer et utløp for lettere fluidfase, som samles i den sentrale regionen 12 av karet når i bruk. I denne sammenhengen kan den lettere fluidfasen omfatte gass og/eller lavtetthetsvæsker. Alternativt kan den lettere fluidfasen være et rent fluid som er hovedsakelig uten tunge komponenter, så som medrevne faststoffer og avfall. Et utløp 14 for tyngre fluider og/eller medrevne faststoffer er tilveiebrakt i den lavere eller nedstrøms enden av karet 4.

Strømningsmønstrene av fluider innen karet 4 når separatoren 2 er i drift er vist ved piler. Fluidstrømmen entrer karet 4 gjennom det tangentialt arrangerte innløpet 8 og blir forårsaket å strømme i et roterende mønster i oppstrømsandelen av karet. Som det kan sees, blir en generelt helisk fluid strømningsvei 20 etablert under innløpet 8 nedover innen karet 4, som betraktet i figuren. Rotasjonsvirk-ningen av dette strømningsmønsteret forårsaker at de tyngre eller tettere komponentene av fluidstrømmen, så som tette væsker og, hvis de foreligger, medrevne faststoffer, beveger seg radialt utover og samles ved veggen av karet 4, mens de lettere, mindre tette fluidkomponentene, så som lettere væsker eller gasser, eller fluid uten faststoff, samles i den sentrale andelen 12.

De tyngre komponentene, så som tettere væsker eller væske med en høy andel av medrevne faststoffer, forlater karet 4 gjennom nedstrømsutløpet 14. De lettere fluidene forlater karet gjennom den åpne enden av dykkrøret 10. Strømmen av lettere fluider oppstrøms inn i dykkrøret blir ledsaget av dannelsen av en virvel, representert ved piler 22. Strømningen av fluid inn i den åpne enden av dykkrøret og virvelen forstyrrer det generelle mønsteret av fluidseparasjon, spesielt i regionen av enden av dykkrøret. Spesielt forårsaker virvelen en lavtrykksregion i den sentrale andelen av karet, og trekker fluid fra de radiale ytre andelene av karet innover, og forårsaker tverrstrømningsmønstre og eddiestrømmer. Dette reduserer den totale effektiviteten av separasjon for separatoren 2.

Refererer til Figur 2, det er vist en separatorsammenstilling i henhold til én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, generelt indikert som 102. Separatoren 102 omfatter et generelt sylindrisk kar 104 som har en oppstrømsende 106 og en konisk nedstrømsende 108. En innløpssammenstilling 110 for et multifasefluid er anbrakt tilgrensende oppstrømsenden 106 av karet 104. Innløpssammenstil-lingen 110 omfatter et innløpsrør 112 som har et generelt rektangulært tverrsnitt. Innløpsrøret strekker seg ved en vinkel a til den longitudinale aksen av karet 104 som er mindre enn 90°, typisk omkring 85°. Videre åpner innløpsrøret 112 tangentialt inn i karet 104. På denne måten, vil fluid som entrer oppstrømsenden 106 av karet 104 gjøre det ved en tangent til det indre og blir overført med et roterende strømningsmønster som er rettet i nedstrømsretningen innen karet. Vinkelen a er valgt i henhold til geometrien av apparaturen, for å sikre at fluidet som entrer karet 104, etter ett omløp av karet, passerer nedstrøms for åpningen av innløpsrøret 112. På denne måten, unngår det innkommende fluidet direkte kontakt og berøring på et roterende legeme av fluid innen karet. Dette reduserer i sin tur skjæret ut-øvet på det roterende legemet av fluid innen karet og unngår at den innkommende fluidstrømmen forstyrrer de heliske strømningsmønstrene av fluid som allerede er innen karet.

Innløpsrøret 112 er anbrakt en egnet avstand fra oppstrømsenden 106 av karet, i bruk for å sørge for dannelsen av deksel av lettere fluid mellom det innkommende fluidet og oppstrømsenden av karet.

En skrånet overflate 114 er tilveiebrakt i veggen av karet 104 som strekker seg fra åpningen av innløpsrøret 112 i en nedstrøms helisk retning. Den skrånede overflaten 114 tilveiebringer en ledeanordning for det innkommende fluidet, og bistår i å danne det tidligere nevnte heliske strømningsmønsteret.

En ledning i form av et dykkrør 116 strekker seg koaksialt innen karet fra oppstrømsenden. Dykkrøret 116 er generelt sylindrisk og strekker seg inn i den sentrale regionen av karet. Tilgrensende dens distale ende 118 er dykkrøret forsynt med en åpning 120 som omfatter flere aperturer fordelt rundt periferien av dykkrøret og som vender radialt utover inn i det indre av karet, foretrukket tangentialt til retningen av strømning av fluidet innen karet.

En strømningsledeanordning 122 er anbrakt på den distale enden av dykk-røret 116. Strømningsledeanordningen har en diameter større enn den av dykkrø-ret 116 og dens ytre overflate er kontinuerlig kurvet fra den distale enden av dykk-røret i nedstrømsretningen til dens videste andel 124. Strømningsledeanordningen er videre kurvet i nedstrømsretningen fra den videste andelen 124 til dens distale ende 126 for å ha en generell knollfasong.

Separatoren 102 omfatter videre en ledning som strekker seg koaksialt fra nedstrømsenden i form av et standrør 130. Standrøret 130 er generelt sylindrisk og strekker seg inn i den sentrale regionen av karet. Standrøret 130 er forsynt med en åpning 132 som omfatter flere aperturer fordelt rundt periferien av stand-røret og som vender radialt utover inn i det indre av karet, for fjerningen av fine faste partikler, for eksempel.

En strømningsledeanordning 134 er tilveiebrakt på oppstrømsenden av standrøret 130. Strømningsledeanordningen 134 er generelt kuppel-formet, og har sitt videste punkt 136 ved dens nedstrømsende med en diameter større enn den av standrøret 130.

Flere rektangulære ledeskovler 140 strekker seg radialt utover fra standrø-ret inn i det indre av karet 104 mellom åpningen 132 og strømningsledeanordning-en 134. Ledeskovlene 140 reduserer rotasjonsstrømningen av fluid innen karet i denne regionen og tilveiebringer en region hvor faste partikler kan sedimentere.

Den hvelvede strømningsledeanordningen 134 er forsynt med én eller flere kanaler 142 som strekker seg gjennom den. Kanalene 142 forbinder regionen av det indre av karet umiddelbart nedstrøms for strømningsledeanordningen 134 med oppstrømsregionen. Kanalene tilveiebringer en ledning for at lettere fluider kan strømme oppstrøms gjennom strømningsledeanordningen. På denne måten blir dannelsen av en hydraulisk låsing forårsaket ved akkumuleringen av lettere fluider, spesielt medreven gass, nedstrøms for strømningsledeanordningen forhindret.

Et utløp 150 er tilveiebrakt i nedstrømsenden 108 av karet, som strekker seg tangentialt utover fra det indre av karet. Utløpet 150 kan bli anvendt for å fjerne de tyngste væskefasene og/eller væske med medrevne faststoffer og avfall.

I drift blir en multifasefluidstrøm forsynt til separatoren 102 gjennom inn-løpssammenstillingen 110. Driften vil bli beskrevet, bare ved eksempel, med referanse til en fluidstrøm som omfatter gass, olje, vann og medrevne faststoffer. Flu-idstrømmen entrer karet 104 via innløpsrøret 112 og blir ledet til et helisk strøm-ningsmønster ved vinkelen av innløpsrøret 112 og den skrånede overflaten 114, som beskrevet tidligere heri. Det heliske strømningsmønsteret er indikert ved piler 200. Som det kan sees, spesielt i Figur 3, roterer fluidstrømmen innen karet ettersom den strømmer i en nedstrømsretning bort fra innløpsrøret 112 og oppstrøm-senden. Gass blir samlet i den radialt sentrale regionen av karet 104 ettersom flu- idstrømmen roterer, mens de tyngre væskefasene og de medrevne faststoffene flytter seg radialt utover mot veggen av karet 104. Gass samles i regionen av det indre av karet mellom innløpsrøret 112 og oppstrømsenden 106 og danner et gassdeksel.

Gassen, og muligens lettere væskefaser (heretter referert til kollektivt som 'gass'), samlet i den sentrale regionen av karet strømmer gjennom åpningen 120 i dykkrøret 116 og forlater karet. Strømningen av gass inn i dykkrøret gjennom åpningen 120 induserer en generell oppstrømsstrømning av gass fra den sentrale regionen. Gassen strømmen fra nedstrøms for dykkrøret og strømningsledean-ordningen 122 i en helisk oppstrømsvei over overflaten av strømningsledeanord-ningen 124, som indikert ved pilene 210. Ettersom gassen passerer over den videste andelen 124 av strømningsledeanordningen 122, tvinger den fluidene som strømmer i en nedstrømsretning, spesielt de flytende fraksjonene og medrevne faststoffer, mot veggen av karet, og forbedrer separasjon av gass- og væskefasene. Videre induserer strømningsledeanordningen 122 en spiral-coandaeffekt i oppstrømsspiralen av gass. Ettersom gassen forlater oppstrømsenden av strøm-ningsledeanordningen, leder spiral-coandaeffekten gassen radialt innover mot åpningen 120 i dykkrøret, og bistår i fjerningen av gass fra den sentrale regionen av karet.

Som vist i Figur 3, blir det dannet to distinkte fluidstrømmer i regionen av strømningsledeanordningen 122. Den første fluidstrømmen er strømningen av fluid over overflaten av strømningsledeanordningen i oppstrømsretningen, indusert ved spiral-coandaeffekten. Den andre strømmen er bulkfluidstrømmen som roterer innen karet, hvor de tyngre fluidkomponentene samler seg i de radialt ytre regionene av karet. De første og andre fluidstrømmene blir separert ved en grense 212.

Det er en tendens til at en virvel 220 dannes nedstrøms fra dykkrøret, på grunn av oppstrømsstrømningen av gass. Strømningsledeanordningen 122 styrer virvelen og genererer en stabil strømning av fluid rundt strømningsledeanordning-en i oppstrømsretningen på grunn av spiral-coandaeffekten.

Nedstrøms for den distale enden 118 av dykkrøret 116 og strømningslede-anordningen 122, fortsetter de tyngre væskefraksjonene og medrevne faststoffer å strømme i en helisk vei, som indikert ved piler 200. Væsken strømmer over overflaten av strømningsledeanordningen 134 på den distale enden av standrøret 130. Den kurvede overflaten av strømningsledeanordningen 134 induserer en spiral- coandaeffekt i væsken som strømmer over den, og forbedrer videre separasjonen av olje- og vannfasene og medrevne faststoffer. Spesielt danner spiral-coandaeffekten et rotasjonslag av fluid rundt strømningsledeanordningen 134 med en strømning i nedstrømsretningen. Tyngre væskefaser og medrevne faststoffer beveger seg utover mot veggen av karet.

Nedstrøms for strømningsledeanordningen, bremser ledeskovlene 140 ro-tasjonen av væsken. Middels til fine faste partikler medrevet i tyngre fluid blir trukket utfra den sentrale regionen av karet gjennom åpningen 132 i standrøret 130 og forlater karet. Væske og større partikler av medrevne faststoffer sedimenterer i nedstrømsendeandelen 108 av karet og blir fjernet fra karet gjennom utløpet 150.

Vender oss nå til Figur 4, det er en vist en diagrammessig representasjon av en videre utførelsesform av en separatorsammenstilling ifølge foreliggende oppfinnelse. Separatorsammenstillingen, generelt indikert som 302, omfatter et generelt sylindrisk kar 304 og har et innløp og oppstrømsarrangement som vist i

Figur 2 og beskrevet tidligere heri.

En ledning i form av et dykkrør 306 strekker seg koaksialt innen karet fra oppstrømsenden. Dykkrøret 306 er generelt sylindrisk og strekker seg inn i den sentrale regionen av karet 304. Tilgrensende dens distale ende 308 er dykkrøret forsynt med en åpning 310 som omfatter flere aperturer fordelt rundt periferien av dykkrøret og som vender radialt utover inn i det indre av karet, foretrukket tangentialt til strømningsretningen for fluidet innen karet.

En strømningsledeanordning 312 er anbrakt på den distale enden av dykk-røret 306. Strømningsledeanordningen har en diameter større enn den av dykkrø-ret 306 og dens ytre overflate er kontinuerlig kurvet fra den distale enden av dykk-røret i nedstrømsretningen til dens videste andel 314. Strømningsledeanordningen er videre kurvet i nedstrømsretningen fra den videste andelen 314 til dens distale ende 316 for å ha en generell knollfasong.

Separatoren 302 omfatter videre en ledning som strekker seg koaksialt fra nedstrømsenden i form av et standrør 320. Standrøret 320 er generelt sylindrisk og strekker seg inn i den sentrale regionen av karet. Standrøret 320 er forsynt med et generelt kuppel-formet endedeksel 322 ved dets distale ende. Standrøret 320 er videre forsynt med en åpning 324 tilgrensende endedekselet 322 som omfatter flere aperturer fordelt rundt periferien av standrøret og som vender radialt utover inn i det indre av karet.

En strømningsledeanordning 326 er tilveiebrakt rundt standrøret 320 ned-strøms for åpningen 324. Strømningsledeanordningen 326 er generelt kuppel-formet, og har sitt videste punkt 328 ved dens nedstrømsende med en diameter større enn den av standrøret 320. Den hvelvede strømningsledeanordningen 326 er forsynt med flere kanaler 329 som strekker seg gjennom den. Kanalene 329 forbinder regionen av det indre av karet umiddelbart nedstrøms for strømningsle-deanordningen 326 med oppstrømsregionen. Kanalene tilveiebringer en ledning for at lettere fluider kan strømme oppstrøms gjennom strømningsledeanordningen. På denne måten forhindres dannelsen av en hydraulisk låsing forårsaket av akkumuleringen av lettere fluider, spesielt medreven gass, nedstrøms for strøm-ningsledeanordningen.

Nedstrøms for strømningsledeanordningen 326, er standrøret 320 videre forsynt med en andre strømningsledeanordning 330, i form av en generelt invertert kon. Den andre strømningsledeanordningen er arrangert slik at ved dens opp-strømsende reduserer den tverrsnittsarealet av karet tilgjengelig for strømningen av fluid i nedstrømsretningen, mens den koniske overflaten av den andre strøm-ningsledeanordning forårsaker at tverrsnittsarealet av karet tilgjengelig for strøm-ningen av væske øker i nedstrømsretningen.

Nedstrøms for den andre strømningsledeanordningen 326, er standrøret 320 forsynt med et ytre rør 340 som strekker seg rundt det for å danne en ringfor-met ledning 342 mellom den ytre ledningen og standrøret. Det ytre røret 340 er forsynt med en åpning 344 som omfatter flere aperturer som strekker seg rundt ledningen ved dens oppstrømsende. Den ringformede ledningen 342 strekker seg til nedstrømsenden av karet 304 og forbindes med et utløp 346, som en fluidstrøm kan bli fjernet fra karet gjennom.

Et utløp 348 er tilveiebrakt i nedstrømsenden av karet 304, og kommunise-rer med det indre av karet og strekker seg tangentialt utover fra det indre av karet. Utløpet 348 kan bli anvendt for å fjerne de tyngste væskefasene og/eller væske med medrevne faststoffer og avfall.

I drift blir en multifasefluidstrøm forsynt til separatoren 302 gjennom inn-løpssammenstillingen. Driften vil bli beskrevet, bare ved eksempel, med referanse til en fluidstrøm som omfatter gass, olje, vann og medrevne faststoffer. Fluid-strømmen entrer karet 304 via innløpsrøret og etablerer et helisk strømnings-mønster innen karet, som beskrevet tidligere heri med referanse til Figurene 2 og 3. Det heliske strømningsmønsteret er indikert ved piler 400. Som det kan sees roterer fluidstrømmen innen karet ettersom den strømmer i en nedstrømsretning bort fra innløpsrøret og oppstrømsenden. Gass blir samlet i den radialt sentrale regionen av karet 304 ettersom fluidstrømmen roterer, mens de tyngre væskefasene og de medrevne faststoffene beveger seg radialt utover mot veggen av karet 304. Gass samles i regionen av det indre av karet mellom innløpsrøret og oppstrømsenden og danner et gassdeksel (ikke vist i Figur 4 for klarhet).

Gassen samlet i den sentrale regionen av karet strømmer gjennom åpningen 310 i dykkrøret 306 og forlater karet. Strømningen av gass inn i dykkrøret gjennom åpningen 310 induserer en generelt oppstrøms strømning av gass fra den sentrale regionen. Gassen strømmer fra nedstrøms for dykkrøret og strømningsle-deanordningen 312 i en helisk oppstrøms vei over overflaten av strømningslede-anordningen 124, som indikert ved pilene 410. Ettersom gassen passerer over den videste andelen av strømningsledeanordningen 312, tvinger den fluidene som strømmer i en nedstrømsretning, spesielt de flytende fraksjonene og medrevne faststoffer, mot veggen av karet, og forbedrer separasjon av gass- og væskefasene. Videre induserer strømningsledeanordningen 312 en spiral-coandaeffekt i oppstrømsspiralen av gass. Ettersom gassen forlater oppstrømsenden av strøm-ningsledeanordningen, leder spiral-coandaeffekten gassen radialt innover mot åpningen 310 i dykkrøret, og bistår i fjerningen av gass fra den sentrale regionen av karet.

Som vist i Figur 4, blir det dannet to distinkte fluidstrømmer i regionen for strømningsledeanordningen 312. Den første fluidstrømmen er strømningen av fluid over overflaten av strømningsledeanordningen i oppstrømsretningen, indusert ved spiral-coandaeffekten. Den andre strømmen er bulk fluidstrømmen som roterer innen karet, mens de tyngre fluidkomponentene samles i de radialt ytre regionene av karet. De første og andre fluidstrømmene blir separert ved en grense 412.

Det er en tendens til at en virvel 420 dannes nedstrøms fra dykkrøret, på grunn av oppstrømsstrømningen av gass. Strømningsledeanordningen 312 styrer virvelen og genererer en stabil strømning av fluid rundt strømningsledeanordning-en i oppstrømsretningen på grunn av spiral-coandaeffekten.

Nedstrøms for den distale enden av dykkrøret 306 og strømningsledeanord-ningen 312, fortsetter de flytende fraksjonene og medrevne faststoffene å strøm-me i en helisk vei, som indikert ved pilene 400. Væsken strømmer i en helisk vei forbi endedekselet 322 på standrøret 320 og over overflaten av strømningslede-anordningen 326 på den distale enden av standrøret 320. Olje, som er den letteste væskefasen, samles i den radialt innerste regionen av karet og strømmer inn i standrøret 320 gjennom åpningen 324. Den kurvede overflaten av strømningsle-deanordningen 326 induserer en spiral-coandaeffekt i væsken som strømmer over den, noe som videre forbedrer separasjonen av olje- og vannfasene og medrevne faststoffer. Spesielt danner spiral-coandaeffekten et rotasjonslag av den lettere væsken rundt strømningsledeanordningen 326 med en strømning i oppstrømsret-ningen, som forårsaker at oljen strømmer oppstrøms over strømningsledeanord-ningen 326 og standrøret 320 inn i åpningen 324, som indikert ved pilene 416 i Figur 4. Tyngre væskefaser og medrevne faststoffer flytter seg utover mot veggen av karet og strømmer i en nedstrømsretning.

Som vist i Figur 4, blir det dannet to distinkte fluidstrømmer i regionen av strømningsledeanordningen 326 rundt standrøret. Den første fluidstrømmen er strømningen av fluid over overflaten av strømningsledeanordningen i oppstrøms-retningen, indusert ved spiral-coandaeffekten. Den andre strømmen er bulk fluid-strømmen som roterer innen karet, mens de tyngre fluidkomponentene samles i de radialt ytre regionene av karet. De første og andre fluidstrømmene blir separert ved en grense 420.

Nedstrøms for strømningsledeanordningen, blir middels til fine faste partikler medrevet i tyngre fluid trukket ut fra den sentrale regionen av karet gjennom åpningen 344 i det ytre røret 340 rundt standrøret 320, entrer den ringformede ledningen 342 og forlater karet gjennom utløpet 346. Tyngre væske, spesielt vann og større partikler av medrevne faststoffer sedimenterer i nedstrømsendeandelen av karet og blir fjernet fra karet gjennom utløpet 348.

Claims (22)

1. Apparatur for å styre strømningen av en første fluidstrøm innen en bulk roterende fluidstrøm, apparaturen omfatter: en fluid strømningsregion som har en longitudinal akse, som en roterende strømning av fluid kan bli etablert innen; en strømningsledeanordning som har en konveks ytre overflate anbrakt sentralt innen fluidstrømningsregionen, den konvekse ytre overflaten av strøm-ningsledeanordningen strekker seg parallelt til den longitudinale aksen av fluid-strømningsregionen, den konvekse overflaten er formet for å indusere en spiral-coandaeffekt i strømningen av den første fluidstrømmen over strømningsledean-ordningen.

2. Apparatur ifølge krav 1, apparaturen omfatter: et kar som omfatter en separasjonsregion; et innløp for multifasefluidstrømmen; innretninger for å overføre en rotasjonsstrømning til fluidstrømmen slik at fluidstrømmen strømmer i en nedstrøms helisk vei innen karet; en ledning som strekker seg innen karet som har en åpning i endedelen derav for å tilveiebringe et utløp for en fluidfraksjon fra separasjonsregionen av karet; en strømningsledeanordning på den distale enden av ledningen, strøm-ningsledeanordningen har en lateral dimensjon større enn den av ledningen og en konveks ytre overflate for å indusere en spiral-coandaeffekt i en strømning av fluid over strømningsledeanordningen, for derved å lede fluidet inn i åpningen i ledningen.

3. Apparatur ifølge ett av krav 1 eller 2, hvori strømningsledeanordningen har et løsrivelsespunkt tilgrensende eller nær et fluidutløp.

4. Apparatur ifølge ett av krav 2 til 3, som omfatter flere fluidinnløp.

5. Apparatur ifølge ett av krav 2 til 4, hvori det eller hvert fluidinnløp er tangentialt til den radiale aksen av karet.

6. Apparatur ifølge ett av krav 2 til 5, hvori det eller hvert fluidinnløp er orientert ved en vinkel til den longitudinale aksen av karet, slik at fluid som entrer karet blir ledet nedstrøms for fluidinnløpet, det eller hvert fluidinnløp er orientert slik at fluid som entrer karet blir forhindret fra å kollidere med fluid som foreligger og roterer i karet.

7. Apparatur ifølge ett av krav 2 til 6, hvori ledningen er anbrakt for å fjerne et fluid med relativt lavere tetthet fra separasjonsregionen.

8. Apparatur ifølge krav 7, hvori det lettere fluidet blir forårsaket å strømme over overflaten av strømningsledeanordningen i en oppstrømsretning mot åpningen.

9. Apparatur ifølge krav 8, apparatur som omfatter: ledningen som strekker seg innen karet og har en åpning i endedelen derav for å tilveiebringe et utløp for en lettere fluidfraksjon fra en sentral region av separasjonsregionen av karet; og en strømningsledeanordning på den distale enden av ledningen og anbrakt nedstrøms for åpningen i endedelen av ledningen, strømningsledeanordningen har en konveks overflate og en lateral dimensjon større enn den av ledningen og en ytre overflate for å indusere en spiral-coandaeffekt i en strømning av lettere fluid over strømningsledeanordningen, som derved leder det lettere fluidet inn i åpningen i ledningen.

10. Apparatur ifølge ett av krav 2 til 6, hvori ledningen er anbrakt for å fjerne et fluid med relativt høyere tetthet fra separasjonsregionen.

11. Apparatur ifølge krav 10, hvori det tyngre fluidet er forårsaket å strømme over overflaten av strømningsledeanordningen i en nedstrømsretning mot åpningen.

12. Apparatur ifølge krav 11, apparatur som omfatter: ledningen som strekker seg innen karet og har en åpning i endedelen derav for å tilveiebringe et utløp for en tyngre fluidfraksjon fra en sentral region av separasjonsregionen av karet; og en strømningsledeanordning på den distale enden av ledningen og anbrakt oppstrøms for åpningen i endedelen av ledningen, strømningsledeanordningen har en konveks overflate og en lateral dimensjon større enn den av ledningen og en ytre overflate for å indusere en spiral-coandaeffekt i en strømning av tyngre fluid over strømningsledeanordningen, og derved lede det tyngre fluidet inn i åpningen i ledningen.

13. Apparatur ifølge ett av krav 2 til 12, hvori åpningen i ledningen vender radialt utover.

14. Apparatur ifølge krav 13, hvori åpningen i ledningen er arrangert for å strekke seg tangentialt til rotasjonsretningen for strømningen av fluid innen karet.

15. Apparatur ifølge ett av krav 2 til 14, hvori åpningen er anbrakt ved en posisjon forskjøvet fra den distale enden av ledningen.

16. Apparatur ifølge ett av krav 2 til 15, hvori strømningsledeanordningen har en kontinuerlig kurvet overflate som blir presentert til strømningen av fluid som passerer over den.

17. Apparatur ifølge krav 16, hvori strømningsledeanordningen er knoll-formet eller kuppel-formet.

18. Apparatur ifølge ett av krav 2 til 17, apparaturen omfatter: en første ledning som strekker seg i nedstrømsretning innen separasjonsregionen i karet og forsynt med en åpning og en strømningsledeanordning ved dens distale ende, for fjerningen av en lettere fluidfraksjon; og en andre ledning som strekker seg innen separasjonsregion i karet i en oppstrømsretning, den andre ledningen er forsynt med en åpning som en tyngre fluidfraksjon blir fjernet fra separasjonsregionen gjennom og en strømningslede-anordning ved dens distale ende.

19. Apparatur ifølge ett av krav 2 til 18, hvori ledningen er for fjerning av en tyngre fluidfraksjon i en nedstrømsretning, strømningsledeanordningen omfatter én eller flere porter eller kanaler gjennom den for passasjen av lettere fluid fra regionen nedstrøms for strømningsledeanordningen til regionen oppstrøms for strømningsledeanordningen.

20. Fremgangsmåte for å styre strømningen av en første fluidstrøm innen en bulk roterende fluidstrøm, fremgangsmåten omfatter å: tilveiebringe en bulk fluidstrøm og overføre et rotasjonsstrømningsmønster til bulkfluidet for å indusere at en første fluidfraksjon dannes i den innerste regionen av strømningsmønsteret; forårsake at den første fluidfraksjonen strømmer som den første fluid-strømmen over den konvekse overflaten av en strømningsledeanordning for å indusere en spiral-coandaeffekt, for derved å tillate at retningen og orienteringen av strømningen av den første fluidstrømmen blir kontrollert.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 20, for å separere en multifasefluidstrøm, fluid-strømmen omfatter en komponent med relativt høy tetthet og en komponent med relativt lav tetthet, fremgangsmåten omfatter å: introdusere multifasefluidet inn i en separasjonssone; overføre en rotasjonsbevegelse til fluidet, hvorved en lettere fluidfraksjon blir forårsaket å samles i den radialt sentrale regionen av separasjonssonen og en tyngre fluidfraksjon blir forårsaket å samles i den radialt ytre regionen av separasjonssonen; indusere en spiral-coandastrømning i en fluidfraksjon for å lede fluidfraksjonen mot et fluidutløp anbrakt og derved fjerne fluidfraksjonen fra separasjonssonen.

22. Brønnhodeinstallasjon som omfatter en apparatur ifølge ett av kravene 1 til 19.