NO20140124A1

NO20140124A1 - Apparatus and method for separating particles from a mixture of particles, water, oil and contained gas

Info

Publication number: NO20140124A1
Application number: NO20140124A
Authority: NO
Inventors: Dimitrije Dimitrijevic
Original assignee: Dimitrije Dimitrijevic
Priority date: 2014-02-03
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2015-08-04
Also published as: NO342254B1

Description

Det beskrives en utskilling prosess av partikler fra en væske blanding av vann, olje, partikler og inneholdt gass. I en sylindrisk beholder (20) med konisk bunn, først blir de tyngre partiklene fjernet fra den inngående blanding med sentrifugal strømning av blanding ved syklon (16) og etterpå er lettere partikler fjernet med filter (17). Blanding av væske og partikler forsynes til syklonen (16) som ligger i beholderen (20). Syklonen (16) har et tangensialt innløp designet for tilstrekelig høy hastighet. Tilfredsstillende hastighet bringer blandingen til å rotere og samt danner en virvel rund virvelsøkeren som ligger aksialt ved syklonen (16). På den måte er den tyngre væske bli styret til vegger av syklonen (16). Da kan utskilt lettere væske med lettere partikler inngå gjennom øverste utløp på syklonen (16) til filteret (17) for fjerning av resterende partikler. Resten av væske strømmer ned med tyngre partikler, gjennom syklonens (16) nederst utløp. Gass følger lettere partikle. It describes a separation process of particles from a liquid mixture of water, oil, particles and contained gas. In a cylindrical container (20) with a conical bottom, first the heavier particles are removed from the incoming mixture by centrifugal flow of the mixture by the cyclone (16) and afterwards lighter particles are removed by filter (17). Mixture of liquid and particles is supplied to the cyclone (16) located in the container (20). The cyclone (16) has a tangential inlet designed for sufficiently high velocity. Satisfactory speed causes the mixture to rotate and also forms a vortex around the vortex finder located axially at the cyclone (16). In that way, the heavier liquid is directed to the walls of the cyclone (16). The separated lighter liquid with lighter particles can then enter through the top outlet of the cyclone (16) to the filter (17) for removal of remaining particles. The rest of the liquid flows down with heavier particles, through the bottom outlet of the cyclone (16). Gas follows lighter particles.

Om filteret (17): About the filter (17):

Filteret (17) har konisk bunn som bidrar til at partikler kan lettere bosettes ned til syklonen (16), spesielt under The filter (17) has a conical bottom which contributes to particles being more easily settled down to the cyclone (16), especially during

tilbakevasking prosess. Filteret (17) kan innbefatte et perforert eller slisset metall rør med åpninger i området 5-100 nm, eller det kan innbefatte filt, tekstilt, polymert materiale. Det kan også brukes membran. Filteret (17) er begrenset i en sylindrisk kammer med filtrering område (innside) som er mer brede nede. Dette er pga det lages filtrering område så større som mulig og det blir lettere å løsgjøre partikler. Det brukes el. motor (18) ved tilbakevasking. På den måte kan det brukes mindre rent væske til tilbakevasking. I tillegg, kan det brukes varmeveksler (14) som bidrar med varming opp væske for tilbakevasking av filteret. Varmet opp renn væske (15) hjelper for å løsgjøre partikler som liger på filteret (17) og de er selvklebende. Bruk av varmeveksleren (14) er ikke nødvendigvis. Denne oppfinnelsen beskriver ikke ytterlige design av automatisk tilbakespyling filter. Oppfinnelsen foreslår bruk av filter design som en del av oppfinnelsen. Derfor er det behovet for sjekking om optimal nåværende design av filteret (17). backwashing process. The filter (17) may include a perforated or slotted metal tube with openings in the range of 5-100 nm, or it may include felt, textile, polymeric material. A membrane can also be used. The filter (17) is confined in a cylindrical chamber with a filtering area (inside) that is wider at the bottom. This is because the filtering area is made as large as possible and it becomes easier to loosen particles. Electricity is used. motor (18) when backwashing. In this way, less clean liquid can be used for backwashing. In addition, a heat exchanger (14) can be used to help heat up liquid for backwashing the filter. Heated running liquid (15) helps to loosen particles that lie on the filter (17) and they are self-adhesive. Use of the heat exchanger (14) is not necessary. This invention does not describe additional designs of automatic backwash filters. The invention proposes the use of filter design as part of the invention. Therefore, there is the need for checking about the optimal current design of the filter (17).

I beholderen (20) holdes den innførte blanding og det sirkuleres hele tid med pump. Rent vann tilføres og olje-vann blending tas ut gjennom filteret (17) og strømmen (19). The introduced mixture is kept in the container (20) and is constantly circulated with a pump. Clean water is supplied and the oil-water mixture is removed through the filter (17) and the stream (19).

Utskilling metode forsterkes ved tilsett mikser (8) som forårsaker væske turbulens. Den væske turbulensen renser belagte partikler. Tilsett gass (2) forsterker flokkulering. Utskilling metoder kan ytterligere forsterkes ved tilsetting av ekstra kjemikalier (4) og løsning midler (3). Avgass føres till en fakkel (22). Det lukkede miljø inneholder overtrykket gassatmosfære for å hjelpe videre føring under trykk av utskilt væske til andre del av anlegg. The separation method is enhanced by adding a mixer (8) which causes liquid turbulence. The liquid turbulence cleans coated particles. Add gas (2) enhances flocculation. Separation methods can be further enhanced by the addition of additional chemicals (4) and solvents (3). Exhaust gas is led to a flare (22). The closed environment contains a pressurized gas atmosphere to assist the onward passage under pressure of secreted liquid to other parts of the facility.

De partiklene kan være utskilt fra f. ex en stor mengde olje og vann og da kan de av miljømessige grunner bli dumpet til sjø eller fraktet til noe andre rensing sted. Those particles can be separated from, for example, a large amount of oil and water and then for environmental reasons they can be dumped at sea or transported to some other cleaning place.

En hydrokarbon - brønnstrøm inneholder i hovedsaken hydrokarboner, partikler og vann. De kontaminerte partiklene vil ved en utskilling prosess avgi olje, gass og vann. Oppfinnelsen vil utskille partikler fra den type av strøm og hindre uønskede utslipp til det omgiende miljø. A hydrocarbon - well stream mainly contains hydrocarbons, particles and water. The contaminated particles will emit oil, gas and water during a separation process. The invention will separate particles from that type of current and prevent unwanted emissions into the surrounding environment.

Ved utskilling i et lukket miljø, unngår man uønskede utslipp til omgivelsene. Utskilt gass kan sendes til fakkel eller til atmosfærisk vent. Anvendelse vil inngi fordel med utskilling av alle partikler over 5 um i diameter fra en blanding av partikler, vann og hydrokarboner (olje og gass). Partiklers størrelse er avhenging først og fremst av filteret (17) design. When excreting in a closed environment, unwanted emissions to the environment are avoided. Secreted gas can be sent to a flare or to an atmospheric vent. Application will benefit the separation of all particles over 5 µm in diameter from a mixture of particles, water and hydrocarbons (oil and gas). The size of the particles depends primarily on the design of the filter (17).

Fordeler med den design er at gass (2) kan blandes med væske blanding ved innløp og dette vil pålegge flokkulering i beholderen (20) og øke turbulens strømning ved mikser (8). Partikler som er omringet med olje er utskilt fra olje med turbulens strømning igjennom mikser (8). Advantages of the design are that gas (2) can be mixed with the liquid mixture at the inlet and this will impose flocculation in the container (20) and increase turbulence flow at the mixer (8). Particles that are surrounded by oil are separated from the oil by turbulent flow through the mixer (8).

Utskilt partikler går nede i syklonen (16) med resten av væske blanding og føres igjen til beholderen (20). Separated particles go down the cyclone (16) with the rest of the liquid mixture and are returned to the container (20).

Oppfinnelsen fastsetter en fremgang ved utskilling av partikler fra en blanding av vann, olje, partikler og inneholdt gass. Den system er særlig utviklet i forbindelse med behovet for rensing av sand og lettere partikler som er separert fra en hydrokarbon-brønnstrøm, hvor blandingen i et lukket miljø utskilles med en syklon (16) og et filter (17). Tyngre sand partikler holdes ned i syklonen (16) ved utnyttelse av sentrifugalkraft og lettere partikler holdes fast på filteret (17). Filteret (17) lar å passere kun en blanding av olje, vann og partikler med diameter under 5um (eller større/mindre partikler, det er avhenging av filteret (17) design). The invention provides an advance in the separation of particles from a mixture of water, oil, particles and contained gas. The system is particularly developed in connection with the need for cleaning sand and lighter particles that are separated from a hydrocarbon well stream, where the mixture is separated in a closed environment with a cyclone (16) and a filter (17). Heavier sand particles are held down in the cyclone (16) by utilizing centrifugal force and lighter particles are held firmly on the filter (17). The filter (17) only allows a mixture of oil, water and particles with a diameter below 5um (or larger/smaller particles, depending on the filter (17) design) to pass through.

Hydrosyklonseparatorer effekt er vel kjent for utskilling av faststoffer fra en væske. Derfor er nederste delen av utskilling prosess laget som en hydrosyklon (16). Det kan oppnås effektiv separering ned til, eget små dimensjoner. Imidlertid reduseres separasjonsvirkningsgraden når det benyttes hydrosyklonseparator for separering av faste partikler med spesifikk egenvekt f. ex under 2.5. For å separere slike faststoffer fra væske blanding da benyttes det i tillegg filteret (17) med filtrering grad fra f. ex 5 mikron (avhengig av design). Oppfinnelse er opplyset mer i detaljer på følgende tegninger: Hydrocyclone separators effect is well known for the separation of solids from a liquid. Therefore, the lower part of the separation process is designed as a hydrocyclone (16). Effective separation down to very small dimensions can be achieved. However, the separation efficiency is reduced when a hydrocyclone separator is used to separate solid particles with a specific gravity, e.g. below 2.5. In order to separate such solids from the liquid mixture, the filter (17) is also used with a filtration degree of e.g. 5 microns (depending on the design). The invention is explained in more detail in the following drawings:

Fig 1-5 Viser fungerende prinsipper med gjennom forskjellige sykluser. Hver figur representerer en syklus Fig 1-5 Shows working principles with through different cycles. Each figure represents a cycle

Fig 6 Viser hvordan ser ut beholderen (20) med tilpassende dyser Fig 6 Shows what the container (20) looks like with matching nozzles

I fig 1 er vist oppfylling sykles. Beholderen (20) fylles opp med blanding av hydrokarboner, vann og partikler (5). I tilegg, kan det tilbringes, kjemisk hjelpe midder (f. ex de-oiler) (4) og løsemiddel (3) som kan hjelpe utskilling av partikler fra hydrokarboner. Før oppfylling syklus startes, må beholderen bli tomt under et designet nivå (23). Gass (2) som er tilført i tillegg for å hjelpe flotasjon, blendes med blanding gjennom mikser (8). Gass sendes til vent (21) med uten bakk trykk. Beholderen fylles opp til oppstart nivå (24). Fylling volum bestemmer størrelse på beholderen. Fig. 1 shows the filling cycle. The container (20) is filled with a mixture of hydrocarbons, water and particles (5). In addition, it can be spent, chemical aids mites (eg ex de-oiler) (4) and solvent (3) which can help separation of particles from hydrocarbons. Before the filling cycle is started, the container must be emptied below a designed level (23). Gas (2), which is additionally supplied to aid flotation, is blended with the mixture through mixer (8). Gas is sent to vent (21) with no back pressure. The container is filled up to the start-up level (24). Filling volume determines the size of the container.

Hvis f. ex vi snakker om offshore olje og gass industri, da kan vi si at strømmen (5) kan representere produsert vann fra tilbakevasking prosess av siler eller filtre eller produsert vann med sand og andre partikler fra bønn av hoved separatorer og avgassing beholder. Strømmen (4) kan representere f. ex de-oiler, strømmen (2) nitrogen eller fuel gass og strømmen (21) kan rutes til atmosfærisk vent. Gass som er sett i tillegg vil beholde lokken miljø med trykk i beholderen (20). If, for example, we are talking about the offshore oil and gas industry, then we can say that the flow (5) can represent produced water from the backwashing process of strainers or filters or produced water with sand and other particles from the prayer of the main separators and degassing container. Stream (4) can represent e.g. de-oiler, stream (2) nitrogen or fuel gas and stream (21) can be routed to atmospheric vent. Gas that is seen in addition will keep the lid environment with pressure in the container (20).

Fig. 2 viser fylling av beholderen (20) med rent vann eller solvent (12). Pumpen (11) kjøres på høgere trykk enn i beholderen (20). Strømmen (28) kjøres til ejektor (10) slik som den strømmen suger blanding fra beholderen (20) som strømmen (9). På den måte det blandes rent vann/solvent med blanding. Mikser (8) og ejektor (10) påvirker høgt fluid turbulens som hjelper til utskilling av olje og partikler. Den syklus kjøres fra nivå (24) (fylling opp nivå) til nivå (25). Mål med den syklus er å starte opp pumpen (11) med tilføring av rent vann (12). Fig. 2 shows filling of the container (20) with clean water or solvent (12). The pump (11) is run at a higher pressure than in the container (20). The stream (28) is driven to the ejector (10) such that the stream sucks the mixture from the container (20) as the stream (9). In that way pure water/solvent is mixed with mixture. Mixer (8) and ejector (10) affect high fluid turbulence which helps to separate oil and particles. That cycle is run from level (24) (filling up level) to level (25). The aim of that cycle is to start up the pump (11) with the supply of clean water (12).

Strømmen (12) kan f. ex på offshore forsynes fra nedstrømmen av degasser eller fra noe dedikert beholder med rent vann. The current (12) can, for example, be supplied offshore from the downflow of degassers or from some dedicated container with clean water.

Fig 3 representerer hoved rensing prosess. Rent vann (12) pumpes gjennom pumpen (11) og tilføres til beholderen (20) gjennom strømmen (13) og andre del av rent vann (28) blendes med sugd strømmen (9) fra beholderen (20). Blandet strømmen (7) kjøres igjennom mikser (8). Ejektor (10) og mikser (8) hjelper til å utskille partikler fra olje med turbulent strømning. Blandings nivå i beholderen synker fra nivå (25) til nivå (26). Vann med olje og med uten partikler føres til andre utskilling trinn gjennom strømmen (19). I andre utskilling trinn bør det separeres olje fra vann. Strømmen (19) har kommet fra beholderen (20) og strømmens mengde kan kontrolleres gjennom nivå kontroll i beholderen (20). Strømmene (1) og (22) er i brukt for å lage lukket miljø i beholderen (20). Fig 3 represents the main cleaning process. Clean water (12) is pumped through the pump (11) and supplied to the container (20) through the flow (13) and the second part of clean water (28) is mixed with the suction flow (9) from the container (20). The mixed stream (7) is run through mixer (8). Ejector (10) and mixer (8) help separate particles from oil with turbulent flow. The mixture level in the container drops from level (25) to level (26). Water with oil and with without particles is led to the second separation step through the stream (19). In the second separation step, oil should be separated from water. The current (19) has come from the container (20) and the quantity of the current can be checked through level control in the container (20). The currents (1) and (22) are used to create a closed environment in the container (20).

Den syklus, som er representert på den fig. 3, den kjøres rett etterpå syklus som er visst på fig. 2. Syklusen kjøres rundt en time. The cycle, which is represented in the fig. 3, it is run immediately after the cycle shown in fig. 2. The cycle is run for around an hour.

I olje og gass industri, kan strømmen (22) bli f. ex LP flare tilkobling, strømmen (1) fuel gass/nitrogen og strømmen (12) kan bli tatt fra produsert vann degasser eller fra noe dedikerte beholder. Strømmen (19) tilføres til siste utskilling trinn, f. ex. til elektrisk coalescer. In the oil and gas industry, the stream (22) can be e.g. LP flare connection, the stream (1) fuel gas/nitrogen and the stream (12) can be taken from produced water degasser or from some dedicated container. The flow (19) is supplied to the last separation step, e.g. to electric coalescer.

Etterpå, når det er ferdig med utskilling av partikler fra væske, må filtert (17) bli bakvasket. Til det, brukes el. motor (18) og rent vann (15). Strømmen (15) er tilført fra pumpen (11) og varmet opp gjennom varmeveksler (14). Varmeveksleren (14) er sett til å hjelpe med bakkvasking prosess og det er ikke nødvendig med det. Bakvasking prosess på filtret (17) skulle bruke en typisk design med filtre, el. motor og tilsett rent vann. På fig. 4 finnes det også strømmen (21) som er helt åpen mot atmosfære. Afterwards, when the particles have been separated from the liquid, the filter (17) must be backwashed. For that, electricity is used. engine (18) and clean water (15). The current (15) is supplied from the pump (11) and heated through the heat exchanger (14). The heat exchanger (14) is set to help with the backwashing process and it is not necessary. Backwashing process on the filter (17) should use a typical design with filters, el. motor and add clean water. In fig. 4 there is also the stream (21) which is completely open to the atmosphere.

Tilbakevasking prosess skal bli veldig kort (få minutter)og nivå stiger fra (26) til nivå (27). Når tilbakevasking syklus er ferdig, da blir alle partikler over f. ex 5um utskilt fra blandingen. Dette er også vist på fig. 4. The backwashing process should be very short (a few minutes) and the level rises from (26) to level (27). When the backwash cycle is finished, all particles over e.g. 5um are separated from the mixture. This is also shown in fig. 4.

I offshore perspektiv, betyr det egentlig at det finnes ikke mer olje (som er miljø farlig) i blandingen i beholderen (20) . In an offshore perspective, it really means that there is no more oil (which is environmentally dangerous) in the mixture in the container (20).

Fig 5 har forklaring om hvordan siste syklus ser ut. Når alle partikler er utskilt fra blandingen og den blandingen ligger med uten olje i beholderen (20), da burde det føres tømming av beholderen (20). Først, er den strømmen (21) blitt tilgjengelig til atmosfære, dvs. 0 barg trykk i beholderen. Det er gjort pga sikkerhet mulig tilbakke strømming av strømmen (22). Renset blanding eller vann (12) tilføres med pumpen (11) og distribueres. Strømmen (13) fluidiserer sand i beholderen (20) og resten sugger partikler (9) fra beholderen (20) gjennom ejektoren (10). Partikler med renset vann eller blanding sendes ute av system gjennom strømmen (6). Fig 5 has an explanation of what the last cycle looks like. When all particles have been separated from the mixture and that mixture is left without oil in the container (20), then the container (20) should be emptied. First, that flow (21) has become available to atmosphere, i.e. 0 barg pressure in the container. It has been made possible for safety reasons to allow the current to flow backwards (22). Purified mixture or water (12) is supplied with the pump (11) and distributed. The stream (13) fluidizes sand in the container (20) and the rest sucks particles (9) from the container (20) through the ejector (10). Particles of purified water or mixture are sent out of the system through the stream (6).

Syklus stoppes når blending nivå i beholderen (20) er kommet på nivå (23). Alle syklusene er ferdig. The cycle is stopped when the glare level in the container (20) has reached level (23). All the cycles are finished.

På offshore plattformer kan strømmen (6) bli representert som strømmen som føres partikles til sand bags eller overbord. Strømmen (21) kan bli representert som atmosfærisk vent og den vil forebygge oksygen innbrudd. On offshore platforms, the flow (6) can be represented as the flow that carries particles to sand bags or overboard. The flow (21) can be represented as atmospheric vent and it will prevent oxygen intrusion.

Systemet inkluderer flere ventiler med styreorganer som styrer hver syklus. De er ikke vist men de har tatt i hensikt som naturligvis del av anlegg. The system includes several valves with control means that control each cycle. They are not shown, but they have been intended as naturally part of the facility.

Oppfinnelsen beskrevet oppover, burde brukes som en utskilling prosess hvor partikler over viss diameter er utskilt fra en forsjelig blanding (f. ex hydrokarboner og vann). Det kan brukes på offshore platformer for utskilling (eller rensing) av sand og ANDRE partikler (f. ex leire) fra produsert vann strømmen. The invention described above should be used as a separation process where particles above a certain diameter are separated from a different mixture (e.g. hydrocarbons and water). It can be used on offshore platforms for the separation (or cleaning) of sand and OTHER particles (e.g. clay) from the produced water stream.

Mulig bruk av oppfinnelsen på offshore platformer: Possible use of the invention on offshore platforms:

Det kan installeres to filtre i parallell nedstrøm separatorer og oppstrøm produsert vann degasser, dvs. mellom dem. De kan filtrere produsert vann, f. ex 500 m3/hr. Filteret er vanlig "wedge wire" filtre med filtrering "grade" f. ex 20 um. Når en av de to filtrene er tett, kjøres det tilbake vasking prosess på det hvor alle partikler som ligger tett på "wedge wire" er spylt av. Da brukes den annen til filtrering. Det tar rundt 15 minutter og 2.5 % av filtrering strømmen til å kjøre god nok tilbake vasking av filtre, dvs. 500 m3/hr<*>15 minutter<*>2.5 % = 3.15 m3 totalt bruk av produsert vann til tilbakevasking prosess. Two filters can be installed in parallel downstream separators and upstream produced water degassers, i.e. between them. They can filter produced water, e.g. 500 m3/hr. The filter is a normal "wedge wire" filter with filtration "grade" e.g. 20 um. When one of the two filters is clogged, the washing process is run back on it, where all particles that are close to the "wedge wire" are washed off. Then the other is used for filtering. It takes around 15 minutes and 2.5% of the filtration flow to run a good enough backwashing of filters, i.e. 500 m3/hr<*>15 minutes<*>2.5% = 3.15 m3 total use of produced water for backwashing process.

Utnyttet produsert vann fra tilbakevasking prosess er tilført til oppfinnelsen og fanget opp i beholderen (20). Når beholderen er full og nødvendig kjemikalier tilført, da kan utskilling prosess begynne. Oppfinnelsen skal utskille alle partikler over 20 um i diameter fra og olje i blandingen. The utilized produced water from the backwashing process is supplied to the invention and captured in the container (20). When the container is full and the necessary chemicals have been added, the separation process can begin. The invention should separate all particles over 20 µm in diameter from and oil in the mixture.

Pumpen (11) burde kjøre rundt 13 m3/hr av rent vann (filtrert produsert vann) og beholderen (20) burde bli rundt 1.4 m i diameter og 4 m i høyde. Det behøves rundt 26 m3/hr av fuel gass eller nitrogen. The pump (11) should run around 13 m3/hr of clean water (filtered produced water) and the container (20) should be around 1.4 m in diameter and 4 m in height. Around 26 m3/hr of fuel gas or nitrogen is needed.

Det kan også installeres to filtre i parallell nedstrøm produsert vann degasser og de vil bli i bruk på injisert vann filtrering. Da bør de brukes med mindre filtrering grad, f. ex 5um. Det burde bli cirka samme prosess beregning. Two filters can also be installed in the parallel downstream produced water degasser and they will be used for injected water filtration. Then they should be used with a smaller filtration degree, e.g. 5um. It should be approximately the same process calculation.

Alle tallene er estimert og de er avhengig av nåværende design av tilbakevasking filtre. All figures are estimated and they depend on the current design of backwash filters.

Hele utskilling prosess burde ta rundt 1 time med 150# systemet design trykk. The entire separation process should take around 1 hour with 150# system design pressure.