NO329389B1 - Innretning for a blande ulike stoffer og/eller fluider - Google Patents

Abstract

En innretning for å sikre god innblanding av et partikkelformet materiale, så som et pulver, i en væske ved tilføring av skjærkrefter i et blandingsområde, der skjærkreftene dannes ved å pumpe væsken gjennom en innsnevring (22), så som en dyse, i et rør under høyde trykk. Det benyttes et flertall dyser (22) som er plassert slik i forhold til hverandre at en stråle fra i det minste en av dysene (22) treffer strålen fra minst en annen dyse (22) i et teoretisk punkt nedstrøms for dysene.

Description

Oppfinnelsens tekniske område

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en innretning for å forbedre og sikre jevn innblanding av et partikkelformet materiale, så som et pulver, i en væske som er beregnet for anvendelse som boreslam i tilknytning til leteboring og/eller produksjon fra brønner i grunnen, slik at det dannes en blandet væske, hvor den blandede væsken pumpes under høyt trykk fra en tank gjennom et rør med en innsnevring, så som dyser, og tilbake igjen til tanken eller til en annen tilsvarende tankenhet.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Ved fremstilling av væsker, så som for eksempel borevæske, blandes store mengder finstoffer, så som pulver, sammen med en egnet væske. Innblanding av finstoffene krever store skjærkrefter for å oppnå den ønskede innblanding.

Det er tidligere kjent å blande inn et pulverformet materiale i en væske for dannelse av en slurry for bruk i tilknytning til produksjon av boreslam.

Fra EP 1 745 840 er det kjent et apparat og en metode for å blande en væske og et partikulært materiale for å frembringe en homogen slamløsning. Pulveret og væsken blandes ved at det injiseres via dyser til et rør hvor blandingen sendes videre i en syklon for fjerning av overskuddsluft. Blandingen går så videre til en tank og pumpes deretter ut av tanken ved hjelp av en pumpe og tilbake igjen gjennom injektorenheten der mer vann og pulver tilføres.

US 2005/0281131 beskriver en blandingsanordning hvor borevæske blandes og føres gjennom et rør og via minst to dyser over i en tank. Blandingen sirkuleres ved at den pumpes ut av tanken ved hjelp av en pumpe og tilbake i tanken gjennom røret og via dysene slik at blandingen blir homogen.

US 5,303998 beskriver en blandingsanordning hvor borevæske eller boreslam blandes i en tank og med muligheter for å sirkulere blandingen ved at den pumpes ut av tanken og

tilbake igjen ved hjelp av en pumpe.

Oppsummering av oppfinnelse

Et formål ved foreliggende oppfinnelse er å skaffe tilveie en forbedret løsning der en kontinuerlig sikrer en mer eller mindre kontinuerlig homogen væske, dannet ved å blande to eller flere ulike komponenter, så som et eller flere faste stoffer og en eller flere væsker, eller blanding av et flertall væsker eller fluider.

Et annet formål ved løsningen ifølge oppfinnelsen er å fremskaffe en robust løsing som gir slike forbedrede blandinger og som utsettes for redusert slitasje, men der løsningen med enkle midler vedlikeholdes ved å skifte ut slitte elementer.

Nok et formål ved oppfinnelsen er å skaffe tilveie en løsning som produserer så stor blandeenergi at en god blanding av to medier muliggjøres.

Formålene ved oppfinnelsen oppnås ved en løsning som nærmere definert i de selvstendige krav.

Ulike utførelsesformer av oppfinnelsen er definert i de uselvstendige patentkrav.

Et karakteristisk trekk ved oppfinnelsen består i at det benyttes et flertall dyser som er plassert slik i forhold til hverandre at en stråle fra i det minste en av dysene treffer strålen fra minst en annen dyse i et teoretisk punkt nedstrøms for dysene.

Ifølge en ytterligere utførelsesform anvendes to dyser, der dysenes akser danner en vinkel med hverandre. Begge dysene kan eventuelt være skråstilt i forhold til den generelle strømningsretning gjennom rørene. Alternativt kan kun en av dysene være skråstilt mens den andre har en akse som er parallell med den generelle strømningsretning.

Ifølge nok en utførelsesform kan dysene være plassert i samme tverrsnitt i røret. En alternativ variant kan bestå i at dysene ligger på forskjellige nivåer, sett i

strømningsretningen i rørene.

Vinkelen mellom dysenes senterakser kan med fordel være er i området 10-45 grader, fortrinnsvis 10-20 grader.

Dysene kan være slik konfigurert i forhold til hverandre at det skapes sterk turbulens nedstrøms for dysene.

Ifølge oppfinnelsen er det fremskaffet en løsning som er robust og som gir en forbedret blanding av ulike stoffer/fluider.

Videre er det fremskaffet en løsning som muliggjør separat tilførsel av ulike stoffer/væsker inn gjennom ulike dyser.

Kort beskrivelse av tegningene

En foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, der: figur 1 viser skjematisk et vertikalt oppriss sett i snitt gjennom et system som inkluderer skjærdyser ifølge foreliggende oppfinnelse;

figur 2 viser et vertikalt riss sett forfra av en rørenhet utstyrt med dyser ifølge foreliggende oppfinnelse;

figur 3 viser et vertikalsnitt gjennom huset hvori dysene er anordnet, sett langs linjen B-B i figur 2; og

figur 4 vider i forstørret målestokk et vertikalsnitt gjennom den del av røret der dysene ifølge foreliggende oppfinnelse er anordnet.

Detaljert beskrivelse av en utførelsesform av oppfinnelsen

Figur 1 viser skjematisk et gjennomskåret oppriss av et anlegg for fremstilling av borevæske eller boreslam, der et pulverformet materiale blandes med en væske. Anlegget 10 omfatter en tank eller beholder 11 som inneholder en væske, så som en borevæske. Ved bunnen av tanken 11 er det et utløp 12 gjennom hvilket væsken pumpes ut ved hjelp av en høytrykkspumpe 14 gjennom et rør 13. Fra pumpen 14 sirkuleres væsken tilbake til tanken 11 gjennom en enhet 15 der væsken tilføres stor bevegelsesenergi. Fra denne enheten 15 ledes væsken tilbake til tanken 11. Anlegget 10 er videre utstyrt med tilførselsrør (ikke vist) for tilførsel av pulver og væske, og rør (ikke vist) for tapping av ferdigblandet borevæske til brukerstedet, så som for eksempel en brønn. Det skal imidlertid anføres at væsken som skal "skjæres" også kan pumpes fra en annen tank til tanken med skjærenheten.

Som antydet i figur 1 kan røret 21 under dyseenheten fortrinnsvis strekke seg så lang ned i tanken eller beholderen 11 at rørets 21 nedre ende ligger neddykket i væsken. Derved unngås en unødig slitasje av godset i tankbunnen. I tillegg vil det økte tverrsnittsarealet i boringen 26 bidra til at trykket og hastigheten reduseres.

Figur 2 viser et vertikalt oppriss av selve blandingsenheten 15. Denne omfatter et rørbend 16 som ved en ende er utstyrt med en flens 17 for utskiftbar tilkopling til et rør 18 fra høytrykkspumpen 14. I rørbendets 16 første del øker rørets diameter. Denne endring i diameter er primært for at det i denne delen av enheten er ønskelig å øke diameteren for å redusere strømningshastigheten gjennom røret og dermed også slitasjen. Et annet formål kan være å kunne tilpasse enheten til annet eksisterende utstyr ved at et overgangsstykke kan settes inn. Ofte settes enheten inn i et eksisterende anlegg der røret har en mindre diameter, samtidig med at det er ønskelig å opprettholde en viss diameter i røret for å få minimal slitasje og en effektiv "skjæring". Bendet 16 har en 90° bøy. Ved motsatt ende av bendet 16 er det bendet 16 utstyrt med en andre flens 19 som eksempelvis ved hjelp av bolter 20 er beregnet på å være utskiftbart innfestet på røret 21. Ved denne enden av røret 16, i tilknytning til flensen 19, er det utskiftbart anordnet en enhet som inneholder dyser 22 ifølge oppfinnelsen. Dysene 22 er montert i en ellers tett plate 23 som ligger tettende an mellom flensen 10 på røret og en tilsvarende flens 24 på røret 21. Innfestingen og funksjonen til dysene vil bli beskrevet nærmere under henvisning til figurene 3 og 4. Også ved denne flensforbindelse benyttes bolter 20

Som antydet på figur 3 og 4 har utboringen 26 i røret 21 en større diameter enn utboringen 25 av bendet 16. En har her et helt annet trykk som er nærmest likt atmosfærisk trykk. Med den væskemengde som skal presses ned i tanken fylt med væske, er det fordelaktig med en større diameter, noe som også gir redusert strømningshastighet og dermed redusert slitasje i rørveggen.

Dysene 22 er innfestet på platen 22 på en måte som er velkjent for fagmannen, og vil følgelig ikke beskrives nærmere. Platen 22 kan for dette formålet være utstyrt med boringer som dysene 22 er plassert i. Dysene 22 omfatter en holder 29 og et løst innmontert dyselegeme 27. Holderen er ved sin nedre ytre overflate utstyrt med gjenger for å kunne skrus inn i et tilsvarende gjenget hull i platen 23, da dyselegemet 27 anses å være en del som slites sterkt og som mer eller mindre hyppig må skiftes ut, eller som må tilpasses en annen væske eller væskeblanding som skal blandes. Som det fremgår av figurene 3 og 4 benyttes det ifølge denne utførelsesformen to dyser 22 som ligger i samme tverrplan. Dysene er skråstilt slik at en akse gjennom dysene danner en vinkel med rørets 21 senterlinje. Denne vinkelen kan med fordel ligge i området 10-50 °, fortrinnsvis i området 10-20 ° med nevnte senterakse. Dysene 22 har et større tverrsnittsareal ved innløpet enn arealet ved utløpet, hvorfor trykket i væsken øker ved gjennomstrømning gjennom dysene 22. Dysene 22 er videre symmetrisk plassert om rørets 25,26 senterlinje.

Platen er i det minste på sin overside utstyrt med ringformede utsparinger, beregnet for på opptak av tetninger 26. I og med det høye trykket som denne delen av enheten 11 utsettes for, har godset i bendet 16 større tykkelse. Dessuten er både bendet 16 og platen 23 med dyser 22 utskiftbart anordnet. Tilsvarende er dysene 22 utskiftbart innfestet i platen 23.

Når væsken, som inneholder partiklene i pulveret pumpes med et høyt trykk gjennom bendet 15 møter platen 23 med dysene, der åpningsarealet er vesentlig mindre enn åpningen 25 i rørbendet 16, og dessuten strupes ytterligere på grunn av det avragende tverrsnittet i dyseåpningene, sett i strømningsretningen, vil trykket økes ytterligere og derigjennom påføre væsken de ønskede skjærkrefter. De store skjærkreftene i væsken vil følgelig bidra til en bedret innblanding av partiklene i pulveret, inn i væsken.

Trykket som væsken påføres kan eksempelvis være opp mot 10.000 psi. Pumpen som benyttes kan eksempelvis være en høytrykkspumpe, men det kan også benyttes pumper som skaper et lavere trykk, så som for eksempel sentrifugalpumper, uten at den oppfinneriske ide derved er fraveket.

Ifølge en variant av løsningen ifølge oppfinnelsen kan hver av dysene 22 være tilkoplet hvert sitt tilførselsrør, slik at ulike type stoffer og/eller fluider tilføres gjennom dysene og der blandingen av disse ulike stoffene skjer nedstrøms for dysene 22 ved tilførsel av stor skjærkraft inn i den blandede masse.

Ved tankens 11 bunn kan det være innsatt en sliteplate i området for utløpet fra røret 21, slik at tankbunnen ikke slites ut som følge av fluidstrømmen.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for å forbedre og sikre jevn innblanding av et partikkelformet materiale, så som et pulver, i en væske som er beregnet for anvendelse som boreslam i tilknytning til leteboring og/eller produksjon fra brønner i grunnen, slik at dannes en blandet væske, hvor den blandede væsken pumpes under høyt trykk fra en tank (11) gjennom et rør (13,16,26,26) med en innsnevring (22), så som dyser (27,29), og tilbake igjen til tanken (11) eller til en annen tilsvarende tank, karakterisert ved at blandingen av væsken og det partikkelformede materiale videre blandes ved å tvinge blandingen gjennom dysene (22) anordnet i et rør (25,26), slik at innblanding sikres ved å påføre blandingen energi i form av skjærkrefter, idet skjærkreftene produseres av et flertall dyser (22) med hver sin senterakse som konvergerer mot hverandre i retning nedstrøms for dysene (22) slik at det dannes minst to separate stråler med partikkelinneholdende væske som med høyt trykk treffer hverandre i ett teoretisk punkt nedstrøms for dysene (22).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der det rom hvor strålene treffer hverandre i ett punkt har et større tverrsnitt enn rommet oppstrøms for dysene, slik strømningshastigheten reduseres og slitasje reduseres.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, der væsken pumpes med et trykk som kan være opp til 10.000 psi.

4. Innretning for å forbedre og sikre jevn innblanding av en væske eller et partikkelformet materiale, så som et pulver, i en væske som er beregnet for anvendelse som boreslam i tilknytning til leteboring og/eller produksjon fra brønner i grunnen, der den blandede væsken, som inneholder et partikkelformet materiale eller nevnte andre væske, sirkuleres ved å pumpes under høyt trykk fra en tank (11) gjennom et rør (13,16,16,21) med en innsnevring (22), så som en dyse (27,29), og tilbake til tanken (11), karakterisert ved at innretningen videre omfatter minst to dyser som er anordnet i ett og samme tilførselsrør der rørets tverrsnitt oppstrøms for dysene fortrinnsvis har mindre tverrsnitt enn nedstrøms for dysene, og at dysenes senterakse konvergerer mot hverandre slik at hver dyse skaper en fluidstråle som treffer fluidstrålen(e) fra en eller flere andre dyser i ett teoretisk punkt nedstrøms for dysene.

5. Innretning ifølge krav 4, der det anvendes to dyser (22) .

6. Innretning ifølge krav 4 eller 5, der begge dysene (22) har senterakser som er likt skråstilt i forhold til den generelle hovedstrømningsretning gjennom røret (21).

7. Innretning ifølge et av kravene 4-6, der en dyse (22) er skråstilt i forhold til den generelle strømningsretningen gjennom rørene, mens senterlinjen til den andre dyse (22) er parallell med rørenes senterakse.

8. Innretning ifølge et av kravene 4-7, der vinkelen mellom dysenes (22) senterakser er i området 10-45 grader.