NO329564B1 - Fremgangsmate for a fjerne kondensat fra en naturgass-strom, anordning anvendt ved fremgangsmaten, og bronnhodeenhet omfattende anordningen - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å fjerne kondenserbare stoffer fra en naturgasstrøm i et brønnhode, en brønnhodeanordning for fjerne de kondenserbare stoffene fra naturgassen, og en brønnhodeenhet som omfatter anordningen.

For bakgrunnsinformasjon angående brønnhodeenheter og strupere (eller enkelte ganger kalt ventiler) ment for å styre strømmen fra brønnen, kan det henvises til de følgende patenter US 3 155 401, US 3 297 344, US 4 194 718, US 4 102 401, US 4 606 557 og US 4 898 235.

Naturgass produsert fra en underjordisk eller undersjøisk gassproduserende formasjon (heretter kalt underjordisk formasjon), krever separasjon av komponenter som normalt er flytende eller som har relativt høye kondensasjonstemperaturer. Disse komponenter, som kollektivt er henvist til i kravene og beskrivelsen med uttrykket "kondenserbare stoffer", omfatter vann, propan, butan, pentan, propylen, etylen, acetylen og andre så som karbondioksid, hydrogensulfid, nitrogengass og liknende. Typisk blir gasstrømmen be-handlet på overflaten eller nedstrøms fra et brønnhode som er forbundet med en underjordisk gassproduserende formasjon via et primært brønnhode inneholdende et rør som strekker seg ned i brønnhullet fra brønnhodet.

Separatorer for å fjerne vann fra gassen mens den blir produsert, er kjent for eksempel fra US patent 5 333 684. Denne innretningen bruker flytende kuler som flyter opp og blokkerer en strømningsbane når vannivået i brønnhullet blir høyt, og når gasstrykket bygges opp og tvinger vannivået ned, tillates produksjon av gass som er fri for flytende vann. Denne anordningen er bare i stand til å holde flytende vann ut av produsert gass. Den er ikke i stand til hverken å fjerne vann fra brønnhullet eller til å senke den produserte gassens duggpunkttemperatur.

US patent nr. 5 794 697 beskriver også en borehullseparator for å ta ut gass fra en blanding av væske og gass produsert i et brønnhull. Dette patentet fokuserer på brønnhull-kompresjon av gassen og reinjisering av gassen i en gasshette over oljen som forblir i formasjonen. En separator er kjent og beskrevet som et vribor som tilfører fluidet en virvelbevegelse, og deretter fjerner gassen fra sentrum av virvelen. Denne separatoren senker ikke gassens duggpunkttemperatur, men bare skiller eksisterende faser.

Europeisk patentsøknad 0711903 og US 3 599 400 beskriver sentrifugalseparatorer for olje/gass hvor den produserte råolje og naturgass blir separert ved hjelp av sentrifugalkrefter, men hvor hvilken de produserte faser ikke blir ekspandert, slik at disse separatorene bare separerer eksisterende olje- og gassfaser.

Separatorer som er effektive til å senke duggpunktet av gassene krever generelt komplisert utstyr og instrumentering, så som kjølte svampspoler eller glykolabsorberere. Slike operasjoner er generelt for kompliserte til å plasseres ved brønnhoder så som sjøbunn-brønnhoder, og for kostbare til å plasseres ved individuelle brønnhoder i et gassproduserende felt.

Det vil være ønskelig å ha en dehydrator som en del av brønnhodeenheten, nedstrøms fra brønnhodets struper, som ikke bare fjerner flytende vann, men som også senker duggpunkttemperaturen hos den produserte gass, og er enkel og billig.

Det finnes mange fremgangsmåter og anordninger for å skille komponenter fra 5 gassformige og andre fluider. Eksempler på konvensjonelle separasjonsanordninger omfatter destillasjonskolonner, filtre og membraner, synketanker, sentrifuger, elektro-statiske utfellingsanordninger, tørkere, kjølere, sykloner, virvelrørseparatorer og adsorberere. I tillegg, har forskjellige treghetsseparatorer utstyrt med en supersonisk dyse

vært beskrevet i teknikken.

io JP-A-02,017,921 angår separasjon av en gassformig blanding gjennom bruk av supersonisk strøm. Anordningen omfatter en virvler plassert oppstrøms av en supersonisk dyse. Den virvlende fluidstrøm passerer så gjennom en aksielt symmetrisk ekspansjonsdyse for å danne fine partikler. Virvelen blir opprettholdt over en lang aksiell avstand, slik at det

skapes et stort trykkfall.

is US-A-3,559,373 angår en supersonisk strømningsseparator omfattende et høytrykks-gassinnløp, en rektangelformet hals og en U-formet kanal med rektangelformet tverrsnitt. Kanalen omfatter en ytre buet gjennomtrengelig vegg. En gasstrøm blir brakt til gassinnløpet ved supersonisk hastighet. Gassen konvergerer gjennom halsen og ekspanderer

inn i kanalen, og øker hastigheten til supersonisk hastighet. Ekspansjonen av strømmen i det 20 supersoniske område resulterer i dråper som koaleserer og de større dråpene passerer gjennom den ytre gjennomtrengelige vegg og blir samlet i et kammer.

GB-A-1,103,130 beskriver en fremgangsmåte og innretning for separasjon av komponenter fra en hovedsakelig gassformig strøm, hvor strømmen blir akselerert til

supersonisk hastighet og utsatt for et intenst elektrisk felt i kombinasjon med en intens lyd. 25 Naturgass fra en brønn forbundet via en rørledning kan behandles på denne måten.

EP-A-0,496,128 viser til en fremgangsmåte og innretning for å separere en gass fra en gassblanding. Innretningen omfatter en sylinder som konvergerer til en dyse og så divergerer til en virvelsone. Gass entrer en innløpsport i sylinderen ved subsonisk hastighet,

og strømmer gjennom en konvergerende seksjon av dysen. Strømmen ekspanderer ut av den 30 konvergerende seksjon til den divergerende seksjon av sylinderen med supersonisk hastighet. Et par deltaformede plater gir en virvel til den supersoniske strøm. Kombinasjonen av de supersonisk hastighet og virvelen hjelper med å kondensere og separere en kondensert komponent fra de gassformige komponenter av den flytende strøm. Et utløpsrør er plassert

sentralt inne i sylinderen for å tillate uttømming av de gassformige komponenter av den 35 flytende strøm ved supersonisk hastighet. Væskekomponentene fortsetter gjennom en annen divergerende seksjon, som senker hastigheten til subsonisk, og gjennom en vifte, og kommer til slutt ut av sylinderen gjennom et annet utløp.

WO 99/01194 beskriver en liknende fremgangsmåte og tilsvarende innretning for å fjerne en valgt gassformig komponent fra en strøm av fluider som inneholder et antall gassformige komponenter. Denne innretningen er utstyrt med en struper-strøminduser nedstrøms fra oppsamlingssonen for å redusere den aksielle hastighet av strømmen til subsonisk hastighet. Anvendelse av en sjokkbølge på denne måten resulterer i en mer effektiv separasjon av de formede partikler.

Disse referanser beskriver forskjellige supersoniske treghetsseparatorer. Ingen av dem beskriver eller antyder imidlertid deres bruk som en del av en brønnhodeenhet nedstrøms fra en brønnhodestruper.

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å fjerne kondenserbare stoffer fra en strøm av naturgass i et brønnhode, nedstrøms fra brønnhodets struper.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte for å fjerne kondenserbare stoffer fra en gasstrøm, hvor fremgangsmåten omfatter (A) å bevirke at strømmen av naturgass flyter ved supersonisk hastighet gjennom en rørledning med en supersonisk treghetsseparator slik at fluidet kjøles til en temperatur som er under den temperatur/det trykk hvor de kondenserbare stoffer vil begynne å kondensere og danne separate dråper og/eller partikler; (B) å separere dråpene og/eller partiklene fra gassen; og (C) å samle gassen som de kondenserbare stoffer er fjernet fra, kjennetegnet ved at den supersoniske treghetsseparator er plassert i nærheten av brønnhodet i en produksjonsbrønn for naturgass for separasjon av kondenserbare stoffer fra naturgasstrømmen produsert gjennom den nevnte brønn.

Det tilveiebringes også en anordning for å fjerne kondenserbare stoffer fra naturgass i henhold til fremgangsmåten over, hvor anordningen omfatter en akselerasjonsseksjon hvor gassen blir akselerert til supersonisk hastighet; en virvel-dannende seksjon som gir gassen en virvelbevegelse, en oppsamlingssone hvorfra gasstrømmen med redusert innhold av kondenserbare stoffer blir fjernet; og en radielt ytre seksjon av oppsamlingssonen hvorfra de kondenserbare stoffer kan samles opp, kjennetegnet ved at den supersoniske treghetsseparator er plassert i nærheten av brønnhodet i en produksjonsbrønn for naturgass og er konstruert for å separere kondenserbare stoffer fra en strøm av naturgass produsert gjennom nevnte brønn.

Oppfinnelsen angår også en brønnhodeenhet omfattende en anordning ifølge oppfinnelsen, kjennetegnet ved at den er plassert nedstrøms fra brønnhodets struper.

Hvilken som helst av de treghetsseparatorer utstyrt med en supersonisk dyse beskrevet ovenfor kan brukes. Den supersoniske treghetsseparator som er foretrukket, er av den typen som er beskrevet i EP-A-0,496,128, det vil si hvor den supersoniske strøm som inneholder dråper og/eller partikler blir tvunget inn i en virvelbevegelse og derved forårsaker at dråper og/eller partikler strømmer til en radielt ytre seksjon av en oppsamlingssone i strømmen, fulgt av uttrekning av disse dråper og/eller partikler i en supersonisk oppsamlingssone.

I en foretrukket utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse, oppstår en sjokkbølge forårsaket ved overgang fra supersonisk til subsonisk strøm oppstrøms fra separasjonen av de kondenserbare stoffer fra oppsamlingssonen. Det ble funnet at separa-sjonseffektiviteten blir betydelig forbedret hvis samlingen av dråper og/eller partikler i samlingssonen finner sted etter sjokkbølgen, det vil si i subsonisk strøm heller enn i supersonisk strøm. Dette antas å være fordi sjokkbølgen forbruker en vesentlig del av den kinetiske energien i strømmen og dermed sterkt reduserer den aksielle komponent av fluidhastigheten, mens den tangentielle komponent (forårsaket ved virvelanordningen) forblir i det vesentlige uendret. Som et resultat blir tettheten av dråper og/eller partikler i den radielt ytre seksjon av oppsamlingssonen vesentlig høyere enn ellers i ledningen hvor strømmen er supersonisk. Det antas at denne virkningen er forårsaket av den sterkt reduserte aksielle fluidhastighet, og dermed reduserte tendens til at partiklene blir innfanget i en sentral kjerne i strømmen, hvor fluidet strømmer med en høyere aksiell hastighet enn nærmere veggen i ledningen. 1 det subsoniske strømningssystem vil således sentrifugal-kreftene som virker på de kondenserte dråper og/eller partikler ikke i noen større utstrekning bli motvirket av innfangningsvirkningen av den sentrale kjerne i strømmen. Dråpene og/eller partiklene får derfor samle seg i en radielt ytre seksjon av oppsamlingssonen, hvorfra de blir trukket ut.

Sjokkbølgen blir fortrinnsvis skapt ved å bevirke at fluidstrømmen strømmer gjennom en diffusor. En passende diffusor er en supersonisk diffusor. En diffusor kan for eksempel være et divergerende volum, eller et konvergerende og så divergerende volum.

I en fordelaktig utførelsesform er oppsamlingssonen plassert nær utløpsenden av diffusoren.

Den foreliggende oppfinnelse kan praktiseres i kombinasjon med andre operasjoner for å bevirke tørking av fluidstrømmen, eller en separasjon av kondenserbare stoffer fra innløpsstrømmen med andre innretninger for å redusere belastningen på separatoren. Enten strømmen som inneholder de kondenserbare stoffer fra oppsamlingssonen, eller den strøm fra hvilken de kondenserbare stoffer er separert, kan også bli utsatt for et ytterligere sepa-rasjonstrinn, for eksempel en tørker eller separator.

Den supersoniske strøm oppnådd med anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse, forårsaker også en rask ekspansjon som resulterer i kjøling av en komprimerbar fluidstrøm. Denne kjøling resulterer i kondensasjon av damper i den utstrekning slik kjøling bringer temperaturen i strømmen til en temperatur under et duggpunkt for fluidstrømmen.

Hvilken som helst gassformig fraksjon separert fra den radielt ytre seksjon av oppsamlingssonen kan med fordel resirkuleres til innløpet, fortrinnsvis ved bruk av en induktor, for å øke trykket tilbake til trykket i innløpsstrømmen.

Anordningen for å bevirke at strømmen flyter med supersonisk hastighet, omfatter en inngang av Laval-type i ledningen, hvor i det minste tverrsnittsareal av diffusoren er større enn det minste tverrsnittsareal av Laval-typeinnløpet.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor

figur 1 viser skjematisk et lengdesnitt av en første foretrukket utførelsesformsform av separatoren som er egnet for praktisering av den foreliggende oppfinnelse,

figur 2 viser skjematisk et lengdesnitt av en annen utførelsesform av anordningen som er egnet for praktisering av den foreliggende oppfinnelse,

figur 3A og 3B viser skjematisk en anordning ifølge den foreliggende oppfinnelse i et brønnhull, og

figur 4 viser skjematisk en anordning brukt til å demonstrere anordningen som er egnet for praktisering av den foreliggende oppfinnelse.

På figur 1 er det vist en ledning i form av et åpenendet rørformet hus 1 som har et fluid-innløp 3 i en ende av huset. Et første utløp 5 for fluid inneholdende kondenserbare stoffer nær den andre ende av huset, og et annet utløp 7 for fluid i hovedsak fritt for kondenserbare stoffer i den andre ende av huset. Strømningsretningen i innretningen 1 er fra innløpet 3 til det første og andre utløp 5, 7. Innløpet 3 er en akselerasjonsseksjon som inneholder en Laval-type, som har lengdesnitt med konvergerende-divergerende form i strømningsretningen for å bevirke en supersonisk strømningshastighet i fluidstrømmen som skal strømme inn i huset via innløpet 3. Huset 1 er videre utstyrt med en primær sylindrisk del 9 og en diffusor 11, hvor den primære sylindriske del 9 er plassert mellom innløpet 3 og diffusoren 11. En eller flere (f.eks. fire) delta-formede vinger 15 stikker radielt innover fra den indre overflate på den primære sylindriske del 9. Hver vinge 15 er anordnet med en valgt vinkel i forhold til strømningsretningen i huset for å gi en virvelbevegelse til fluid som strømmer ved supersonisk hastighet gjennom den primære sylindriske del 9 av huset 1.

Diffusoren 11 har en langsgående seksjon av konvergerende-divergerende form i strømningsretningen, og definerer et diffusorinnløp 17 og et diffusorutløp 19. Det minste tverrsnittsareal av diffusoren er større enn det minste tverrsnittsareal av innløpet av Laval-type 3.

Huset 1 omfatter videre en sekundær sylindrisk del 17 som har et større strømningsareal enn den primære sylindriske del 9, og er anordnet nedstrøms fra diffusoren 11, i form av en fortsettelse av diffusoren 11. Den sekundære sylindriske del 17 er utstyrt med langsgående utløpsslisser 18 for væske, hvilke slisser 18 er anordnet i passende avstand fra diffusorutløpet 19.

Et ytre kammer 21 omgir den sekundære sylindriske del 17 og er utstyrt med det ovennevnte første utløp 5 for en strøm av konsentrerte faste partikler.

Den sekundære sylindriske del 17 munner ut i det ovennevnte andre utløp 7 for hovedsakelig gass.

Normal drift av anordningen 1 skal nå beskrives.

En strøm inneholdende faste partikler av mikronstørrelse blir innført i Laval-type-innløpet 3. Mens strømmen flyter gjennom innløpet 3, blir strømmen akselerert til supersonisk hastighet. Som følge av strømmens sterkt økende hastighet, kan strømmens temperatur bli redusert til under kondensasjonspunktet for tyngre gassformige komponenter i strømmen (f.eks. vanndamp), som derved kondenserer og danner et antall væskepartikler. Mens strømmen flyter langs de deltaformede vinger 15, blir en virvelbevegelse overført til strømmen (skjematisk indikert ved spiralen 22) slik at væskepartiklene blir utsatt for en radielt utadgående sentrifugalkraft. Når strømmen entrer diffusoren 11, blir en sjokkbølge skapt nær nedstrømsutløpet 19 av diffusoren 11. Sjokkbølgen forbruker en vesentlig del av den kinetiske energi i strømmen, slik at hovedsakelig den aksielle komponent av fluidhastigheten blir redusert. Som følge av den sterkt reduserte aksielle komponent av fluidhastigheten, vil den sentrale del av strømmen (eller kjernen) strømme med redusert aksiell hastighet. Dette resulterer i en redusert tendens hos de kondenserte partikler til å bli innfanget av den sentrale del av strømmen som flyter i den sekundære sylindriske del 17. De kondenserte partikler kan derfor samle seg i en radielt ytre seksjon av en oppsamlingssone for strømmen i den sekundære sylindriske del 17. De oppsamlede partikler danner et væskelag som så trekkes ut fra samlingssonen via utløpsslissene 18, utløpskammeret 21, og det første utløp 5 for hovedsakelig væske.

Den strøm fra hvilket vann er fjernet (og eventuelle kondenserbare damper) blir uttømt gjennom det andre utløp 7 for hovedsakelig gass uten faststoffer.

På figur 2 er det vist en annen utførelsesform av anordningen for å utføre oppfinnelsen, hvor anordningen har et åpen-endet rørformet hus 23 med en fluidinngang 25 av Laval-type i en ende. Et første utløp 27 for strøm som inneholder væsker er i den andre enden av huset. Strømningsretningen for fluid i anordningen er indikert med pilen 30. Huset har, fra innløpet 25 til væskeutgangen 27, en primær hovedsakelig sylindrisk del 33, en divergerende diffusor 35, en sekundær sylindrisk del 37 og en divergerende del 39. En deltaformet vinge 41 stikker radielt innover i den primære sylindriske del 33, hvor vingen 37 er anordnet i en valgt vinkel i forhold til strømningsretningen i huset for å gi en virvelbevegelse til fluid som strømmer med supersonisk hastighet gjennom huset 23. Et rørformet annet utløp 43 for hovedsakelig gass strekker seg gjennom det første utløp 27, koaksialt inn i huset, og har en innløpsåpning 45 ved nedstrømsenden på den sekundære sylindriske del 37. Utløpet 43 er innvendig utstyrt med en utretter (ikke vist), for eksempel en utretter av blad-type, for overføring av virvlende gasstrøm til rett strøm.

Den deltaformede vinge har fortrinnsvis en trekantet profilform, med en ledende kant som er skråstilt til en vinkelspiss.

Normal drift av den andre utførelsesform er i hovedsak lik den normale drift av den første utførelsesform. En supersonisk virvlende strøm oppstår i den primære sylindriske del 33, og sjokkbølgen oppstår nær overgangen fra diffusoren 35 til den sekundære sylindriske del 37. Subsonisk strøm forekommer i den sekundære sylindriske del 37. Strømmen som inneholder faste partikler og eventuelle kondenserte væsker blir tatt ut gjennom det første — cu — gasstrømmen blir overført til en rett strøm i utretteren.

I den detaljerte beskrivelse ovenfor har huset, den primære sylindriske del, diffusoren og den sekundære sylindriske del, et sirkelrundt tverrsnitt. Andre passende tverr-snittsformer for hver av disse enhetene kan imidlertid velges. Også de primære og sekundære deler kan alternativt ha en annen form enn sylindrisk, for eksempel en avkortet kjegleform. Videre kan diffusoren ha hvilken som helst annen passende form. for eksempel uten en konvergerende del (som vist på figur 2), spesielt for anvendelse ved lavere supersoniske fluidhastigheter.

Istedenfor at hver vinge er anordnet med fast vinkel i forhold til den aksielle retning av huset, kan vingen anordnes med en økende vinkel i strømningsretningen, fortrinnsvis i kombinasjon med en spiralform av vingen. Et liknende resultat kan oppnås ved å anordne flate vinger langs en bane med økende vinkel i forhold til aksen for den første strømning.

Videre kan hver vinge være utstyrt med en hevet vingespiss (også kalt en vinglett).

Istedenfor at diffusoren har en divergerende form (figur 2) har diffusoren alternativt en divergerende seksjon fulgt av en konvergerende seksjon orientert i strømningsretningen. En fordel med en slik divergerende-konvergerende formet diffusor er at fluidtemperaturen i diffusoren øker mindre.

Det henvises nå til figur 3 A, hvor en anordning ifølge den foreliggende oppfinnelse ved et undersjøisk brønnhode er vist skjematisk. En undersjøisk brønn 301, i omgivende vann 313 er vist med et foringsrør 302 med perforeringer 303 som gir forbindelse fra en formasjon 312 til innsiden av brønnhullet 304. Typisk brønnhodeutstyr 305 er vist skjematisk. Separatoren 306 separerer en hovedsakelig flytende strøm 307 fra en tørket strøm med damper 308. Temperaturen ved sjøbunnen 309 nærmer seg frysetemperaturer, og dannelse av hydrater langs sjøbunnrørene er derfor en alvorlig bekymring. Den foreliggende oppfinnelse frembringer et enkelt og billig dehydreringssystem med lavt vedlikehold. De se-parerte væsker kan utstyres med hydrat-motvirkende tilsetninger 310 gjennom en styrt injeksjon 311.

Det henvises nå til figur 3B, hvor en annen utførelsesform er vist, med et brønnhull 350 plassert ved en overflate 351. Brønnhullet er foret med et foringsrør 354 utstyrt med perforeringer 355. Typisk brønnhodeutstyr kan anordnes 352. En væske-damp-separator 353 er anordnet med et væskeutløp 356 og et nivåkontrollsystem 357. Et damputløp fra væske-damp-separatoren 363 blir rutet til dehydratoren 358. Dampene fra utløpet 359 fra separatoren er tørr gass 360 som har lavere duggpunkt enn duggpunktet for de produserte gasser. Væske fra separatoren 358 kan inneholde damper, som vil være mettet, og derfor fortrinnsvis vil bli rutet til den andre damp-væske-separator 361. Væskene fra denne andre separator 362 kan kombineres med væsker fra den første separator, eller bli rutet separat til overflateutstyr. Alternativt, kan væsker fra den andre separator bli reinjisert i formasjonen for effektiv disponering. Væskene fra den andre separator kan pumpes til et reservoar med den andre separator, hvis reinjisering er ønskelig, kan samles og så reinjiseres, eller reinjiseres i det brønnhullet gassen var produsert fra.

Damper fra den andre væske-damp-separator 365 kan resirkuleres gjennom en venturi-rekompresjonsdyse inn i innløpet for separatoren.

Strømmen med økt mengde vann og kondenserbare hydrokarboner 364 inneholder fortrinnsvis tilstrekkelig mengde vanndamp til at tilsetning av komponenter for å hindre dannelse av hydrater ikke er nødvendig. Selv om hydratbegrensning er ønsket, vil mengden av hydratbegrensende sammensetninger som er nødvendig bli betydelig redusert på grunn av behovet for å behandle bare det mindre fluidvolumet som skal behandles.

Virvel-giveranordningen kan anordnes i innløpsdelen av røret, istedenfor nedstrøms fra innløpsdelen.

Eksempel

En testinnretning for den foreliggende oppfinnelse ble produsert og demonstrert for å skille vanndamp fra luft ved omgivelsesforhold. Det er klart at i det tilfelle anordningen blir brukt under overflaten, under sjøen eller ved brønnhodet, kan forskjellige temperaturer, trykk og Mach-tall gjelde. Fagfolk vil imidlertid ikke ha noen vanskeligheter med å gjøre nødvendige tilpasninger. Figur 4 er henvist til for den generelle konfigurasjon av innretningen som er brukt.

I dette eksempel ble luften 425 satt under trykk til 140 kPa ved hjelp av en blåser 401 for å frembringe trykkluft 426. Etter blåseren ble luften avkjølt til omkring 25-30 °C med finnekjøler 402 plassert i et kar 418, og vann 419 ble sprøytet på dampområdet nedenfor kjøleren 420 for å sikre at luften var nær vannmetning (RF = 90 %). Denne vannmettede luft 427 ble matet til væske-dampseparatoren 403 hvor vannet ble separert med en liten mengde luft inn i en våt strøm 421 som kom sammen med denne strøm av flytende vann og tørket luft 422.

I dette eksempel var innretningen utstyrt med rørformede strømningskanaler, skjønt de samme resultater kan oppnås med rektangulære eller asymmetriske rørtverrsnitt. Derfor henviser diameteren av anordningen alltid til den indre diameter.

De typiske innløpsforhold er oppsummert nedenfor:

1. Massestrømningsmengde: 1,2 kg/s

2. Innløpstrykk: 140 KPa (1400 mbar (a))

3. Inngangstemperatur: 25 °C

4. Innløpsfuktighet: 90 %

Anordningen kondenserte vanndamp, som resulterte i en tåkestrøm inneholdende store mengder av vanndråper. Den endelige temperatur og trykk i den supersoniske sone 428 ble funnet å være -28 °C og 68 kPa, resulterende i en vanndampfraksjon som var liten nok til å være ubetydelig.

Dyse-halsdiameteren 404 var 70 mm. Innløpsdiameteren 405 var 300 mm, skjønt dens verdi ikke er betydelig når det gjelder virkningen av anordningen. Dysens utgangsdiameter 400 var 80 mm for å oppnå supersoniske strømningsforhold; typisk var det typiske Mach-tall, M = 1,15.

Lengden av dysen bestemmes av kjølingshastigheten som i dette tilfelle er 19000 K/s. Fagfolk kan bestemme trykk- og temperaturprofiler for strømningen gjennom anordningen, og således kjølingstakten. Kjølingshastigheten bestemmer dråpestørrelses-fordelingen. Senkning av kjølehastigheten resulterer i større gjennomsnittlig dråpestørrelse. Lengden på dysene var:

LI, 406: 700 mm: fra dyseinngangen til dysehalsen

L2,407: 800 mm: fra dysehalsen til dyseutløpet.

For å redusere friksjonstapene var veggenes ruhet liten, fortrinnsvis 1 um eller mindre.

Avhengig av anvendelsen, kan hvilket som helst stivt material brukes for dyseanordningen, så lenge de ovennevnte designparametere blir respektert.

Virvelrøret 408 ble forbundet mellom dyseutløpet og diffusoren. I virvelrøret var det plassert en vingeliknende virvelgivende innretning 409. Ved kanten av denne innretning ble det skapt en virvel på den øvre (lavtrykks) side, og utfelt fra planet, fortrinnsvis ved den bakre kant. Rotkjernen av denne vingeliknende platen var festet til den indre vegg på virvelrøret.

Innløpsdiameteren for virvelrøret 400 var 80 mm. I dette tilfelle var virvelrøret noe konisk; diameteren økte lineært til 84 mm (423) over en lengde på tilnærmet kordelengden for vingen.

Etter den koniske seksjon av virvelrøret 410, var virvelrørets diameter konstant 84 mm over en lengde hvor dråpene ble avgitt på den indre vegg (separasjonslengden). Disse to lengdene var:

L3,410: 300 mm: fra vingespissen til vingens bakre kant

L4,412: 300 mm: fra vingens bakre kant til diffusoren.

Dimensjoneringen av vingeinnretningen var avhengig av den foretrukne sirkulasjon eller iboende virvling. Denne sirkulasjonen er typisk 16 m<2>/s resulterende fra en vingekordlengde på 300 mm, et vingespenn ved den bakre kant på 60 mm og et innfall av vingekorden ved aksen av røret på 8 °. Skråvinkelen for den ledende kant (fra perpendikulært på strømmen) var 87 °, og skråvinkelen av den bakre kant var 40 °. Kantene på vingene var skarpe. Planet for vingene var flat, og dets profil var meget slank. Tykkelsen av vingen var omkring 4 mm ved roten. Vingen var i en 8 ° vinkel med rørets akse.

I dreneringsseksjonen ble det oppnådd uttrekning av væsker fra virvelrøret. Dreneringsseksjonen er ikke en spesiell innretning, men er en enhetlig del av virvelrøret. Ved hjelp av for eksempel slisser, porøse materialer, hull i virvelrørets vegg, eller som vist på figur 4, en enhetlig del av en diffusor ved hjelp av en virvelfinner 413 (koaksial kanal). I dette eksempel, ble en virvelfinner (koaksial kanal) plassert sentralt i kanalen etter sjokkbølgen, som var til stede direkte etter virvelrøret i den første diffusordel 414.

Dimensjoneringen av virvelrøret er avhengig av diameterforholdet mellom diffu-sordiameteren ved dette stedet 424 (90 mm ved innløpet) og virvelfinnerinnløpsdiameteren ved punktet 425 (85 mm ved innløpet). Forskjellen i tverrsnittsareal mellom de sistnevnte to påvirker den minimale strøm, som blir trukket ut fra hovedstrømmen inneholdende væskene. I dette tilfelle var denne minimumsstrøm 10 % av hovedstrømmen, dvs. 0,12 kg/s. Diffusorlengden 433 var 1500 mm.

I diffusoren blir den resterende kinetiske energi i strømmen omformet til stil-lingsenergi (økning av statisk trykk). Det er ønskelig å unngå grenselagsseparasjon som kan forårsake stopp og resultere i lav effektivitet. Derfor bør halve divergensvinkelen i diffusoren i det foreliggende testopplegg fortrinnsvis være mindre enn 5 °, mens i dette tilfelle ble 4 ° brukt. Diffusorens innløpsdiameter var den samme som virvelfinnerens innløps-diameter (85 mm). Utløpsdiameteren 415 av diffusoren var 300 mm, og den tørre luft ved dette punkt var omkring atmosfæretrykk. Ytelsen av denne innretningen ble målt med to fuktighetssensorer (kapasitivt prinsipp: produsent "Vaisala"), en ved luftinnløpet 416 og den andre ved tørrluftsutløpet 417, begge var korrigert for temperatur og trykk. De typiske verdier for innløps-vannfraksjonen var 18 til 20 gram vanndamp per kg tørr luft. Typiske verdier for utløpsvannet var 13-15 g av vanndamp per kg tørr luft. Dette kan uttrykkes som separasjonseffektiviteter på omkring 25 % fjernet vanndampen i innløpet. Dette tilsvarer også separasjonen av væsker kondensert i det supersoniske område, fordi det meste av det flytende vann til stede i innløpsstrømmen kondenseres ved dette punkt.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte for å fjerne kondenserbare stoffer fra en gasstrøm, hvor fremgangsmåten omfatter (A) å bevirke at strømmen av naturgass flyter ved supersonisk hastighet gjennom en rørledning med en supersonisk treghetsseparator (1, 23, 306, 358) slik at fluidet kjøles til en temperatur som er under den temperatur/det trykk hvor de kondenserbare stoffer vil begynne å kondensere og danne separate dråper og/eller partikler; (B) å separere dråpene og/eller partiklene fra gassen; og (C) å samle gassen som de kondenserbare stoffer er fjernet fra, karakterisert ved at den supersoniske treghetsseparator (1, 23, 306, 358) er plassert i nærheten av brønnhodet (305, 352) i en produksjonsbrønn for naturgass (301, 350) for separasjon av kondenserbare stoffer fra naturgasstrømmen produsert gjennom den nevnte brønn (301, 350).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor det i trinn (B) induseres en virvelbevegelse (22) i den supersoniske fluidstrøm for dermed å forårsake at de kondenserbare stoffer flyter til en radielt ytre seksjon av en oppsamlingssone i strømmen, fulgt av subsonisk eller supersonisk uttrekning av kondenserbare stoffer til en utløpsstrøm fra den radielt ytre seksjon av oppsamlingssonen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, hvor den virvelbevegelse forårsakes av en vinge (15,41) plassert i det supersoniske strømningsområde.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 3, hvor den videre omfatter å skape en sjokkbølge i strømmen som er oppstrøms fra oppsamlingssonen og nedstrøms fra det sted (15,41) hvor virvelbevegelsen (22) blir startet.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, hvor sjokkbølgen blir skapt ved å bevirke at fluidstrømmen strømmer gjennom en diffusor (11, 35).

6. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-5, hvor den videre omfatter å tilsette en hydratbegrensende komponent i utløpsstrømmen trukket ut fra den radielt ytre seksjon av oppsamlingssonen.

7. Anordning (1, 23, 306, 358) for å fjerne kondenserbare stoffer fra naturgass i henhold til fremgangsmåten ifølge krav 1-6, hvor anordningen omfatter en akselerasjonsseksjon hvor gassen blir akselerert til supersonisk hastighet; en virvel-dannende seksjon (15, 41) som gir gassen en virvelbevegelse, en oppsamlingssone hvorfra gasstrømmen med redusert innhold av kondenserbare stoffer blir fjernet; og en radielt ytre seksjon av oppsamlingssonen hvorfra de kondenserbare stoffer kan samles opp, karakterisert ved at den supersoniske treghetsseparator (1, 23, 306, 358) er plassert i nærheten av brønnhodet (305, 352) i en produksjonsbrønn for naturgass (301, 350) og er konstruert for å separere kondenserbare stoffer fra en strøm av naturgass produsert gjennom nevnte brønn (301, 350).

8. Anordning ifølge krav 7, hvor den videre omfatter en sjokkbølgestarter (11, 35) nedstrøms fra den virvelgivende seksjon.

9. Anordning ifølge krav 8, hvor sjokkbølgestarteren er en diffusor (11, 35), plassert slik at sjokkbølgen er oppstrøms fra oppsamlingssonen.

10. Anordning ifølge krav 7-9, hvor akselerasjonsseksjonen omfatter en inngang (3, 25) av Laval-type i rørledningen, idet strømningens minste tverrsnittsareal i diffusoren (11, 35) er større enn strømningens minste tverrsnittsareal i inngangen (3, 25) av Laval-type, og en virveldannende seksjon som omfatter en vingeanordning (15, 41) som gir strømmen en virvelbevegelse.

11. Anordning ifølge krav 7, hvor den radielt ytre seksjon av oppsamlingssonen munner ut i et ringformet første utløp (21, 27) for å samle et fluid anriket med kondenserbare stoffer, og en sentral seksjon av oppsamlingssonen munner ut i et rørformet andre utløp (7,43) for å samle en fluidstrøm med redusert mengde kondenserbare stoffer, hvor det rørformede andre utløp (7, 43) er utformet som et i hovedsak rett rør som forblir i det vesentlige koaksialt med det ringformede første utløp (21, 27) langs i det minste en vesentlig del av dets lengde.

12. Anordning ifølge krav 11, hvor det ringformede første utløp (21, 27) i nedstrømsretningen har en sylindrisk eller divergerende fonn.

13. Anordning ifølge krav 12, hvor den rørformede andre utgang (7, 43, 413) i nedstrømsretningen har en sylindrisk eller divergerende fonn, og frembringer en koaksial virvelfinnerkanal (413) inne i det ringformede første utløp (21,27).

14. Brønnhodeenhet omfattende en anordning ifølge krav 7-9, karakterisert ved at den er plassert nedstrøms fra brønnhodets struper (305, 352).

15. Brønnhodeenhet ifølge krav 14, hvor den omfatter et undersjøisk brønnhode (305).