NO330577B1 - Partikkeloppsamler med vektmaling. - Google Patents

Abstract

Det omtales en partikkeloppsamler for en dynamisk syklon plassert på havbunnen for utskillelse av partikler i væske, hvor den dynamiske syklonen omfatter en tank (2) som er utstyrt med en øvre innløpsåpning (25) og en øvre og en nedre utløpsåpning (26,32) for utføring av henholdsvis væske og partikler, videre omfatter tanken en aksling (5) som er utstyrt med et antall skovler eller blad (6), og som er innrettet til å drives av en tilstøtende motor (1), hvor det om akslingen (5) er anordnet en sentralt plassert rørstuss (4) med et antall slisser. En trykktank (12) for partikkeloppsamling er anordnet nedstrøms til den nedre utløpsåpningen (32) til syklonen, via et innløp (18), idet trykktanken (12) omfatter en oppsamler (13) med i det minste delvis åpen topp, hvor oppsamleren (13) er tilkoblet en vektmåler (15) i tanken (12), samt en ejektor (14) som er innrettet til å tilføre væske via et innløp (8) og å sende ut en væskeblanding med partikler fra oppsamleren (13) via et utløp (16). Det omtales også systemer for utskilling av sandpartikler ved hjelp av partikkeloppsamleren.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en partikkeloppsamler for en dynamisk syklon plassert på havbunnen for utskillelse av partikler i væske, hvor den dynamiske syklonen omfatter en tank som er utstyrt med en øvre innløpsåpning og en øvre og en nedre utløpsåpning for utføring av henholdsvis væske og partikler, videre omfatter tanken en aksling som er utstyrt med et antall skovler eller blad, og som er innrettet til å drives av en tilstøtende motor, hvor det om akslingen er anordnet en sentralt plassert rørstuss med et antall slisser, og at en trykktank for partikkeloppsamling er anordnet nedstrøms til den nedre utløpsåpningen til syklonen, via et innløp. Oppfinnelsen vedrører også systemer for utskilling av sandpartikler ved hjelp av partikkeloppsamleren.

Ved produksjon av olje/gass på plattformer vil det ofte komme med sand partikler i brønnstrømmen. Mye av sanden settles ut i store produksjonstanker (separatorer). Det har tidligere vært nødvendig å stoppe produksjon og åpne separatorene for å fjerne sanden manuelt. For å fjerne sanden under produksjon, jettes separatorene ved bruk av spyledyser som skyver sanden mot et dreneringsrør og sender det videre til en sandsyklon. En dynamisk desander (syklon) har vært brukt på flere plattformer for jetting av separatorer. Ved å koble syklonen i loop med separatoren kan den skille ut sanden og levere rent vann tilbake til separator. Dette kan gjøres under høye trykk uten å stoppe produksjon av olje/gass. Ettersom separatorer også settes på havbunnen vil dette systemet være egnet for sand fjerning sub sea.

Ved oppstart av en ny oljebrønn vil det være rester av borevæske, kaks, og partikler som må produseres ut før brønnen legges over til olje- og gassproduksjon. Ved å koble syklonen i mellom brønnhode og prosessanlegg kan syklonen fjerne uønskede partikler fra brønnstrøm før den går videre i prosessanlegget. Dette vil redusere slitasje på nedstrøms rør, pumper, ventiler, utstyr, osv. Denne teknologien kan også brukes når brønnhode står på havbunnen (satellitt-brønn). Ved og marinisere syklonen for undervannsoperasjoner, vil dette åpne et nytt marked for sub sea brønntesting.

Det er følgelig et formål med foreliggende oppfinnelse å frembringe en løsning hvor ulempene nevnt ovenfor unngås, og hvori det frembringes en oppsamling av nevnte partikler.

En dynamisk partikkelseparator er kjent fra Norsk patent NO313580, og vedrører en partikkelseparator eller syklon i to trinn til anvendelse ved utskillelse av partikler fra en strøm av væske, gass eller begge deler. Partikkelseparatoren kan særlig anvendes til for eksempel utskilling av sandpartikler fra olje og gass i oljeproduk-sjonsrør, utskillelse av partikler i prosessindustri eller utskillelse av partikler for eksempel i en vannforsyning. Utskillingen av partikler foregår i to trinn ved at de groveste partiklene i en del tilfeller først følger innerveggen i en beholder og faller ut av denne, mens man i et trinn to gjennom et motorisert skovlesystem sirkulerer gass- eller væskestrømmen sammen med partiklene rundt utenfor og inne i en innebygget rørkappe med slisser, noe som medvirker til at fine partikler aktivt drives ut til kantene i beholderen av sentrifugalkraften fordi de har større massetetthet enn væsken. Deretter vil de på grunn av tyngdekraften falle ned mot bunnen av beholderen, hvor de ledes ut eller til en annen, underliggende tank for partikkeloppsamling eller til dreneringssystem, samtidig som væsken hele tiden ledes ut fra et utløpsrør tilkoplet toppen av den øvre trykktank.

WO 2004/003335 A2 omhandler fjerning av sand fra væske, der et separasjons-anlegg er plassert på havbunnen, og en trykktank for partikkeloppsamling er plassert nedstrøms det nedre utløpet til en hydrosyklon. Sand fjernes fra tanken ved at vann strømmer gjennom en ejektor plassert ved utløpet til tanken.

GB 2342057 A omhandler separasjon av sand fra en brønnstrøm, hvor sand separeres fra brønnstrømmen i en syklon plassert på havbunnen, og hvor sand deretter tilføres en oppsamlingstank.

US 5853597 A viser en partikkeloppsamlingstank med en ejektor for væsketilførsel slik at væske blandet med partikler føres ut av tanken.

For oljeselskap medfører det store kostnader og en betydelig arbeidsinnsats å skille ut partikler for eksempel under oljeproduksjon, fordi sand partikler virker ødeleggende på utstyret oljen føres gjennom. Partikler føre til blant annet erosjon på rørsystemer, med fare for sikkerheten, samt tetting av filtre. Hittil har utstyr som benyttes til utskillelse vært avhengig av partiklenes størrelse og av strømningshastigheten i den væske og/eller gass de opptrer i.

De overnevnte formål oppnås med en partikkeloppsamler som angitt i karakteristikken i det selvstendige krav 1, ved at trykktanken omfatter en oppsamler med i det minste delvis åpen topp, hvor oppsamleren hviler i et væskebad og på en vektmåler i tanken, samt en ejektor som er innrettet til å tilføre væske via et innløp og å sende ut en væskeblanding med partikler fra oppsamleren via et utløp.

Alternative foretrukne utførelser av partikkeloppsamleren er angitt i de uselvstendige kravene 2-5.

Oppsamleren er fortrinnsvis utformet som en bøtte med samsvarende ytre form som tankens indre form, dog med mindre diameter og lengde. Vektmåleren kan være anordnet i et bunnområde av tanken, slik at oppsamleren kan hvile på vektmåleren.

Mellom bøttens topp og trykktanken kan det være anordnet et filter, så som et membranfilter, innrettet til å hindre at partikler felles ut i væskebadet mellom bøtten og tanken. Videre kan en signalbehandler være koblet til vektmåleren, innrettet til å styre ejektoren.

Nevnte formål oppnås også med et system som angitt i karakteristikken i de selvstendige krav 6 og 8.

Et system for utskilling av sandpartikler fra en separator i følge oppfinnelsen, hvor separatoren er anordnet på havbunnen og innrettet for mottak av sandpartikler fra en brønn, omfatter fortrinnsvis en separator som er koblet i en sløyfe til en dynamisk syklon med en partikkeloppsamler, som angitt ovenfor, idet spylevann med sandpartikler fra separatoren er innrettet til å bli tilført syklonens innløp, og at renset spylevann blir tilbakeført til separatoren, mens sandpartikler fanges opp i partikkeloppsamleren.

Et system for utskilling av sandpartikler fra en brønnstrøm fra et brønnhode, i følge oppfinnelsen, er kjennetegnet ved at et løp for brønnstrømmen er koblet til et innløp til en dynamisk syklon med en partikkeloppsamler, som angitt ovenfor, idet sandpartikler fra brønnstrømmen fanges opp i partikkeloppsamleren, mens returfluid eller gas sendes til en rørledning eller til en separator.

Alternative foretrukne utførelser av systemene er angitt i respektive uselvstendige krav 7 og 9, ved at sandpartikler som blir akkumulert i nevnte partikkeloppsamler, når oppsamlerbøtten er full, blir sendt til en ekstern oppsamlingstank ved hjelp av ejektoren.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av de vedlagte figurer, hvori:

Figur 1 og 2 viser en kjent dynamisk syklon.

Figur 3 viser en partikkeloppsamler i følge oppfinnelsen.

Figur 4 viser et system i følge oppfinnelsen, hvor den dynamiske syklonen og partikkeloppsamleren er koblet mellom brønnhode og en lagringstank for sand. Figur 5 viser et system som vist i figur 4, hvor en separator for sand også er innarbeidet.

Figur 6 viser en kombinasjon av løsningene vist i figurene 4 og 5.

En kjent syklon som omtalt i nevnte NO 313580 er vist i figurene 1 og 2. Strømmen av partikler sammen med væske og/eller gass føres inn gjennom et innløpsrør 25 til en tank 2 med et lokk 3.1 denne er det montert en indre rørkappe 4 med langs-gående slisser 12.1 midten av denne roterer en aksling 5 med et varierende antall rotorblad 6. Akslingens rotasjon er drevet av en ikke nærmere angitt motor 1, som kan være elektrisk, pneumatisk eller hydraulisk. Den hydrauliske, pneumatiske eller elektriske motoren 1 kan også på en ikke nærmere angitt måte være innebygget i topplokket 3 eller i tanken 2, eller være montert utenpå lokket 3. Lokket 3 er på en ikke nærmere angitt måte festet på toppen av tanken 2, som inneholder den indre rørkappen 4. De groveste partiklene i det strømmende mediet vil grunnet strøm-ningshastighet i de fleste tilfelle følge ytterveggen av tanken 2 og grunnet tyngdekraften falle ut gjennom utløpsrøret 32.1 en del tilfeller vil dermed et passivt førstetrinn føre til partikkelutskillelse av større partikler. Finere, lettere partikler vil blande seg med væske og gass i tanken 2, innenfor og utenfor rørkappen 4. På grunn av sirkulasjonen i mediet som oppstår gjennom rotasjonen av bladene 6, vil også finere partikler drives ut mot kantene gjennom rørkappen 4, som i en andretrinns separasjon forsterker sentrifugalkraften og driver partikler ut gjennom slissene 12. En kjegleformet gass-sperre 38 forhindrer gass i midten av tanken 2 å trenge ned i utløpsrøret 32.

Væske og gass tas, grunnet trykk, ut gjennom en åpning 10 i tanklokket 3 og blir ført ut gjennom utløpsrøret 26. Dette fordi disse er de elementene med lavest massetetthet i det strømmende mediet, og fordi tanken 2 hele tiden tilføres ny væske, gass og partikler.

En dynamisk syklon 2 som angitt ovenfor, kan med en partikkeloppsamler 12 bli satt på havbunnen oppkoblet mot et brønnhode 30 (som vist i figur 4). Brønnstrømmen fra brønnhodet blir via et innløp 20 ledet til innløpet 25 og gjennom syklonen 2, og blir renset for partikler. Brønnstrømmen kan bli videreført til brønnmanifold. Partikler blir i oppsamleren 12 fortrinnsvis akkumulert i en oppsamler 13, i form av for eksempel en vektbøtte, med for eksempel en vektcelle 15 som gir kontroll på hvor mye partikler som er tatt ut av brønnstrømmen. En signalbehandler 36 kan videre være koblet til vektmåleren 15 for til å styre ejektoren 14. Når partikkeloppsamleren 12 er full vil en ventil mellom syklonen og oppsamleren 12 stenges for å isolere trykk fra brønnstrømmen. En trykkavlastningslinje 7 åpnes for å drenere trykk til hav-bunnsatmosfære. Ejektoren 14 får drivvann fra en linje 8 som suger med seg partikler med for eksempel 50 % væske og tømmer vektbøtten for å sende partikler videre, til for eksempel en større lagringstank 9. Som vist i figurene kan denne større lagringstanken 9 være plassert nært eller i en avstand fra partikkeloppsamleren 12. En sirkulasjonspumpe 17 driver loopen 11,8,16 for å transportere partikler/væske. Det kan være anordnet en eller flere vektceller 10 på lagringstanken 9 for å kontrollere mengden partikler i lagringstanken 9.

Syklonpakken med pumpe kan være anordnet på en egen skid som settes på en sub sea template via guidewires fra overflatefartøy. Dette gjør at syklonpakken kan installeres/de-mobiliseres for midlertidig operasjoner. Lagringstanken har samme system for transport av partikler til overflatefartøy. Og lengre operasjoner kan føre til bytting av lagringstanker, mens syklonpakke blir stående på havbunnen.

Partikkeloppsamleren 12 for væske/partikkel-oppsamling mottar partikkelutfelling fra den dynamiske syklonen 2 fortrinnsvis via et innløp 18 på toppen. Oppsamleren 13 kan som nevnt være i form av en bøtte med åpen topp og som har mindre diameter og lengde enn oppsamleren, og er montert inn i bunn av tanken. Partikkeloppsamleren 12 kan være i form av en trykktank. Det kan videre være væskefylt mellom trykktank og vektbøtte, og alternativt kan et membranfilter 34 være anordnet på toppen for å sikre at ikke partikler felles ut i dette mellomrommet. Bøtten monteres i bunn av trykktanken på en vektcelle 15, elektrisk eller hydraulisk type. Vektcellen 15 forteller mengde partikler oppsamlet i vektbøtten ved forskjellig egenvekt på partikler og væske.

Ejektoren 14 kan drives av trykkvæske fra innløpet 8, og som blander og suger med seg partikler fra vektbøtte med en blanding på for eksempel 50/50 % partikler/ væske. Partikkel/væske-blanding sendes ut gjennom utløpet 16.

Mellom innløpet 25 til syklonen 2 og partikkelutløpet 16 på partikkeloppsamleren 12 kan det være anordnet en utjevningsledning 19. Videre kan et innløp 21 for jetting fra separatoren 28 være koblet til syklonens innløp 25. Figur 5 og 6 viser et system for utskilling av sandpartikler fra en separator 28, hvor separatoren er anordnet på havbunnen og innrettet for mottak av sandpartikler fra en brønn 30. Som det fremgår er separatoren 28 koblet i en sløyfe til den dynamiske syklonen 2 med partikkeloppsamleren 12. Spylevann med sandpartikler fra separatoren 28 tilføres syklonens innløp 25, og renset spylevann blir tilbakeført til separatoren 28, mens sandpartikler fanges opp i partikkeloppsamleren 12. Figur 4 viser et system for utskilling av sandpartikler fra en brønnstrøm fra et brønnhode 30, hvor et løp 20 for brønnstrømmen er koblet til innløpet 25 til den dynamiske syklonen 2 med partikkeloppsamleren 12. Sandpartikler fra brønn-strømmen fanges opp i partikkeloppsamleren 12, mens returfluid eller gas sendes via en rørledning 22, 23 til separatoren 28 eller via eksternt via en rørledning 24.

Claims (9)

1. Partikkeloppsamler for en dynamisk syklon plassert på havbunnen for utskillelse av partikler i væske, hvor den dynamiske syklonen omfatter en tank (2) som er utstyrt med en øvre innløpsåpning (25) og en øvre og en nedre utløpsåpning (26,32) for utføring av henholdsvis væske og partikler, videre omfatter tanken en aksling (5) som er utstyrt med et antall skovler eller blad (6), og som er innrettet til å drives av en tilstøtende motor (1), hvor det om akslingen (5) er anordnet en sentralt plassert rørstuss (4) med et antall slisser, og at en trykktank (12) for partikkeloppsamling er anordnet nedstrøms til den nedre utløpsåpningen (32) til syklonen, via et innløp (18),karakterisert vedat trykktanken (12) omfatter en oppsamler (13) med i det minste delvis åpen topp, hvor oppsamleren (13) hviler i et væskebad og på en vektmåler (15) i tanken (12), samt en ejektor (14) som er innrettet til å tilføre væske via et innløp (8) og å sende ut en væskeblanding med partikler fra oppsamleren (13) via et utløp (16).

2. Partikkeloppsamler i samsvar med krav 1,karakterisert vedat oppsamleren er utformet som en bøtte med samsvarende ytre form som tankens (12) indre form, dog med mindre diameter og lengde.

3. Partikkeloppsamler i samsvar med krav 1 eller 2,karakterisert vedat vektmåleren (15) er anordnet i et bunnområde av tanken (12), slik at oppsamleren (13) hviler på vektmåleren (15).

4. Partikkeloppsamler i samsvar med krav 2-3,karakterisert vedat det mellom bøttens topp og trykktanken (12) er anordnet et filter (34), så som et membranfilter, innrettet til å hindre at partikler felles ut i væskebadet mellom bøtten og tanken.

5. Partikkeloppsamler i samsvar med krav 2-4,karakterisert vedat en signalbehandler (36) er koblet til vektmåleren (15), innrettet til å styre ejektoren (14) .

6. System for utskilling av sandpartikler fra en separator (28), hvor separatoren er anordnet på havbunnen og innrettet for mottak av sandpartikler fra en brønn (30),karakterisert vedat separatoren (28) er koblet i en sløyfe til en dynamisk syklon (2) med en partikkeloppsamler (12), som angitt i ett eller flere av kravene 1-5, idet spylevann med sandpartikler fra separatoren (28) er innrettet til å bli tilført syklonens innløp (25), og at renset spylevann blir tilbakeført til separatoren (28), mens sandpartikler fanges opp i partikkeloppsamleren (12).

7. System i samsvar med krav 6,karakterisert vedat sandpartikler som blir akkumulert i nevnte partikkeloppsamler (12), når oppsamlerbøtten (13) er full, blir sendt til en ekstern oppsamlingstank (9) ved hjelp av ejektoren (14).

8. System for utskilling av sandpartikler fra en brønnstrøm fra et brønnhode (30),karakterisert vedat et løp (20) for brønnstrømmen er koblet til et innløp (25) til en dynamisk syklon (2) med en partikkeloppsamler (12), som angitt i ett eller flere av kravene 1-5, idet sandpartikler fra brønnstrømmen fanges opp i partikkeloppsamleren (12), mens returfluid eller gas sendes til en ekstern rørledning eller til en separator (28).

9. System i samsvar med krav 8,karakterisert vedat sandpartikler som blir akkumulert i nevnte partikkeloppsamler (12), når oppsamlerbøtten (13) er full, blir sendt til en ekstern oppsamlingstank (9) ved hjelp av ejektoren (14).