NO346173B1

NO346173B1 - Underjordisk sentrifugal avfallsoppsamler

Info

Publication number: NO346173B1
Application number: NO20131322A
Authority: NO
Inventors: Hong Zhu
Original assignee: Baker Hughes Holdings Llc
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2022-04-04
Also published as: WO2012148578A2; US8960282B2; GB2506996B; US20120273278A1; GB201317238D0; WO2012148578A3; NO20131322A1; WO2012148578A4; GB2506996A; BR112013027281B1; AU2012250203A1

Description

UNDERJORDISK SENTRIFUGAL AVFALLSOPPSAMLER

OPPFINNELSENS OMRÅDE

[0001] Oppfinnelsens område er underjordiske avfallsrenseverktøy og mer især den typen verktøy som dirigerer avfall med strømning inn i verktøyets nedre ende og holder tilbake avfallet i et oppsamlingsvolum rundt et innløpsrør og mer især også anvender en virvelbevegelse av den inngående avfallsladede strømmen for å forøke separasjon i verktøyet.

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

[0002] Utfresingsoperasjoner ved underjordiske lokaliteter omfatter fluidsirkulasjon som er ment å fjerne borekaks til overflaten. En del av denne borekaksen blir ikke ført til overflaten og avsettes på borehullunderlaget som for eksempel en pakker eller stengeplugger som er under. I åpen brønn-situasjoner kan borehullet styrte sammen og sende avfall inn i borehullet. Med tiden kan annet avfall avleires på en borehullunderstøttelse og må fjernes for tilgang til understøttelsen eller for å tillate videre underjordiske operasjoner.

[0003] Renseverktøyer for borehull er blitt brukt til å fjerne slikt avfall. Det er blitt utviklet forskjellige framstillingsmåter med tiden. I en tradisjonell framstillingsmåte går fluidet gjennom midten av verktøyet og ut av bunnen for å fluidisere avfallet og sender den avfallsladede strømmen rundt utsiden av verktøyet hvor en avleder omdirigerer strømningen gjennom verktøylegemet. En beholder samler opp avfallet når det rene fluidet går gjennom et filter og tømmes over avlederen for turen opp til overflaten.

[0004] En annen type verktøy har en jetstrøm som går ned i borehullet utenfor verktøyet for å drive avfall inn i den nedre enden av verktøyet hvor avfallet samles opp og rent fluid som går gjennom et filter returneres til overflaten utenfor verktøyet gjennom porter lokalisert i nærheten av stråleutløpene som vender nedover i borehullet. Stråleutløpene opptrer som en eduktor for å trekke avfallsladet strømning inn i verktøyets nedre ende.

Noen eksempler på slike verktøy er USP: 6,176,311 ; 6,607,031 ; 7,779,901 ;

7,610,957; 7,472,745; 6,276,452; 5,123,489. Avfallsgripere med et sirkulasjonsmønster som opptar avfall på utsiden av verktøylegemet og sender det inn i verktøyet med en avleder illustreres i USP: 4924940, 6189617, 6250 387 og 7478687.

[0005] Bruken av sentrifugalkraft for å atskille komponenter med forskjellig densitet illustreres i et produkt som selges av Cavins, Houston, Texas under navnet Sandtrap Downhole Desander til bruk med sugeledninger for elektrisk nedsenkbar pumpe. USP 7,635,430 illustrerer bruk av en hydrosyklon på et brønnhode. Også relevant for området om underjordisk fjerning av avfall er SPE 96440; P. Connel og D. B. Houghton; Fjerning av avfall fra dypvannsborehull ved bruk av vektorkontrollert ringromrengjøringssystem reduserer problemer og sparer riggtid. Også relevant for området om underjordisk fjerning av avfall er USP 4,276,931 og 6,978,841.

[0006] Gjeldende utforminger av avfallsfjerningsanordninger som tar inn avfallet med reversert fluidsirkulasjon inn i den nedre enden av verktøyhuset, har brukt en rett boring for innløpsrøret koplet til en deflektor på toppen som kan være en konusform 10 slik som i FIG.1 eller en flat plate 12 slik som i FIG.2. Pil 14 representerer retningen de faste stoffene må gå i for å bli oppsamlet i kammeret 16 som er anbrakt rundt innløpsrøret 18. En av bekymringene ved utformingene i FIG.1 og 2 er at et svært langt separasjonskammer som er mellom konusen 10 eller platen 12 og utløpet 20 behøves til å atskille avfallet fra det strømmende fluidet ved bruk av tyngdekraft og saktning av fluidhastighet som oppstår når strømmen med avfallsladet fluit forlater innløpsrøret 18 og går inn i den brede diameteren på huset 22 på vei mot utløpet 20. Etter utløpet 20 er det et filter og avfall som ikke faller ut og inn i kammeret 16 ender opp med å legge en materialmengde på dette filteret som hemmer sirkulasjonen og evnen til å plukke opp avfall for det første. Å øke innløpshastigheten i et forsøk på å føre med seg mer avfall inn i røret 18 ender opp med å være motproduktivt i utformingene i FIG.1 og 2 ettersom den høyere hastigheten etter en utgang fra røret 18 også forårsaker høyere turbulens og ny medføring av avfallet som ellers ville ha kunnet avsettes ved tyngdekraften inn i oppsamlingskammeret 16. FIG.3 illustrerer den kjente VACS fra Baker Hughes. En del av denne er vist i FIG.1 og 2. De viser også at strømningen fra utgang 22 går inn i et filter 23 og utskilles så inn i en matestrøm 25 fra overflaten. Etter eduktorutgangen 27 deler strømningen seg med 29 og går til overflaten og 31 går til bunnen og inn i innløpsrøret 18.

[0007] Denne oppfinnelsen sikter mot å forøke separasjonseffekten og å gjøre dette i et mindre rom og på en slik måte som fordelaktig kan bruke høyere hastigheter for å forøke separasjonen. Dette gjennomføres hovedsakelig ved å indusere en virvel i den inngående avfallsladede fluidstrømningen. Et turbinhjul gir spiralmønsteret til fluidstrømningen slik at de faste stoffene ved sentrifugalkraft slynges ut til den ytre periferien av et nedstrømssrør før de snur og vender opp på vei mot utløpet til huset og nedstrømsfilteret. Fagkyndige på området vil forstå dette og andre av oppfinnelsens forskjellige aspekter bedre ved å granske beskrivelsen av den foretrukne utførelsesformen og de tilknyttede tegningene samtidig som de er klar over at oppfinnelsens fullstendige område skal fastsettes utfra de vedlagte kravene.

SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN

[0008] Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en avfallsfjerningsanordning til underjordisk bruk driftsklar til å fjerne avfall før produksjon gjenopptas ved å bruke pumpet fluidstrømning gjennom en linje som plasserer avfallsfjerningsanordningen tilgrensende avfallet for fjerning av avfall med pumpet strømning inn i avfallsfjerningsanordningen, som angitt i det selvstendige krav 1.

En underjordisk avfallsgriper tar inn avfallsladet fluid ved en nedre ende.

Innløpsstrømningen induseres med en eduktor som har et utløp som går rundt huset til den nedre innløpsenden for avfallet. Eduktorinnsugingen induserer strømning inn i den nedre enden til huset også. Inngående avfall går opp et ringrom rundt oppsamlingsbeholderen og dreier for å gå gjennom et skovlhjul som gir en virvling til den flytende strømmen. Flyteretningen reverseres fra opp før hjulet til ned gjennom et rør etter hjulet. De faste stoffene slynges til rørperiferien og fluidet reverserer retningen for å gå tilbake opp til et filter før det når eduktorinnsugingskoplingen. Avfallet virvler ned et rør med åpen bunn og samles opp i et hus som omgir fallrøret.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0009] FIG.1 er en utforming av et avfallsfjerningsverktøy som tar inn avfall ved en bunnlokalitet gjennom et innløpsrør med et konusformed deksel på toppen;

[0010] FIG.2 er en annen variasjon innen kjent teknikk av FIG.1 hvor en plate befinner seg over topputløpet på innløpsrøret;

[0011] FIG.3 er et tverrsnitt av et fjerningsverktøy kjent innen teknikken kjent som VACS;

[0012] FIG.4 er et tverrsnitt av avfallsfjerningsverktøyet i denne oppfinnelsen;

DETALJERT BESKRIVELSE AV FORETRUKKEN UTFØRELSESFORM

[0013] FIG.4 er en delskjemarepresentasjon av avfallsfjerningsanordningen 50 i denne oppfinnelsen. Slik som i tidligere utforminger leveres fluid fra overflaten under trykk i linje 52 og inn i eduktorinnløpet 54. Eduktorinnløpets 56 strømning går mot hullbunnen ved 58 og tilbake til overflaten ved 60. Strømningen 58 plukker opp avfall fra utfresing eller andre lokale operasjoner for endelig tilbakeholdelse i et oppsamlingshus 64 som sitter inne i et ytre hus 66. Den inngående avfallsstrømningen 62 er fortsettelsen av strømningen 58 som nå har avfallet ført med seg. Etter atskillelse går den utgående fluidstrømningen gjennom filter S før den når eduktorinnløpet 54. Tidligere endte finavfallet som ikke ble atskilt opp med å tilstoppe filteret S og med å redusere sirkulasjonshastigheterne Dette hadde en skadelig effekt på muligheten til å dirigere avfall inn i apparatet 50 ved innstrømningslokaliteten til strøm 62.

[0014] Måten som separasjonen oppstår på i huset 66 og konfigurasjonen til de innvendige komponentene i huset 66 representerer avviket fra tidligere utforminger. Det inngående strømningsløpet 62 fører inn avfallet og kanaliseres inn i en ringformet strømningsbane 68 slik det representeres av pil 70. Strømning gjennom den ringformede banen 68 ved inngang opprettholder fluidhastigheten for å holde de faste stoffene ført med på vei mot den første retningsreverseringen representert av pil 72. Det åpne volumet 74 over den øvre enden 76 på huset 64 tillater svinger med større radius som reduserer strømningsmotstanden og virkninger fra erosjon fra medførte faste stoffer som gjør at en retning endres. Som et alternativ vil den øvre enden 76 kunne strekke seg til toppdekselet 78 og i stedet ha en port på linje med inntak 80 på et stasjonært turbinhjul 82. Hjulet 82 er montert over utgangsrøret 84 og har en forsegling 86 i mellom. Alternativt til en fast montering som induserer virvling grunnet dens form, kan hjulmonteringen 82 rotere på et forseglet lager slik det representeres skjematisk av sirkelformet pil 88. I dette tilfellet er skjermen 90 for hjulmonteringen 82 festet til oppsamlingshuset 64. Strømningen inn i inntakene 80 roterer hjulet 82 rundt en vertikal akse. Den flytende strømmen går ut av hjulet 82 med en overført virvling og går ned en ringformet passasje 92 dannet mellom utløpsrøret 84 og fallrøret 94. Bøyd pil 96 illustrerer hvordan de faste stoffene 98 drives fram av sentripetalkraft utover mot veggen til fallrøret 94. Den flytende strømmen finner utgangen i den nedre enden av utløpsrøret 84 og reverserer retning igjen for å gå opp til røret 84 slik det illustreres med pil 100. Avfallet 98 fortsetter grunnet dets vekt og rotasjonsvirkningen å gå ned til bunnen for å danne en oppsamlingshaug 102. Pil 104 representerer det rene strømningsløpet med forhåpentligvis en liten mengde finmateriale som enten er små nok til å gå gjennom filter S uten skade på eduktoren over, eller vil være av så liten mengde at avfallsoppsamlingsoppgaven kan utføres til slutt uten nedsettelse av funksjonen forårsaket av hemmet strømning ved filter S.

[0015] Utformingen fokuserer på å fjerne mer av finavfallet som tidligere ble brakt opp til filter S. En del av dette fokuserer på å opprettholde hastighet ved inngangen ved bruk av ringrommet 68. Så skjer den første retningsreverseringen i åpent volum 74 som fører rett inn i hjulet 82 som i den foretrukne utførelsesformen roterer på dens akse og akselererer avfallet inkludert finmaterialet utover ettersom strømningsløpet nå i spiralformet bane fortsetter ned ringrommet 92 med avfallet 98 som gnir på veggen til røret 96 inntil det lander i haugen 102 i kammerets 64 nedre ende. Nedenfor den nedre enden av utløpsrøret 84 reverserer fluidet retning for å gå opp slik det angis med pil 100 og avfallet som beveger seg nedover med tyngdekraften og roterer slik det angis av piler 104 er nå i et temmelig stillestående område med liten turbulens for å la avfallet 98 fortsette på dets spiralnedgang.

[0016] Apparatet 50 kan anbringes i hvilken som helst orientering selv om dess nærmere orienteringen er det vertikale dess større ytelse ved fjerning av avfall. Ved rengjøring etter fjerning fra den underjordiske lokaliteten, kan bunnen 106 fjernes og det oppsamlede avfallet kan spyles ut. Turbinhjulet 82 roterer fortrinnsvis som en reaksjon på den passerende strømningen. Rotasjon foretrekkes ettersom trykkfallet for det flytende fluidet er lavere enn i en statisk situasjon. Uansett vil enheten fremdeles overføre en virvling til det flytende fluidet selv om hjulet av en eller annen grunn er tilstoppet med avfall eller har lagersvikt. Fordelen ved det virvlende strømningsløpet vil fremdeles være til stede for å hjelpe med atskillelse. Som et annet alternativ kan antall retningsreverseringer alene også opptre som en separasjonsteknikk for å fjerne avfall selv uten rotasjonen som overføres ved bruk av hjulet 82. Det er klart at det å tilføye hjulet og så la det rotere representerer en forbedring i forhold til bare å stole på retningsreverseringer. Selv om det henvises til et hjul 82 som kan ligne for eksempel på et lukket løpehjul i en sentrifugalpumpe eller en turbinrotor, overveies også andre strukturer som tar en inngående strøm og overfører en rotasjon til den. Dette kan være så enkelt som en rekke faste eller dreiende ledeplater eller andre former som strekker seg inn i et strømningsløp som overfører rotasjon til strømningen samtidig som de ikke skaper turbulens helt til store trykkfall eller hastigheter som er så høye at erosjon skaper problemer. Alternativer for linjeanslagsoverflater med herdet materiale kan installeres samtidig som man må huske på at plassoverveielser kan kreve at tykkelsen på et slikt belegg beskytter de innvendige veggene på apparatet 50 mot erosjon på grunn av anslag av faste stoffer.

Claims

PATENTKRAV

1. Avfallsfjerningsanordning (50) til underjordisk bruk driftsklar til å fjerne avfall før produksjon gjenopptas ved å bruke pumpet fluidstrømning gjennom en linje som plasserer avfallsfjerningsanordningen (50) tilgrensende avfallet for fjerning av avfall med pumpet strømning inn i avfallsfjerningsanordningen (50), k a r a k t e r i s e r t v e d at den omfatter:

et ytre hus (66) som er støttet på en linje for plassering mot avfallet som skal fjernes og levering av pumpet fluid til huset (66), huset (66) har videre et åpen-endet ringformet innløp for plassering i avfallet for å få avfallet til å strømme inn i huset (66), der innløpet er plassert ved en fri ende av det ytre huset (66), slik at den frie enden kan lande på avfallet under drift, og huset omfatter videre et utløp;

en eduktor for å trekke avfallsladet fluid inn i nevnte innløp;

et avfallsoppsamlingskammer (64) i huset (66);

en fluidpassasje fra innløpet til utløpet som reverserer retningen minst én gang mellom innløpet og utløpet samtidig som det er åpent ved en lokalitet mellom innløpet og utløpet slik at avfallet oppsamles i avfallsoppsamlingskammeret (64);

passasjen defineres av en åpen-endet ringformet bane (68) mellom avfallsoppsamlingskammeret (64) og huset (66)som begynner ved innløpet for å dirigere avfallsladet strømning i en motsatt retning enn fjernet avfall som faller inn i avfallsoppsamlingskammeret (64).

2. Anordning i henhold til krav 1, der:

retningsreverseringen omfatter en U-sving.

3. Anordning i henhold til krav 2, der:

passasjen gjør minst to U-svinger mellom innløpet og utløpet.

4. Anordning i henhold til krav 2, der:

den ringformede banen (68) strekker seg over og inn i et åpent toppunkt på avfallsoppsamlingskammeret.

5. Anordning i henhold til krav 4, som videre omfatter:

et innløpsrør i avfallsoppsamlingskammeret (64) som leder fluid fra den ringformede banen og videre inn i avfallsoppsamlingskammeret (64)

der innløpsrøret har åpne motsatte ender.

6. Anordning i henhold til krav 5, der:

et utøpsrør strekker seg fra utløpet og minst delvis inn i innløpsrøret og har motsatte åpne ender.

7. Anordning i henhold til krav 6, som videre omfatter:

en virvlingsoverføringsanordning tilknyttet innløpsrøret for å virvle avfallsladet fluidstrømning mot innløpsrøret.

8. Anordning i henhold til krav 7, der:

virvlingsoverføringsanordningen er roterende montert.

9. Anordning i henhold til krav 8, der:

virvlingsoverføringsanordningen omfatter en skovlet hjulstruktur.

10. Anordning i henhold til krav 7, der:

virvlingsoverføringsanordningen er bevegelig montert.

11. Anordning i henhold til krav 7, der:

virvlingsoverføringsanordningen er stasjonær.

12. Anordning (50) ifølge krav 1, der

et virvelinduserende element i passasjen for å overføre virvling til fluidet som går gjennom passasjen for å hjelpe med å fjerne avfall inn i avfallsoppsamlingskammeret (64).

13. Anordning i henhold til krav 12, der:

virvlingsoverføringsanordningen er roterende montert.

14. Anordning i henhold til krav 13, der:

virvlingsoverføringsanordningen omfatter en skovlet hjulstruktur.

15. Anordning i henhold til krav 12, der:

virvlingsoverføringsanordningen er bevegelig montert.

16. Anordning i henhold til krav 12, der:

virvlingsoverføringsanordningen er stasjonær.

17. Anordning i henhold til krav 12, der:

fluidpassasjen fra innløpet til utløpet reverserer retningen minst én gang mellom innløpet og utløpet.

18. Anordning i henhold til krav 17, der:

retningsreverseringen omfatter en U-sving.

19. Anordning i henhold til krav 18, der:

passasjen gjør minst to U-svinger mellom innløpet og utløpet.

20. Anordning i henhold til krav 18, der:

den ringformede banen (68) strekker seg over og inn i et åpent toppunkt på avfallsoppsamlingskammeret (64).

21. Anordning i henhold til krav 20, som videre omfatter:

et innløpsrør i avfallsoppsamlingskammeret (64) som leder fluid fra den ringformede banen (68) og videre inn i avfallsoppsamlingskammeret (64)

der innløpsrøret har åpne motsatte ender.

22. Anordning i henhold til krav 21, der:

et utløpsrør (84) strekker seg fra utløpet og minst delvis inn i innløpsrøret og har motsatte åpne ender.