NO821064L

NO821064L - System for fjerning av gass og faste stoffer fra en borevaeske

Info

Publication number: NO821064L
Application number: NO821064A
Authority: NO
Inventors: Alvin B Kennedy Jr
Original assignee: Alvin B Kennedy Jr
Priority date: 1981-01-09
Filing date: 1982-03-30
Publication date: 1983-10-03
Also published as: IT1189280B; IT8248448A0; BE893568A; NL8202054A; US4353719A; DK154482A; BR8203020A; GB2117277A; DE3226519A1; FR2524821A1; AU8217582A

Description

Denne oppfinnelse angår en anordning for fjerning

av gass og faste borepartikler fra borevæsker, nærmere bestemt et modulsystem for sentrifugalseparasjon av gass og faste borepartikler fra borevæsken.

Under boring av olje- og gassbrønner vil borevæsker som strømmer tilbake fra borehullet, være ladet med sand og dynn, som sammen vil bli betegnet som faste borepartikler.

I visse situasjoner kan dessuten borevæsken som strømmer tilbake fra borehullet, frakte med seg gass fra formasjonen i hvilken boringen foretas. Likeledes kan en viss mengde gass i form av luft innføres i borevæsken som følge av lekkasjer i slampumper og liknende.

Da tilstedeværelsen av faste borepartikler og gass

i borevæske endrer borevæskens tetthet, viskositet og andre egenskaper, er det nødvendig å fjerne så mye som mulig av disse faste partikler av gassen fra borevæsken før denne re-sirkuleres til borehullet.

Det er blitt utviklet mange anordninger for å fjerne gass fra borevæske. Konvensjonelle angasningsanordninger virker vanligvis på den måte at de enten tar sikte på å øke borevæskestrømmens overflateareal eller sentrifugerer borevæsken. Avgasningsanordningene som arbeider etter prinsippet med økning av overflatearealet, innbefatter i typiske til-feller innretninger for å sprøyte eller pumpe borevæsken mot plater eller skjermer. Borevæskens anslag mot skjermene for-årsaker at gassbobler bryter ut av borevæsken, og borevæsken tenderer til å spres ut over skjermene, hvorved dens overflateareal øker. I sentrifugal-avgasningsanordninger bringes borevæsken til å rotere hurtig i en trommel eller liknende;

og gassen tenderer til å bevege seg inn mot trommelens sentrum og ut av borevæsken. Både i avgasningsanordningene hvor det søkes oppnådd en økning av overflaten, og i sentrifugal-avgasningsanordningene dannes der normalt et underatmosfærisk trykk i avgasningsanordningen, som bidrar til å fremme fjerningen av gassen. Begge typer avgasningsanordninger er kompliserte mekaniske anordninger.og har mange roterende løpehjul eller trommeler og vakuumpumper.

Faste borepartikler blir vanligvis fjernet fra borevæsker enten ved sedimentering, frasikting eller sentrifuge-ring eller ved en kombinasjon av slike metoder. Sedimentering er den minst effektive metode for fjerning av faste borepartikler og anvendes derfor vanligvis kun i kombinasjon med andre metoder.

Sentrifugalseparasjon av faste borepartikler utføres normalt med en anordning som innbefatter en rekke hydrocycloner. Borevæsken innføres tangensialt i hydrocyclonen, og ren borevæske tas ut fra toppen av hydrocyclonen, mens de faste borepartikler tas ut fra bunnen. Imidlertid reduseres virknings-graden og effektiviteten av hydrocyclonutstyret for fjerning av faste borepartikler i vesentlig grad som følge av tilstedeværelsen av gass som er kommet inn i borevæsken. Tilstedeværelsen av medreven gass gjør borevæsken sammentrykkbar, hvilket hindrer funksjoneringen av hydrocyclonen. I visse situasjoner dannes der dessuten et underatmosfærisk trykk i bunnen av hydrocyclonen, hvilket har tendens til å medføre at luft trekkes inn i hydrocyclonen, hvorved den rene borevæske får et uønsket innhold av luft.

Det er derfor et mål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret anordning for fjerning av gass og faste borepartikler fra borevæsker.

Det er videre et mål med oppfinnelsen å tilveiebringe en anordning for fjerning av gass og faste borepartikler fra borevæske, som er relativ enkel og som har et minimum av bevegelige deler.

Det er videre et mål med oppfinnelsen å tilveiebringe en anordning for fjerning av gass og faste borepartikler fra borevæske, i hvilken det oppnås en effektiv avgassing av borevæsken før de faste borepartikler fjernes, og i hvilken borevæsken ikke på ny får et innhold av gass under fjerningen av de faste borepartikler.

De ovennevnte målsetninger og fordeler oppnås ved tilveiebringelse av et modulsystem for fjerning av gass og faste borepartikler fra borevæske. Systemet, eller anordningen, innbefatter en bunnplate med en sokkel påmontert denne. Et trau for oppsamling av faste borepartikler er dreibart montert på sokkelen og innbefatter en sidevegg og en bunnvegg som heller ned mot en fallrenne i sideveggen. En trykkbeholder bæres av sokkelen over trauet for oppsamling av faste borepartikler og innbefatter en sylindrisk avgasningshals. En pumpe, som er montert på bunnplaten, tjener til å pumpe borevæsken ved relativt høyt trykk inn i avgasningshalsen. Borevæsken innføres inn i avgasningshalsen gjennom en rørledning som forbinder pumpen med avgasningshalsen. Rørledningen innbefatter et første parti som er forbundet med pumpen, og et andre parti med rektangulært tverrsnitt, som er tangensielt forbundet med avgasningshalsen. Det rektangulære tverrsnitt av det andre parti former strømmen av væske som føres inn i avgasningshalsen, slik at denne tilpasses innsiden av avgasningshalsen for strømning tangensielt inn i og ned gjennom avgasningshalsen, slik at borevæsken avgasses gjennom innvirk-ning av sentrifugalkrefter. Den høye. hastighet av strømmen gjennom avgasningshalsen virker også til å spre væsken som et tynt skikt langs avgasningshalsens vegger, hvilket ytterligere bidrar til fjerningen av den medrevne gass. En rekke hydrocycloner er tilkoblet for å motta avgasset borevæske fra trykkbeholderen, og de er anordnet slik at de faste borepartikler tømmes ut i oppsamlingstrauet for de faste borepartikler. En oppsamlingsbeholder for ren borevæske er montert rundt avgasningshalsen og er anordnet for å motta ren borevæske fra hydrocyclonene. Det er anordnet innretninger for å forhindre at luft slippes inn gjennom hydrocyclonenes utløpsåpninger for faste borepartikler, og det er anordnet en innretning for utslipping av gass fra avgasningshalsen som funksjon av borevæskens nivå i trykkbeholderen.

Det vises nå til tegningene, hvor

fig.. 1 er et,noe skjematisk .sideriss, delvis i-snitt, av den foretrukne utføreIsesform" av anordningen ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 er et planriss, sett ovenfra, av anordningen ifølge oppfinnelsen,

fig. 3 er et snitt som viser, detaljer av avgasnings-ventilen,

fig. 4 er et sideriss, delvis i snitt, som viser detaljene av. ventilen i hydrocyclonens "spiss", og

fig. 5 viser et snitt etter linje 5-5 på fig. 1 og viser den sone av rørledningen hvor strømmen av borevæske formes før den innføres i avgasningshalsen.

Idet det refereres til tegningen, og først til figurene 1 og 2, betegnes anordningen ifølge oppfinnelsen generelt med henvisningstall 11. Anordningen innbefatter et glideunderlag 13 som bærer en rørformet sokkel 15. Anordningen 11 er således flyttbar og kan lett bringes i stilling for inn-lemmelse i slamsystemet. Det vil selvfølgelig forstås at anordningen 11 ville kunne monteres på andre måter,, f.eks. på

en lastbil eller liknende.

Borevæske som skal renses, tilføres anordningen 11 gjennom en rørledning 17, som kan være forbundet med retur-ledningen for slam fra borehullet eller til en sedimenterings-beholder eller liknende. I den foretrukne utførelse er rør-ledningen 17 forbundet med og understøttet av sokkelen 15 gjennom to hull 19 og 20 i sokkelen 15.

Rørledningen 17 er forbundet med en pumpe' 21, som

er montert på glideunderlaget 13. I den foretrukne utførelse er pumpen 21 en sentrifugalpumpe, og den drives ved hjelp av en egnet motor 22 montert på glideunderlaget. Pumpen 21 virker også til å omrøre borevæsken, hvilket letter gassfjerningen. Pumpen 21 setter borevæsken som skal renses, under trykk og bringer den til å strømme gjennom en rørledning 22.

Rørledningen 22 innbefatter et første parti 23 med generelt sirkulært tverrsnitt og et parti 25 med generelt rektangulært tverrsnitt. Det rørformede parti 23 og det rektangulære parti 25 er forbundet med hverandre via et over-gangsparti 26, og i den foretrukne utførelse er tverrsnittsarealet av det rørformede parti .23 og tverrsnittsarealet av det rektangulære parti 21 hovedsakelig like store.

Som best vist på fig. 2 er det rektangulære parti

25 forbundet tangensielt med en avgasningshals 27. Avgasningshalsen 2 7 utgjør en del av en trykkbeholder 29 med et nedre parti 28. Borevæske som skal renses, strømmer tangensielt inn i avgasningshalsen fra det rektangulære parti 25 og strøm- mer så i en spiral rundt i og ned gjennom avgasningshalsen 27 og ned i det nedre parti 28. Det rektangulære tverrsnitt av det rektangulære parti 25 tjener til å forhåndsforme strømmen av borevæske som føres inn i avgasningshalsen 27. Den for-håndsformede strøm tillater borevæsken som beveger seg gjennom avgasninghalsen 27 å føye seg bedre etter avgasningshalsens 27 innervegg, hvilket bringer borevæsken til å rotere gjennom avgasningshalsen 27 med en høyere hastighet enn den ville ha hatt dersom borevæsken ble tilført gjennom en rund tilførselsledning. Forhåndsformningen av strømmen fører også til at borevæsken sprer seg i et tynnere skikt over avgasningshalsens 27 innervegg, hvorved en mer effektiv av-gasning oppnås. Strømningen av borevæske i spiral gjennom avgasningshalsen 27 utsetter borevæsken for sentrifugalkrefter som medfører at praktisk talt all medreven gass fri-gjøres fra borevæsken.

Etter å ha passert gjennom avgasningshalsen 27 oppsamles borevæsken i det nedre parti 28, som bæres av sokkelen 15. Rundt omkretsen av det nedre parti 28 er det opphengt en rekke hydrocycloner 30, som er forbundet med det nedre parti 28 via rørledninger 31. I illustrasjonsøyemed er kun en hydrocyclon 30 vist på fig. 1, men flere cycloner er vist på fig. 2.

Hver hydrocyclon 30 er av .konvensjonell type, og hver rørledning 31 er anordnet for tangensiell innføring av borevæsken i hydrocyclon 31. I hydrocyclonen 31 strømmer borevæsken i en spiral nedover, inn i det avsmalnende nedre parti 32 og mot en spiss eller topp 33. Faste borepartikler føres nedover sammen med borevæsken og har tendens til å bevege seg mot hydrocyclonens 30 innervegg som følge av sentrifugal-kraften. På et visst punkt i det koniske parti 32 vil den rene porsjon av borevæsken skifte rotasjonsretning som følge av innsnevringen og bevege seg oppover i det sentrale parti av hydrocyclonen 30 og inn i en utløpsrørledning 34. De faste borepartikler fortsetter å bevege seg i en spiral nedover i det koniske parti 32 mot spissen 33.

Leilighetsvis vil der .under drift av hydrocycloner dannes et undertrykk ved cyclonens spiss.. Dette undertrykk fører til at luft suges opp gjennom hydrocyclonen og blander seg med fluidumuttaket. I henhold til.oppfinnelsen er hydrocyclonens 30 spiss 33 forsynt med en ventil 52 for å forhindre ny gassinnblanding i den rensede borevæske. Som best vist på fig. 4 innbefatter ventilen 52 en kule 53 gjennom hvilken det er ført en stift 54. Kulen 53 presses oppover mot spissen 33 ved hjelp av et par fleksible, elastiske bånd 55 og 56. Kulen 53 ligger normalt an mot spissen 33 og forhindrer innstrømning av luft, samtidig som den tillater faste borepartikler å strømme ut gjennom spissen 33.

De faste borepartikler tas ut fra hydrocyclonen 30

i form av et slam, som oppsamles i et rundt oppsamlingstrau 61, som er dreibart montert på lågere 61 og 62, rundt sokkelen 15. Oppsamlingstrauet 60 innbefatter en sylindrisk sidevegg 63 og en hellende bunnvegg 64 som heller mot en fallrenne 65. De faste borepartikler som tas ut fra hydrocyclonene 30, vandrer langs den hellende bunnvegg 64 mot fallrennen 65, hvor de kan oppsamles eller fjernes. En fagmann på området vil forstå at materialet som tas ut via fallrennen 65, kan ledes over en vibrerende sikt for å gjenvinne eventuell borevæske som måtte være blitt uttatt sammen med de faste borepartikler. Dessuten kan slammet av de faste borepartikler sentrifugeres for å konsentrere og redusere volumet av slammet, slik at man lettere kan kvitte seg med dette stoff.

Den rene borevæske som tas ut fra hydrocyclonen 30 gjennom rørledning 34, oppsamles i en oppsamlingsbeholder 35 som er montert over det nedre parti 28 av trykkbeholderen 2 9 og rundt avgasningshalsen 27. Den rene borevæske strømmer ut av oppsamlingsbeholderen 35 gjennom en rørledning 36 og kan anvendes på ny. En løfteventil 37 er anordnet i oppsamlingsbeholderen 35 for å holde atmosfæretrykk i beholderen 35. En fagmann på området vil forstå at borevæsken kan bearbeides gjennom en serie av hydrocycloner, dersom ytterligere rens-ning er nødvendig.

Trykket i trykkbeholderen .29 holdes på et overatmo-sfærisk nivå ved hjelp av en ventil 40, som er forbundet med toppen av avgasningshalsen ved hjelp av en flens 39. Som vist på fig. 3 innbefatter ventilen 40 en flensplate 41 med et sete 42. Forbundet med og hengende ned fra flens 41 er det anordnet et ventillegeme 43 forsynt med en rekke åpninger 44. Et ventilelement 45, som er tilpasset for anlegg mot setet 42,

er montert aksialt bevegelig inne i ventillegemet 43. Ventilelementet 45 har en utvendig diameter som er. vesentlig mindre enn ventillegemets 4 3 innvendige diameter, hvorved det av-grenses et ringformet hulrom som gassen kan strømme inn i gjennom åpningene 44. Ventilelementet 45 bringes til å bevege seg aksialt i ventillegemet 43 ved hjelp av en aktiveringsstang som strekker seg inn i ventillegemet 43 gjennom en egnet bøssing. En flottør 48 er festet til enden av aktiveringsstangen 47. Lengden av aktiveringsstangen 47. velges slik at ventilen-40 normalt forblir lukket på grunn av nivået av borevæske i trykkbeholderen 29.

Under driften av systemet 11 forblir trykket i trykkbeholderen 2 9 stort sett konstant, og borevæskenivået vil være avhengig av gassvolumet i avgasningshalsen 27. Når gassvolumet øker, synker væskenivået i trykkbeholderen 29 til et punkt hvor ventilelementet 45 beveger seg bort fra setet 42, hvorved gass tillates å slippe ut gjennom ventilen 40. Når gassen slippes ut, stiger væskenivået i trykkbeholderen 29, slik at ventilen 40 lukker. Et skorsteinsrør 50 kan være forbundet, f.eks. med en flens eller liknende, med toppen av avgasningshalsen 27 med sikte på å lede den utslupne gass til et egnet utslipningssted.

Claims

Anordning for fjerning av gass og faste borepartikler fra en borevæske,

karakterisert ved at den omfatter:

et underlag,

en sokkel montert på underlaget,

en trykkbeholder som bæres av sokkelen, hvilken trykkbeholder innbefatter en sylindrisk avgasningshals,

en rørledning som er festet tangensielt til avgasningshalsen ,

en innretning for å pumpe borevæske gjennom nevnte rørledning, slik at borevæsken strømmer tangensielt rundt avgasningshalsen og inn i trykkbeholderen,

en rekke hydrocycloner forbundet med trykkbeholderen, for fjerning av faste borepartikler fra borevæsken, og

en innretning for oppsamling av ren borevæske uttatt fra hydrocyclonene.
2. Anordning ifølge krav 1,

karakterisert ved at rørledningen innbefatter :

et første parti med hovedsakelig sirkulært tverrsnitt, forbundet med pumpen,

et andre parti med et hovedsakelig rektangulært tverrsnitt, forbundet med avgasningshalsen, og

en innretning som forbinder det første parti med det andre parti.
3. Anordning ifølge krav 1,

karakterisert ved at den innbefatter en innretning for utslipping til atmosfæren av gass som frigjøres fra borevæsken i avgasningshalsen.
4. Anordning ifølge krav 3,

karakterisert ved at utslipningsinnretningen innbefatter:

en ventil i avgasningshalsen,: og

en innretning for.aktivering av. ventilen, hvilken innretning reagerer på borevæskenivået i trykkbeholderen.
5. Anordning ifølge krav 4,

karakterisert ved at aktiveringsinnretningen innbefatter en flottør og en aktiveringsstang som danner for-bindelse mellom flottøren og ventilen.
6. Anordning ifølge krav 1,

karakterisert ved at.oppsamlingsinnretningen for ren borevæske innbefatter en oppsamlingsbeholder montert rundt avgasningshalsen og forbundet med hydrocyclonene.
7. Anordning ifølge krav 1,

karakterisert ved at den innbefatter et oppsamlingstrau for faste borepartikler som strømmer ut fra hydrocyclonene, hvilket oppsamlingstrau' er dreibart montert på sokkelen, under hydrocyclonene, og innbefatter en sidevegg og en bunnvegg som heller ned mot en fallrenne forbundet med sideveggen.
8. Anordning ifølge krav 1,

karakterisert ved at den innbefatter en innretning for å hindre at luft slipper inn i hydrocyclonenes ut-løpsåpninger for de faste borepartikler.
9. Anordning ifølge krav 8,

karakterisert ved at innretningen for å hindre innslipping av luft innbefatter en kule og en innretning for å presse kulen mot nevnte åpning.