NO880298L - Fremgangsmaate og anordning for to-faseseparering og mengdemaaling. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører instrumenteringsindustrlen for måling av fluidstrømningsmengder innbefattende petrol-eumsprodukter. Oppfinnelsen er nærmere bestemt rettet mot en fremgangsmåte og en anordning til utøvelse av fremgangsmåten for å måle gass- og væskemengder levert i en gass-væskeblanding når den sirkulerer i en ledning uten å avbryte strøm-ningen .

En særlig velegnet anvendelse av oppfinnelsen er driftsstyr-ing av oljebrønner under gassutvinning og brønner som produserer en blanding av gass og olje.

Fremgangsmåtene og anordningene benyttet frem til i dag eller foreslått for slike målinger av strømningsmengder har sviktet i å gi pålitelig industrielle resultater og er vanligvis svært komplekse. Enkelte systemer innebærer måling av to ulike fysiske parametere slik som lydhastighet og gammastrål-ing mens andre systemer av en mer mekanisk type har skovel-blader med variabel stigning eller vridning som er automatisk Justerbare som en funksjon av den midlere densitet av fluidet som transporteres. Andre anordninger for måling av flerfasede fluider griper til homogenisering etterfulgt av prøvetaking for analyser som beskrevet i UK-patent nr. 2128756.

Utstyrsenheter er også kjent for det formål å separere gass og væske i en blanding slik som råolje. Hovedandelen av disse enheter innebærer unnfelling i store tanker mens andre enheter gjør bruk av sykloner som ofte er montert i rekke-følge, som i kanadisk patent nr. 1093017, eller i en kompleks konstruksjon som i kanadisk patent nr. 1136061. disse store installasjoner er verken egnede eller tilpassbare for landbaserte eller havbaserte plattformutvinninger og introduserer betraktelige forstyrrelser. Nærmere bestemt krever de separate rørledningssystemer for -å transportere gassen og væsken mellom brønnhodet og prosessanlegget for råproduktet.

Formålet med oppfinnelsen er derfor å tillate separat telling av gass og væske i en mer eller mindre homogen gass-væskeblanding uten å avbryte overføringen eller transporten av denne sistnevnte, hvor anordningen benyttet for dette formål er enkel, pålitelig og billig å fremstille.

Oppfinnelsen er rettet mot en fremgangsmåte for kontinuerlig å måle respektivt mengdene av gass og væske i en dynamisk strømning av en gass-væskeblanding og særlig et petroleumsprodukt. Fremgangsmåten er kjennetegnet ved at blandingen levert av et materør deles i to separate strømmer av gass og væske, at strømningsgraden i hver av de to strømmer måles og at de to strømmer deretter samles i et felles utløpsrør.

Fortrinnsvis utføres en gravitasjonssepareringsprosess av gassen og væsken ved å utsette gass-væskéblandingen for virvelstrømbevegelse inne i et avlukke, ved uttrekking ved basisen av avlukket væsken som bevirkes til å strømme mot en anordning for måling av væskens strømningsgrad eller strømningsmengde, og ved å uttrekke ved toppen av avlukket gassen som bevirkes til å strømme mot en anordning for måling av gassens strømningsgrad før sluttlig sammenføring og uttømming av strømmene av gass og væske.

Oppfinnelsen er også rettet mot en to-faseseparatorteller for utøvelse av fremgangsmåten, hvor denne anordning kjennetegnes ved at den innbefatter er vertikalakset virvelavlukke hvor det inn i sitt sentrale parti munner et rør ut tangentielt for levering av en blanding av gass og væske under trykk, at virvelavlukket åpner inn i en gassoppsamler ved den øvre ende av dette og åpner inn i en væskeoppsamler ved den nedre ende av dette, at gass- og væskeoppsamlerne hver kommuniserer gjennom en strømningsmåler respektivt for gass og væske med et oppsaml ingskammer som åpner inn i et enkelt rør for utslipp av den sammenførte gass og væske under trykk.

En fordelaktig utførelse av separator-telleren i samsvar med oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det vertikale ringformede oppsamlingskammer omgir virvelavlukket, at de flate sylindriske gass-og væskeoppsamlere som har den samme diameter som oppsamlingskammeret hver er adskilt fra denne sistnevnte respektivt ved en horisontal delevegg gjennomløpt av en passasje for levering av gass og væske respektivt til en strømningsmålerturbin, at et dreneringsrør passerer gjennom oppsamlingskammeret og etablerer en kommunikasjon mellom det nedre parti av gassoppsamleren og det øvre parti av væskeoppsamleren, og at utsiippsrøret åpner sideveis i nærheten av basisen til oppsamlingskammeret.

En separator-teller av denne type innbefatter fordelaktig to overløpskanter med variabel helning plassert på den nedre vegg av oppsamlingskammeret, respektivt på hver side av utløpsåpningen for uttømmingsrøret for å opprettholde et konstant væskenivå over væskestrømningsmålerturbinen.

I en praktisk konstruksjonsform er hver strømningsmålerturbin rommet ved utgangen av en konvergerende kanal, hvor utløpet av væskestrømningsmåleturbinen er lokalisert motsatt til en horisontal ledeplate for å forhindre eventuell dannelse av en væskebølge inne i oppsamlingskammeret.

I et oppbygningsarrangement kjennetegnes en separator-teller i samsvar med oppfinnelsen ved at basisen av virvelavlukket har en aksiell forlengelse inne i væskeoppsamleren, hvor basisen er lukket av en horisontal delevegg, sideveggen av basisen er gjennomløpt av et antall radielle åpninger gruppert sammen på den side som er i avstand fra væskestrøm-ningsmåleturbinen for å etablere en kommunikasjon mellom det indre av avlukket og det indre av væskeoppsamleren, og at gassoppsamleren er anordnet i det øvre parti av virvelavlukket med en forlengelse i form av en åpen aksiell pipe med en mindre diameter enn nevnte avlukke. Fordelaktig er passasjen for levering av gass til gasstrømningsmålerturbinen beskyttet ved en flens som fremstikker fra den nedre vegg av gassoppsamleren mot enhver tilfeldig strømning av væske som kan være innblandet i gassen, som således løper ut i gassoppsamleren.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen vil tydeligere fremkomme for fagmannen ved en studie av den følgende beskrivelse og de vedlagte tegninger hvor: Fig. 1 er en forklarende skjematisk fremstilling av

fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 er en skjematisk perspektivskisse som viser en to-faseseparator-teller i samsvar med oppfinnelsen .

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fremgår av den skjematiske fremstilling ifølge fig. 1. Blandingen ankommer tangentielt inn i et sylindrisk avlukke i hvilke det får en virvelstrøm-ningsbevegelse i kraft av dens egen hastighet, og resulterer således i separering av gassen og væsken under virkningen av gravitasjonen. Gass-og væskestrømmene blir tellet separat og deretter samlet for utslipp. Således avbrytes ikke strøm-ningen, og ingen prøvetakingsoperasjon utføres, den temporære separering finner sted automatisk og blandingen transporteres ved hjelp av et enkelt rør uten noe ubeleilig trykkfall.

Måten en to-faset separator-teller er oppbygd i samsvar med oppfinnelsen er vist gjennom eksempelet i fig. 2 som hovedsakelig innbefatter et vertikalt sylindrisk virvelavlukke 1 inn i den sentrale del av dette munner et rør 2 ut tangentielt for levering under trykk gass-væskeblandingen som skal måles. Nevnte avlukke 1 er omgitt av -et andre eller ytre, konsentrisk sylindrisk avlukke 24 som er lukket i begge ender ved endevegger 20,25. To diametrale ringformede delevegger 9 og 10 avdeler respektivt ved den øvre ende et gassoppsamlingskammer 3 som kommuniserer med det øvre parti av virvelavlukket 1 ved hjelp av en åpen pipe 22 som penetrerer inni i det øvre parti av avlukket, og ved den nedre ende et ringformet væskeoppsamlingskammer 4 som gjennomløpes av basisen til virvelavlukket 1.

Denne basis 19 er gjennomløpt sideveis ved et antall åpninger 21 gruppert sammen over omtrentlig 1/3 av omkretsen. Disse åpninger 21 tjener til å etablere en fri radiell kommunikasjon mellom det indre av avlukket 1 og væskeoppsamlingskammeret 4.

Et ringformet gass-væskeblandingsoppsamlingskammer 7 er avdelt mellom virvelavlukket 1, det ytre avlukket 24 og de ringformede delevegger 9 og 10. Det ringformede oppsamlingskammer 7 kommuniserer fritt ved sin nedre ende nær den nedre delevegg 10 med et radielt utløpsrør 8. Dette kammer 7 kommuniserer også med det øvre gassoppsamlingskammer 3 ved hjelp av en passasje 11 med en forlengelse i form av en konvergerende kanal 16 som tjener som et hus for en gasstrøm-ningsmåleturbin 5, og med det nedre væskeoppsamlingskammer 4 ved hjelp av en passasje 12 med en forlengelse i form av en konvergerende kanal 17 i hvilke er montert en væskestrøm-ningsmåleturbin 6. Disse konvergerende kanaler 16 og 17 har funksjonen av å frembringe en strømning ved en hastighet som er best egnet for driften av de tilhørende turbiner 5 og 6.

En flens 23 som fremstikker fra deleveggen 9 inn i gassoppsamlingskammeret 3 beskytter passasjen 11 og følgelig turbinen 5 fra enhver tilfeldig væskestrømning som ellers kan transporteres med gasstrømmen inn i gassoppsamlingskammeret 3.

Den nedre delevegg 10 er bøyd nedad på den side lokalisert diametralt motsatt åpningene 21 av virvelavlukket 1 for å sikre neddykking av strømningsmåleturbinen 6 og for å "beskytte denne siste mot eventuelle forstyrrelser av væskestrømningene når de passerer gjennom åpningene 21. En horisontal ledeplate 18 lokalisert på linje med turbinen 6 har funksjonen av å separere væskestrømmen i to symmetriske sidestrømmer når den passerer ut av turbinen 6 og forhindrer således dannelsen av bølger inne i blandingsoppsamlingskammeret 7.

To overløpskanter 14,15 med justerbar helning avledet fra den nedre delevegg 10 inne i blandingsoppsamlingskammeret 7 er lokalisert symmetrisk og radielt ved en vinkel på omkring 90° på hver side av utløpsåpningen til utslippsrøret 8 i blandingsoppsamlingskammeret 7. Disse overløpskanter tjener til å opprettholde væsken ved et konstant nivå over væske-strømningsmåleturbinen 6, nemlig nivået som er best egnet for effektiv drift av turbinen.

Et rørformet dreneringsrør 13 som forløper fra toppen til bunnen inne i blandingsoppsamlingskammeret 7 åpner fritt gjennom den øvre delevegg 9 inn i gassoppsamlingskammeret 3 og gjennom den nedre delevegg 10 inn i væskeoppsamlingskammeret 4 i nærheten av åpningene 21 av virvelavlukket. 1. dreneringsrøret 13 gjør det mulig på den ene side for eventuelle gassbobler som kan ha blitt innblandet i væsken i væskeoppsamlingskammeret 4 å unnslippe mot gassoppsamlingskammeret 3, og på den andre side for eventuelle væskedråper som kan ha blandet seg med gassen i gassoppsamlingskammeret 3 til å løpe ut mot væskeoppsamlingskammeret 4. Videre sikrer dreneringsrøret 13 kontinuerlig trykkutligning mellom gassoppsamlingskammeret 3 og væskeoppsamlingskammeret 4 .

Den to-faseseparator-teller beskrevet i det foranstående kan enkelt bygges av metallplater, er billig å fremstille, er konstruert for uavhengig drift og påvirker ikke den generelle overføring av blandingen i transportkanalen. ^

Åpningene 21 har funksjonen av å beskytte væskestrømnings-måleturbinen 6 mot skade forårsaket av eventuelle faste substanser som kan fraktes med blandingen, mye på samme måte som en sil. Det kan vise seg fordelaktig å gruppere disse åpninger sammen i en hurtig utskiftbar og fjernbar plate festet i en tilsvarende stor åpning i basisen av virvelavlukket 1.

Ved hjelp av et hensiktsmessig dimensjoneringseksempel for å telle gassen og væsken i gass-olje som inneholder bobler eller lommer av gass og som transporteres i en rørledning 2,8 med en indre diameter på omkring 7,37 cm ved et trykk på omkring 5 bar og en strømningsmengde på omkring 200 m<3>pr. dag, vil det anvendes et sylindrisk virvelavlukke 1 med en diameter på omkring 30 cm med en fri høyde på omkring 30 cm over materøret 2. Det ytre avlukket 24 vil ha en diameter på omkring 46 cm og en høyde på omkring 100 cm. Virvelavlukket 1 vil gjennomløpes av omkring 55 åpninger 21 med en diameter på omkring 0,6 cm. Dreneringsrøret 13 vil ha en diameter på omkring 2 cm og gasspipen 22 vil ha en diameter på omkring 11 cm og en høyde på 20 cm.

Som det straks vil fremgå skal oppfinnelsen ikke betraktes som begrenset til de beskrevne eksempler med henvisning til de vedlagte tegninger, men kan motsatt utvides til mange alternative konstruksjonsformer og tilpasninger ved fagmannen uten å avvike fra oppfinnelsens ide og ramme.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig måling av respektivt mengdene av gass og væske i en dynamisk strømning av en gass-væskeblanding og særlig et petroleumsprodukt, i hvilke blandingen som leveres i et materør avdeles til to separate strømmer av gass og væske, hvor strømningsmengden i hver av de to strømmer måles og de to strømmer deretter oppsamles i et felles utgangsrør, karakterisert ved at en gravitasjonssepareringsprosess utføres på gassen og væsken ved å utsette gass- væskeblandingen for virvelstrømbevegelse inne i et avlukke, at væsken uttrekkes ved basisen av avlukket og bevirkes til å strømme mot en anordning for måling av strømningsgraden til væsken, og at det ved toppen av avlukket uttrekkes gass som bevirkes til å strømme mot en anordning for måling av strømningsgraden av gass før slutlig sammenføring og utløp av strømmene av gass og væske.

2 . To-fase separator-teller til utøvelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, karakterisert ved at den innbefatter et vertikalakset virvelavlukke hvor det inn i det sentrale parti av dette munner ut et rør tangentielt for levering av en blanding av gass og væske under trykk, at virvelavlukket åpner inn i en gassoppsamler ved den øvre ende av dette og åpner inn i en væskeoppsamler ved den nedre ende av dette, at gass-og væskeoppsamlerne hver kommuniserer gjennom en strømningsmåler respektivt for gass og væske med et oppsaml ingskammer som åpner inn i et enkelt rør for utslipp av den sammenførte gass og væske under trykk.

3. Separator-teller ifølge krav 2, karakterisert ved at det vertikale ringformede oppsamlingskammer omgir virvelavlukket, at de flate sylindriske gass- og væskeoppsam lere som har den samme diameter som oppsamlingskammeret er hver adskilt fra denne sistnevnte respektivt ved en horisontal delevegg gjennomløpt av en passasje for levering av gass og væske respektivt til strømningsmåleturbiner, at et dreneringsrør passerer gjennom oppsamlingskammeret og etablerer en kommunikasjon mellom det nedre parti av gassoppsamleren og det øvre parti av væskeoppsamleren, og at utløpsrøret åpner sideveis i nærheten av basisen til oppsamlingskammeret.

4 . Separator-teller ifølge krav 3, karakterisert ved at to overløpskanter med justerbar helning er plassert på den nedre vegg av oppsamlingskammeret respektivt på hver side av utsiippsrørets utslippsåpning for å opprettholde et konstant nivå av væske over væskestrømningsmåletur-binen.

5 . Separator-teller ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at hver strømningsmåleturbin er plassert ved utgangen av en konvergerende kanal, hvor utløpet til væskestrømningsmåleturbinen er lokalisert motsatt til en horisontal ledeplate for å forhindre mulig bølgedannelse av væsken inne i oppsamlingskammeret.

6. Separator-teller ifølge et eller flere av kravene 2 til 5, karakterisert ved at basisen til virvelavlukket har en aksiell forlengelse inne i væskeoppsamleren, at basisen er lukket ved en horisontal delevegg, hvor sideveggen til basisen er gjennomløpt av et antall radielle åpninger gruppert sammen på den side lengst fra væskestrømningsmåle-turbinen for å etablere en kommunikasjon mellom det indre av avlukket og det indre av væskeoppsamleren, og at gassoppsamleren er anordnet i det øvre parti av virvelavlukket med en forlengelse i form av en åpen aksiell pipe som har en mindre diameter enn nevnte avlukke.

7. Separator-teller ifølge et eller flere av kravene 2 til 6, karakterisert ved at passasjen for levering av gass til gasstrømningsmåleturbinen er beskyttet av en flens som fremstikker fra den nedre vegg av gassoppsamleren mot enhver tilfeldig væskestrømning som kan innblandes med gassen, og således løpe av inne i gassoppsamleren.

8. Fremgangsmåte for kontinuerlig måling av respektive mangder av gass og væske i en dynamisk strømning av en gass-væskeblanding og særlig et petroleumsprodukt, hovedsakelig som beskrevet ovenfor.

9. To-fase separator-teller for utøvelse av fremgangsmåten som hovedsakelig beskrevet ovenfor med henvisning til og som illustrert i de vedlagte tegning.