DE3045383A1 - Vorrichtung zum anmischen einer loesung - Google Patents

Vorrichtung zum anmischen einer loesung

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Description

DR. GERHARD SCHUPFNER PATENTANWALT
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Karlstr. 5
D 2110 Buchholz in der Nordheide Telefon: Büro (04181)4457 Telefon: Privat (04187) 6345 Telex: 02189330 Telegramm: Telepatent
D-005 80 DE
S/KB
1. Dezember 1960
DEUTSCHE TEXACO AKTIENGESELLSCHAFT
ÜBERSEERING 40 2000 HAMBURG 60
VORRICHTUNG ZUM ANMISCHEN EINER LÖSUNG
Vorrichtung zum Anmischen einer Lösung.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Anmischen einer Lösung aus Konzentraten, insbesondere aus Wasser und Flüssigpolymeren für die tertiäre Erdölgewinnung t mit einer Dosierkammer, in der strömendes Wasser und strömendes Konzentrat zusammengeführt und gemischt werden.
Flüssigpolymere, insbesondere für die tertiäre Erdölgewinnung, sind z.B. Acrylamid-Acrylat-Copolymere (PAA), die als hochkonzentrierte wäßrige Lösung in Form kleiner Gelpartikel eines Durchmessers von 1 bis 2 /um in Mineralöl emulcjiert sind. Der Anteil der einzelnen Phasen beträgt, je nach Hersteller, etwa 25 - 35 % PAA, 30 - 35 * Wasser, 30 - 50 % Mineralöl sowie eine geringe Menge einer emulsionsstabilisierenden oberflächen· aktiven Substanz.
In der tertiären Erdölgewinnung werden die PAA mit einem Molekulargewicht von 3 bis lOMio. in einer Konzentration von im Regelfall 0,3 bis 1 kg/m Wasser dem Wasser beigesetzt. Bei dieser Anwendung ist es sehr wesentlich, daß die Polymerlösung, die aus dem Mischen der PAA-Emulsion mit dem Wasser entsteht, völlig frei von ungelösten oder g'elartigen Teilchen ist, weil diese den Bohrlochstoß oder die Lagerstätte auf die Dauer blockieren und damit eine Langzeitinjektion der Polymerlösung unmöglich machen- würden.
Besonders kritisch für das Herstellen gut injizierbarer, d.h. von verstopfenden Gelteilchen freier Lösungen ist der Augenblick des ersten Kontaktes der Polymeremulsion mit dem
Wasser. Wird die Emulsion ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen mit dem Wasser in Kontakt gebracht, so bricht die Emulsion langsam von ölextern nach wasserextern, und die im
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Mineralöl suspendierten Gelpartikel verkleben zu größeren Aggregaten mit lokal sehr hoher Polymerkonzentration. Haben sich solche Aggregate erst einmal gebildet, so ist es nicht möglich, sie selbst durch mehrtägige mechanische Behandlung, wie z.B. intensives Rühren, wieder aufzulösen. Eine solche Lösung ist also nicht injizierbar.
Die Herstellung einer Polymerlösung erfolgt im Feldbetrieb durch das Injizieren des Flüssigpolymeren in einen schnell fließenden Wasserstrom. In der Praxis ergeben sich daraus aber eine Reihe von Nachteilen:
1. Die optimale Strömungsgeschwindigkeit des Flutwassers und die optimale geometrische Anordnung der Polymerdosierstelle ist nicht genau bekannt.
2. Häufig ist es aus lagerstättentechnischen Gründen nötig, Injektionsraten während des Ablaufes des Projektes zu verändern. Unter Umständen resultieren daraus dann schlecht injizierbare Polymerlösungen.
3. Gegen Ende der Polymerinjektionsphase wird üblicherweise die Konzentration der Polymerlösung zu geringeren Werten abgestuft. Erfahrungsgemäß wird die Polymerlösung dann schlechter injizierbar.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der insbesondere eine stets gut injizierbare Polymerlpsung herstellbar ist, auch bei sich ändernden Dosierverhältnissen.
Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 mit Dosierkammer und einen im Querschnitt ringförmigen Wasserkanal, der zwischen einer in einem Mantel gebildeten, stromabwärts konisch verjüngten Kanalaußenwand und einem mittigen
Kern ausgebildet ist, in den das Konzentrat zuführende Kanäle münden und dessen Kerndurchmesser stromabwärts der Zuführkanalmündungen verringert ist.
Diese Vorrichtung hat den Vorteil, daß die Polymerlösung unmittelbar nach dem Zusammenführen des PAA mit dem Wasser stark turbulent verwirbelt wird. Auf diese Weise wird jedes Polymergelteilchen einzeln von Wasser benetzt und gelöst. Ein Zusammenwachsen zu größeren Aggregaten hoher Polymerkonzentration wird damit verhindert.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Kerndurchmesser des das Wasser führenden, im Querschnitt ringförmigen Kanales stromabwärts der Zuführkanalmündungen im wesentlichen sprunghaft reduziert. Diese sprunghafte Reduzierung wird vorzugsweise so ausgeführt sein, daß der Kern stromabwärts der Zuführkanalmündungen endet. Von Vorteil ist am Ende auch eine Anfasung des Kernes.
Während im Bereich der Zuführkanalmündungen aufgrund des Ringquerschnittes .eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit erzielt wird, verlangsamt sich diese Strömungsgeschwindigkeit stromabwärts des Kernendes ganz drastisch. Dies führt zu einer besonders kräftigen Wirbelbildung mit weiterer Homogenisierung der Polymerlösung.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung nimmt der Durchmesser der Außenwand des Wasserkanales etwa von dem Bereich der Zuführkanalmündungen an bis in einen Bereich stromabwärts der Kerndurchmesserverringerung kontinuierlich ab. Durch diese konische Verjüngung in Flußrichtung steigt die Strömungsgeschwindigkeit der homogenisierten Polymerlösung wieder an, womit sie schließlich über einen Auslaß der Vorrichtung zu einem üblichen statischen Mischer weitergeleitet werden kann.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verlaufen die Zuführkanäle für das Konzentrat durch den mittigen Kern, der nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung innerhalb des Mantels längsverstellbar ist. Durch das Verstellen des Kernes in Längsrichtung des Mantels ändert sich der ringförmige Querschnitt des Wasserkanals infolge der konischen Verjüngung seines Außendurchmessers. Diese Möglichkeit einer kontinuierlichen Querschnittsveränderung erlaubt es, ein und dieselbe Dosierstelle über einen breiten Ratenbereich des Konzentrat-bzw. Wasserstromes einzusetzen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vor den Zuführkanälen ein Zentralkanal vorgesehen, der mit einem Rückflußverhinderungsventil ausgerüstet ist, welches nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als federbelastetes Kugelventil ausgebildet sein kann.
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Ein rohrförmiger Mantel 1 ist mit einem seitlichen Flansch 3 versehen. Dieser Flansch 3 hat eine Bohrung 5, durch die Wasser in Richtung eines Pfeiles 7 zu einer Dosierkammer 9 im Inneren des Mantels 1 leitbar ist. Von dem in der Figur unten liegenden Ende 11 ist ein Stempel 13 in den Mantel einfahrbar. Der Stempel 13 ist bereichsweise mit einem Außengewinde 15 versehen, das mit einem Innengewinde 17 im axialen Durchbruch 19 des Mantels kämmt und über die Gewindeverbindung gehalten ist. Durch Drehen eines Handrades 21 am äußeren Ende 23 des Stempels 13 läßt sich der Stempel innerhalb des Mantels 1 in Längsrichtung verstellen. Eine Packung 25 zwischen Stempel 13 und Mantel 11 sorgt für eine gegenseitige Abdichtung.
Durch einen Zentralkanal 27 im Inneren des Stempels 13 läßt s*ich das Flüssigpolymere (PAA) in Richtung eines Pfeiles 29 zur Dosierkammer 9 fördern. Arn oberen Ende 31 des Stempels befindet sich ein Dosierkopf 33, in dem eine Verteilkammer vorgesehen ist. Eine Druckfeder 37 innerhalb der Verteilkammer drückt eine Stahlkugel 39 gegen die Mündung 4-1 des Zentralkanales 27. Auf diese Art und Weise ist ein Rückflußverhinderungsventil gebildet.
Die Kugel 39 hebt sich beim Eindrücken des Flüssigpolymeren in den Kanal 27 von seiner Mündung 41 ab, so daß das Flüssigpolymere in die Verteilkammer 35 einströmen und sich auf Zuführkanäle 43 verteilen kann, die in einen im Querschnitt ringförmigen Wasserkanal 45 innerhalb der Dosierkammer 9 münden mit Mündungen 47. Der im Querschnitt ringförmige Wasserkanal wird zwischen der Außenwand 49 der Dosierkammer 9 und dem als mittigen Kern dienenden Stempel 13 mit Dosierkopf 33 gebildet. In dem Bereich der Dosierkammer 9, in dem sich die Mündungen 47 der Zuführkanäle 43 befinden, und weiter stromabwärts verringert sich der Durchmesser ihrer Außenwand stromabwärts, d.h. daß diese Außenwand 49 stromabwärts konisch zuläuft. Der Stempel 13 endet mit der Oberkante seines Dosierkopfes 33 ein Stück stromabwärts der Zuführkanalmündungen 47. Dies bedeutet, daß der mittige Kern des Wasserkanales 45 stromabwärts reduziert wird bzw. sogar sprunghaft endet. Der Dosierkopf 33 kann an dieser Stelle jedoch auch an seiner Abschlußfläche 51 mit einer Anfasung ver sehen sein..
Stromabwärts der Dosierkopfabschlußfläche 51 bilden sich starke turbulente Wirbel aus, in denen das in das Wasser
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im Wasserkanal ^5 injizierte Flüssigpolymere noch einmal stark mit dem Wasser verwirbelt wird. Durch das Längsverstellen des Stempels 13 und das konische Zulaufen der Außenfläche 4-9 der Dosierkammer 9 läßt sich der Querschnitt des ringförmigen Wasserkanales verändern. Auf diese Weise läßt sich die optimale Wasserfließgeschwindigkeit bzw. ein optimaler Druckverlust einstellen.-Die Vorrichtung kann überall dort eingesetzt werde, wo homogene Lösungen aus Konzentraten oder Stammlösungen, insbesondere kontinuierlich herzustellen sind.
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Leersei te

Claims (9)

D-005 80 DE Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Anmischen einer Lösung aus Konzentraten, insbesondere aus Wasser und Flüssigpolymeren für die tertiäre Erdölgewinnung, mit einer Dosierkammer, in der strömendes Wasser und strömendes Konzentrat zusammengeführt und gemischt werden, gekennzeichnet durch einen das Wasser führenden, im Querschnitt ringförmigen Wasserkanal (45), der zwischen einer in einem Mantel gebildeten, stromabwärts konisch verjüngten Kanalaußenwand (49) und einem mittigen Kern (13/33) ausgebildet ist, in den das Kanzentrat zuführende Kanäle (43) münden und dessen Kerndurchmesser stromabwärts der Zuführkanalmündungen (47) verringert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndurchmesser stromabwärts der Zuführkanalmündungen (4-7) im wesentlichen sprunghaft reduziert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern stromabwärts, der Zuführkanalmündungen (47) endet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernende (51) angefast ist.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Außenwand (49) des Wasserkanals
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(45) etwa von dem Bereich der Zuführkanalmündungen (4-7) an bis in einen Bereich stromabwärts der Kerndurchmesserverringerung kontinuierlich abnimmt.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführkanäle (43) für das Konzentrat durch den mittigen Kern (13/33) verlaufen.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (13/33) innerhalb des Mantels (1) längsverstellbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Zuführkanälen (43) ein Zentralkanal (27) vorgesehen ist, der mit einem Rückflußverhinderungsventil ausgerüstet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Rückflußverhinderungsventil als federbelastetes Kugelventil (37 - 41) ausgebildet ist.
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