DE3925355C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden der Einzelkomponenten eines Materialstromes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine dem Oberbegriff des Anspruchs 6 entsprechende Vorrichtung zum Abscheiden der Komponenten eines Material-Stromes, der sich aus einer Mehrzahl von Bestandteilen un­ terschiedlicher spezifischer Dichten zusammensetzt. Dabei kann es sich um einen Fluidstrom handeln, der Gas, Flüssigkeiten und Feststoffe enthält. Im einzelnen betrifft die Erfindung die Abscheidung der Komponenten mittels eines Zentrifugal­ typseparators, wobei über ein Steuersystem das jeweilige Fluidniveau innerhalb des Separators auf der erforderlichen Höhe gehalten wird, während gleichzeitig die Verunreinigungen einer jeden Komponente, die von dem Separator abge­ schieden werden, reduziert werden. Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit der Kohlenwasserstoff-Förderung in der Form von Öl und Gas beschrieben wird, leuchtet ein, daß das Zentrifugierverfahren und die Vorrichtung zur Abscheidung der Komponenten eines jeden Fluidstromes geeignet sind, der sich aus einer Mehrzahl von Bestandteilen unterschiedlicher spezifischer Dichten zusammen­ setzt.

Die Abtrennung der verschiedenen Stromkomponenten, die in einem Öl- oder Gasförderstrom enthalten sind, ist eine der grundlegendsten Vorgänge bei der Förderung von Öl und Gas. Typischerweise enthält eine Kohlenwasserstoffbohr­ lochströmung mehrere Komponenten einschließlich Erdgas, Kohlenwasserstoff- Flüssigkeiten, gefördertes Wasser und Feststoffe (wie etwa Sand). Es ist dement­ sprechend erforderlich, diese vier Komponenten voneinander zu trennen, bevor das Öl oder das Gas verkauft werden kann, oder verschiedenen Verarbeitungs­ vorgängen zugeführt wird.

Schwerkrafttrennbehälter werden normalerweise eingesetzt, um die Bohrloch­ strömungskomponenten abzuscheiden. Eine typische Fördereinrichtung umfaßt mindestens zwei solcher Behälter: einen Wasserabscheidebehälter sowie einen Produktionsseparator. Die beiden Behälter besitzen einen Stahlmantel mit inner­ halb desselben angeordneten Wehren und Leitblechen. Während der Förderung wird die Bohrlochströmung durch den Wasserabscheidebehälter hindurch geführt, um einen großen Teil, wie etwa 60-90% des freien Wassers von der Bohrloch­ strömung abzuscheiden. Der Produktionsseparator trennt dann weiter die verblei­ benden Bohrlochstromkomponenten Gas, Öl und gefördertes Wasser in die indivi­ duellen Ströme ab. Das Öl wird von dem Produktionsseparator in einen weiteren Behälter überführt, um zusätzliche Behandlungen durchzuführen, oder für den Verkauf. Das von dem Produktionsseparator abgeführte Wasser wird einem ande­ ren Behälter zugeführt, um eine kleine Ölmenge, die in dem Wasser verblieben sein kann, noch zu entfernen. Dieses behandelte Wasser gilt dann als Abwasser.

Die Gaskomponente verläßt ebenfalls den Produktionsseparator und wird einer Gasbehandlungseinrichtung zugeführt, wo es einer weiteren Aufbereitung zum Verkauf oder sonstiger Verwendung unterzogen wird. Der geförderte Sand sam­ melt sich in dem Wasserabscheidebehälter und dem Produktionsseparator an, bis diese Behälter stillgelegt und gesäubert werden.

Wie sich aus dieser kurzen Beschreibung ergibt, sind viele Einzelteile der Trenneinrichtung typischerweise bei der Förderung von Öl und Gas einzusetzen. Jedes Einzelteil ist teuer bezüglich seiner Installation, seiner Unterhaltung sowie seines Betriebes.

Das Gewicht und die Raumerfordernisse der Trenneinrichtung sind von besonde­ rer Bedeutung für eine küstennahe Plattform. Wenn in küstennahen Gewässern Fördereinrichtungen auf einer Plattform montiert werden, die sich bis zu mehreren hundert Metern über Seegrund befinden kann, ist der Raum, der zur Verfügung zu stellen ist, äußerst teuer. Ein Reduzieren der Größe und des Gewichtes eines jeden Ausrüstungsgegenstandes trägt zur Verminderung der Größe der zu erstel­ lenden Plattform bei. So ist es gerade eine im Seebereich befindliche Plattform, für welche die Erfindung eine besonders große Bedeutung besitzt. Dort besteht die Notwendigkeit für ein einziges kleines, relativ leichtes Ausrüstungsstück, mit wel­ chem man relativ große Volumina an Öl, Gas und Wasser abzuscheiden vermag, als Ersatz für die großen, schweren und teueren Behälter, die in der Vergangen­ heit eingesetzt wurden.

Es sind bereits mit der Zentrifugalkraft arbeitende Einrichtungen zur Trennung der vielfältigen Komponenten eines Öl- oder Gasstromes vorgeschlagen worden. Eine derartige, gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 35 43 260 A1 bekannt. Bei einer solchen typischen Anordnung werden die Bohrlochstromfluide in den Sepa­ rator eingeführt und bauen sich durch die Rotation an der Zentrifugenwandung auf. Die Schichten der individuellen Komponenten werden so ausgebildet, daß bei einer Abnahme der Dichte der einzelnen Schichten der Abstand von der Wandung ansteigt. Nachdem die Trennung vollständig ist, werden dann die individuell abge­ trennten Schichten entfernt. Diese Entfernung kann jedoch ein außerordentlich schwieriges Verfahren sein. Wie in der US-PS 3,791,575 beschrieben ist, stellt die Strömungssteuerung der von einem Zentrifugalseparator abgetrennten Fluide ein großes Problem des Zentrifugenbetriebes dar. Verschiedene Niveausteuersyste­ me sind für Zentrifugalseparatoren vorgeschlagen worden, um die Niveaus und den kontinuierlichen Trennvorgang des Beschickungsstromes zu steuern. Bei­ spiele für derartige Niveausteuersysteme umfassen Einlaßsteuerungen, beschrie­ ben in der US-PS 1,794,452, Differentialdrucksteuerungen, beschrieben in der US-PS 4,687,572, Strömungsmengensteuerungen, beschrieben in US-PS 2,941,712, Abzugsfluidanalyse, beschrieben in US-PS 4,622,029, Wasser­ kreislaufführungssteuerung, beschrieben in US-PS 3,208,201, sowie die Steue­ rung eines einstellbaren Überströmwehres, beschrieben in US-PS 4,175,040.

In Abhängigkeit von dem Bedienungswirkungsgrad der von einem bestimmten Zentrifugenseparator gegeben ist, können die oben beschriebenen Zentrifugen und deren jeweilige Fluidniveausteuersysteme wirkungsvoll und angemessen sein. Der grundsätzliche Nachteil der beschriebenen Zentrifugalsysteme lag jedoch in der Vergangenheit in ihrer Unfähigkeit, eine vollständige Abtrennung der Bohrstromkomponenten zu erreichen. Eine teilweise Abtrennung der Fluide ist häufig nicht akzeptabel.

Bei einer Öl- und Gasförderung in küstennahen Gewässern, bei welchem das ge­ förderte Wasser wieder in den Wasserkörper zurückgeführt wird, in welchem die Plattform steht, ist es erstrebenswert, daß praktisch kein Öl (normalerweise weni­ ger als 50 Teile pro Million) in dem abgegebenen Wasser enthalten ist.

Wenn an Land gefördert wird, ist eine vollständige Trennung ebenfalls erstre­ benswert, wenn das geförderte Wasser entweder als Abwasser abgeführt oder in Injektionsbohrungen eingeleitet wird. Wenn Öl in dem Wasser enthalten ist, wel­ ches in eine solche Abwasserbohrung injiziert wird, so kann dieses Öl ggf. die Formation verstopfen, und es ist ein großer und teurer Aufwand erforderlich, um die Strömung des injizierten Wassers aufrechtzuerhalten, bzw. die Injektionsfähig­ keit zu erhalten.

Angesichts dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der aufgezeigten Nachteile, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei welchem mittels einer Zentrifuge und einem Niveausteu­ ersystem verläßlich und vollständig die Öl-, Gas-, Wasser- und Sandkomponenten des Bohrlochstromes zu trennen ermöglicht wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen und durch eine Vorrichtung der o. g. Art mit den in Anspruch 6 genannten Merkmalen. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfin­ dung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Bei der Erfindung handelt es sich um ein Zentrifugierverfahren und eine entspre­ chende Vorrichtung zur Abscheidung der Komponenten eines Stromes, der sich aus einer Mehrzahl von Bestandteilen unterschiedlicher spezifischer Dichten zu­ sammensetzt. Die Erfindung zeichnet sich durch eine hocheffiziente, kontinuierli­ che Trennung eines Bohrlochstromes aus, der Öl, Wasser, Gas und kleinere Mengen von Sand oder andere Feststoffe enthält, und zwar mittels einer einzigen Vorrichtung. Die Trennung der Stromphasen wird durch den Einsatz eines Rotors vollzogen, sowie eine Sensoranordnung zur Bestimmung der Fluidschicht und Fluidabscheider.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Zentrifugeneinrichtung ist ein um eine Rotationsachse drehbarer Rotor vorgesehen, der einen Fluidstrom aufnimmt, der zur Rotorwandung hin beschleunigt wird. Alles in dem Beschickungsstrom vorhandene Gas trennt sich beim Eintritt in den Rotor von den Flüssigkeiten. Das Gas tritt dann aus der Zentrifuge durch einen Gasabscheider aus, dessen Öffnung durch einen Druckregulator gesteuert wird, der dem Gas die Abströmung aus der Zentrifuge dann gestattet, wenn ein vorbestimmter Druck erreicht ist. Nachdem die Fluide die Rotorwandung erreicht haben, werden sie entlang der Wandung ge­ führt, wo sie sich in ihre individuellen Komponenten aufteilen, wobei das Fluid mit der höheren spezifischen Dichte (Wasser) eine Fluidschicht, angrenzend an die Auskleidung, bildet, während das Fluid mit einer geringeren spezifischen Dichte (Öl) eine Fluidschicht bildet, die auf dem Fluid mit der höheren spezifischen Dichte aufliegt. Wenn das Fluid das dem Einlaß gegenüberliegende Ende des Rotors er­ reicht hat, haben sich die Ströme in ihre individuellen Komponenten aufgeteilt. Die Ölschicht fließt dann über ein Wehr in eine Öl-Fluid-Aufnahmekammer. Wenn das Ölniveau in dieser Kammer eine vorbestimmte Höhe erreicht hat, gestattet ein Ni­ veausteuersystem mit einer Detektoranordnung und einem sich in einem Käfig drehenden Schwimmer das Öffnen eines Durchlasses aus der Öl-Fluid-Aufnahme­ kammer, so daß das Öl die Zentrifuge verläßt. Das Wasser strömt dann in eine Wasserfluid-Aufnahmekammer. Wenn das Wasserniveau in dieser Kammer eine vorbestimmte Höhe erreicht hat, öffnet ein Niveausteuersystem, unter Einsatz ei­ ner zweiten Detektoranordnung und einem zweiten, sich in einem Käfig drehenden Schwimmer, einen Strömungsdurchlaß aus der Wasserfluid-Aufnahmekammer, so daß das Wasser die Zentrifuge zu verlassen vermag.

Wenn der Bohrlochstrom Sand oder andere Feststoffe enthält, wird eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zentrifuge eingesetzt. Diese zweite Ausführungsform umfaßt einen zweiten kleineren Rotor, der sich innerhalb des Rotors befindet, der in der ersten Ausführungsform vorhanden ist. Der Bohrloch­ strom wird zunächst in dem zweiten kleineren Rotor beschleunigt, wobei der Sand oder andere Feststoffe in dem Bohrlochstrom zu einer Kante dieses zweiten Rotors geführt und durch einen Sand/Wasserabscheider abgezogen werden. Die verbleibenden Bohrlochstromfluide fließen aus dem zweiten kleineren Rotor auf den Impeller und in den Hauptrotor hinein, wo sie, wie bei der zunächst beschrie­ benen Ausführungsform getrennt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die beige­ fügten Zeichnungen. Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zentrifugenein­ richtung,

Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zentrifugenein­ richtung,

Fig. 3A einen Querschnitt durch einen Beschleunigungsimpeller,

Fig. 3B die Draufsicht auf einen Beschleunigungsimpeller,

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Steuersystems für den Fluidabzug,

Fig. 5 die teilweise aufgeschnittene Draufsicht auf einen Sand/Wasserabscheider und -agitator und

Fig. 6 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zentrifugenein­ richtung.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, umfaßt die Zentrifuge 10 einen zylinder­ förmigen Rotor 12, der sich um einen stationären Mittelpfosten 14 zu drehen vermag. Ein Hochgeschwindigkeitselektromotor 16 oder eine andere Hochgeschwindigkeitsantriebseinrichtung dreht den Rotor 12 um den Mittelpfosten 14 mit einer Geschwindigkeit, die hinreichen hoch ist, um die Komponenten innerhalb des zugeführten Bohrlochstromes mit der unterschiedlicher spezifischen Dichte aufzuteilen. Der Rotor 12 wird von einem stationären Schutz­ behälter 18 umschlossen, der auf Füßen 20 steht. Obwohl die Fig. 1 die Zentrifuge 10 in einer aufrechten Position auf Füßen 20 zeigt, kann die Zentrifuge 10 in jeder Position be­ trieben werden. Die Gravitationskräfte in der Zentrifuge 10, die auf die zu trennenden Fluide einwirken sind, wie nachfolgend noch im einzelnen diskutiert werden wird, sind sehr klein, relativ zu der großen Zentrifugalkraft, die durch die Rotationsbewegung des Rotors 12 auf das Fluid ausgeübt wird. Dementsprechend kann die Zentrifuge 10 betrieben werden, indem die Rotationsachse des Rotors 12 (d. h. der Mittelpfosten 14) sich in einer vertikalen, horizontalen oder jeder anderen Ausrichtung befindet. Da außerdem die Zentrifuge 10 auf einer Säule oder einer anderen stabilen Struktur gehalten werden kann, sind die Füße 20 nicht ausschlag­ gebend für den Aufbau der Zentrifuge.

Ein Hochgeschwindigkeitselektromotor 16 ist über eine Kupplung 22 an die Antriebswelle 24 angeschlossen, die sich in den Schutz­ behälter 18 durch eine Öffnung 26 hineinerstreckt. Die Antriebs­ welle 24 ist an der unteren Endabschlußkappe 28 des Rotors 12 ge­ halten. Der Rotor 12 ist innerhalb des Behälters 18 durch ein unteres Lager 30, das die Antriebswelle 24 umgibt, sowie ein oberes Lager 32 gehalten und ausgerichtet. Diese Ausrichtung macht es möglich, daß der Rotor 12 sich konzentrisch um den Mittelpfosten 14 zu drehen vermag, ohne daß er das Schutzgehäuse 18 berührt. Infolge der erheblichen Menge an kinetischer Energie, die der Rotor 12 während des Betriebes besitzt, sollte der Schutzbehälter 18 so aufgebaut sein, daß er einer Beschädigung zu widerstehen vermag, wenn sich rotierende Teile der Zentrifuge 10 lösen, um einen sicheren Betrieb zu ermöglichen. Eine untere Abdichtung 34 stellt sicher, daß die Fluide, die aus dem Rotor 12 ausgetreten sind, innerhalb des Schutzbehälters 18 verbleiben.

Bei der bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Mittel­ pfosten 14 durch eine Öffnung 36 des Schutzbehälters 18. Zwischen dem Mittelpfosten 14 und dem Schutzbehälter 18 ist eine obere Dichtung 38 vorgesehen, die verhindert, daß Fluide aus dem Be­ hälter 18 in die Atmosphäre oder ein anderes Medium, das den Schutzbehälter 18 umgibt, austreten. Der Mittelpfosten 14 erstreckt sich weiterhin durch eine Öffnung 40 in der oberen Endabschluß­ kappe 42 des Rotors 12 und durch das Innere des Rotors 12 herab. Eine Druckdichtung 44 verhindert ein Austreten der Fluide aus dem Rotor 12 in den Schutzbehälter 18. Der Mittelpfosten muß sich nicht durch die ganze Länge des Rotors 12 hindurcherstrecken, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Der Mittelpfosten 14 in seiner dargestellten Form dient als wirkungsvolles Hilfsmittel, die er­ forderlichen Strömungsdurchlässe und Steuerleitungen zentral zu lokalisieren und zu halten und aus dem Inneren der Zentrifuge aus dem Rotor 12 und dem Schutzbehälter 18 herauszuführen. Anderer­ seits können die Strömungsdurchlässe auch individuell geführt werden, bei entsprechender Lokalisierung und Halterung der Durch­ lässe und Steuerleitungen.

Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist der Mittelpfosten 14 hohl. Dies macht es möglich, daß Beschickungs- und Auslaßdurch­ lässe, wie auch Steuerleitungen, durch den Mittelpfosten 14 in das Zentrum des Rotors 12 hineingeführt werden können. Ein Fluid­ strombeschickungsflansch 46 gestattet die Fluidbeschickung in den Rotor 12 hinein, durch ein Einlaßrohr 48, welches sich durch den Mittelpfosten 14 hindurcherstreckt und in einer Fluidbe­ schickungsdüse 50 mündet. Die Fluidbeschickungsdüse 50 erstreckt sich aus dem Mittelpfosten 14 heraus in einer Beschleuniger­ schale 51 in der Nähe des Beschickungsbeschleunigerimpellers 52. Die Beschleunigerschale 51 und der Impeller 52 sind innerhalb des Rotors 12 gehalten und drehen sich mit diesem Rotor 12.

Die Fig. 3A und 3B zeigen eine Seitenansicht bzw. die Drauf­ sicht auf den Beschleunigungsimpeller 52. Der Beschleunigungs­ impeller 52 besitzt die Funktion, die in den Rotor 12 eintreten­ den Fluide von einer translatorischen Bewegung in eine rotatori­ sche Bewegung zu überführen, um eine hinreichende Trennung zu erzielen. Um sowohl die Raumerfordernisse als auch die Material­ erfordernisse zu reduzieren, ist es erstrebenswert, diese Fluidbeschleunigung in einem Teil des Rotors 12 auszuführen, der so klein wie möglich ist. Dies wird durch Leitbleche 55 inner­ halb des Impellers 52 erzielt, die dazu beitragen, daß ein Gleiten des Fluids auf dem Impeller 52 verhindert wird. Wie die Fig. 1 zeigt, ist eine Öffnung 53 zwischen dem Mittel­ pfosten 14 und der Beschleunigerschale 51 vorgesehen, um einen Gasübertritt aus der Beschleunigerschale 51 in den Hauptraum 57 der Zentrifuge 10 zu ermöglichen.

Außerdem befindet sich in dem Rotor 12 eine Auskleidung 54, die sich nahezu über die gesamte Länge des Rotors 12 erstreckt. Ein kleiner Fluiddurchlaß 56 ist in dem Raum zwischen der inneren Oberfläche des Rotors 12 und der Auskleidung 54 vorgesehen. Die Auskleidung 54 wird über Abstandselemente 59 am Rotor 12 ge­ halten, um sich mit dem Rotor 12 zu drehen. Während die Flüssig­ keiten den Beschleunigerimpeller 52 verlassen und sich an der inneren Oberfläche der Auskleidung 54 zu drehen beginnen, trennen sich die Flüssigkeiten in ihre unterschiedlichen Komponenten. Bei einem typischen Bohrlochstrom handelt es sich bei diesen unterschiedlichen Komponenten um ein leichteres Fluid (Öl) und ein schwereres Fluid (Wasser). Das schwerere Fluid bildet eine Fluidschicht auf der Auskleidung 54, während das leichtere Fluid eine Fluidschicht auf der schwereren Fluidschicht bildet. Auf der Auskleidung 54 befindet sich ein Schwimmerkäfig 58, der einen Schwimmer 60 zur Niveaubestimmung aufnimmt. Der Schwimmer­ käfig 58 ist an der Auskleidung 54 gehalten und dreht sich mit dem Rotor 12. Während sich die Flüssigkeiten und der Schwimmer 60 auf der Auskleidung 54 drehen, existiert keine Rotationsbe­ wegung zwischen den Flüssigkeiten und dem Schwimmer 60. Der Schwimmer 60 besitzt eine spezifische Gesamtdichte, die geringer ist als das leichtere Fluid, so daß er dementsprechend auf der leichteren Fluidschichtoberfläche schwimmt. Der Schwimmer 60 ist innerhalb eines Schwimmerkäfigs 58 gehalten, so daß er sich radial zum Zentrum des Rotors hin oder von diesem wegbewegt, während die Schichtdicke des leichteren Fluids ansteigt bzw. abnimmt.

Als zweiter Schwimmer ist der Schwimmer 62 vorgesehen, der sich ebenfalls innerhalb eines Käfigs, nämlich in dem zweiten Schwimmerkäfig 64 befindet, um die geringe Radialbewegung der Zwischenschicht zwischen dem schwereren Fluid und dem leichteren Fluid zu ermitteln. Der Schwimmer 62 besitzt, da er auf der Fluidzwischenfläche zwischen dem schweren Fluid und dem leichten Fluid schwimmen muß, eine spezifische Dichte, die zwischen den­ jenigen der beiden Fluide liegt. Typischerweise liegt die Dichte des Rohöls bei etwa 0,80 und diejenige des geförderten Salzwassers bei etwa 1,05. Dementsprechend liegt die Gesamtdichte des Schwimmers 62 zwischen etwa 0,80 und etwa 1,05. Der Schwimmerkäfig 64 ist ebenfalls an der Auskleidung 54 gehalten und dreht sich mit dem Rotor 12. Der Ort der Schwimmer bzw. der Schwimmerkäfige kann sich irgendwo entlang der Auskleidung 54 befinden.

Obwohl bei der beschriebenen Ausführungsform ein Fluidniveau­ detektorsystem eingesetzt wird, das eine Schwimmeranordnung ver­ wendet, kann auch jedes andere Detektorsystem zum Einsatz kommen, das in der Lage ist, die Dicke der leichteren und schwereren Fluidschichten sowie die Stelle der Zwischenschicht zu bestimmen. Es haben auch Untersuchungen an der Zentrifugeneinrichtung gezeigt, daß die Auskleidung, die den Strom umkehrt und die Abscheidezeit für das Wasser erhöht, für die Abtrennung unkritisch ist. Die wirkungsvollste Trennung wurde jedoch erzielt, wenn sich die Aus­ kleidung an dem dargestellten Ort befindet.

Entlang und unterhalb der Auskleidung 54 ist ein Koagulationssieb 66 angeordnet, das eingesetzt wird, um die Bildung größerer Tröpfchen des leichteren Fluids während der Trennphase zu unter­ stützen. Durch die Ausbildung größerer Tröpfchen des leichteren Fluids tritt die Trennung der Fluide schneller und wirkungsvoller ein. Das Koagulationssieb 66 unterstützt auch die Aufrechter­ haltung der Rotationsgeschwindigkeit der Fluide innerhalb des Rotors 12, indem ein Gleiten zwischen dem schwereren Fluid und der Rotorwandung verhindert wird. Bei der bevorzugten Ausführungs­ form wird eine zusammengedrückte Polyäthylenmatte eingesetzt, die ein wirkungsvolles und leicht herzustellendes Koagulationssieb 66 bildet. Das Sieb 66 Kann auch aus einem Streckmetall bestehen, oder durch Leitbleche, Spikes, oder ein anderes Material ersetzt werden, oder eine solche Oberfläche, die Kontaktbereiche für die Bildung größerer Öltröpfchen darstellt.

An einem Ende des Rotors 12 wird eine Ölaufnahmekammer 68 durch eine Platte 70 gebildet, die auf der Innenseite des Rotors 12 ge­ halten ist, um sich mit dem Rotor 12 zu drehen. Die Vorderseite der Kammer 68 wird durch ein Wehr 72 sowie eine Platte 74 ge­ bildet. Die Rückseite der Kammer 68 wird durch die Innenfläche der unteren Endabschlußkappe 28 begrenzt. Wenn sich genug Öl in dem Rotor 12 angesammelt hat, tritt es über das Wehr 72 über, durch die Öffnungen 73, die sich hinter dem Wehr 72 befinden, und fließt in die Kammer 68 hinein. Innerhalb der Kammer 68 sind Leitbleche 76 sowie Leitbleche 78 vorgesehen, die die Fluidrotation in der Kammer 68 aufrechterhalten und unterstützen. Die Leitbleche 76 und 78 sind ebenfalls mit dem Rotor 12 verbunden und drehen sich mit diesem. Jedes der Teile (die Platte 70, das Wehr 72 sowie die Platte 74), die die Ölaufnahmekammer 68 bilden, sowie die Leitbleche 76 und 78, drehen sich mit dem Rotor 12. Diese Bestandteile müssen individuell mit dem Rotor 12 verbunden werden, oder sie können auch zunächst zusammengesetzt und in ihrer Gesamtheit an den Rotor 12 angeschlossen werden.

Ein Fluidabscheider 80 sowie ein Fluidabscheider 82 erstrecken sich in die Kammer 68 von dem Mittelpfosten 14 aus hinein. Der Einsatz von Fluidabscheidern zum Abziehen von Fluid aus einer Zentrifuge ist dem Sachverständigen auf diesem Gebiet hinlänglich geläufig, so daß eine nähere Beschreibung an dieser Stelle nicht erforderlich scheint. Der Fluidabscheider 80 und der Fluidabscheider 82 stellen die Verbindung zu einem Durchlaß 84 her, der sich durch den Mittelpfosten 14 erstreckt und über ein Ventil 86 nach außen geführt wird. Das Ventil 86 wird durch einen Ventilschalter 88 be­ tätigt. Der Ventilschalter 88 empfängt ein Steuersignal von einer Signalsteuerung 92 über eine Steuerleitung 90. Die Signalsteuerung 92 ist eine typische Steuereinrichtung, die ein Anzeigesignal von einem Fühlerelement erhält, dieses mit einem eingestellten Niveau vergleicht und ein Ausgangssteuersignal erzeugt, um die gewünschte Steuerfunktion auszuüben. Hier nimmt die Signal­ steuerung 92 das Anzeigesignal über die Steuerleitung 94 von einem Positionssensor 96 auf, der am Mittelpfosten 14 ge­ halten ist. Der Positionssensor 96 ermittelt die relative Posi­ tion des sich drehenden Schwimmers 60, um die Position der Öl­ schichtoberfläche zu bestimmen.

Die Signalsteuerung 92 empfängt ihre Betriebsenergie, wie etwa elektrische, pneumatische oder hydraulische Energie, von der Energiequelle 98. Der Positionssensor 96 kann auf einem magneti­ schen, optischen, elektrischen, phonetischen oder jedem anderen verfügbaren Übertragungsverfahren beruhen, um die relative Position des Schwimmers 60 zu bestimmen. Bei der hier beschrieben­ en Ausführungsform wird ein elektronischer Impulssensor einge­ setzt. Die Signalsteuerung 92 ist in der Lage, ein elektronisches Impulssignal zu empfangen, das von dem Positionssensor 96 erzeugt wird, der auf den sich drehenden Schwimmer 60 anspricht. Der Sensor 96 kann derart angeordnet sein, daß der Schwimmer 60 sich weiter von der Auskleidung 54 entfernt (und dichter an den Positionssensor 96 herantritt), wobei das von dem Sensor aus­ gehende Signal ansteigt, oder umgekehrt. Im ersteren Fall, wenn sich beispielsweise der sich drehende Schwimmer 60 weiter von der Auskleidung 54 wegbewegt, um einen Anstieg der Ölmenge in dem Rotor 12 anzuzeigen, würde die Steuerung 92 ein elektronisches Impulssignal von dem Positionssensor 96 empfangen, und dieses Signal mit einem Sollwert vergleichen. Wenn es erforderlich ist, das Ventil 86 zu steuern, wird die Signalsteuerung 92 ein Aus­ gangssignal erzeugen (bei den typischen Ausgangssignalen handelt es sich um ein elektrisches Signal von 4 bis 20 Milliampere) und über die Steuerleitung 90 dem Ventilschalter 88 zuführen, um das Ventil 86 zu öffnen und damit das Öl aus dem Rotor 12 freizugeben. Während das Öl abgezogen wird und das Niveau absinkt, überträgt der Sensor 96 das entsprechende Signal auf die Steuerung 92, daß hinreichend Öl den Rotor 12 verlassen hat und das angestrebte Öl­ niveau erreicht ist, so daß das Ventil 86 geschlossen wird. Während mehr Öl in die Zentrifuge eintritt, wird dieser Zyklus wiederholt.

Unterhalb des Wehres 72 und der Platte 70 befindet sich ein Flüssigkeitsdurchlaß 100 für das Fluid mit der höheren spezi­ fischen Dichte. Der Strömungsdurchlaß 100 wird zwischen der Platte 70 und der Innenfläche des unteren Endes der Auskleidung 54 gebildet. Wasser fließt durch den Durchlaß 100, kehrt die Richtung um und strömt durch den Durchlaß 56, der zwischen der äußeren Oberfläche der Auskleidung 54 und der inneren Oberfläche des Rotors 12 gebildet wird. In der Nähe des oberen Endes des Durchlasses 56 befindet sich eine Überlauföffnung 102, die den Durchlaß 56 mit der Fluidaufnahmekammer 104 verbindet. Das untere Ende der Kammer 104 wird durch eine Platte 105 gebildet, die an der Auskleidung 54 gehalten ist und sich mit dem Rotor 12 dreht. Das obere Ende der Kammer 104 wird durch eine Platte 107 gebildet, die ebenfalls an dem Rotor 12 gehalten ist, um sich mit diesem zu drehen. Öl, das nicht über das Wehr 72 in die Kammer 68 hineingeflossen ist und dementsprechend über den Durch­ laß 100 in den Durchlaß 56 übergegangen ist, wird in die Kammer 104 hineingedrückt und durch den Fluidabscheider 106 entfernt, der sich in die Kammer 104 hineinerstreckt. Der Fluidabscheider 106 ist an einer Leitung 108 angeschlossen, die eine Verbindung zur Fluidbeschickungsleitung 48 herstellt, um dieses Öl im Kreislauf zurückzuführen, das den Wasserabzugsbereich erreicht hat. Die obige Überlauföffnung 102 in der Nähe der Innenwandung des Rotors 12 stellt einen Strömungsdurchlaß 110 dar, durch welchen das Wasser in die Wasseraufnahmekammer 112 übergeht. Das untere Ende der Kammer 112 wird durch die Platte 107 gebildet. Das obere Ende der Kammer 112 wird durch die Innenfläche der oberen Endabschlußkappe 42 begrenzt. Im Inneren der Kammer 112 sind Leitbleche 114 sowie Leitbleche 116 vorgesehen, die die Fluidrotation in der Kammer 112 aufrechterhalten und unterstützen. Die Leitbleche 114 und 116 sind mit dem Rotor 12 verbunden und drehen sich mit diesem. Ähnlich wie bei der Ölaufnahmekammer 68 können die Teile der Wasseraufnahmekammer 112 als individuelle Bestandteile direkt mit dem Motor 12 verbunden werden, oder sie können zunächst zusammengesetzt und dann als Ganzes mit dem Rotor 12 verbunden sein.

Der Fluidabscheider 118 erstreckt sich in die Kammer 112 hinein und ist mit dem Strömungsdurchlaß 120 verbunden, der durch den Mittelpfosten 14 und das Ventil 122 nach außen verläuft. Das Ventil 122 wird durch die Ventilsteuerung 124 betätigt. Die Ventilsteuerung 124 empfängt von einer Signalsteuerung 128 ein Steuersignal über die Steuerleitung 126. Der Betrieb der Steuerung 128 ist dem Betrieb der Steuerung 92, wie sie voranstehend er­ läutert wurde, ähnlich. Die Steuerung 128 empfängt ihr Anzeige­ signal über die Steuerleitung 130 von dem Positionssensor 132, der am Mittelpfosten 14 gehalten ist. Die Signalsteuerung 128 erhält die Betriebsenergie von einer Energiequelle 134. Der Positionssensor 132 ermittelt die relative Position des Schwimmers 62, um die Dicke der Wasserschicht zu bestimmen. Der Betrieb des Positionssensors 132 ist dem Betrieb des vorstehend diskutierten Positionssensors 96 ähnlich. Die Fig. 4 zeigt ein vereinfachtes Steuersystems für das Niveausteuersystem, wie es voranstehend beschrieben wurde.

In der Nähe der Beschleunigerschale 51 befindet sich der Gasab­ scheider 136. An der Beschleunigerschale 51 sind Gasbe­ schleunigerleitbleche 137 befestigt. Die Leitbleche 137 unter­ stützen die Entfernung aller kleiner Flüssigkeitstropfen, die von der Gasphase eingeschlossen sein können, bevor das Gas in den Gasabscheider 136 eintritt. Der Gasabscheider 136 ist an einen Gasdurchlaß 138 angeschlossen, der sich über den Mittel­ pfosten 14 und ein Ventil 140 nach außen erstreckt. Das Ventil 140 ist ein Drucksteuerventil, das durch eine Ventilsteuerung 142 betätigt wird, um einen vorbestimmten Innendruck im Inneren des Rotors 12 aufrechtzuerhalten.

Die Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Rotors 12 und dessen Niveausteuersystems. Diese zweite Ausführungsform besitzt die Fähigkeiten der ersten Ausführungsform und kann zusätzlich noch Feststoffe aus dem Produktstrom abtrennen. Die Ausführungs­ form gemäß Fig. 2 umfaßt grundsätzlich die gleichen Bestandteile, wie diejenigen der Fig. 1, wobei jedoch außerdem noch eine innere Rotoranordnung 200 vorgesehen ist. Die innere Rotoranordnung 200 umfaßt einen inneren Rotor 202, eine Frischwasser­ beschickungsdüse 204, einen Sand/Wasserabscheider 206, eine Sand/Wasserströmungsleitung 208, sowie eine Frischwasserleitung 210. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Fluidbeschickungsdüse 50 so angeordnet, daß der Förderstrom in die innere Rotoranordnung 200 eingeführt wird. Eine Öffnung 55 ist zwischen dem Mittel­ pfosten 14 und der inneren Rotoranordnung 200 vorgesehen, die den Durchgang von Gas aus dem inneren Rotor 202 in die Haupt­ öffnung 5% der Zentrifuge 10 gestattet.

Die Primärfunktion der inneren Rotoranordnung 200 liegt darin, die Sandpartikel aus dem zugeführten Förder- oder Produktionsstrom abzutrennen und zu entfernen. Der innere Rotor 202 ist mit dem Beschleunigerimpeller 52 und der Auskleidung 54 verbunden und dreht sich mit dem Rotor 12. Der Sand/Wasserabscheider 206 er­ streckt sich von dem Mittelpfosten 14 bis in den inneren Rotor 202 hinein. Die Frischwasserdüse 204 erstreckt sich ebenfalls, von dem Mittelpfosten ausgehend, in den inneren Rotor 202 hinein. Die Sand/Wassermischung, die von dem Abscheider 206 aufgenommen wird, strömt durch den Durchlaß 208, der durch den Mittelpfosten 14 hoch und aus dem Rotor 12 über die Öffnung 212 nach außen läuft, ab.

Die Fig. 5 zeigt einen Sand/Wasserabscheider 206 in größerem De­ tail. Wie sich aus Fig. 5 ergibt, besitzt der Abscheider 206 eine vorspringende Fluiddüse 219, die über eine Leitung 220 durch den Abscheider 206 mit einer Öffnung 221 in Verbindung steht. Die Düse 219 leitet Wasser in den Rotor 202 durch die Leitung 220 und aus der Öffnung 221 heraus, um den im Bereich der Rotorwandung befindlichen Sand aufzurühren und dessen Einführung in den Ab­ scheider 206 zu unterstützen, worauf der Sand über die Leitung 208 nach außen geführt wird. Das äußere Ende des Abscheiders 206, das sich nahe an dem inneren Rotor 202 befindet, ist, da es einer auf den Abscheider 206 durch den Sand bewirkten Erosion ausge­ setzt ist, vorzugsweise mit einer erosionsfesten Oberflächenschutz­ schicht überzogen. Es hat sich gezeigt, daß eine von Hand aufge­ brachte Diamantplatte wirkungsvoll zur Verminderung der Erosion eingesetzt werden kann. Jedes andere erosionsfeste Material kann jedoch ebenfalls eingesetzt werden. Die Öffnung 212 kann über ein einstellbares Nadelventil oder eine Stellklappe ver­ schließbar sein, um die Menge der Sand/Wassermenge zu steuern, die die innere Rotoranordnung 200 verläßt. An die Frischwasser­ düse 204 schließt sich eine Frischwasserleitung 210 an, die durch den Mittelpfosten 14 verläuft. Die Frischwasserleitung 210 ist mit einer Öffnung 214 versehen, um die Menge an Frischwasser zu steuern, die durch die Frischwasserdüse 204 eingeleitet wird.

Es soll nun nachfolgend die Betriebsweise der Zentrifuge und des Flüssigkeitsniveausteuersystems, unter Bezugnahme auf Fig. 1, näher erläutert werden.

Der Hochgeschwindigkeitselektromotor 16 wird eingeschaltet und dreht rasch die Antriebswelle 24 über die Kupplung 22. Die An­ triebswelle 24 dreht den Rotor 12 um den stationären Mittelpfosten 14 innerhalb des Schutzbehälters 18. Die Rotationsgeschwindigkeit, die erforderlich ist, um die vollständige Trennung der Bohrloch­ strombestandteile zu erreichen, hängt von dem Durchmesser des Rotors 12 ab. Wenn der Rotor 12 einen großen Durchmesser besitzt, ist die Rotationsgeschwindigkeit zur Erreichung der Trennung kleiner als die Rotationsgeschwindigkeit, die erforderlich ist bei einem Rotor 12 mit geringerem Durchmesser. Zur wirkungsvollen Trennung ist es erstrebenswert, den Rotor 12 derart anzutreiben, daß die Fluide einer Zentrifugalkraft ausgesetzt werden, die mindest­ ens das 1000-fache der Erdanziehungskraft (1000 g) ausmacht, ent­ lang der Auskleidung 54 und an der Rotorwandung. Der Rotor 12 wird von dem oberen Lager 32 und dem unteren Lager 30 gehalten, wobei sichergestellt wird, daß der Rotor 12 innerhalb des Schutz­ behälters 18 zentriert wird und nicht in Kontakt hiermit tritt. Ein Fluid, das aus dem Rotor 12 austritt, wird daran gehindert, den Behälter 18 zu verlassen, durch die untere Dichtung 34 und die obere Dichtung 38. Der zu trennende Fluidstrom wird durch den Beschickungsflansch 46 in die Leitung 48 eingeführt und tritt aus der Fluidbeschickungsdüse 50 aus und in die Beschleunigerschale 51 ein. Nach dem Austritt des Fluids aus der Be­ schickungsdüse 50 beginnt das Förderstromfluid in der Be­ schleunigerschale 51 zu rotieren. Während das Fluid aus der Schale 51 austritt, wird es weiter beschleunigt, entlang des Beschickungsbeschleunigerimpellers 52, in Richtung auf die Auskleidung 54. Wenn das Fluid die Geschwindigkeit des Rotors 12 erreicht hat, werden die Unterschiede der spezifischen Dichten der individuellen Fluidbestandteile durch die Zentri­ fugalkraft, die auf die Fluidbestandteile ausgeübt wird, ver­ größert. Wenn es die Auskleidung 54 erreicht hat, beginnt sich das Fluid in einzelne Schichten zu trennen, wobei die ver­ schiedenen Bestandteile sich in ihrer spezifischen Dichte unter­ scheiden. Für eine typische Ölbohrungsströmung, die Rohöl und Salzwasser enthält, bedeutet dies, daß sich eine Wasserschicht, angrenzend an die Auskleidung 54, aufbaut und eine Ölschicht auf der Wasserschicht schwimmt, wobei die beiden Schichten durch eine Öl-Wasserzwischenfläche voneinander getrennt sind. In dem Bestreben, eine gleichmäßige Fluidschichtdicke entlang der Aus­ kleidung 54 aufzubauen, während der Strom in die individuellen Bestandteile aufgeteilt wird, beginnen die Fluidschichten in Richtung auf das gegenüberliegende Ende der Zentrifuge 10 ent­ lang der Auskleidung 54 zu strömen. Das Koagulationssieb 66 unterstützt die Trennung des Öls von dem Wasser, indem es hilft, größere Öltröpfchen zu bilden, die die Wirksamkeit der Fluid­ trennung erhöhen. Während das Öl und das Wasser durch den Koa­ gulationsabschnitt strömen, werden den kleineren Öltröpfchen Kontaktoberflächen zur Verfügung gestellt, die die Bildung größerer Öltropfen fördern. Die größeren Tropfen können dann leichter aus der Wasserschicht haraus- und in die Ölschicht hin­ einwandern. Das Koagulationssieb 66 unterstützt außerdem die Auf­ rechterhaltung einer synchronen Bewegung der Öl- und Wasser­ schichten mit der Auskleidung 54 und der Rotorwandung, wobei ein Gleiten an der hiermit in Kontakt stehenden Zentrifugenober­ fläche vermieden wird. Außerdem hilft das Koagulationssieb 66 die Bildung von Sekundärfluidströmungen zu verringern, die ein­ treten können, während die individuell abgetrennten Bestandteile den Fluidabzugskammern zugeführt werden.

Bevor die Dicke der kombinierten Öl- und Wasserfluidschichten auf der Auskleidung 54 die Höhe des Wehres 72 erreicht, strömt Fluid durch den Durchlaß 100 und zurück durch den Durchlaß 56, zwischen der Auskleidung 54 und dem Rotor 12. Wenn der Durchlaß 56 gefüllt ist und die kombinierte Fluidschichtdicke das Wehr 72 erreicht, ist die Zentrifuge 10 bis zu ihrem Betriebsniveau gefüllt. Die beiden aneinander angrenzenden Fluidschichten müssen nun von­ einander getrennt und aus dem Rotor 12 herausgeführt werden.

Die Rotation des Rotors 12 führt zur Bildung zweier abgegrenzter Schichten auf der inneren Oberfläche der Auskleidung 54, und zwar einer Ölschicht einerseits und einer Wasserschicht anderer­ seits. Die Einführung zusätzlichen Öls und Wassers in den Rotor 12 hinein führt dazu, daß Öl über das Wehr 72 in die Ölaufnahmekammer 68 eintritt, während Wasser durch den Durchlaß 110 unterhalb der Auskleidung 54 und in die Wasseraufnahmekammer 112 hineinströmt. Wenn hinreichend Öl eingeführt ist, tritt dieses über das Wehr 72 und durch die Öffnungen 73, wobei es beginnt, die Aufnahmekammer 68 aufzufüllen. Wenn die Kammer 68 gefüllt ist, steigt das Öl­ niveau bis über das Wehr 72 an und bewirkt eine Bewegung des Schwimmers 60, der auf der Ölschicht schwimmt, innerhalb des Schwimmerkäfigs 58. Während sich die Oberfläche der Ölschicht bewegt, betätigt der Positionssensor 96 die Steuerung 92 durch die Relativbewegung des Schwimmers 60, was notwendigerweise ent­ sprechend der Bewegung der Öloberfläche geschieht. Wenn das Signal innerhalb der Steuerung 92 einem vorbestimmten Niveau entspricht, zeigt dies ein spezifisches Ölniveau an, und die Steuerung 92 leitet die erforderlichen Steuerschritte ein, um das Öl aus der Kammer 68 abzuziehen.

Nachdem das entsprechende Signal von dem Positionssensor 96 empfangen worden ist, gibt die Steuerung 92 ein Signal über die Steuerleitung 90 an den Ventilschalter 88 ab, um das Ventil 86 zu öffnen, wodurch der Durchlaß 84 frei wird. Wenn der Durchlaß 84 geöffnet ist, wird die Winkelgeschwindigkeit des Fluids in der Ölaufnahmekammer 68 in einen dynamischen Druck umgesetzt (ähnlich wie bei einer Zentrifugalpumpe), wobei das Öl in den Fluidabscheider 80 und den Fluidabscheider 82 hineingedrückt wird und aus dem Durchlaß 84 austritt. Während das Öl aus der Zentrifuge 10 abgezogen wird, sinkt das Ölniveau in der Kammer 68 ab, wodurch der Schwimmer 60 innerhalb des Käfigs 58 sinkt. Der Positionssensor 96 und das Steuersystem 92 schließen dann das Ventil 86, bis das Ölniveau wieder ansteigt, bis zu dem vorbe­ stimmten Niveau, worauf sich der Entleerungszyklus wiederholt. Das Ventil 86 kann durch Öffnen, Schließen oder Drosseln das Ölniveau in dem Rotor 12 aufrechterhalten.

Die Wasserschicht bildet sich aufgrund ihrer höheren spezifischen Dichte, angrenzend an die Auskleidung 54, aus. Während mehr Wasser in den Rotor 12 eingefüllt wird, steigt die Dicke der Wasser­ schicht an. Wenn die Dicke der Wasserschicht ansteigt, fließt das Wasser durch den Durchlaß 100, unterhalb der Ölaufnahmekammer 68 in umgekehrter Richtung und strömt zurück in Richtung auf das andere Ende des Rotors 12, durch den Durchlaß 56 und den Durchlaß 110. Diese Wasserbewegung durch den Durchlaß 56 und durch den Durchlaß 110 führt dazu, daß sich die Wasseraufnahmekammer 112 füllt. Das Füllen der Wasseraufnahmekammer 112 bewirkt, daß die Öl-Wasserzwischenfläche relativ zu der Auskleidung 54 an­ steigt. Während die Zwischenfläche ansteigt, steigt auch der Zwischenflächenschwimmer 62 innerhalb des Schwimmerkäfigs 64 an und leitet eine Steuerung ein, ähnlich wie bei dem zuvor disku­ tierten Ölniveausteuersystem.

Wenn das Zwischenflächenniveau eine bestimmte Sollstelle erreicht hat, die eine bestimmte Dicke der Wasserschicht anzeigt, gibt der Positionssensor 132 ein Signal an die Steuerung 128 ab, dahin­ gehend, daß eine Notwendigkeit besteht, Wasser aus der Fluidauf­ nahmekammer 112 abzuziehen. Die Steuerung 128 führt dann der Ventilsteuerung 124 über die Steuerleitung 126 ein Signal zu, um das Ventil 122 zu öffnen und den Durchlaß 120 freizugeben. Wenn der Durchlaß 120 geöffnet ist, wird die Winkelgeschwindigkeit des Fluids in der Aufnahmekammer 112 umgesetzt in einen dynamischen Druck, wodurch das Wasser in den Fluidabscheider 118 eingepreßt wird und aus dem Durchlaß 120 austritt. Wenn hinreichend Wasser aus der Fluidaufnahmekammer 112 abgezogen ist, sinkt das Niveau der Öl-Wasserzwischenfläche ab, und dementsprechend, notwendiger­ weise, der Abstand des Schwimmers 62, relativ zur Auskleidung 54. Diese Bewegung wird von dem Sensor 132 aufgenommen, der schließ­ lich das Ventil 122 schließt, bis ein weiteres Signal empfangen wird, das anzeigt, daß die Aufnahmekammer 112 sich gefüllt hat, wo­ durch ein weiterer Wasserentnahmezyklus eingeleitet wird. Die Wirkung des Ventils 122 ist so, daß, ähnlich wie bei dem Ventil 86, eine Zu- oder Offenschaltung erfolgen kann, oder es kann auch eine Drosselwirkung erzielt werden, entsprechend der Dicke der Wasserschicht. Während das Wasser in Richtung auf die Aufnahme­ kammer 112 durch den Durchlaß 56 zwischen der Auskleidung 54 und dem Rotor 12 fließt, durchläuft es das Koagulationssieb 66. Das Sieb 66 unterstützt die Bildung größerer Öltropfen des Öls, welches möglicherweise nicht durch die Aufnahmekammer 68 entfernt worden ist. Bevor Öl, das in den Durchlaß 56 eingetreten ist, die Fluidkammer 112 erreicht, wird es, angrenzend an die Innenwandung der Auskleidung 54, aufgrund der geringem spezifischen Dichte gedrückt. Dieses Öl, das typischerweise auch Schichtöl genannt wird, strömt dann entlang der Innenwandung der Auskleidung 54 mit dem Wasser durch den Durchlaß 102 in die Aufnahmekammer 104. Die Mischung von Öl und Wasser, die in die Kammer 104 fließt, wird durch den Öl/Wasserabscheider 106 abgezogen und zur erneuten Trennung durch den Durchlaß 108 in den Einlaß 48 zurückgeführt. Diese Kreislaufführung hilft sicherzustellen, daß kein Öl die Flüssigkeitsaufnahmekammer 112 erreicht und daß kein Öl aus dem Wasserdurchlaß 120 freigegeben wird.

Während des Betriebes der Zentrifuge 10 ist es für eine wirkungsvolle Trennung erstrebenswert, daß die Wasser-Ölzwischenfläche in einem bestimmten Betriebsbereich oberhalb der Auskleidung 54 verbleibt.

Das Zwischenflächensteuersystem sollte nicht gestatten, daß die Zwischenfläche oberhalb der Höhe des Wehres 72 ansteigt, oder unter das Niveau des Durchlasses Öl abfällt. Wenn die Öl-Wasserzwischenfläche auf der Auskleidung 54 oberhalb der Höhe des Wehres 72 ansteigt, strömt Wasser über das Wehr 72 und tritt in die Aufnahmekammer 68 ein, so daß es durch die Abscheider 80 und 82 abgezogen wird. Wenn andererseits die Öl-Wasserzwischenfläche auf der Auskleidung 54 unterhalb das Niveau des Durchlasses 100 abfällt, tritt Öl durch den Durchlaß 100 zurück durch den Durchlaß 56 und möglicherweise in die Kammer 112 ein, so daß es durch den Abscheider 118 abgezogen wird. Dem­ entsprechend ist es erforderlich, daß die Öl-Wasserzwischenfläche einen Abstand von der Auskleidung 54 einhält, der geringer ist als die Höhe des Wehres 72 über der Auskleidung 54 und größer als der Abstand zwischen der Obergrenze des Durchlasses 100 bis zur Aus­ kleidung 54, wodurch verhindert wird, daß die Ölphase durch den Durchlaß 100 hindurchtritt, während gleichzeitig verhindert wird, daß die Wasserphase über das Wehr 72 strömt.

Im Laufe der vorangehenden Beschreibung wurde ein Verfahren und eine Vorrichtung erläutert, mittels welcher eine Bohrlochströmung aufgeteilt wurde, ohne einen wesentlichen Gasbestandteil. Wenn der Bohrlochstrom eine Gasphase enthält, tritt die folgende Situ­ ation ein. Die Gasphase wird mit der Flüssigkeit in den Rotor 12 durch den Beschickungsflansch 46 und die Beschickungsdüse 50 ein­ geführt. Infolge der geringen Dichte des Gases, relativ zu den Flüssigkeiten, wird das Gas von den Flüssigkeiten getrennt, während es in die Beschleunigerschale 51 eintritt und wandert zu dem Hauptraum 57 der Zentrifuge 10 durch die Öffnung 53. Während sich die Wasserschicht in dem Rotor 12 aufbaut und die Ölschicht sich auf der Wasserschicht ausbildet, nimmt das Gas den Haupt­ raum 57 der Zentrifuge 10 ein, und eine Gas-Ölzwischenfläche bildet sich an der Oberfläche der Ölschicht aus. Gasbeschleuniger­ leitbleche 137, die sich mit dem Rotor 12 drehen, führen zu einer zusätzlichen Abtrennung kleiner Fluidtröpfchen, die nach wie vor von der Gasphase eingeschlossen sein können. Der Gasab­ scheider 136 gestattet den Gaseintritt in den Durchlaß 138 in dem Mittelpfosten 14 aus dem Rotor 12 heraus. Der Gasdurchlaß 138 wird durch eine Gasdrucksteuereinrichtung 142 und ein Ventil 140 gesteuert. Wenn mehr Gas in den Rotor 12 eintritt, steigt der Innendruck des Systems an. Wenn der Druck einen vorbestimmten Solldruck erreicht hat, öffnet die Drucksteuereinrichtung 142 das Ventil 140 und gestattet den Gasaustritt aus der Zentrifuge, um den Druck innerhalb des Separators zu reduzieren. Eine solche Druckregulierungseinrichtung und entsprechende Ventile sind bei der Öl- und Gasförderung hinlänglich bekannt, so daß sich eine weitere Diskussion hier erübrigen dürfte. Der Fluidstrom, frei von Gas, tritt aus der Schale 51 aus und wird durch den Be­ schickungsbeschleunigungsimpeller 52 auf die volle Rotorge­ schwindigkeit beschleunigt, worauf die Trennung in der oben be­ schriebenen Weise eintritt.

Wenn man vermutet, daß Sand oder andere Feststoffe in dem Fluid­ strom gefördert werden, kommt die zweite Ausführungsform des Zentrifugalseparators und des Steuersystems zum Einsatz. Die zweite Ausführungsform ist in Fig. 2 wiedergegeben. Der Betrieb der zweiten Ausführungsform ist demjenigen der in Fig. 1 darge­ stellten ersten Ausführungsform ähnlich, wobei jedoch eine zu­ sätzliche innere Rotoranordnung 200 sowie Strömungsdurchlässe vorgesehen sind, die Sand und andere Feststoffe entfernen. Die Fluideinlaßdüse 50 führt den Fluidstrom, der die Feststoffe ent­ hält, in den inneren Rotor 202 ein, in welchem die Fluide be­ ginnen beschleunigt zu werden. Der Sand und andere Feststoffe werden, nachdem sie mit der Rotorwandung des inneren Rotors 202 in Kontakt getreten sind, in den Bereich des großen Radius des inneren Rotors 202 und in den Sand/Wasserabscheider 206 geführt, der sich von dem Mittelpfosten 14 aus erstreckt. Das Sand/Wasser­ abscheidesystem ist, im Gegensatz zum Öl- und Wasserabzugssystem, ein ständig offenes System, das kontinuierlich ein geringes, konstantes Volumen eines Stromes aus dem inneren Rotor heraus abgibt und dies aus der Zentrifuge 10 heraus durch den Sand/­ Wasserdurchlaß 208 abführt. An dem Sand/Wasserdurchlaß 208 kann eine kleine Öffnung 212 vorgesehen sein, um die Menge an Sand und Wasser, die aus dem inneren Rotor 202 abgezogen werden, zu steuern. Andere Steuerungen, wie etwa ein einstell­ bares Nadelventil oder Ventilklappen, können eingebaut sein, um ein ständig offenes Abzugssystem zu bilden. Ein kleiner Frischwasserstrom kann durch den Frischwasserdurchlaß 210 und die Beschickungsdüse 204 in das Innere des Rotors 202 injiziert werden, um sicherzustellen, daß der Sand/Wasserabscheider 206 stets einen kontinuierlichen Wasserstrom zur Verfügung hat, um einen Frischwasserstrom aufrechtzuerhalten, der das "Abwaschen" der kleinen Ölpartikel von dem geförderten Sand unterstützt.

Es ist förderlich, während des Abzuges des Sandes, von der Wandung des inneren Rotors 202 den Sand unmittelbar vor dem Sand/Wasser­ abscheider 206 zu rühren. Die Fig. 5 zeigt eine Ansicht des Fluidabscheiders 206 mit einem Feststoffagitator. Wasser, das in dem inneren Rotor 202 rotiert, wird durch die Düse 219 und den Durchlaß 220 aus der Öffnung 221 auf einen Punkt abgestrahlt, unmittelbar vor der Abscheideöffnung 208. Während das Wasser aus der Öffnung 221 herausgestrahlt wird, wirbelt der Sand an der Wandung des inneren Rotors 202 auf und wird von dem Sand/Wasser­ abscheider aufgenommen, zur Abgabe durch den Sand/Wasserdurchlaß 208.

Der Fluidstrom, der nun frei von Feststoffen ist, die in die Zentrifuge eingeführt worden sein können, tritt aus dem inneren Rotor 202 aus und wird durch den Beschickungsimpeller 52 auf die volle Rotorgeschwindigkeit beschleunigt und aufgeteilt in der zuvor beschriebenen Weise.

Während des Anlassens der Zentrifuge 10 ist es erstrebenswert, den Separator zunächst mit einem kleinen Volumen des schwereren abzutrennenden Fluids anzufüllen, um eine Fluidschicht zu Steuerungs- und Abdichtungszwecken abzubauen. Diese Abdichtung würde verhindern, daß in unerwünschter Weise die Möglichkeit besteht, daß Öl während des Anlassens aus der Wasserabgabeleitung austritt.

Eine typische Größe für einen Öl- und Wasserzentrifugalseparator mit einem Durchsatz von 1 590 000 l Fluid pro Tag besitzt etwa eine Länge von 1,83 m und einen Durchmesser von 0,91 m. Das Füll­ volumen für das Anlassen einer Einrichtung dieser Größe liegt bei etwa 68 l Wasser. Während sich der Rotor 12 dreht, wird das Füllwasser über den Beschickungsflansch 46, die Einlaßleitung 48 und die Beschickungsdüse 50 zugeführt. Das Füllwasser strömt aus dem Beschleunigerimpeller 52 zur Auskleidung 54 und durch den Durchlaß 100 in den Durchlaß 56 ein. Dieses Füllwasser verhindert dementsprechend, daß gefördertes Öl aus dem Durchlaß 56 austritt und die Wasseraufnahmekammer 112 erreicht, von wo aus es durch den Wasserdurchlaß 120 als gefördertes Wasser austreten würde.

Der hier beschriebene Zentrifugalseparator und das Niveausteuer­ system ermöglichen eine extrem effiziente Abtrennung der Bestand­ teile eines Bohrlochstromes. Es sind jedoch, wie zuvor diskutiert wurde, verschiedene Einrichtungen, die in den bevorzugten Aus­ führungsformen, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, nicht erforderlich für den Betrieb des Zentrifugalseparators. Die Fig. 6 zeigt eine von vielen möglichen Einrichtungen, die entsprechend diesen Spezifizierungen aufgebaut sind, wobei sie jedoch nicht alle Elemente enthalten, die zuvor in Fig. 1 oder Fig. 2 beschrieben sind.

Die Fig. 6 zeigt die grundlegenden Bestandteile des Zentrifugal­ separators gemäß dieser Erfindung. Die Einrichtungsgegenstände, die nicht erforderlich sind, werden bei der Ausführungsform, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, weggelassen und umfassen einen Beschleunigerimpeller, eine Beschleunigerschale, eine Aus­ kleidung, ein Koagulierungssieb, Leitbleche und einen Schicht­ ölabscheider. Auch die Durchlässe 100, 110 und 56 der Fig. 1 und 2 sind ersetzt durch den Durchlaß 101. Der Durchlaß 101 ist zwischen dem Boden der Platte 70, die die Ölaufnahmekammer 68 bildet, und dem Rotor 12 ausgebildet.

Beim Betrieb der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform treten die Fluide, die in die Zentrifuge 10 durch den Beschickungseinlaß 48 zugeführt sind, durch die Einlaßdüse 50 aus und bewegen sich in Richtung auf den Rotor 12. Etwa vorhandenes Gas bewegt sich von der Rotorwandung weg und in Richtung auf die Hauptöffnung 57 des Rotors 12. Wenn genug Gas in den Rotor 12 eingetreten ist, steigt der Gasdruck an und wird über den Durchlaß 138, wie bei der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsform, freigesetzt. Die Fluide bewegen sich nach der Abtrennung des Gases in Richtung auf den Rotor, wo sie mit dem Rotor oder anderen Fluiden, die sich schon in dem Rotor befinden, in Kontakt treten und beginnen mit Rotorgeschwindigkeit umzulaufen. Während die umlaufenden Fluide sich entlang der Rotorwandung bewegen, werden sie in ihre schwereren Bestandteile (Wasser) und leichteren Bestandteile (Öl) aufgetrennt. Das Wasser bildet eine Flüssigkeitsschicht, un­ mittelbar angrenzend an die Rotorwandung, und das Öl bildet eine Flüssigkeitsschicht oben auf der Wasserschicht. Wenn hinreichend Öl sich in der Zentrifuge befindet, tritt es über das Wehr 72 und fließt in die Ölaufnahmekammer 68, worauf die Ölaufnahmekammer 68 sich zu füllen beginnt.

Zwischen dem Gas und der Ölschicht bildet sich eine Gas-Öl­ zwischenfläche 61 aus, auf welcher der Schwimmer 60 aufschwimmt. Wenn genug Öl produziert ist, öffnet das zugeordnete Niveausteuer­ system, das den Schwimmer 60, den Sensor 96 und die Steuerung 92 umfaßt, den Fluiddurchlaß 84, um das Öl freizusetzen, in der gleichen Weise wie dies beim Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform beschrieben wurde. Zwischen der Ölschicht und der Wasserschicht bildet sich eine Öl-Wasserzwischenfläche 63 aus, auf welcher der Schwimmer 62 aufschwimmt. Wenn genug Wasser vorhanden ist, steigt der Schwimmer 62 an, bis er eine vorbe­ schriebene Höhe erreicht hat, worauf er dies auf einen Sensor 132 und eine Steuerung 128 überträgt, so daß der Durchlaß 120 geöffnet wird, um ein Abziehen des Wassers aus dem Rotor 12 zu ermöglichen, in der gleichen Weise, wie dies beim Betrieb der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform beschrieben wurde.

Es ist auch möglich, daß die Abscheider und Aufnahmekammern an dem Ende ausgebildet sind, das dem in Fig. 6 gezeigten gegenüber­ liegt, oder sie können an beiden Enden vorgesehen sein. Eine oder mehrere Fluidkammern können an beiden Enden des Rotors 12 vorge­ sehen sein. In einer ähnlichen Weise können die Schwimmersensoren an jeder beliebigen Stelle entlang der Rotorwandung 12 angeordnet sein. Es ist jedoch vorteilhaft, die Schwimmersensoren an solchen Positionen anzuordnen, wo sie die geringste Störung durch die in den Rotor 12 eintretenden Fluide erfahren. Dies bedeutet, daß die Schwimmer wahrscheinlich am vorteilhaftesten in der Nähe der Fluidaufnahmekammern anzuordnen sein sollten.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 6 führt der Abzug der Flüssigkeiten aus den Fluidaufnahmekammern durch den Abscheider 80 und den Abscheider 112 zu einer gemeinsamen Strömung entlang der Wandung des Rotors 12. Wenn die Abscheider und die Aufnahmekammern auf ent­ gegengesetzten Enden des Rotors angeordnet sind (ein Abscheider und eine Aufnahmekammer an jedem Ende), tritt ein Gegenstrom durch den Abzug der Flüssigkeiten aus dem Rotor 12 ein. Die bevorzugten Ausführungsformen, wie sie in Fig. 1 und Fig. 2 beschrieben sind, umfassen verschiedene Verbesserungen über diese Grundaus­ führungsform, so daß eine vollständigere Trennung einer jeden Fluidkomponente möglich ist, wobei jedoch der grundsätzliche Be­ trieb der Zentrifuge, entsprechend der Darstellung in Fig. 6, abläuft.

Verschiedene Untersuchungen sind ausgeführt worden, unter Einsatz der Zentrifuge, wie sie in Fig. 1 dar erstellt und hierin beschrie­ ben ist. Die Untersuchungen mit einer Prototypzentrifuge von 305 mm Durchmesser und 762 mm Länge, die mit einer Mischung aus 50% Öl und 50% Wasser beschickt wurde, zeigten die folgenden Ergebnisse:

Bei der Prototypzentrifuge besaß der Fluiddurchlaß 56, der zwischen der inneren Oberfläche des Rotors 12 und der äußeren Oberfläche der Auskleidung 54 ausgebildet war, eine Dicke von etwa 10,2 mm. Der Abstand des Wehres 72 von der inneren Oberfläche der Auskleidung 54 betrug etwa 25,4 mm. Bei einer Dicke der Auskleidung 54 von 2,5 mm betrug der Abstand des Wehres 72 vom Rotor 12 etwa 38,1 mm.

Der Schwimmer 60, der in dem Käfig 58 an der Auskleidung 54 gehalten war, zum Aufschwimmen auf der Ölschichtoberfläche, war in der Lage, eine gewisse Bewegung auf der Öloberfläche in einem Abstand von der inneren Oberfläche des Rotors 12 auszuführen, und zwar in etwa gleich dem Abstand zwischen dem Wehr 72 und der inneren Oberfläche des Rotors 12 (38,1 mm). Die Bewegung des Schwimmers 60 innerhalb des Käfigs 58 lag in der Größenordnung von ± 2,54 mm. In einer ähnlichen Weise konnte der Zwischenflächenschwimmer 62, der sich in dem Käfig 64 befand, eine leichte Bewegung auf der Öl-Wasser­ zwischenflächenoberfläche ausführen, von etwa 8,9 mm von der inneren Oberfläche der Auskleidung 54. Die Bewegung des Schwimmers 62 in dem Käfig 64 lag in der Größenordnung von ± 2,54 mm.

Größere Zentrifugalseparatoren können größeres Spiel hinsicht­ lich des Durchlasses 56 für größere Fluidbehandlungskapazitäten aufweisen. Auch kann, mit dem Anstieg der Zentrifugenkapazität, die Höhe des Wehres 72 ansteigen für einen größeren Durchlaß 100 und 56. Eine Vergrößerung der Höhe des Wehres 72 erfordert auch einen Anstieg des Abstandes des Schwimmers 60 und des Schwimmers 62 von der Auskleidung 54. Dementsprechend sollen die angegebenen Abstände und Dimensionen in keiner Weise absolute Konstruktionseingrenzungen darstellen oder Betriebsbereiche bedeuten.

Es soll an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich angeführt werden, daß es sich bei der vorangehenden Beschreibung lediglich um eine solche beispielhaften Charakters handelt und daß verschiedene Abänderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (14)

1. Verfahren zum Abscheiden der Komponenten eines Materialstromes, der sich aus wenigstens drei Fluiden unterschiedlicher spezifischer Dichte zu­ sammensetzt, wobei das Fluid mit der niedrigsten spezifischen Dichte ein Gas und die anderen Fluide Flüssigkeiten sind, wobei der Material­ strom in eine Zentrifuge mit einem Rotor eingeleitet wird, der eine Ro­ torwandung sowie einander gegenüberliegende erste und zweite Endberei­ che aufweist, wobei ferner der Rotor in Drehung versetzt wird, um eine Ra­ dialtrennung der Fluide zu bewirken, wobei die Fluide nach außen gegen die Rotorwand gedrückt werden und eine Mehrzahl von Fluidschichten der­ art bilden, daß die Fluidschicht angrenzend an die Rotorwandung die Flüs­ sigkeitsschicht mit der größten spezifischen Dichte ist und die nachfolgende Flüssigkeitsschicht und die Gasschicht radial innerhalb der Flüssigkeitsschicht mit der größten spezifischen Dichte angeordnet sind, wobei Zwischenflächen zwischen den einzelnen separierten Fluidschichten gebildet werden, wobei ferner das Gas aus der Gasschicht abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Positionen der Zwischenflächen kontinuierlich überwacht werden und
daß die einzelnen Flüssigkeiten unabhängig voneinander aus der jeweiligen Schicht im Rotor in Abhängigkeit von den überwachten Posi­ tionen der jeweiligen Zwischenflächen zwischen einer Flüssigkeit und ei­ nem jeweils radial einwärts angeordneten Fluid abgezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abziehen jeder Flüssigkeit diese in einen jeweiligen Fluidabzugabschnitt des Haupt­ rotors überführt und die Flüssigkeit durch Öffnen eines jeweiligen Kanals eines Flüssigkeitsabscheiders aus dem Rotor entsprechend der Position ei­ ner jeden Flüssigkeits-Flüssigkeits- oder Flüssigkeit-Gas-Zwischenfläche abgezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Position einer jeden Zwischenfläche durch die Bestimmung der Position ei­ ner Mehrzahl von Schwimmern ermittelt, die an den entsprechenden Zwi­ schenflächen zwischen den Fluidschichten aufschwimmen, wobei jeder Schwimmer eine spezifische Dichte besitzt, die geringer ist als die spezifi­ sche Dichte der Schicht, auf welcher er aufschwimmt und größer als die spezifische Dichte der Schicht, unterhalb welcher er sich befindet.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gas abgezogen wird, wenn in der Gasschicht ein vorbe­ stimmter Druck erreicht ist, so daß ein vorbestimmter Rotordruck aufrecht­ erhalten wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Materialstrom, der zusätzlich zu den Fluiden noch Fest­ stoffbestandteile enthält, in einen inneren Rotor der Zentrifuge eingeleitet wird, wobei sich der innere Rotor innerhalb des Hauptrotors befindet und mit einer konkaven Rotorwandung ausgebildet ist, daß der innere Rotor in Umdrehungen versetzt wird zur Erzeugung einer Zentrifugalkraft, die aus­ reicht, um die Feststoffe gegen die innere Rotorwandung zu führen, daß die abgetrennten Feststoffe aus dem inneren Rotor abgezogen werden und daß die Fluide aus dem inneren Rotor in den Hauptrotor überführt werden.

6. Vorrichtung zum Abscheiden der Komponenten eines Materialstromes, der sich aus wenigstens drei Fluiden unterschiedlicher spezifischer Dichte zu­ sammensetzt, wobei das Fluid mit der niedrigsten spezifischen Dichte ein Gas und die anderen Fluide Flüssigkeiten sind, wobei die Vorrich­ tung folgendes aufweist,
einen Rotor (12), der um seine Längsachse drehbar ausgebildet ist, wobei der Rotor (12) eine Rotorwandung und einander gegenüberliegende erste und zweite Endabschlußwandungen (28, 42) aufweist, die einen Raum (57) innerhalb des Rotors (12) ausbilden,
ein Antriebsmittel (16) zum Drehen des Rotors (12),
ein Fluidbeschickungseinlaß (46, 48, 50) zum Einführen des Materialstro­ mes in den Raum (57) des Rotors (12), so daß durch die Drehung des Ro­ tors (12) eine radiale Trennung der Fluide erfolgt, wobei sich durch die auswärts in Richtung der Rotorwandung gerichtete Kraft eine Trennung in mehrere Fluidschichten einstellt, so daß die Flüssigkeitsschicht benachbart zur Rotorwandung die größte spezifische Dichte aufweist, wobei die andere Flüs­ sigkeitsschicht anderen Flüssigkeitsschichten und die Gasschicht nacheinander radial innerhalb der Flüs­ sigkeitsschicht der größten spezifische Dichte angeordnet sind, wobei sich zwischen einzelnen getrennten Fluidschichten entsprechende Zwischenflä­ chen ausbilden; und
eine Einrichtung (136, 138, 140, 142) zur Gasabführung zum Abziehen von Gas aus der Gasschicht;
gekennzeichnet durch
eine Sensoreinrichtung (60, 62, 92, 94, 96, 128, 130, 132) zum kontinuierli­ chen Überwachen der Position der Zwischenflächen; und
Abscheideeinrichtungen (68, 80, 82, 84, 86, 88, 112, 118, 120, 122, 124) zum voneinander unabhängigen Abziehen der einzelnen Flüssigkeiten aus dem Rotor (12) in Abhängigkeit von den überwachten Positionen jeweiliger Zwischenflächen zwischen der Flüssigkeit und dem nächsten radial ein­ wärts angeordneten Fluid.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidbe­ schickungseinlaß ein Fluideinlaßrohr (48) aufweist, das in den Raum (57) innerhalb des Rotors (12) zur Einführung des Materialstromes in den Rotor (12) angeordnet ist, und wobei die Abscheideeinrichtungen eine Aufnahme­ kammer (112) für eine Flüssigkeit mit großer Dichte sowie eine Aufnahme­ kammer (68) für die Flüssigkeit mit geringer Dichte aufweist, die beide an dem Rotor (12) gehalten sind, zur Aufnahme von Flüssigkeiten mit hoher und geringer Dichte aus den jeweiligen Flüssigkeitsschichten im Rotor (12); wobei die Vorrichtung ferner folgendes aufweist, einen Abscheider (118) für die Flüssigkeit mit hoher Dichte innerhalb des Raums (57), der sich von der Rotationsachse des Rotors (12) auswärts in die Aufnahmekammer (112) für die Flüssigkeit mit hoher Dichte zum Abziehen der Flüssigkeit mit hoher Dichte aus der Aufnahmekammer (112) erstreckt; einen zweiten Abscheider (80, 82) für die Flüssigkeit mit geringer Dichte mit einem Strömungskanal (84), der sich von der Rotationsachse des Rotors (12) auswärts in die Auf­ nahmekammer (68) für die Flüssigkeit mit geringer Dichte zum Abziehen der Flüssigkeit mit geringer Dichte aus der Aufnahmekammer (68) erstreckt; und eine Einrichtung (122, 124) zur Regulierung der Strömung in dem Strömungskanal (120) zum Abzug der Flüssigkeit größerer Dichte in Ab­ hängigkeit von einem Ausgang der Sensoreinrichtung zum kontinuierlichen Überwachen der Zwischenflächen sowie eine Einrichtung (86, 88) zur Re­ gulierung der Strömungsmenge durch den Strömungskanal (84) für den Abzug der Flüssigkeit geringerer Dichte in Abhängigkeit von dem Ausgang der Sensoreinrichtung zum kontinuierlichen Überwachen der Zwischenflä­ chen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Wehr (72), das angrenzend an die Kammer (68) für das Fluid geringerer Dichte mit dem Rotor (12) verbunden ist und sich, von der Rotorwandung ausgehend, um einen solchen Abstand radial nach innen erstreckt, der ausreicht, um die Flüssigkeit geringerer Dichte über das Wehr (72) überzuströmen und in die Kammer (68) eintreten zu lassen, wobei die Sensoreinrichtung zum Über­ wachen der Zwischenflächen folgendes aufweist,
einen ersten Detektor (132) zur Ermittlung der radialen Position der Flüs­ sigkeit-Flüssigkeit-Zwischenflächen sowie zur Erzeugung eines entspre­ chenden Signals,
einen zweiten Detektor (96) zur Ermittlung der radialen Position der Flüs­ sigkeit-Gas-Zwischenfläche sowie zur Erzeugung eines entsprechenden Signals,
einen ersten Signalumsetzer (128), der mit dem ersten Detektor (132) ver­ bunden und zur Aufnahme des von dem ersten Detektor (132) erzeugten Signals sowie zum Erzeugen eines variierenden Ausgangssignals zur Mengensteuerung des Materialabzuges durch den ersten Abscheider (118) ausgebildet ist,
einen zweiten Signalumsetzer (92), der mit dem zweiten Detektor (96) ver­ bunden und zur Aufnahme des von dem zweiten Detektor (96) erzeugten Signals sowie zum Erzeugen eines variierenden Ausgangssignals zur Mengensteuerung des Materialabzuges durch den zweiten Abscheider (80, 82) ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste De­ tektor (62, 132) folgendes umfaßt,
einen ersten Schwimmer (62) innerhalb des Rotors (12), welcher auf der Flüssigkeit-Flüssigkeit-Zwischenfläche aufschwimmt und bezüglich der Rotationsachse des Rotors (12) radial beweglich ausgebildet ist, sowie ei­ nen ersten Positionssensor (132) zur Bestimmung der Radialposition des ersten Schwimmers (62) und zur Erzeugung eines entsprechenden Signals;
und daß der zweite Detektor (60, 96) folgendes umfaßt,
einen zweiten, innerhalb des Rotors (12) angeordneten Schwimmer (60), welcher auf der Flüssigkeit-Gas-Zwischenfläche aufschwimmt und bezüg­ lich der Rotationsachse des Rotors (12) radial beweglich ausgebildet ist, sowie
einen zweiten Positionssensor (96) zur Bestimmung der Radialposition des zweiten Schwimmers (60), sowie zur Erzeugung eines entsprechenden Si­ gnals.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Gasabführung folgendes umfaßt,
einen Gasabscheider (136), der innerhalb des Rotors (12) angeordnet ist und einen dritten Strömungskanal (138) aufweist, der sich zur Abführung des Gases aus dem Rotor (12) von dem axialen Bereich des Rotors (12) nach außen erstreckt, sowie
eine Drucksteuereinrichtung (140, 142), die mit dem dritten Strömungskanal (138) verbunden ist und einen vorbestimmten Druck innerhalb des Rotors (12) aufrecht erhält.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß diese ferner folgendes aufweist, einen Fluidbeschleunigerimpeller (52), der mit dem Rotor (12) drehbar ausgebildet ist und Fluid aus dem Fluidein­ laßrohr (48) aufnimmt, sowie ein Koagulationssieb (66), das mit dem Rotor (12) drehbar ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Flüssigkeiten Wasser ist und der Materialstrom zusätzlich Sand enthält, wobei die Vorrichtung zusätzlich folgendes umfaßt,
einen in dem Rotor (12) angeordneten und mit diesem drehbar ausge­ bildeten inneren Rotor (200, 202), wobei der innere Rotor (200, 202) eine innere Rotorwandung umfaßt, die einen Raum innerhalb des inneren Rotors (200, 202) ausbildet, welcher einen Materialstrom aus dem Fluideinlaßrohr (48) aufnimmt, wobei eine Öffnung des Fluideinlaßrohres (48) innerhalb des Raumes des inneren Rotors (200, 202) angeordnet ist,
einen Sand/Wasserabscheider (206) innerhalb des Raumes des inneren Rotors (200, 202), der mit einer Abführleitung (208) verbunden ist, die sich von der Wandung des inneren Rotors (200, 202) über den axialen Bereich des Hauptrotors (12) zum Abzug des Sandes aus dem inneren Rotor (200, 202) nach außen erstreckt,
eine Sand/Wasserauslaßöffnung (212), die mit der Abführleitung (208) aus dem Sand/Wasserabscheider (206) verbunden ist,
eine Reinwasserleitung (210), die von außen über den axialen Bereich des Rotors (12) und des inneren Rotors (200, 202) in den inneren Rotor (200, 202) hineingeführt ist,
eine Wassereinlaßöffnung (214, 204), die mit der Reinwasserleitung (210) verbunden ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Flüssigkeiten Öl ist, wobei die Vorrichtung ferner folgendes aufweist,
eine Auskleidung (54), die an dem Rotor (12) gehalten ist, unter Bildung eines Strömungsdurchlasses (56) zwischen der Auskleidung (54) und dem Rotor (12) über dessen Länge,
eine am Rotor (12) gehaltene Fluidkammer (104) für Schichtöl,
einen in dem Rotor (12) gehaltenen Abscheider (106) für das Schichtöl mit einem Strömungsdurchlaß (108), der sich von außen von dem Fluideinlaß­ rohr (48) in die Kammer (104) für das Schichtöl hineinerstreckt, zum Abzug des Schichtöls aus der Kammer (104) und Rückführung in den Rotor (12).

14. Vorrichtung nach Anspruch 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Koagulationssieb (66) folgendes umfaßt,
ein erstes Koagulationssieb innerhalb des Strömungsdurchlasses (56) zwi­ schen der Auskleidung (54) und dem Rotor (12), sowie
ein zweites Koagulationssieb auf der inneren Oberfläche der Auskleidung (54).