NO165279B

NO165279B - Fremgangsmaate og apparat for aa separere komponentene i enborebroennstroem.

Info

Publication number: NO165279B
Application number: NO854868A
Authority: NO
Inventors: Jimmie G Galloway Jr
Original assignee: Exxon Production Research Co
Priority date: 1984-12-10
Filing date: 1985-12-03
Publication date: 1990-10-15
Also published as: CA1251184A; US4626237A; GB2168267B; GB2168267A; NL8503307A; NO854868L; BR8506112A; GB8530412D0; DE3543260A1; FR2574307A1; JPS61153107A; CN85109021A; IT8548871A0; AU5101785A; NO165279C; AU576464B2

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og anordning for separering av komponenter i en fluidstrøm slik det fremgår av ingressen til de etterfølgende selvstendige krav.

Innenfor petroleumsindustrien bores brønner inn i underjordiske formasjoner for å utvinne hydrokarboner som forefinnes i disse. En enkelt formasjon inneholder vanligvis et vidt utvalg av hydrokarboner, innbefattende gassformige hydrokarboner slik som metan og flytende hydrokarboner slik som oktan. Disse hydrokarboner er ofte assosiert i formasjonen med ikke-hydrokarboner slik som sand, vann og karbondioksyd. Hydrokarbon og ikke-hydrokarbonkomponenter i de underjordiske formasjoner produseres som en borebrønnstrøm som strømmer til overflaten gjennom brønnen.

Før hydrokarbonet som produseres ved brønnen kan markedføres, må de vanligvis separeres fra andre komponenter

i borebrønnstrømmen. I tillegg må de flytende hydrokarboner vanligvis separeres fra de gassformige hydrokarboner på grunn av forskjellig håndteringskrav og endelige bruk for hver av disse. Den resulterende væskeformige hydrokarbonstrøm refereres til som en råoljestrøm og den resulterende gassformige hydrokarbonstrøm refereres til som en naturgass-strøm. Ofte innføres råoljestrømmen og naturgass-strømmen til separate fellesbærende rørledninger for transport til skipningsanlegg, rafinerier, kjemiske anlegg eller steder av kommersiell og beboelsesbruk. Før råoljen og naturgassen fra brønnen kan innføres i deres respektive fellesbærende rørledninger, må

de først imøtekomme visse standarder etablert ved den felles bærer. For eksempel kan råolje tillates å inneholde ikke mer enn en svært liten prosentandel vann og partikkelstoffer, og naturgassen kan tillates å inneholde kun en svært liten prosentandel vanndamp. Disse begrensninger er siktet mot å holde relativt jevne strømninger av råolje og naturgass i rørledningene.

Selv i fravær av felles bærebehov, nødvendiggjør ofte praktiske omstendigheter separate og forholdsvis]usammenbland-ede strømmer av råolje og naturgass. For eksempel lastes vanligvis råolje produsert fra offshore-plattformer inn i tankere for transport, og naturgass sendes vanligvis via under-sjøiske rørledninger til anlegg på land. Dersom vann produseres sammen med råolje, er det vanligvis ønskelig å slippe ut vannet før råoljen lastes ombord i tankeren, slik at tanker-kapasitet ikke er bortkastet. Likeledes dersom vesentlige mengder av karbondioksyd produseres sammen med naturgassen, er det vanligvis ønskelig å separere karbondioksydet fra naturgassen slik at karbondioksydet kan slippes ut ved offshore-plattformen, for derved å reservere rørledningskapasitet for transport av naturgassen alene.

Av disse årsaker og andre har mange fremstøt og ut-gifter gått med i utviklingen av systemer som separerer komponentene i en brønnborestrøm. Mange separasjonssystemer tar fordelen av ublandbarheten og forskjellen i tettheter av de forskjellige komponenter av brønnstrømmen, og gjør bruk av tyngdekraften for å tilveiebringe den ønskede separasjon.

For eksempel innføres vanligvis brønnstrømmene inn i separatorer, hvilke er hovedsakelig store tanker som har utløps-ledninger for de forskjellige komponenter ved forskjellige vertikale posisjoner. Etter at brønnstrømmen er introdusert inn i separatoren, tillates den å sette seg for en vesentlig tidsperiode slik at tyngdekraften kan bevirke at de tyngre komponenter avsettes ved bunnen. Vanligvis vil brønnstrømmen derved separeres i en vannfraksjon ved bunnen av separatoren, en råoljefraksjon ved midten og en gassformig fraksjon ved toppen. På grunn av tiden det tar for tyngdekraften å oppnå denne separasjon, er disse separatorer svært store og svært tunge når disse er fulle.

Mens tyngdekraften kan være tilstrekkelig for å separere vann, råolje og gass fra hverandre, er det vanligvis ikke tilstrekkelig for å separere ikke-hydrokarbonholdige gasser fra naturgass. For å oppnå denne type separering, sendes vanligvis gassfraksjonen fra separatoren inn i et separasjonssystem som baserer seg på forskjeller i den fysiske og/eller kjemiske egenskap av de forskjellige gassformige komponenter. Systemer som baserer seg på forskjeller i fysiske egenskaper bevirker generelt at en eller flere gassformige komponenter separerer fra den gjenværende substans via omvandling til væske, hvilke settes i gang ved trykk og av-kjøling. Kompressorene og varmevekslere som anvendes ved slike systemer er vanligvis store, tunge og kostbare. Separasjonssystemer som baserer seg på forskjeller i kjemiske egenskaper av forskjellige gasskomponenter, slik som glykolsepara-sjonssystemer er også vanligvis store, tunge og kostbare.

Kostnadene ved prosessanleggene som trengs for å separere komponentene til brønnstrømmer som kommer fra en eller flere brønner, kan utgjøre en hovedandel av kostnadene som trengs for å bringe et petroleumsfelt til produksjon. I tilfelle av offshore-petroleumsfelter er dette problem sammensatt av vekt og plassbegrensninger. Desto mer plass prosessanleggene krever, og jo mer de veier, desto større er kostnadene for design, bygging å utvikle en offshore-plattform med den størrelse og styrke som trengs for å understøtte anleggene.

Av disse årsaker og andre vil det være svært fordelaktig å ha et separasjonssystem som er mindre, lettere og mindre kost-bart enn de som for tiden foreligger. Den foreliggende oppfinnelse er siktet mot å tilveiebringe et slikt system.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen med en fremgangsmåte og et apparat av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved de trekk som fremgår av karakteristikken i de etterfølgende selvstendige krav.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav.

Fig. 1 er et sideriss delvis i snitt av en første ut-førelse av sentrifugeapparatet ifølge den foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 er en tverrsnittsskisse tatt langs linje 2-2

i fig. 1 ,

fig. 3 er en tverrsnittsskisse tatt langs linje 3-3

i fig- 1 ,

fig. 4 er en tverrsnittsskisse tatt langs linje 4-4

i fig. 1,

fig. 5 er en tverrsnittsskisse tatt langs linje 5-5

i fig. 1 ,

fig. 6 er en tverrsnittsskisse tatt langs linje 6-6

i fig. 1,

fig. 7 ser et sideriss, delvis i snitt av en andre utførelse av sentrifugeapparatet ifølge den foreliggende oppfinnelse, og

fig. 8 er en skjematisk fremstilling av et reguler-ingssystem for den første utførelse av sentrifugeapparatet ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 1 viser et sideriss, delvis i snitt av en første utførelse av sentrifugeapparatet ifølge oppfinnelsen. Sentrifugen 11 er konstruert for å separere komponenter i en bore-brønnstrøm. For eksempel en borebrønnstrøm som inneholder vann, råolje, naturgass og partikkelstoffer slik som sand, kan separeres ved sentrifugen til fire individuelle strømmer, og letter derved avsetningen av både råoljen og naturgassen og uttømming av både vann og sand.

Separering oppnås i kraft av to rotorer, primærroto-ren 12 og den indre rotor 13, hvilke roterer sammen ved svært høye hastigheter innenfor den beskyttende omhylling av den stasjonære beholder 14. Rotasjonsretningen er vist ved pilen 15. For å gi et perspektiv av størrelse, så betrakt at under drift krever prosessen 5-10.000 fat brønnstrøm pr. dag, hvor den primære rotor må være i størrelsesorden av 2 m i lengde og 0,8 m i diameter. Den primære rotor blir drevet ved en høyhastig elektrisk motor 16, hvilke er festet til den primære rotor ved drivakslen 17. Den indre rotor er festet til den primære rotor ved eiker 18 og 19 for dreining med denne. Hovedfunksjonene til den indre rotor er å separere sand og andre partikkelstoffer fra brønnstrømmen og å akselerere de gjenværende brønnstrømskomponenter inn i den primære rotor. Disse gjenværende komponenter separeres fra hverandre i den primære rotor.

Oppdemningsbeholderen 14 er i hovedsak sylindrisk av form og understøttes ved ben 20. Alternativt kan oppdemningsbeholderen være veggmontert. Den primære rotor roteres i oppdemningsbeholderen ved drivakslen 17, hvilke forløper gjennom åpningen 21 i bunnenden av oppdemningsbeholderen. Lagre 22 tillater rotasjon av drivakslen og holder drivakslen korrekt opprettet. Mekaniske kontakttetninger 23 samvirker med drivakslen og avtetter den nedre ende av oppdemningsbeholderen for å forhindre gasser fra å lekke inn eller ut. Toppenden av beholderen har en åpning 24 gjennom hvilke en senterpilar 25 passerer og denne åpning er avtettet ved en tetning 26.

Den avtettede oppdemningsbeholder fylles med en inert gass slik som helium for å forhindre dannelsen av en eksplosiv blanding deri. En slik blanding kan ellers resultere dersom naturgass skulle uforsettelig lekke inn i oppdemningsbeholderen fra den primære rotor og blande seg med luft. Et alternativ til oppfylling av oppdemningsbeholderen med inert gass ville være å evakuere beholderen. Dette ville resultere i ekstra kostnader, men de ekstra kostnader ville være i det minste delvis satt til side ved energibesparelser som resulterer fra mindre aerodynamisk.drag på den primære rotor.

Den primære rotor 12 er i hovedsak sylindrisk av form og innbefatter en primær rotorvegg 27, et bunnendelokk 28 og toppendelokk 29. Bunnendelokket er massivt og er festet til drivakslen 17. Toppendelokket har en åpning gjennom hvilke senterpilaren 25 forløper. Doble mekaniske kontakttetninger 30 er festet til toppendelokket og engasjerer begge sider av tetningsringen 31, hvilke omgir senterpilaren. Dette arrangement tillater dreining av toppendelokket rundt den stasjonære senterpilar mens den forhindrer lekkasje inn i eller ut av den primære rotor. Lagre 32 støtter vekten av den primære rotor, holder toppenden av den-<r>primære rotor korrekt i oppretthet, og tillater den primære'rotor å rotere i den stasjonære oppdemningsbeholder. Lagre 33 ved bunnenden av den primære rotor holder senterpilaren 25 korrekt i oppretthet og tillater senterpilaren å forbli stasjonær under rotasjon av den primære rotor. De eneste sentrifugalelementer som roterer med den primære rotor er den primære rotorledeplate 34 og den indre rotor 13, hvor ingen av disse kontakter senterpilaren.

Den indre rotor roterer sammen med den primære rotor på grunn av det faktum at den er festet til denne ved eker 18 og 19. Den indre rotor er formet som vist i fig. 1 og innbefatter en bunnplate 35, avkortet og konisk tilformet indre rotorvegg 36, avkortet og konisk tilformet leppe 37, indre rotortoppledeplate 38 og indre rotorbunnledeplate 39. Toppledeplaten er av ringform og adskiller det øvre kammer 4 0 av den indre rotor fra det midtre kammer 41. Bunnledeplaten er også av ringform, og den adskiller det midtre kammer 41 fra bunnkammeret 42. Hverken toppledeplaten eller bunnledeplaten kontakter senterpilaren, og begge er anordnet med utsparinger 43 som tillater passering av sand som vil forklares nedenfor. I tillegg er toppledeplaten anordnet med hull 44 som tillater råolje som er fjernet for sandpartikler i det midtre kammeret å passere inn i det øvre kammer som vil bli forklart nedenfor. Selv om en avkortet og konisk formet indre rotorvegg er foretrukket, kan andre former også anvendes, forutsatt at den indre rotorvegg har et radielt større parti og et radielt mindre parti, med det radielt større parti tjenende til å separere sand og andre partikkelstoffer fra brønnstrømmen som behandles.

All strømning inn og ut av sentrifugen oppstår gjennom senterpilaren 25. Brønnstrømmen strømmer inn i senterpilaren gjennom tilførselsflensen 45 og den separerte råolje, vannet, naturgassen og sanden strømmer respektivt ut av senterpilaren gjennom oljeflensen 46, vannflensen 47, gassflensen 48 og sandflensen 49. Tilsetningsvann eller kompensasjonsvann, hvilket behov er forklart nedenfor, strømmer inn i sentrifugen gjennom tilsetningsvannflensen 50.

Brønnstrømmen injiseres inn i det øvre kammer 4 0 av den indre rotor gjennom matedysen 51, hvilke er plassert på motsatte sider av senterpilaren og som er krummet i rotasjonsretningen. Nær toppen av den primære rotor er oljeuttak 52 og gassuttak 53, hvilke respektivt fungerer å fjerne den separerte råolje og naturgass fra den primære rotor. Separert vann fjernes nær bunnen av den primære rotor ved vannuttak 54. De parvise olje, gass og vannuttak er plassert på motsatte sider av senterpilaren og er krummet motsatt rotasjonsretningen av den primære rotor. Posisjonering av uttakene på motsatte sider av senterpilaren reduserer slitasje på lagrene og tetningene ved å minimalisere sideforskyvnings-krefter tildelt på den stasjonære senterpilar ved de hurtigroterende fluider i sentrifugen. Dette skjer fordi sidefor-skyvningskraften som virker på et uttak tenderer til å opp-heve kraften som virker i motsatt retning på det andre uttak. Den primære rotorledeplate 34 separerer oljeuttakene og gassuttakene fra de nedre partier av den primære rotor, og forhindrer derved disse uttak fra å interferere med den mot-strøms strømning hvilket vil forklares nedenfor.

Forløpende fra motsatte sider av senterpilaren inn i det nedre kammer 4 2 av den indre rotor er sanduttak 55 og en

tilsetningsvanndyse 56. Som alle andre uttak, er sanduttaket krummet motsatt rotasjonsretningen. Sanduttaket brukes til å fjerne sand som oppsamles i det nedre kammer, og tilsetnings-vanndysen brukes til å injisere tilsetningsvann inn i det nedre kammer, for derved å opprettholde vann-nivået i den indre rotor hvilket strekker seg til nivået av toppledeplaten 38. Tilsetningsvann injiseres fordi noe vann fjernes fra det

nedre kammer ved sanduttaket. Ytterligere detaljer vedrør-ende konstruksjonen av den indre rotor og senterpilaren vil nå bli beskrevet med henvisning til tverrsnittsskissene vist i figurene 2, 3, 4, 5 og 6.

Figur 2 er en tverrsnittsskisse tatt langs linje 2-2

i fig. 1 som forløper gjennom den primære rotor, den indre rotor og senterpilaren like over nivået av den indre rotors nedre ledeplate. Som det kan sees, er den indre rotorvegg 36 festet til den primære rotorvegg 27 ved tre eker 18. Etterhvert som den primære rotor roterer i retning av pilen 57, trekker den på ekene, og bevirker derved at den indre rotor roterer med den primære rotor. Det tangensielle arrangement av ekene bevirker dem til å være en strammet tilstand under operering av sentrifugen. Dette arrangement minimaliserer sammentryknings- og skjærkrefter som ellers ville ha en tendens til å bukle eller bøye ekene.

Den nedre ledeplate 39 hvilke separerer det midtre

og nedre kammer av den indre rotor er festet til den indre rotorvegg, men kontakter ikke senterpilaren 25. Utsparinger 4 3 i den nedre ledeplate tillater sand å strømme fra det midtre kammer til det nedre kammer for fjerning ved sanduttaket. En sandrørledning 58 er lokalisert i senterpilaren og sammenknytter sanduttaket med sandflensen. Ved nivået vist i fig. 2 er det to andre rørledninger i senterpilaren, rør-ledningen 59 for tilsetningsvann og vannrørledningen 60. Rør-ledningen for tilsetningsvann sammenknytter dysen for tilsetningsvann til flensen for tilsetningsvann og vannrørledningen knytter vannuttaket til vannflensen.

Fig. 3 er en tverrsnittsskisse tatt langs linje 3-3

i fig. 1, hvilke forløper gjennom den primære rotor, den indre rotor og senterpilaren like over nivået for den indre rotors øvre ledeplate. Denne figur viser i nærmere detalj utsparingene og hullene i den øvre ledeplate. Utsparingene 43 i den øvre ledeplate tillater sand å strømme fra det øvre kammer av den indre rotor til det midtre kammer. Hullene 40

i den øvre. ledeplate tillater råolje hvilke er fjernet for sand passerer" gjennom det vannfylte midtre kammer for å flyte

oppad inn i det øvre kammer.

Fig. 4 er en tverrsnittsskisse tatt langs linje 4-4 i fig. 1, hvilke forløper gjennom den primære rotor og senterpilaren ved et nivå like over den indre rotorleppe. Det kan sees at toppen av den indre rotorleppe 37 er festet til den primære rotorvegg 27 ved tre tangensielle eker 19. Et ring-formet rom 61 mellom den indre rotor og senterpilaren 25 til-veiebringer en åpning for at borebrønnstrømmen kan strømme ut av det øvre kammer av den indre rotor og inn i den primære rotor. Ved nivået vist i fig. 4 inneholder senterpilaren fire rørledninger, sandrørledningen 58, rørledningen 59 for tilsetningsvann, vannrørledningen 60 og materørledningen 62. Mate-rørledningen forbinder mateflensen til matedysene. De andre rørledninger har blitt beskrevet ovenfor. Det skal bemerkes at materørledningen opptar det sentrale parti av senterpilaren ved nivået vist i fig. 4, mens vannrørledningen opptar det sentrale parti av senterpilaren ved nivåene vist i fig. 2 og 3. Overgangen for vannrørledningen 6 0 fra det sentrale parti av senterpilaren som vist i figurene 2 og 3 til det perifere parti som vist i fig. 4 skjer i senterpilaren mellom nivået av den øvre ledeplate og matedysene.

Fig. 5 er en tverrsnittsskisse tatt langs linje 5-5

i fig. 1, hvilke forløper gjennom senterpilaren like under nivået av oljeflensen og vannflensen. Tverrsnittet av senterpilaren 25 ved dette nivå er likt med tverrsnittet av senterpilaren vist i fig. 4. Posisjonene av sandrørledningen 58, rørledningen 59 for tilsetningsvann, materørledningen 62 og vannrørledningen 60 er i hovedsak de samme. Imidlertid viser fig. 4 en ytterligere rørledning, oljerørledningen 63, som forbinder oljeuttaket til oljeflensen. Den brukes for å fjerne råolje som separeres fra brønnstrømmen ved sentrifugen. Naturgass, hvilke fjernes fra den primære rotor ved gassuttak, strømmer til gassflensen gjennom rommet 64 som omgir rørledningene i senterpilaren.

Fig. 6 er en tverrsnittsskisse tatt langs linje 6-6

i fig. 1, hvilke forløper gjennom senterpilaren 25 like over nivået av oljeflensen og vannflensen. Siden oljerørledningen

og vannrørledningen avslutter hhv. ved oljeflensen og vannflensen, er de ikke tilstede i senterpilaren ved nivået vist i fig. 6. De eneste gjenværende rørledninger er samrørled-ningen 58, rørledningen 59 for tilsetningsvann og materør-ledningen 62. Som forklart ovenfor med henvisning til fig. 5, strømmer naturgass gjennom rommet 64 i senterpilaren.

Ved nå å ha beskrevet konstruksjonen ved den første utførelse av foreliggende oppfinnelse, vil nå metoden ved hvilke sentrifugen separerer borebrønnstrømmens komponenter bli omtalt med henvisning til fig. 1 .

Etter strømning inn i sentrifugen gjennom mateflensen 45, injiseres brønnstrømmen gjennom matedysene 51 inn i det øvre kammer 4 0 av den hurtigroterende indre rotor. Etterhvert som brønnstrømmen fyller det øvre kammer, bevirker rotasjonen av den indre rotor at sand og andre tette partikkelformige komponenter strømmer utad til kontakt med den avkortede og konisk formede indre rotorvegg 36. Sentrifugalkraften bevirker så at sand strømmer nedad langs den utad hellende indre rotorvegg. Den optimale helningsvinkel for den indre rotorvegg vil avhenge av et antall faktorer, innbefattende par-tikkelstørrelse for sanden, men vinklen bør vanligvis være mellom 20 og 30° fra rotasjonsaksen. Når sand strømmer ned til nivået for den øvre ledeplate 38, passerer den gjennom utsparinger 43 deri og entrer det midtre kammer 41. Det midtre kammer fylles med vann, som vil bli forklart nedenfor, hvilke fungerer til å fjerne gjenværende råolje som adherer til sanden. Siden restråoljen er mindre tett enn vannet i det midtre kammer, forskyves det innad og flyter oppad gjennom hullene 44 i den øvre ledeplate. Restråoljen som er fjernet fra sanden gjenforbindes således med brønn-strømmen i det øvre kammer 40.

Etter å ha blitt renset for restråolje i det midtre kammer, fortsetter sanden å strømme under påvirkning av sentrifugalkraften nedad langs den utad hellende indre rotorvegg. Når sanden når nivået til den nedre ledeplate 39, passerer den gjennom utsparinger 43 og entrer det nedre kammer 42 åv den indre rotor for fjerning ved sanduttak 55, hvilke forløper utad fra senterpilaren til en posisjon inntil den indre rotorvegg. Etterhvert som sanduttaket fjerner sand fra det nedre kammer, vil det også fjerne noe vann, og begge vil strømme ut av sentrifugen gjennom sandrørledningen innenfor senterpilaren 25.

Som beskrevet ovenfor fylles det nedre og midtre kammer av den indre rotor med vann slik at restråolje kan fjernes fra sanden etterhvert som den strømmer gjennom det midtre kammer. Siden noe av dette vann er fjernet fra det nedre kammer ved sanduttaket, tilføres kompensasjonsvann for å opprettholde vannivået i det midtre kammer. Dette tilfør-ingsvann eller kompensasjonsvann injiseres i det nedre kammer gjennom tilføringsvanndysen 56.

Mens det nedre og midtre kammer av den indre rotor opptas primært av sand og tilsetningsvann, okkuperes det øvre kammer av den indre rotor primært av borebrønnstrømmen. Som forklart ovenfor, injiseres brønnstrømmen inn i det øvre kammer 40 gjennom matedysene 51. Når det øvre kammer blir fylt med brønnstrømmen under oppstarting, vil i hovedsak alle brønnstrømskomponenter med unntak for sand og andre tette partikkelstoffer utgå fra det øvre kammer ved å strømme oppad gjennom det ringformede rom 61 mellom den indre rotor 13 og senterpilaren 25. Ettersom de strømmer gjennom ringrommet, akselereres brønnstrømkomponentene hurtig ved rotasjon av den indre rotorleppe 37 og kastes således ut av den indre rotor og inn i den primære rotor.

Differansene i tettheter mellom væsken og de gassformige komponenter av brønnstrømmen resulterer i en hurtig radiell separasjon. I brønnstrømskomponentene som utgår fra den indre rotor er vann, råolje og naturgass, idet naturgassen med lav tetthet vil oppta det innerste parti av den primære rotor og vannet som har mye høyere tetthet og råoljen vil strømme utad for å danne et forholdsvis tynt væskesjikt som opptar det ytterste parti av den primære rotor inntil den primære rotorvegg 27. Dette væskesjikt og naturgassen vil separeres ved en væske/gassgrenseflate som opprettholdes ved den høye sentrifugalkraft i den primære rotor. Sentrifugalkraften er høyest nær den primære rotorvegg, og avtar eksponensielt mot senterpilaren. Den radielle profil av sentrifugalkraften bevirker at væske/gass-grenseflaten å danne seg innenfor noen få centimeter av den primære rotorvegg under vanlige operasjonsbetingelser, hvilke anbringer grenseflaten mellom den primære rotorvegg og de ytterste partier av den indre rotor.

Den høye sentrifugalkraft skapt ved den hurtigroterende primære rotor virker i hovedsak alene til å separere væskekomponentene av strømmen fra de gassformige komponenter, men det er kun en av to mekanismer som resulterer i separasjon av væskekomponentene av brønnstrømmen fra hverandre.

Den andre mekanisme er motstrømmende strømning, hvilke virker i takt med den høye sentrifugalkraft for å skape hurtig separering av væskekomponentene og dermed høye gjennomgangs-grader. Det motstrømmende strømningsmønster har en tverr-snittsprofil som er rettet nedad inntil den primære rotorvegg og oppad inntil væske/gassgrenseflaten. Rotasjonen av væskelaget og den motstrømmende strømning i væskelaget kombineres til å danne et skruelinjeformet strømningsmønster når sett i tre dimensjoner. Et blikk på pilene 74 i fig. 7 vil gi en grov idé om tverrsnittsprofilen av den motstrøm-ende strømning i væskesjiktet.

Ved å vende tilbake til fig. 1 induseres motstrømende strømning ved de stasjonære vannuttak 54, hvilke forløper utad fra motsatte sider av senterpilaren 25 til posisjoner inntil bunnpartiet av den primære rotorvegg 27, og ved å rotere den primære rotorledeplate 34, hvilke er lokalisert nær toppen av den primære rotor. De stasjonære vannuttak meddeler et drag på det hurtigroterende væskelag, og reduserer således rotasjonshastigheten av de væskeformige brønnstrømkomponenter som rommes deri. For å opprettholde vinkelbevegelsesmengde, strømmer de væskeformige komponenter innad mot senterpilaren. Etterhvert som væskekomponentene nærmer seg væske/gassgrense-flaten, entrer de et område hvor trykket faller i retning oppad. Som et resultat vender væskekomponentene og strømmer mot toppen av den primære rotor, inntil grenseflaten. Når

væskekomponentene når toppartiet av den primære rotor,

kommer de i kontakt med den primære rotorledeplate 34. Denne hurtigroterende ledeplate øker rotasjonshastigheten på væskene, og tvinger de såldes til å strømme utad mot den primære rotorvegg for å opprettholde vinkelbevegelsesmengden. Etterhvert som væskekomponentene nærmer seg den primære rotorvegg entrer de et område hvor trykket faller i retning nedad. Som et resultat vender væskekomponentene og strømmer nedad langs den primære rotorvegg til bunnpartiet av den primære rotor, og fullender således den motstrømmende strømningssyklus.

Motstrømmende strømning resulterer i en aksiel separering av væskekomponentene av brønnstrømmen. Dersom råolje og vann er de primære væskekomponenter, vil råoljen transporteres til toppen av den primære rotor for fjerning ved oljeuttak 52 og vannet vil transporteres til bunnen av den primære rotor for fjerning ved vannuttaket 54. Hull 65

i den primære rotorledeplate 34 tillater råoljen å strømme gjennom ledeplaten og inn i oljeuttakene, hvilke forløper utad fra motsatte sider av senterpilaren til posisjoner inntil den primære rotorvegg.

Aksiell separering av råolje og vann finner sted som følger. Etterhvert som brønnstrømmen strømmer ut av den indre rotor og inn i den primære rotor, vil de gassformige komponenter av denne hurtig bryte bort fra væskekomponentene og vil forbli i det indre av væske/gassgrenseflaten. Den flytende råolje og vannkomponentene på den andre side vil krysse grenseflaten, og når dette skjer, vil begynne å strømme oppad i væskesjiktet på grunn av den oppad rettede motstrømmende strømning inntil grenseflaten. Etterhvert som råolje og vann beveger seg oppad inntil grenseflaten, vil vannet utsettes for en større sentrifugalkraft enn råoljen på grunn av dens høyere tetthet. Dette tvinger vannet utad mot den primære rotorvegg, hvor retningen av motstrømmende strømning er nedad mot vannuttakene. På grunn av dens lavere tetthet, forblir råoljen i de indre partier av væskesjiktet og strømmer oppad til oljeuttakene. Enhver råolje som kommer til å nå nærheten av den primære rotorvegg, vil bli forskjøvet innad ved vannet, og vil gjenforbindes med den oppad rettede motstrømmende strømning inntil væske/gassgrenseflaten.

Den aksielle separering av væskekomponenter av en brønnstrøm i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er en kontrast til radiell separering. Sentrifuger som baserer seg på radiell separering må vanligvis opprettholde en grense-flate mellom de separerte væskekomponenter ved en presis radiell posisjon slik at de kan fjernes individuelt. Dette kan være særlig vanskelig å oppnå i separasjon av væskeformige brønnstrømskomponenter, fordi sammensetningen og strøm-ningsgraden av en brønnstrøm vil vanligvis fluktuere over realtivt korte tidsintervaller. Den motstrømmende strøm-ning og resulterende aksielle separering av sentrifugemetoden og apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse kan hurtigere tolerere disse fluktuasjoner. Motstrømmende strømning til-veiebringer også en bedre "mekanisme for masseoverføring, og resulterer således i mer effektiv og grundig separering.

Optimalisering av det motstrømmende strømningsmønster og motstrømmende strømningshastighet oppnås gjennom riktig design av vannuttakene og primære rotorledeplater. Hastig-heten bør være tilstrekkelig lav til å tillate brønnstrøms-komponenter å separere og tilstrekkelig høy til å g-i effek-tive gjennomgangshastigheter. Den optimale konstruksjon for vannuttakene og den primære rotorledeplate vil avhenge av sammensetningen av brønnstrømmen som behandles. For eksempel vil en brønnstrøm som inneholder en høy prosentandel vann, kreve større vannuttak enn en brønnstrøm som inneholder lite vann. Det er mulig at for noen brønnstrømmer med høyt vann-innhold, vil vannuttakene måtte være for store til å oppnå optimal motstrømmende strømning. Dette kan avhjelpes ved å posisjonere en andre roterende primær rotorledeplate (ikke vist) i likhet med den primære rotorledeplate 34 like over nivået av vannuttakene. Den andre ledeplate forhindrer vannuttakene fra å interferere med den motstrømmende strøm-ning. Et par stasjonære s/fcaver (ikke vist) som forløper utad fra motsatte sider av senterpilaren, kan installeres like over den andre ledeplate for å drive den motstrømmende strømning. Siden disse staver ville kun tjene et formål, kunne de konstrueres for å produsere optimal mostrømmende strømning.

Som beskrevet ovenfor, opptar væskesjiktet kun de ytterste partier av den primære rotor. For å unngå forstyr-relser av motstrømmende strømning i væskesjiktet, må hindrin-ger for strømningen minimaliseres i dette område av den primære rotor. Av denne grunn forløper den indre rotorvegg 36 og den indre rotorleppe 37 ikke inn i væskesjiktområdet, og ekene 18 og 19 som fester den indre rotor til den primære rotor er tilvirket forholdsvis små.

Til forskjell fra aksiell separering av væskekomponenter av brønnstrømmen fra hverandre, separeres gassformige komponenter hurtig fra de væskeformige komponenter. De gassformige komponenter opptar det innerste parti av den primære rotor og fjernes gjennom gassuttakene 53, hvilke for-løper utad en forholdsvis kort avstand fra motsatte sider av senterpilaren over den primære rotorledeplate 34. Oljeuttak 52 på den andre side forløper fra motsatte sider av senterpilaren til posisjoner inntil den primære rotorvegg. Således kan den radielle posisjon av væske/gassgrenseflaten undergå forholdsvis store fluktuasjoner uten å resultere i at gass strømmer inn i oljeuttakene eller råolje strømme inn i gassuttaket. Hull 66 i den primære rotorledeflate tillater de gassformige komponenter å strømme fra matedysene 51 til gassuttaket.

Med metoden ifølge den foreliggende oppfinnelse,

kan det til og med være mulig å separere gassformige komponenter av en brønnstrøm fra en annen. For eksempel en brønn-strøm som inneholder en høy prosentandel av karbondioksyd i tillegg til naturgass. Ved separering av karbondioksyd fra naturgassen, i den samme sentrifuge brukt til å separere sand, råolje, vann og gassformige komponenter fra hverandre, kan ytterligere brønnstrømsprosessutstyr elimineres, og således redusere kostnadene. Fig. 7 viser en andre utførelse av den foreliggende oppfinnelse som er ment å oppnå denne type separering.

Mange elementer i sentrifugen vist i fig. 7 er de samme som elementene av sentrifugen vist i fig. 1, og vil ikke' beskrives på nytt. Disse elementer bærer de samme hen-visningstall i begge figurer. Ved å sammenligne de to figurer skal det bemerkes at sentrifugen ifølge fig. 7 mangler en indre rotor, et sanduttak og en dyse for tilsetningsvann, og innbefatter et andre par av gassuttak 70, og har en avkortet og konisk formet rotorvegg 71. Som det vil erindres, var den primære rotorvegg av sentrifugen vist i fig. 1 sylindrisk av form. Sentrifugen vist i fig. 7 innbefatter også roterende nedre ledeplate 72 og stasjonære staver 73.

Sentrifugen vist i fig. 7 er tiltenkt for prosess-behandling av en borebrønnstrøm som inneholder en forholdsvis lav konsentrasjon av sand og andre partikkelstoffer, en forholdsvis høy konsentrasjon av vann, og en forholdsvis høy konsentrasjon av karbondioksyd eller andre tunge ikke-hydrokarbonholdige gasser, i tilegg til råolje og naturgass. Den lave konsentrasjon av sand tillater eliminering av den indre rotor, sanduttak og tilsetningsvannuttak. Denne høye konsentrasjon av vann nødvendiggjør bruken av store vannuttak 54, for store til å tilveiebringe optimal motstrømmende strøm-ning, og krever således tillegget av roterende nedre ledeplate 72 og stasjonære staver 73. De stasjonære staver til-veiebringer en drivende kraft for motstrømmende strømning ved å skape et drag på fluider som roterer i sentrifugen.

Den nedre ledeplate forhindrer vannuttakene fra å interferere med det motstrømmende strømningsmønster, hvilke er avbildet ved piler 74 og 75. Den øvre ledeplate 76 korresponderer med den primære rotorledeplate vist i fig. 1.

Det skal betraktes en brønnstrøm som inneholder sand, vann, råolje, naturgass og karbondioksyd. Brønnstrømmen injiseres inn i sentrifugen gjennom matedysene 51 og akselereres ved den spindende rotor. På grunn av deres lave tettheter, vil naturgassen og karbondioksydet hurtig bryte bort fra andre komponenter av brønnstrømmen og vil forbli i det innerste parti av rotoren 77, mens den tyngre sand,

vann og råolje vil strømme inn i det ytterste parti, og

etablere således et væskesjikt inntil rotorveggen 71. Væskesjiktet vil adskilles fra de gassformige komponenter ved en væske/gassgrenseflate. Sanden som ville være den tyngste komponent i væskesjiktet vil tvinges til kontakt med rotorveggen. På grunn av den avkortede konusform til rotorveggen, vil sanden strømme i en retning nedad på den samme måte som den strømmet nedad langs den avkortede konisk formede indre rotorvegg av sentrifugen vist i fig. 1. Etterhvert som sanden strømmer nedad, passerer den gjennom utsparinger 78

i den nedre ledeplate og fjernes ved vannuttak 54. Selv om en avkortet konisk formet rotorvegg er foretrukket, kan andre former også anvendes, forutsatt at rotorveggen har et radielt større parti og et radielt mindre parti med det radielt større parti tjenende til å separere sand og andre partikkelstoffer fra brønnstrømmen som behandles.

Vannet og råoljen i væskesjiktet vil aksielt separeres fra hverandre ved den kombinerte virkning av sentrifugalkraften og den motstrømmende strømning på den samme måte som beskrevet ovenfor med henvisning til den første sentrifuge-utførelse. Heltrukne piler 74 indikerer tverrsnittet av det motstrømmende strømningsmønster i væskesjiktet. Som et resultat av den motstrømmende strømning, strømmer vannet nedad langs rotorveggen, gjennom utsparingene 78 i den nedre ledeplate og inn i vannuttakene 54. Råolje på den andre side strømmer oppad inntil væske/gassgrenseflaten gjennom hullene 79 i den øvre ledeplate 76 og inn i oljeuttakene 52.

Akkurat som sentrifugalkraften og den motstrømmende strømning kombinerer for å skape en aksiel separering av vannet og råoljen i væskesjiktet, slik kombineres disse også for å skape en aksiel separering av karbondioksyd og naturgass. Stiplede piler 75 indikerer tverrsnittet av det motstrømmende strømningsmønster av disse gassformige komponenter. Den motstrømmende strømning av de gassformige komponenter drives på samme måte som den motstrømmende strømning i væskesjiktet. Stasjonære stag 73 meddeler et drag på de roterende gassformige komponenter, og sakker dem således. For å opprettholde vinkelbevegelsesmengden strømmer de gassformige komponenter innad mot senterpilaren 25. Etthvert som de gassformige komponenter nærmer seg senterpilaren, entrer de et område hvor trykket avtar i retning oppad. Som et resultat vender de gassformige komponenter og strømmer oppad, i hovedsak parallelt med senterpilaren. Når de gassformige komponenter når den hurtigroterende øvre ledeplate 76, økes deres rotasjonshastighet. Dette tvinger de gassformige komponenter å strømme utad mot væske/gassgren-seflaten, hvilke virker som en rotorvegg med hensyn til de gassformige komponenter og således som en barriere for ytterligere bevegelse utad. Etterhvert som de gassformige komponenter nærmer seg grenseflaten, entrer de et område hvor trykket avtar i retning nedad. Som et resultat vender de gassformige komponenter og strømmer nedad inntil de når de stasjonære stag 73, og fullender således den motstrømmende strømningssyklus. Siden de gassformige komponenter er hurtigroterende etterhvert som de undergår den motstrømmende strøm-ning, er deres faktiske tredimensjonale strømningsmønster skruelinjeformet.

På grunn av dets større tetthet, tvinges karbondiok-sydkomponenten utad ved sentrifugalkraften i en større grad enn naturgasskomponenten. Som et resultat strømmer karbondioksydet inn i området inntil væske/gassgrenseflaten, hvor retningen av den motstrømmende strømning er nedad. Dette bevirker at karbondioksydet strømmer nedad inntil grenseflaten gjennom hullene 80 i den nedre ledeplate og inn i uttakene 70 for tyngre gass for fjerning fra sentrifugen via flensen 81 for tyngre gass. På den andre side vil den lettere naturgass forbli i det innerste parti av rotoren, hvor retningen av den motstrømmende strømning er oppad. Følgelig vil naturgassen strømme oppad gjennom hullene 82

i den øvre ledeplate og inn i uttak 83 for lett gass for fjerning via flensen 84 for lett gass.

Det skal' bemerkes at den andre sentrifugeutførelse

i fig. 7 ikke innbefatter en flens for sand, eller en flens for tilsetningsvann., Dette skyldes naturligvis eliminer-ingen av sanduttaket■og dysen for tilsetningsvann. Like-

ledes inneholder ikke senterpilaren til den andre sentrifuge-utførelse en sandrørledning eller rørledning for tilsetningsvann. Den inneholder imidlertid en rørledning for tung gass (ikke vist) hvilke forbinder uttakene 70 for tung gass til flensen 81 for tung gass. Gass fra uttakene for lett gass strømmer gjennom rommet (ikke vist) i senterpilaren som omgir rørledningene (ikke vist) som rommes deri.

Således har den andre sentrifugeutførelse en inn-løpsflens: mateflensen, og fire utløpsflenser: oljeflensen, vannflensen, flensen for tung gass og flensen for lett gass. Til sammenligning har den første sentrifugeutførelse vist i fig. 1 to innløpsflenser: mateflensen og flensen for tilsetningsvann, og fire utløpsflenser: oljeflensen, vannflensen, gassflensen og sandflensen. Ved drift av begge utførelser, anvendes et kontrollsystem for å overvåke og justere ut-gangen fra utløpsflensene, og holder derved utgangsstrømmene innenfor foreskrevede sammensetningsgrenser. Oppbygningen av kontrollsystemet vil avhenge primært av beskaffenheten til brønnstrømmen som skal behandles, sammensetningsgrensene for utgangsstrømmene, sentrifugekonstruksjonen og den ønskede gjennomgangshastighet. For å illustrere avbilder fig. 8

en skjematisk fremstilling av et kontrollsystem som er ment for bruk med den første sentrifugeutførelse vist i fig. 1.

I en stor utstrekning opererer kontrollsystemet avbildet i fig. 8 på basis av trykkontroll. Som det vil erindres øker sentrifugalkraften i sentrifugen eksponensielt med økende radiell avstand fra senterpilaren. Som en konsekvens øker også trykket i sentrifugen eksponensielt med økende radiell avstand fra senterpilaren. Det faktiske trykkprofil er fastlagt ved tettheter, relative mengder og absolutte mengder av brønnstrømkomponenter i sentrifugen, og ved rotasjonshastigheten og radius til den primære rotor.

En begrensning som må tilfredsstilles for operering av sentrifugen er at trykket til brønnstrømmen som behandles, må være større enn trykket i sentrifugen ved den radielle avstand fra senterpilar hvor matedysene avslutter. Dette tillater brønnstrømmen å bli injisert inn i sentrifugen gjen-om matedysene. I fig. 8 er henholdsvis mateflensen, oljeflensen, vannflensen, naturgassflensen, sandflensen og flensen for tilsetningsvann representert ved sirkler 45, 46, 47, 48, 49 og 50.

En økning i størrelsen av væske i sentrifugen vil bevirke at trykket i sentrifugen øker. Dette bevirker at trykket på råoljestrømmen som utgår av sentrifugen gjennom oljeflensen 46 også øker, og for en fast åpning bevirker øket strømning. Dersom oljetrykk-kontrollen 85 føler en økning i trykket over et foreskrevet trykk som korresponderer med den optimale mengde av væske i sentrifugen, og dersom økningen vedvarer for en foreskrevet tidsperiode, signaliserer oljetrykk-kontrollen at oljestrupeventilen 86 skal åpne mer. Dette tillater mer råolje å strømme ut av sentrifugen, og derved minske mengden av væske i sentrifugen til det optimale nivå. En oljenettdetektor 87 er brukt til å overvåke vanninnholdet av råoljen, men er ikke brukt som en aktiv kontroll.

En vannanalysator 88 overvåker vannstrømmen som utgår fra sentrifugen gjennom vannflensen 47 for å bestemme prosentandelen av restråolje i vannstrømmen. En for stor prosentandel av restråolje representerer et tap av verdi-fulle hydrokarboner og kompliserer uttømming av vannet. Prosentandelen av restråolje vil tendere til å øke med økende strømning fordi økning i strømning minsker tiden brønnstrømkomponentene tilbringer i sentrifugen, og minsker derved separeringseffektiviteten.

Vannanalysatoren kontrollerer tre ventiler, vannstrupeventilen 89, og resirkuleringsventiler 90 og 91. Dersom prosentandelen av restråolje i vannet øker over en foreskrevet grense, og derom økningen vedvarer for en foreskrevet periode, vil vannanalysatoren gi signal til vannstrupeventilen å5! stenge mer, og derved minske strømningen. Dette bringer vannet tilbake innenfor spesifikasjonene ved

å øke oppholdstiden, hvilke øker separasjonseffektiviteten eig derved reduserer prosentandelen av restråolje. Minsk-ningen av strømningen bevirker også en økning i mengden av

væske i sentrifugen. Som et resultat øker trykket i sentrifugen, og bevirker at oljetrykk-kontrollen 85 signaliserer til oljestrupeventilen 86 for å åpne mer, og derved øke strøm-ningen av råolje gjennom oljeflensen 46 og minske mengden av væske i sentrifugen til det optimale nivå som beskrevet ovenfor. På den andre side dersom prosentandelen av restråolje i vannstrømmen faller godt under den foreskrevne grense, signaliserer vannanalysatoren 88 at vannstrupeventilen 89 skal åpne mer for derved å øke vannstrømmen gjennom vannflensen 47. Dette vil minske væskemengden i sentrifugen og vil bevirke at oljetrykk-kontrollen 85 gir signal til oljestrupeventilen 86 til å stenge mer, og derved minske strømningen av råolje ut av sentrifugen mens det samtidig øker mengden av væske i sentrifugen til det optimale nivå.

Ved å opprettholde kvaliteten på vannstrømmen og mengden av væske i sentrifugen som beskrevet, bør sentrifugen være i stand til å møte spesifikasjonene nedfelt både for råoljestrømmen og vannstrømmen. Dersom begge strømmer er ut-over spesifikasjonene samtidig, vil konstruksjonskapasiteten for sentrifugen ha blitt overskredet.

Under visse forhold, slik som oppstarting,, kan prosentandelen av restråolje i vannstrømmen være svært høy for en kort tidsperiode. Denne situasjon oppfanges av vannanalysatoren 88 og resirkulasjonsventilene 90 og 91. Under normale driftsbetingelser er resirkulasjonsventilen 90 åpen og resirkulasjonsventilen 91 stengt. Dersom prosentandelen av restråolje overskrider en foreskrevet maksimumgrense, signaliserer vannanalysatoren at resirkulasjonsventilen 90 stenger og resirkulasjonsventilen 91 åpner. Dette resirku-lerer vannstrømmen tilbake inn i sentrifugen med matestrømmen for ytterligere separering. Når den temporære situasjon slutter, og prosentandelen av restråolje faller under den foreskrevne maksimumgrense, signaliserer vannanalysatoren at resirkulasjonsventilen 90 åpner og resirkulasjonsventilen stenger, og returerer derved systemet til normale driftsfor-hold.

Strømmen av naturgass fra gassflensen 48 kontrolleres ved gass-strupeventilen 92, hvilke reguleres ved gasstrykk-kontrollen 93 og gassanalysatoren 94. Dersom gasstrykk-kontrollen detekterer en minskning i trykket til en verdi under en foreskrevet grense, signaliserer den gass-strupeventilen å stenge mer, og derved øke gasstrykket. Dersom gasstrykk-kontrollen i stedet detekterer en økning i trykket til en verdi over den foreskreve grense, signaliserer den at gass-strupeventilen åpner mer, for derved å minske gasstrykket og øke strømningsgraden.

Øket strømningsgrad betyr at naturgassen tilbringer mindre tid i sentrifugen, hvilke i noen tilfeller kan resultere i at naturgassen faller under spesifikasjonene. Dersom naturgassen av denne eller av en annen grunn inneholder for høy prosentandel av forurensninger, slik som tunge hydrokarboner eller vanndamp, vil gassanalysatoren overløpe et-hvert signal fra gasstrykk-kontrollen og vil bevirke at

gass-strupeventilen stenger mer. Dette minsker strømning, øker oppholdstiden for naturgassen i sentrifugen og bringer naturgassen tilbake innenfor spesifikasjonene. Når naturgassen er tilbake innenfor spesifikasjonene, opphører signalet fra

gassanalysatoren og gasstrykk-kontrollen gjenopptar reguler-ing av gass-strupeventilen. Ved å kontrollere sammensetningen av naturgass-strømmen på denne måte, vil damptrykket til råoljestrømmen også kontrolleres.

En bølge i matestrømningshastigheten gjennom mateflensen 45 kan vanligvis tolereres' av sentrifugen så lenge som bølgen er temporær og ikke overfyller sentrifugen med flytende brønnstrømskomponenter. Reaksjonstiden til oljetrykk-kontrollen og gasstrykk-kontrollen er med hensikt lagd for å være forholdsvis langsomme, slik at transiente bølger ignoreres. Dersom matestrømningshastigheten forblir ved et forhøyet nivå, vil trykk-kontrollen bevirke at oljestrupeventilen og gass-strupeventilen åpner mer, for derved å øke strømningen av råolje og naturgass ut av sentrifugen. Dersom forøket strømning bevirker at råolje og naturgass faller under spesifikasjonene for en lengre periode, vil kapasiteten til sentrifugen ha blitt overskredet. I slike tilfeller bør matestrømningsgraden reduseres. Dette kan iverk-settes f.eks. ved å justere ventilene ved brønnhodet (ikke vist). Når matestrømningsgraden er returnert til det normale, bør råoljen og naturgass-strømmene komme tilbake innenfor spesifikasjonene. Under vanlige driftsbetingelser, vil mengden av matestrømning inn i sentrifugen bli grovt balansert ved mengden av råolje, naturgass, vann og sand som strømmer ut av sentrifugen.

Kontrollsystemet fungerer til å skape en tilleggs-balanse av strømningen inn og ut av sentrifugen. Som det vil erindres, resulterer fjerningen av sand fra den indre rotor av sentrifugen ved sanduttakene i fjerning av noe vann også. Av denne grunn injiseres tilsetningsvann tilbake inn i den indre rotor gjennom dysen for tilsetningsvann. Etterhvert som sand og vann strømmer ut av sentrifugen gjennom sandflensen 49, måler strømningsmåleren 9 5 strømningsgraden. I respons til strømningsgraden, regulerer strømningsmåleren ventilen 96 for tilsetningsvann, hvilke kontrollerer strømn-ingen av tilsetningsvann inn i flensen 50 for tilsetningsvann, og balanserer derved mengden av vann som strømmer ut av sandflensen med tilsetningsvann. Den normale strømningsgrad av sand fra sandflensen tas i betraktning under innstilling av kontrollforholdet mellom strømningsmåleren og ventilen for tilsetningsvann. Vanligvis vil reguleringsforholdet være innstilt slik at strømningsgraden for tilsetningsvann er noe mer enn den midlere grad av vannuttak ved sanduttaket. Dette skaper en toleranse for noe fluktasjoner i sandinnholdet av brønnstrømmen. Etthvert overskudd av tilsetningsvann vil strømme gjennom hullene i den øvre ledeplate av den indre rotor og vil blande seg med matestrømmen i den indre rotors øvre kammer, og bevirker ingen avbrytelse av sentrifugens drift.

For den andre sentrifugeutførelse vist i fig. 7,

kan et kontrollsystem i likhet med det avbildet i fig. 8 anvendes, med utelatelse av kontrollen for tilsetningsvann og tillegg av en andre gass-strømskontroll. Kontrollforholdet mellom lett' gass og tunggass-strømmene kan være lik med

kontrollforholdet mellom råolje og vannstrømmene. Andre kontrollarrangementer kan også anvendes.

Så lenge som den foreliggende oppfinnelse er gjen-stand for mange variasjoner, modifikasjoner og endringer i detaljer, er det ment at alle sider diskutert ovenfor og vist i de vedlagte tegninger er ment som illustrerende og ikke en begrensning. For eksempel, dersom brønnstrømmen inneholder partikkelstoffer med lav tetthet, i steden for sand av høy tetthet, kan den indre rotor i den første sentrifugeutførelse vist i fig. 1 elimineres, og partikkelstoffene separeres og fjernes sammen med vannet. Også den første sentrifugeutfør-else vist i fig. 1, kan modifiseres som den andre sentrifuge-utførelse vist i fig. 7 slik at gassformige komponenter av brønnstrømmen kan separeres fra den andre. I tillegg kan arrangementet av uttak, ledeplater og stasjonære stag modifiseres slik at lettere komponenter transporteres til bunnen av sentrifugen og de tyngre komponenter til toppen. Den vertikale orientering av sentrifugen kan også endres til en hori-sontal orientering, eller en eller annen mellomliggende orientering, i hvilke tilfelle terminologien med topp og bunn som brukt heri må endres. Videre kan det under visse omstendigheter være fordelaktig å behandle en brønnstrøm gjennom flere sentrifuger satt opp i lett kaskadearrangement.

I tillegg kan metoden og apparatet ifølge den foreliggende oppfinnelse fordelaktig anvendes for å behandle strømmer forskjellig fra brønnstrømmer. Andre variasjoner, modifikasjoner og endringer i detaljer vil være åpenbare for fag-mannen. Slike variasjoner, modifikasjoner og endringer i detaljer er inntatt innenfor oppfinnelsens ramme slik som definert i de følgende krav.

Claims

1. Fremgangsmåte for separering av komponenter i en fluidstrøm innbefattende gass, hvilken fremgangsmåte innbefatter trinnene: (a) innføring av strømmen i en sentrifugerotor (12) med en rotorvegg (27) og motstående første og andre endepartier (29,28); (b) rotasjon av rotoren (12) med en hastighet som skaper en sentrifugalkraft tilstrekkelig til å bevirke en radiell separering av komponentene i fluidstrømmen; og (c) adskilt ekstrahering av de separerte komponenter fra sentrifugerotoren (12); karakterisert ved at: (d) fluidstrømmen (f.eks. en brønnstrøm) i tillegg innbefatter en første væske (f.eks. en råolje) og en andre væske (f.eks. vann), hvorved sentrifugeringen av fluidstrømmen bevirker en radiell separering av gassen fra væskene, hvilke væsker tvinges derved utad til å danne et væskesklkt inntil rotorveggen (27), hvor væskesklktet er adskilt fra gassen ved en væske/gassgrenseflate; (e) et retarderende drag tilføres med et stasjonært element (54), montert inne i sentrifugerotoren (12) i et første aksielt område, den sentrifugerte væske for å forfremme innad rettet strømning i væskesklktet mot rotasjonsaksen til sentrifugerotoren (12); og (f) et akselererende drag tilføres med en rotor-ledeplate (34), festet til rotorveggen (27) i et andre aksielt område for samvirke med denne og forløpende innad fra denne, den sentrifugerte væske for å forfremme utad rettet strømning i væskesklktet mot rotorveggen (27), hvorved de forfremmede innad og utad rettede strømmer i det aksielt adskilte første og andre området (29,28) induserer motstrømmende strømning i væskesklktet slik at strømningsretningen inntil grenseflaten er mot det første endeparti (29) og slik at strømningsret-ningen inntil rotorveggen (27) er mot det andre endeparti (28) , hvilke motstrømmende strømning og sentrifugalkraften virker sammen til aksielt å separere den første væske og den andre væske ved å presse den første væske til å strømme mot det første endeparti (29) og ved å presse den andre væske til å strømme mot det andre endeparti (28).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der strømmen videre innbefatter partikkelstoffer, karakterisert ved at sentrifugeringen og den induserte motstrømmende strømning sammen bevirker partikkelstoffene til separasjon sammen med den andre væske fra den første væske og at ekstraheringstrin-net (c) innbefatter ekstrahering av partikkelstoffene sammen med den andre væske fra rotoren (12).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, der gassen utgjøres av tunge og lette gasskomponenter, karakterisert ved i tillegg å tilføre retarderende og akselererende drag til gassen, for slik å fremkalle motstrømmende strømning i gassen slik at strømningsretningen inntil grenseflaten er mot det andre endeparti (28) og slik at strømningsretningen lengre innad fra grenseflaten er mot det første endeparti (29) , hvilken motstrømmende strøm og sentrifugalkraften virker sammen til aksielt å separere den tunge gass fra den lette gass ved å presse den tunge gass til å strømme mot det andre endeparti (28) og ved å presse den lette gass til å strømme mot det første endeparti (29), og at den separerte tunge gass og lette gass separeres fra rotoren (12).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, for separering av komponentene i en strøm som utgjøres av en første væske, en andre væske, gass og partikkelstoffer, der den første væske er lettere enn den andre væske, karakterisert ved trinnene: - innføring av strømmen, i trinn (a), inn i en indre rotor

(13) plassert inne i sentrifugerotoren (12), hvilken indre rotor (13) har et radielt større parti og et radielt mindre parti; - rotasjon av den indre rotor (13) for å skape en sentrifugalkraft tilstrekkelig til å presse partikkelstoffene inn i det radielt større parti av den indre rotor (13); - ekstrahering av de separerte partikkelstoffer fra det radielt større parti av den indre rotor mens strømmen fortsetter å bli innført i den indre rotor (13), som derved bevirker at den første væske, den andre væske og gassen strømmer uit av den indre rotor (13) og inn i sentrifugerotoren (12), hvoretter trinnene (b) til (f) utføres.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, hvorved strømmen er en brønn-strøm innbefattende råolje (den første væske), vann (den andre væske), gassformige hydrokarboner (gassen) og partikkelstoffer; karakterisert ved at den videre innbefatter trinnet av å injisere vann inn i den indre rotor (13), der vannet tjener til å strippe resterende råolje fra partikkelstoffene før ekstrahering av partikkelstoffene fra den indre rotor (13).

6. Apparat for separering av komponenter i en fluidstrøm, innbefattende: (a) en sentrifugerotor (12) med rotorvegg (27) og motstående første og andre endepartier (29,28); (b) innretninger (51) for å mate strømmen inn i sentrifugerotoren (12), hvilken rotor (12) er ordnet til å rotere med en hastighet som skaper en sentrifugalkraft tilstrekkelig til å bevirke en radiell separering av komponentene i fluid-strømmen; og (c) innretninger (52,53,54) for separat å ekstrahere de separerte komponenter fra sentrifugerotoren (12), karakterisert ved at for separering av komponentene i en strøm som innbefatter en lett væske, en tung væske og gass er: (d) et stasjonært element (54) montert Inne i sentrifugerotoren (12) i et første aksielt område, for å tilføre et retarderende drag til den sentrifugerte væske i væskesklktet som er etablert inntil rotorveggen (27) og blir separert fra gassen ved en væske/gassgrenseflate, hvilke retarderende drag forfremmer innad strømning i væskesklktet mot sentrifugeroto-rens (12) rotasjonsakse; og (e) en rotorledeplate (34) er festet til rotorveggen (27) i et andre aksielt område for samvirke med denne og forløpende innad fra denne, for å tilføre et akselererende drag til den sentrifugerte væske i væskesklktet, for å forfremme utad rettet strømning i væskesklktet mot rotorveggen (27), hvorved den forfremmede innad og utad rettede strømning i det aksielt adskilte første og andre område fremkaller motstrømmende strømning i væskesklktet, slik at strømningsretningen inntil grenseflaten er mot det første endeparti (29) og slik at strømningsretningen inntil rotorveggen (27) er mot det andre endeparti (28), hvilke motstrømmende strømning og sentrifugalkraften virker sammen til aksielt å separere den første væske og den andre væske ved å tvinge den første væske til å strømme mot det første endeparti (29) og ved å tvinge den andre væske til å strømme mot det andre endeparti (28).

7. Apparat ifølge krav 6, karakterisert ved at: - en sénterstolpe (25) er anordnet for innføring av strømmen i apparatet, der rotoren (12) er tilpasset for rotasjon omkring senterstolpen (25); mateinnretningene innbefatter et matemunnstykke (51) som er tilpasset til å tillate strømmen å strømme fra senterstolpen (25) inn i rotoren (12); - ekstraheringsinnretningene utgjør et stasjonært uttak (52) for lett væske som forløper utad fra senterstolpen (25) inn i rotoren (12) i en aksiell posisjon mellom matemunnstykket (51) og det første endeparti (29), et uttak (54) for tung væske som forløper utad fra senterstolpen (25) inn i rotoren (12) 1 en aksiell posisjon mellom matemunnstykket (51) og det andre endeparti (28), hvilket uttak for tung væske funksjon-erer også som det stasjonære retarderende dragpåførende element (54), og et gassuttak (53) som forløper utad fra senterstolpen (25) inn i rotoren (12) en kortere radiell avstand enn uttaket (52) for lett væske; og - rotorledeplaten (34) er plassert i en aksiell posisjon inne i rotoren (12) mellom matemunnstykket (51) og uttaket (25) for lett væske.

8. Apparat ifølge krav 7,karakterisert ved at rotorveggen (71) har en konisk avkortet form, at det første endeparti (29) er i en smal ende av rotorveggen (71), og at det andre endeparti (20) er i den brede ende av rotorveggen (71).

9. Apparat ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at gassuttaket (53) er i en aksiell posisjon mellom rotorledeplaten (34) og det første endeparti (29).

10. Apparat ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at gassuttaket er et uttak (83) for lett gass og at apparatet videre innbefatter et uttak (70) for tung gass som forløper utad fra senterstolpen (25) inn i rotoren (71) i en aksiell posisjon mellom matemunnstykket (51) og det andre endeparti (28) en kortere radiell avstand enn uttaket (83) for tung væske.

11. Apparat ifølge krav 8,9 eller 10, karakterisert ved at: (a) en ytterligere rotorledeplate (72) er festet til innsiden av rotoren i en aksiell posisjon mellom matemunnstykket (51) og uttaket (54) for tung væske; og (b) det stasjonære, retarderende dragpåførende element utgjør en stasjonær stav (73) som forløper utad fra senterstolpen (25) Inn 1 rotoren (71) 1 en aksiell posisjon mellom matemunnstykket (51) og den andre rotorledeplate (72).

12. Apparat ifølge et eller flere av kravene 7 til 9, og som også er tilpasset for uttak av en partikkelformet komponent i strømmen, karakterisert ved at apparatet videre innbefatter: (a) en ytterligere, indre rotor (13) innbefattende en indre rotorvegg med et radielt større parti og et radielt mindre parti, hvilken indre rotor er plassert inne i sentrifugerotoren (12) i en aksiell posisjon mellom rotorledeplaten (34) og uttaket (54) for tung væske, er tilpasset for rotasjon omkring senterstolpen (25) og er tilpasset til å motta strøm fra matemunnstykket (51); og (b) et uttak (55) for partikkelstof f som forløper utad fra senterstolpen (25) inn i det radielt større parti av den indre rotor (13).

13. Apparat ifølge krav 12,karakterisert ved at den indre rotor (13) har en konisk avkortet form.

14. Apparat ifølge krav 12 eller 13, karakterisert ved at den videre innbefatter et mynnstykke (56) for tilsatsvann som forløper utad fra senterstolpen (25) inn i den indre rotor (13).

15. Apparat ifølge krav 12,13 eller 14, karakterisert ved at den videre innbefatter: (a) en første indre rotorledeplate (38) som er festet til innsiden av den indre rotorvegg (36) i en aksiell posisjon mellom matemunnstykket (51) og uttaket (55) for partikkelstoff, hvilke første indre rotorledeplate (38) har en første åpning (43) i sin ytre kant og en andre åpning (44) som er mellom den ytre kant og senterstolpen (25); og (b) en andre indre rotorledeplate (39) som er festet til innsiden av den indre rotorvegg (36) i en aksiell posisjon mellom den første indre rotorledeplate (39) og uttaket (55) for partikkelstoff, hvilke andre indre rotorledeplate har en åpning (43) i sin ytre kant.

16. Apparat ifølge et eller flere av kravene 12 til 15, karakterisert ved at den indre rotor (13) videre innbefatter en konisk avkortet utformet leppe eller kant (37), og at den smale ende av kanten (37) er festet til den indre rotorvegg (36).