NO170136B - Flertrinns syklonseparator. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en innretning som angitt i innledningen til patentkrav 1, for stabilisering av gassmettet eller dampmettet væske ved kombinert trykkavlasting og separering av mediefasene i flere trykktrinn. Oppfinnelsen er særlig beregnet for separering av olje og gass ved petroleumsproduksjon. Andre anvendelsesområder kan også være aktuelle.

Teknikkens stand

Stabilisering av olje ved trykkavlasting og separering av en brønnstrøm gjøres nå i de fleste tilfeller ved at trykkavlasting og hurtigavgassing ("flashing") skjer i en strupeventil eller annen restriksjon i rørledningen, hvoretter fasene separeres i en tankseparator, hovedsaklig under påvirkning av tyngdekraften. En slik tankseparator består av en trykktank av en størrelse som gir tilstrekkelig oppholdstid for mediene som strømmer gjennom til at separering kan finne sted. Forskjellige typer stasjonære elementer, som har til formål å lette separeringen, installeres innvendig i tankseparatoren.

Ved olje- og gassproduksjon gjennomføres trykkavlasting og separering vanligvis i flere trinn. Dette foretas f.eks. ved at to til fire tankseparatorer kobles i serie. Trykket reduseres i trinn fra den ene separatoren til den andre. I tillegg til separasjon av gass og olje i hvert trinn, vil det også være behov for å separere ut vann og faste partikler i ett eller flere av trinnene. Det tales da om tre-fase separering, hvor vann med faste partikler betraktes som den tredje fasen.

Mangler ved vanlige tankseparatorer er at de har stort plassbehov og høy vekt, de inneholder et stort volum brannfarlige hydrokarboner, og funksjonsevnen reduseres ved bevegelse, f.eks. ombord på fartøyer og flytende plattformer.

Et annet prinsipp for separering er basert på anvendelse av sentrifugalkraft istedetfor gravitasjonskraft, for å separere medier av forskjellig egenvekt. Dette prinsipp anvendes i forskjellige konstruktive utforminger av sentrifuger og sykloner. I begge tilfeller settes mediet i kraftig rotasjon, hvorved den mediefase som har størst egenvekt, f.eks. vann og sandpartikler, blir slynget ut mot periferien, mens faser med lavest egenvekt vil bli trengt mot rotasjonsaksen. I en sentrifuge vil mediet roteres i en trommel, og vil normalt rotere med samme rotasjonshastighet som trommelen. I en syklon vil derimot mediet rotere i et stasjonært sylinderisk eller konisk kammer.

Både sentrifuger og sykloner benyttes for mange formål, men er hittil ikke med hell benyttet for gass-olje-separasjon. En vesentlig ulempe ved tidligere kjente syklon-utførelser er at de har liten fleksibilitet med hensyn til endringer i innløpemediets mengde- og faseforhold, og de kan ikke drives effektivt med store mediestrømmer.

Oppfinnelsens formål

Oppfinnelsens hovedformål er å fremskaffe en innretning for stabilisering av gassmettete væsker ved trykkavlasting og separasjon av mediefasene på en mer optimal måte enn tidligere. De viktigste optimal-kritereier er lite volum, lav vekt, høy separeringseffektivitet, fleksibilitet m.h.t. endringer i innløpsmediets mengde og faseforhold, ufølsomhet for bevegelser, mekanisk enkelhet og funksjonspålitelighet.

Oppfinnelsens grunntanke

Prinsippet som oppfinnelsen baserer seg på, og som er angitt i patentkrav 1, kan enklest beskrives som en syklon oppdelt i en serie separasjonskammer med forskjellig trykk. Mediene separeres i hvert kammer. Stabilisert væske ledes ut fra det siste kammeret. Gassen ledes ut fra hvert kammer ved de respektive trykknivå.

Væskeandelen føres videre fra ett kammer til neste kammer, som har et lavere trykknivå, gjennom et sett dyser plassert nær periferien. Dysene kan plasseres i skilleveggene eller i kanaler som forbinder to nabo-kammere på utsiden av beholderen. Væskenivået i hvert kammer kan reguleres ved f.eks. åpning og lukking av et antall dyser. Trykkavlasting og avgassing ("flashing") skjer i dysene, samtidig som mediets strømningshastighet akslereres når det går fra ett trykknivå til et lavere nivå.

Dysene er slik plassert og utformet at strømmen gis en mest mulig tangentiell retning ved periferien, slik at mediet får en roterende bevegelse inne i hvert kammer og derved separasjon av fasene under påvirkning av sentrifugalkraft.

Funksjonsprinsippet tillater også hensiktsmessige konstruktive utførelser for flerfaseseparering. Den tyngste fasen, som f.eks. kan være vann med faste partikler, kan ledes ut av ett eller flere av kamrene ved separate uttak.

Spesielle fordeler

I forhold til tradisjonell løsning med en serie tankseparatorer, kjennetegnes oppfinnelsen ved at mediets trykkenergi utnyttes til å skape sentrifugalkrefter. Derved kan en redusere både volum og vekt, fordi hvert trykk-kammer blir betydelig mindre og fordi alle trykktrinn er integrert i en samlet enhet. Effektiviteten påvirkes ikke av bevegelser. På grunn av mindre volum, kan en enhet utført på basis av oppfinnelsen bygges for høyere innløpstrykk enn beholdere med stor diameter. 1 forhold til kjente utførelser basert på syklonprinsippet, har oppfinnelsen betydelige fordeler ved at effektiviteten opprettholdes ved varierende mengde og faseforhold for innløpsmediet, og at den er egnet for utførelse med flere trykktrinn i en og samme enhet.

Utførelseseksempel

Et eksempel på en utførelsesform basert på oppfinnelsen er beskrevet nedenfor under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser delvis oppsnittet sideriss av en syklonseparator utformet i samsvar med oppfinnelsen,

fig. 2 viser et snitt loddrett på aksialplanet etter linje I-l, sett mot innløpsenden som er til venstre i figur 1, fig. 3 viser et snitt etter linje II-II i fig. 1, sett mot skillevegg, og fig. 4 viser detalj av en dysekanal i en skillevegg.

Figur 1 viser en fire-trinns syklonseparator for prosessering av brønnstrømmen fra et olje- eller kondensatfelt.

Prosesseringen består i at brønnstrømmen ledes inn ved høyt trykk gjennom røret 1 og et tangentielt rettet innløpsparti 2 ved den ene enden av en beholder 10, til venstre på figur 1. Innløpsmediet separeres i tre ulike utløpsmedier, nemlig gass, olje og vann med eventuelle faste partikler. Gassfasen ledes ut av enheten ved fire forskjellige trykk gjennom koaksialt plasserte utløpsrør hhv. 3, 4, 5 og 6

Stabilisert olje ledes ut fra det siste kammer, til høyre på figur 1, gjennom rørstussen 7. Vann og partikler ledes ut gjennom rørstussene 8 og 9. Utløpsrørene 3, 4, 5 og 6 for gass er forbundet med hvert sitt separasjonskammer, hhv. 14, 15, 16 og 17. Mellom separasjonskammer som ligger opptil hverandre finnes en skillevegg, hhv. 11, 12 og 13 på tvers i beholderen 10. I hver av skilleveggene er det plassert et antall dyseåpninger 18 nær periferien, for gjennomløp av væskefase til neste kammer med lavere trykk. Dyseåpningene er plasserte slik at utløpsretningen blir tilnærmet tangentiell, som vist på figur 4. Dyseåpningene, eller noen av disse, arrangeres med et spjeld 19 for lukking og åpning, uten at styremekanismen for dette er vist på figur 4. Hensikten med å åpne og lukke dyseåpninger, er på denne måte å regulere væskenivået i hvert av separasjonskamrene når mengde og faseforhold i innløpsstrømmen varierer.

Virkemåten blir som følger: Innløpsstrømmen, som kan være en blanding av gass, olje, vann og faste partikler, kommer med høy hastighet tangentielt inn ved enden av første kammer 14 gjennom innløpsrøret 1 og innløpsdelen 2. Mediet blir på grunn av høy innløpshåstighet og sirkulær form på beholderen 10 satt i rotasjon.

Væskefasen slynges ut mot periferien og gassfase trenges inn mot sentrum. Vann og partikler har høyest egenvekt og legger seg ytterst mot periferien i et rørformet lag, med olje i et rørformet lag innenfor. Ved styrt avtapping gjennom røret 9, ledes vann og partikler ut av beholderen. Gass tappes ut gjennom røret 3. Olje, og eventuelt gjenværende vann, passerer gjennom dyseåpningene 18 i skilleveggen 11 til kammer 15, som holdes på et lavere trykk enn kammer 14.

Ved passasje gjennom dyseåpningene 18 går gass ut av oppløsningen på grunn av trykkfall, samtidig som hastigheten øker. Blandingen som kommer tilnærmet tangentielt ut av dyseåpningen, tvinges igjen til å rotere, og separering finner sted på samme måte som beskrevet. Det samme gjentar seg for hvert trykktrinn inntil oljen i det siste kammeret får det ønskete damptrykk. Stabilisert olje forlater beholderen ved styrt avtapping gjennom rørstussen 7.

Resterende vann tappes av gjennom avløp 8. Gasstrykket i hvert av trykkamrene styres på vanlig måte og innstilles slik at trykkavlastningen gir rotasjonshastighet som blir omtrent den samme i hvert kammer, samtidig som andre opt ima Ikr i terier oppfylles ...

Antallet kammer kan variere, avhengig av medium og kåpas itetskrav.

Istedenfor dyseåpningene 18 plassert i skilleveggene 11-13, kan det brukes omledningsrør som er plassert på yttersida av beholderen 10, med tangentielt rettete uttak og innløp.

Også spjeldet 19 kan erstattes av en annen, prinsipielt kjent ventilmekanisme.

Claims (5)

1. Syklonseparator for stabilisering av gassmetteteller dampmettet væske eller væskeblanding ved trykkavlasting i ett eller flere trinn og separering av mediefasene i to eller flere trinn, hvor mediet føres gjennom ei rekke seriekoblete separatorkammer, i en felles sylindrisk eller konisk beholder (10), karakterisert ved at væskefasen av mediet ledes fra ett separatorkammer (14) til et neste kammer (15) med lavere trykk, gjennom en eller flere dysekanaler (18) i eller ved en skillevegg (11) mellom kamrene i den felles sylindriske eller koniske beholderen (10), hvor dysekanalene er slik utformet og plassert at hurtig avgassing eller avdamping ("flashing") skjer samtidig med at mediet akselereres gjennom dysekanalene, og at utløpsstrømmen fra dysene er tilnærmet tangentielt rettet ved periferien av beholderen (10).

2. Syklonseparator ifølge krav 1, karakterisert ved at i det minste noen av dysekanalene (18) er forsynt med midler (19) for innsnevring av det samlete åpningstverrsnittet.

3. Syklonseparator ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at gass på i og for seg kjent måte ledes ut gjennom utløpsrør (3, 4, 5, 6) nær sentrum fra hvert av separatorkamrene (14, 15, 16, 17) ved de respektive trykk i kamrene.

4. Syklonseparator ifølge krav 1, 2 og 3, karakterisert ved at mer enn to raediefaser kan separeres ved å anordne utløp (8, 9) for den tyngste fasen ved bunnen av ett eller flere av kamrene.

5. Syklonseparator ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at dysekanalene er rørformete og anordnet ved beholderens omkrets.