NO327436B1 - Fluidbehandlingssystem samt fremgangsmate ved anvendelse av samme - Google Patents

Abstract

Det beskrives et system (1) for behandling av et fluid som omfatter i det minste to av fraksjonene faststoffpartikler, væske og/eller gass, hvor systemet (1) er avgrenset av i det minste ett innløpsparti (3) og to eller flere utløpspartier (5, 7, 9), og hvor systemet (1) er innrettet til å kunne skille faststoffpartikler over en forutbestemt størrelse fra væsken ved hjelp av i det minst ett sikteapparat (23, 25) og deretter bringe nevnte fraksjoner ut av systemet (1), hvor systemet (1) for behandling av fluid er i det alt vesentlige fluidtett mellom nevnte minst ene innløpsparti (3) og utløpspartiene (5, 7, 9) og er forsynt med i det minste én undertrykksgenererende anordning (11, 13) som er innrettet til Å kunne tilveiebringe et undertrykk i systemet (1) mellom nevnte minst innløpsparti (3) og utløpspartiene (5, 7, 9), hvor det minst ene sikteapparatet (23, 25) er innrettet til å kunne separere fluidet i fraksjoner som i det alt vesentlige innbefatter faststoff, væske og/eller gass, idet fluidets fraksjoner er opprettholdt separat når fraksjonene bringes ut av systemet (1). Det beskrives også en fremgangsmåte ved bruk av systemet (1).

Description

FLUIDBEHANDLINGSSYSTEM SAMT FREMGANGSMÅTE VED ANVENDELSE AV SAMME.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et fluidbehandlingssystem. Nærmere bestemt dreier det seg om et system for separering av i det minste to av fraksjonene faststoff, væske og gass fra et fluid som beveges fra et innløpsparti til systemet og til utløpspartier for hver av nevnte fraksjoner, hvor systemet innbefatter i det minste én sikteanordning og et rørsystem som leder fluidet og dets fraksjoner gjennom systemet. Fluidet kan for eksempel, men ikke begrenset til, være et borefluid som innholder boreslam og borépartikler, såkalt borekaks, samt væske og gass.

Separasjon av faste partikler fra fluidstrømmer som utføres ved å sende et fluid gjennom en filter- eller sikteinnretning med perforeringer som er av en slik størrelse ,at de faste partikler holdes tilbake på siktoverflaten i stedet for å passere gjennom den, er velkjent teknikk. Dette er kjent blant annet fra brønnboring i petroleumsutvinningsindustrien hvor såkalte vibrasjonssikteapparater eller "shakere" benyttes for å kunne skille ut borekaks fra borefluidet slik at verdifull borevæske kan resirkuleres ned i brønnen. Imidlertid vil det ved fluidbehandling som for eksempel sikting, kunne oppstå en avdamping av helse- og miljømessig ugunstige gasser som i tillegg vil kunne representere en sikkerhetsri-siko. Det er ikke funnet kjent løsninger som på en praktisk måte vil kunne kapsle inn et vibrasjonssikteapparat uten at hele apparatet bygges inn i et eget rom. Dette løser imidlertid ikke problemet med at personell som opererer og vedlike-holder utstyret under drift, eksponeres ovenfor nevnte gasser. Således vil verneutstyr måtte brukes selv om et vibrasjonssikteapparat bygges inn ifølge kjent teknikk.

Fra publikasjonen NO Bl 308649 er det kjent et apparat for behandling av borevæske og borekaks hvor apparatet omfatter en sikt, en vibrerende sentrifuge, et avgassingssystem, et avløpssystem som fører borevæsken tilbake til det aktive borevæske sy st em, samt et transportsystem for transport.av borekaksen. Sikten omfatter en roterende trommel som befinner seg i et lukket hus. Utløpet for faststoffer fra den roterende trommel er forbundet med en etterfølgende vibrerende sentrifuge gjennom et lukket rørsystem, hvor utløpet fra den vibrerende sentrifuge er åpent mot omgivelsene.

Fra publikasjonen NO Bl 303323 er det kjent en renseanordning hvor borekaksen føres åpent mot omgivelsene etter at borekaks er skilt ut i sikteapparatet. Nevnte renseanordning er svært lik apparatet ifølge ovennevnte NO Bl 308649.

Fra publikasjonen CA Al 2445067 er det kjent et sikteapparat som er innrettet til ytterligere rensing av borekaks som skilles ut i en vibrasjonssikt. Borekaksen føres åpent mot omgivelsene.

I norsk patentsøknad NO20053230, hvis oppfinnere er de samme som for den foreliggende oppfinnelse, beskrives et sikt- og fluidseparasjonsapparat som blant annet løser nevnte problem med avgassing fra et sikteapparat. Norsk patentsøknad NO20053230 innlemmes fullt ut i den foreliggende beskrivelse ved henvisning. Oppfinnelsen ifølge NO20053230 vil kun lede bort de gasser som frigjøres i selve sikteapparatet. Således vil gasser som frigjøres fra fluidet andre steder i prosessen med åpne soner ikke kunne samles opp og ledes bort på kontrollert vis. Det er blant annet i offshoreindustrien, men også annen industri hvor fluidrensing er aktuelt, som for eksempel ved gjødselspredning i landbruket, et uttrykt ønske om å kunne sikre personell og miljø mot helseskadelige gasser som vil kunne avgis fra fluid som behandles. Dette ønsket har hittil vist seg å ikke kunne oppfylles uten bruk av verneutstyr.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste en av ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i etterfølgende patentkrav.

I et første aspekt utgjøres den foreliggende oppfinnelse av et system for separering av i det minste to av fraksjonene faststoff, væske og gass fra et fluid som beveges fra et inn-løpsparti til systemet og til utløpspartier for hver av nevnte fraksjoner, hvor systemet innbefatter: i det minste én sikteanordning; et rørsystem som leder fluidet og dets fraksjoner gjennom systemet, hvor systemet innbefatter i det minste én beholder som er innrettet til å motta fluidets faststoffraksjon, og at den minst ene beholder står i fluidkommunikasjon med en undertrykksgenererende innretning.

Det skal forstås at væsken vil kunne innholde partikler som er mindre enn nevnte forutbestemte størrelse, slik at de kan passere gjennom sikteinnretningen.

Det er en fordel om sikteapparatet er av den art som er beskrevet i norsk patentsøknad N020053230, det vil si at sikteapparatet fortrinnsvis innbefatter et endeløst, roterende sikteelement hvor en sugeinnretning som står i fluidkommunikasjon med den undertrykksgenererende innretning, er anordnet mot et parti av sikteelementets underside. For å kunne samle opp de fraskilte partikler og væsken for videre prosessering utenfor systemet, er det en fordel om systemet er forsynt med i det minste én beholder som er innrettet til å kunne opp-rettholde separasjon mellom faststoff og væske. I en foretrukket utførelse er systemet forsynt med i det minste to beholdere, én for faststoff og én for væske. Nevnte minst ene, men fortrinnsvis minst to beholdere vil kunne fungere både som lagringsenhet og som buffertank før fluidfraksjonene be-stående av faststoff og væske bringes til videre behandling, enten i nevnte fortrinnsvis to beholdere eller ved at fraksjonene bringes over i andre, egnede transportinnretninger. Beholderne er fortrinnsvis tilkoplet undertrykket i systemet mens beholderne befinner seg i systemet.

I en foretrukket utførelse er den undertrykksgenererende anordning innrettet på en slik måte at det genereres en fluid-strøm av for eksempel, men ikke begrenset til, luft som vil kunne bevege fluidet gjennom i det minste partier av systemet for behandling av fluid. Den undertrykksgenererende innretning innbefatter fortrinnsvis en i og for seg kjent vacuum-pumpe.

I et andre aspekt av den foreliggende oppfinnelse tilveie-bringes en fremgangsmåte ved separering av i det minste to av fraksjonene faststoff, væske og gass fra et fluid som beveges fra et innløpsparti til et system som innbefatter: i det minste én sikteanordning; et rørsystem som leder fluidet og dets fraksjoner gjennom systemet, hvor fremgangsmåten innbefatter: - å anordne i systemet i det minste én beholder som er innrettet til å motta fluidets faststoffraksjon; - å tilveiebringe fluidkommunikasjon mellom den minst ene beholder og en undertrykksgenererende innretning.

I det etterfølgende beskrives et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på med-følgende tegninger hvor like eller tilsvarende deler i det vesentlige er angitt med samme henvisningstall, og hvor: Fig. 1 viser en prinsippskisse av et fluidbehandlingssystem for borefluid ifølge den foreliggende oppfinnelse; Fig. 2 viser i større målestokk et perspektivisk oppriss av et første sikteapparat som inngår i systemet vist i figur 1; Fig. 3 viser i større målestokk et perspektivisk oppriss av et andre sikteapparat som inngår i systemet vist i figur 1; og Fig. 4 viser en prinsippskisse av et fluidbehandlingssystem for rensing av bunnsedimenter i en sjø.

På figurene angir henvisningstallet 1 et fluidbehandlingssystem for separasjon av et fluids faststoff-, væske- og gassfraksjoner. Fluidbehandlingssystemet 1 blir i det etter-følgende kun omtalt som system 1.

I figur 1 vises en prinsippskisse av et system 1 for behandling av et borefluid i petroleumsindustrien hvor det system 1 som omfattes av denne patentsøknad er vist avgrenset ved hjelp av en stiplet linje. En fagmann vil umiddelbart forstå at de enkelte elementer som er vist i prinsippskissen, ikke er i målestokk.

Systemet 1 innbefatter et innløpsparti 3 og tre utløpspartier 5, 7 og 9 for henholdsvis separert faststoff, fluid og gass.

Innløpspartiet 3 er tilkoplet den såkalte slamreturnippel eller "Bellnipple" på et stigerør 50.

En undertrykksgenererende innretning i form av en vakuumpumpe 11 og en tilhørende vakuumtank 13 er tilkoplet et rørsystem

15 som forbinder vakuumtanken 13 med det indre av to beholdere 17, 19; henholdsvis en transportbeholder 17 som er innrettet til å kunne frakoples og transporteres ut av systemet 1, og en mellomlagringsbeholder 19 som er innrettet til å kunne koples til et transportsystem 52. Transportsystemet 52 utgjø-res av et rørsystem for lukket overføring av innholdet i beholderen 19 til et skip 54. I utførelseseksempelet er skipet 54 vist forsynt med en sugeanordning i form av en vakuumpumpe 56 med tilhørende, vakuumtank 58 for suging av innholdet i mellomlagringsbeholderen 19 om bord i skipet 54. Det skal imidlertid forstås at andre i og for seg kjente innretninger for overføring fra mellomlagringsbeholderen 19 og til skipet 54 vil kunne anvendes.

Til hver av beholderne 17, 19 er det tilkoplet et ytterligere rør 21. Røret 21 er innrettet til å kunne lede faste partikler som er blitt skilt ut fra borefluidet til en første sikteanordning 23 og en andre sikteanordning 25. I det etterføl-gende blir røret 21 for enkelthetsskyld omtalt som "faststoff ledning" 21. Den første sikteanordning 23 er innrettet til blant annet å kunne skille ut grove partikler som følger med borefluidet og vil for enkelthetsskyld bli omtalt som "grovutskiller 23" i det etterfølgende. Grovutskilleren 23 er beskrevet i mer detalj under omtalen av figur 2.

Den andre sikteanordning 25 er en siktanordning av den art som omfattes av norsk patentsøknad N020053230 og som innbefatter et endeløst, roterende sikteelement eller sikteduk hvor en sugeinnretning som står i fluidkommunikasjon med den undertrykksgenererende anordning 11, 13, er anordnet mot et parti av sikteelementets underside. Den andre sikteanordning 25 er innrettet til å kunne separere returvæske fra boreflui- dets faststoffpartikler som holdes tilbake på nevnte roterende sikteduk. I det etterfølgende benevnes den andre sikteanordning som "finsikt" 25 og er beskrevet i noe mer detalj under omtalen av figur 3.

GrovutskiHeren 23 er via en forbindelsesledning 24 tilkoplet og står i fluidkommunikasjon med finsikten 25 slik at den andel av borefluidet som passerer en sikt 237 i grovut ski Heren føres til et innløpsparti 251 i finsikten 25.

Fordeling av faststoffpartikler som ledes fra grovutskilleren 23 og finsikten 25 via faststoffledningen 21, til transportbeholderen 17 og mellomlagringsbeholderen 19, styres ved hjelp av en ikke vist fordelingsinnretning.

Den returvæske som i finsikten 25 skilles ut fra borefluidet ved hjelp av i det minste en sugeanordning 257', blir av undertrykket ledet inn i vakuumtanken 13 via ledning 27. I det etterfølgende benevnes ledningen 27 som "returvæskeledning" 27. Fra vakuumtanken 13 blir den fra borefluidet utskilte returvæske på kontrollert vis og ved hjelp av i og for seg kjente pumpeinnretninger (ikke vist), pumpet ut av systemet 1 og til en beholder 29 for aktiv borevæske. Ved hjelp av en høytrykks borevæskepumpe 31 pumpes den aktive borevæske på i og for seg kjent vis fra beholderen 29 og til brønnen via en injeksjonsledning 33.

Den gass som frigjøres fra fluidet pumpes sammen med luft som trekkes inn i systemet 1 ved grovutskilleren 23, ved hjelp av den undertrykksgenererende anordning 11, 13, via en ventila-sjonsledning 16 og til friluft. Det skal forstås at gassen alternativt vil kunne samles i en egnet beholder (ikke vist) for videre behandling, eventuelt renses før den ventileres til atmosfæren.

I figur 2 vises i et perspektivisk oppriss av grovutskilleren 23 vist prinsipielt i figur 1, men i større målestokk og i mer detalj. For tydelighetsskyld er partier av grovutskilleren 23 vist gjennomsiktig. Det skal imidlertid forstås at grovutskilleren 23 er innkapslet. Borefluid føres fra stige-rørets 50 slamreturnippel og inn gjennom et innløp 231 som er anbrakt i et hus 233. Huset 233 er fast anbrakt til en siktanordning 235 som innbefatter en endeløs sikteduk 237 som er oppspent mellom og innrettet til å kunne rotere om tre vende-ruller (kun én vist).

Boreslam som føres inn i grovutskilleren 23 separeres ved at grove partikler som ikke passerer sikteduken 237, transporteres på denne og faller ned i en kvern 238 beregnet for behandling av grove partikler eller grovt borekaks. Kvernen 238 drives av en motor 239. I kvernén 238 blir borekakset knust til mindre fraksjoner. Fra kvernen 238 ledes borekakset i et lukket system fra et kvernutløpsparti 238' og inn i faststoff ledningen 21, og via den ikke viste fordelingsstasjon og videre inn i transportbeholderen 17 og/eller mellomlagringsbeholderen 19.

Den andel av boreslammet som passerer sikteduken 237 føres via et siktutløpsparti 237' og inn i forbindelsesledningen 24 og videre inn i et innløpsparti 251 (se figur 3) til finsikten 25.

Grovutskilleren 25 står under et innvendig undertrykk som er påvirket av den undertrykksgenererende anordning 11, 13 og en ikke vist reguleringsventil for tilførsel av luft. Nevnte reguleringsventil er anbrakt i et parti av grovutskilleren 25. Den luftstrøm som genereres ved hjelp av nevnte reguleringsventil og undertrykksgenererende anordning 11, 13, vil bevir-ke forflytning av boreslammet. I tillegg vil luftstrømmen kunne fungere som et kjølemiddel for boreslammet, noe som igjen vil kunne medvirke til redusert avdamping av giftige

fraksjoner.

I figur 3 vises et perspektivisk oppriss av finsikten 25 vist prinsipielt i figur 1, men i større målestokk og i mer detalj . For tydelighetsskyld er finsikten 25 vist delvis gjennomsiktig. Det skal imidlertid forstås at finsikten 25 er innkapslet. En inngående beskrivelse av finsikten 25 finnes i norsk patentsøknad NO20053230. Boreslam som passerer sikteduken 237 i grovutskilleren 23 omtalt ovenfor, føres via en forbindelsesledning 24 og inn i et innløpsparti 251 som er anbrakt i et hus 253. Huset 253 er fast anbrakt til en sikteanordning 255 som innbefatter en endeløs sikteduk 257 som er oppspent mellom og innrettet til å kunne rotere om fire ven-deruller 256 (to er vist på fig. 3).

Under et parti av sikteduken 257 er det anbrakt to sugemunn-stykker 257' med innbyrdes avstand. Sugemunnstykkene 257' står i fluidkommunikasjon med den undertrykksgenererende anordning 11, 13. Sugemunnstykket 257' suger væske, samt partikler som passerer gjennom siktedukens 257 åpninger, og bringer denne via returvæskeledningen 27 inn i vakuumtanken 13 som beskrevet ovenfor.

I én utførelse (ikke vist) er finsikten 25 ytterligere forsynt med en akustisk lydkilde, for eksempel en ultralydkilde, som ytterligere bevirker separasjon av væske fra fastoffet. En slik akustisk lydkilde er inngående beskrevet i norsk pa-tentsøknad NO20051433, hvis oppfinnere er de samme som for den foreliggende oppfinnelse, og som innlemmes fullt ut i den foreliggende beskrivelse ved henvisning.

I figur 4 vises et flytdiagram for et fluidbehaindlin<g>ss<y>ste-met ifølge den foreliggende oppfinnelse anvendt ved behandling av et fluid som suges opp fra bunnen av en sjø, for eksempel et havnebasseng. Prosessen er således i det alt vesentlige tilsvarende prosessen hvor borefluid separeres i fraksjonene faststoff, borevæske og gass som vist i figur 1 og beskrevet ovenfor, men hvor fluidbehandlingssysternet har kun to utløp, ett gjennom returledningen 33 og ett (ikke vist) gjennom transport- eller mellomlagringsbeholderen 17, 19. Fluid som skal renses pumpes inn i systemet ved hjelp av en pumpe 50'.

Den foreliggende oppfinnelse vil også kunne være svært nyttig ved rensing av forurenset masse på land, for eksempel olje-kontaminert sand. Den forurensede masse vil da kunne tilset-tes kjemikalier som underletter oppløsning av forurensingen, idet fluidets bestanddeler som fastoff (sand), væske (kjemikalier og olje) samt gass (fra kjemikalier og olje) på kontrollert vis kan samles opp og eventuelt gjennomgå videre behandling.

Et eksempel på et annet bruksområde for den foreliggende oppfinnelse er separering av husdyrgjødsel, hvor dette kan separeres i fraksjonene faststoff, væske og gass. Fastoffet vil kunne benyttes som biomasse for produksjon av biogass eller til produksjon av pellets for jordforbedring. Væsken vil, eventuelt sammen med gassen, være egnet for injeksjon i bak-ken, noe som har vist seg å være en effektiv form for gjøds-ling.

Et undertrykkssystem som den foreliggende oppfinnelse baserer seg på, vil designmessig kunne resultere i utstyr med mindre sikkerhetsfaktorer og dermed mindre/lettere utstyr enn tilsvarende utstyr designet for trykk, idet konsekvensene ved en eventuell kollaps i et undertrykkssystem er mindre enn en tilsvarende kollaps av et trykkpåkjent utstyr.

Den foreliggende oppfinnelse representerer således en måte å kunne behandle et fluid på hvor det er full kontroll over fluidets fraksjoner, noe som representerer svært store forde-ler i forhold til kjent teknikk med hensyn til både helse og . miljøaspekter under selve renseprosessen. I tillegg åpner oppfinnelsen for nye muligheter for rensing av fluid som in-neholder faststoff, væske og eventuelt gass.

Claims (10)

1. System (1) for separering av i det minste to av fraksjonene faststoff, væske og gass fra et fluid som beveges fra et innløpsparti (3) til systemet (1) og til utløpspartier (5, 7, 9) for hver av nevnte fraksjoner, hvor systemet (1) innbefatter: i det minste én sikteanordning (23, 25); et rørsystem (3, 15, 21, 24) som leder fluidet og dets fraksjoner gjennom systemet,karakterisert vedat systemet innbefatter i det minste én beholder (17, 19) som er innrettet til å motta fluidets faststoffraksjon, og at den minst ene beholder (17, 19) står i fluidkommunikasjon med en undertrykksgenererende innretning (11, 13).

2. System i henhold til krav 1,karakterisertved at den undertrykksgenererende innretning (11, 13) er anbrakt nedstrøms den minst ene beholder (17, 19) .

3. System i henhold til krav 1,karakterisertved at i det minste ett av nevnte minst ene sikteapparat (23, 25) innbefatter et endeløst, roterende sikteelement (237, 257) hvor en sugeinnretning (257') også står i fluidkommunikasjon med den undertrykksgenererende innretning (11, 13), og hvor sugeinnret-ningen er anordnet mot et parti av sikteelementets (257') underside.

4. System i henhold til krav 1,karakterisertved at en vakuumtank (13) som inngår i den undertrykksgenererende innretning (11, 13), er innrettet til å kunne mellomlagre fluidets væskefraksjon.

5. System i henhold til krav 1,karakterisertved at.systemet ytterligere omfatter minst én beholder for gass.

6. System i henhold til krav 1,karakterisertved at den undertrykksgenererende innretning (11, 13) er innrettet til å kunne tilveiebringe en strøm-ning som er tilstrekkelig til å kunne bevege fluidets fraksjoner fra innløpspartiet (3) og til den minst ene beholder (13, 17, 19).

7. System i henhold til krav 1,karakterisertved at fluidet er returborefluid fra en petro-leumsbrønn.

8. Fremgangsmåte ved separering av i det minste to av fraksjonene faststoff, væske og gass fra et fluid som beveges fra et innløpsparti (3) til et system (1) som innbefatter: i det minste én sikteanordning (23, 25); et rørsystem (3, 15, 21, 24) som leder fluidet og dets fraksjoner gjennom systemet (1),karakterisert vedat fremgangsmåten innbefatter: - å anordne i systemet (1) i det minste én beholder (17, 19) som er innrettet til å motta fluidets faststoff raks jon; - å tilveiebringe fluidkommunikasjon mellom den minst ene beholder (17, 19) og en undertrykksgenererende innretning (11, 13).

9. Fremgangsmåte i henhold til krav 8,karakterisert vedat fremgangsmåten ytterligere omfatter å anordne den undertrykksgenererende (11, 13) innretning nedstrøms den minst ene beholder (17, 19).

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 8,karakterisert vedat fremgangsmåten ytterligere om fatter å anordne i det minste ett av nevnte minst ene sikteapparat (23, 25) som et endeløst, roterende sikteelement (237, 257) hvor en sugeinnretning (257') også bringes i fluidkommunikasjon med den undertrykksgenererende innretning (11, 13), og hvor sugeinnret-ningen anordnes mot et parti av sikteelementets (257') underside.