DE69614523T2

DE69614523T2 - Abscheidungssystem für die produktionsflüssigkeiten einer ölbohrung

Info

Publication number: DE69614523T2
Application number: DE69614523T
Authority: DE
Inventors: Michal Kolpak; Arthur Mattison; Glenn Oba; Sullivan Weingarten; Jane Williamson
Original assignee: Atlantic Richfield Co
Current assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1995-05-17
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2016-05-18
Also published as: EP0825896B1; EP0825896A1; NO975233D0; DE69614523D1; NO975233L; NO316088B1; WO1996036430A1; US5570744A

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Abscheider, der insbesondere darauf ausgelegt ist, dass er in an der Oberfläche befindlichen Leitungen zur Trennung von Flüssigkeiten aus Ölbohrungen positioniert wird.

Hintergrund

Sogenannte "Downhole"-Trennvorrichtungen vom spiralförmigen oder stationären Schlangenbohrertyp sind hauptsächlich darauf ausgelegt, Gas von einer Flüssigkeit zu trennen, die aus einem Bohrloch für die Erzeugung eines Kohlenwasserstofffluids gefördert wird. In bestimmten Bohrlöchern, aus denen beispielsweise Kohlenwasserstofffluids gefördert werden, werden sowohl Gas als auch Flüssigkeiten gleichzeitig direkt aus einer oder mehreren Produktionszonen gefördert. Gas und Flüssigkeit können auch gleichzeitig aus Bohrlöchern gefördert werden, die einen künstlichen Gaslift verwenden oder die Öl fördern, das durch Gasinjektion unter Druck in das unterirdische Reservoir zum Förderloch getrieben wurde. Folglich sind üblicherweise aufwendige und teure Trenn- und Aufbereitungsanlagen erforderlich, um Gas von Produktionsflüssigkeiten zu trennen. In einigen Fällen ist es auch wünschenswert, dichtere Gase oder Flüssigkeiten von weniger dichten Gasen oder Flüssigkeiten in Bohrlöchern zu trennen, die verschiedene Typen von Kohlenwasserstofffluids fördern, wie z. B. Wasser und Rohöl.
Wenn sich die Betriebsbedingungen des Bohrlochs in Bezug auf die jeweils geförderten Mengen an Öl und Gas oder die jeweiligen Mengen an Öl, Wasser und Gas ändern, müssen oft auch die Trennvorrichtungen modifiziert werden. Darüber hinaus kann die Veränderung der Anteile von Öl, Wasser und Gas beispielsweise zu einer Brecherströmung in den Förderrohren für Fluids führen und alle oder einen Teil der vorhandenen Trennvorrichtungen überlasten. Wenn das abgetrennte Gas zum Einspritzen in ein Reservoir oder für die künstliche Gashebung in anderen Bohrlöchern verwendet werden soll, erfordert die weiter entfernte Lage herkömmlicher Trennanlagen darüber hinaus üblicherweise umfangreiche Leitungen, um das Gas zu den Einspritzbohrlöchern oder den Bohrlöchern, in denen ein Gaslift eingesetzt wird, zurückzuleiten.
Die Trennung von Gas und Flüssigkeiten bereits im Bohrloch kann eine Hochdruckgasquelle für den Gaslift und für die Kompression durch in der Nähe angeordnete Kompressoren für die Wiedereinspritzung zur Verfügung stellen. Die Trennung im Bohrloch stellt üblicherweise auch Gas mit höherem Druck an der Oberfläche zur Verfügung, weil in den Leitungen weniger Druck verloren geht. Jedoch kann das Anbringen und die Rückholung einer unten im Bohrloch installierten Abscheidevorrichtung teuer und schwierig sein. Außerdem können sich verändernde Strömungsbedingungen eine Veränderung in der Position, Größe oder sonstigen Merkmalen des Abscheiders erfordern, und vorzeitiger Verschleiß durch Schleifsubstanzen im Fluidstrom können eine Reparatur oder den Austausch des Abscheiders notwendig machen. Folglich können bei einem unten im Bohrloch angebrachten Abscheider teure und zeitaufwendige Arbeitsschritte nötig werden, um den Abscheider selbst zu ersetzen oder zu reparieren.
Andererseits kann die Installation einer in der Leitung befindlichen Spirale oder eines Abscheiders vom sogenannten Schlangenbohrertyp ohne weiteres dadurch erfolgen, dass man die Abscheiderstruktur in eine herkömmliche Strömungsleitung einsetzt, wobei es nur zu einer geringfügigen Unterbrechung des Bohrlochbetriebs kommt und auch die Kosten für die Anlage minimal gehalten werden können. Bereits vorhandene Ventile und Steuerungseinheiten können in den Leitungen weitgehend verwendet werden, und es sind keine kostspieligen Installationsverfahren oder Strukturen wie Stützkissen, Gebäude oder andere Gehäuse erforderlich, die bei herkömmlichen Abscheidersystemen normalerweise notwendig sind. Außerdem können an der Oberfläche installierte Abscheider vom Inline-Typ in mehrstufigen Konfigurationen angeordnet sein, um eine wesentliche Trennung von Gas und Flüssigkeit, eine Trennung von Gasen und/oder Flüssigkeiten verschiedener Dichten voneinander und/oder die Trennung teilchenförmiger Feststoffe von Gas und/oder Flüssigkeiten zu erreichen. Durch die Abtrennung von Gas an der Oberfläche und angrenzend an das Bohrloch zur Fluidförderung können auch die notwendigen Leitungen auf ein Minimum beschränkt werden, wenn das abgetrennte Gas zum Einspritzen in ein Reservoir oder für einen künstlichen Gaslift benötigt wird. Bestimmte Prozesse können auch die Trennung von Wasser von Öl und den Transport dieser Flüssigkeiten in getrennten Leitungen zur Minimierung von Korrosionsproblemen begünstigen. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, Wasser oder Salzlösung von gefördertem Öl abzutrennen und diese Flüssigkeiten in getrennten Leitungen zu einer Aufbereitungsanlage zu leiten, wo bestimmte Korrosionshemmer in die Öl- oder Wasserleitungen gespritzt werden können, um die Korrosion minimal zu halten. Besonders nützlich wären solche Anordnungen in Fällen, wo die Korrosionshemmer beispielsweise aufgrund von Prozessanforderungen nicht zum Mischen mit dem einen oder anderen Fluid geeignet sind. Außerdem ist ein mechanisch einfacher, preiswerter Abscheider, der zumindest eine partielle Trennung von Gas und Flüssigkeiten oder eine partielle Trennung von Fluids verschiedener Dichten bewirken kann, wünschenswert und besonders nützlich für die Trennung geförderter Fluids in vielen Bohrlöchern für die Förderung von Kohlenwasserstoff sowie anderen Prozessanwendungen für Fluids.
US-A-4,376,676 offenbart einen Zweistufenabscheider, in dem ein erster Teil eines Fluidstroms durch eine Ablenkvorrichtung, die der Flüssigkeit eine spiralförmige Bewegung verleiht, zentrifugal getrennt wird, wobei der Rest in eine Nabe der Ablenkvorrichtung geleitet wird, wo die Trennung durch Schwerkraft erfolgt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung stellte einen einzigartigen Abscheider für eine Oberflächenfließleitung oder einen sogenannten Abscheider vom Inline-Typ zur Verfügung, der insbesondere für die Verwendung in Zusammenhang mit Bohrlöchern für die Förderung von Fluid ausgelegt ist, zur Trennung von Flüssigkeiten verschiedener Dichten einschließlich der Trennung von Flüssigkeit von Gas, Trennung von Flüssigkeiten verschiedener Dichten voneinander und der Trennung teilchenförmiger Feststoffe von einem Hauptteil eines Fluidstroms.
In einem Aspekt stellt die Erfindung einen Flüssigkeitsabscheider zur Abtrennung von Flüssigkeiten verschiedener Dichte zur Verfügung, die in einem fließenden Strom durch eine Oberflächenfließleitung fließen, wobei der Abscheider umfasst:
ein zylindrisches erstes Gehäuse und ein dazu axial ausgerichtetes zylindrisches zweites Gehäuse, wobei das erste Gehäuse einen größeren Durchmesser als das zweite Gehäuse hat, das erste Gehäuse nahe seines einen Endes eine Flüssigkeitseinlassöffnung aufweist, die so eingestellt ist, dass sie in Strömungskommunikation mit der Oberflächenfließleitung ist;
eine längliche spiralförmige Ablenkvorrichtung, die sich mittig durch mindestens einen Teil sowohl des ersten Gehäuses als auch des zweiten Gehäuses erstreckt, wobei die Ablenkvorrichtung dafür sorgt, dass an einem Ende des ersten Gehäuses eintretende Flüssigkeit spiralförmig durch die Gehäuse fließt;
eine erste Auslassvorrichtung auf dem ersten Gehäuse, um einen ersten Teil des spiralförmigen Stroms zu entfernen, wobei der erste Teil ungefähr dem Teil des spiralförmigen Stroms durch das erste Gehäuse entspricht, der durch einen ringförmigen Querschnittsbereich mit einem dem des ersten Gehäuses entsprechenden Außendurchmesser und einem dem des zweiten Gehäuses entsprechenden Innendurchmesser fließt;
eine zweite Auslassvorrichtung am zweiten Gehäuse, um einen radial nach außen gekehrten Bereich des spiralförmigen Stroms durch das zweite Gehäuse zu entfernen, und
eine dritte Auslassvorrichtung, um den restlichen, radial nach innen gekehrten Teil des spiralförmigen Stroms durch das zweite Gehäuse zu entfernen.
In einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Trennung von Flüssigkeiten verschiedener Dichten zur Verfügung, die in einem fließenden Strom durch eine Oberflächenfließleitung fließen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Einleiten der Flüssigkeiten in ein Ende eines Flüssigkeitsabscheiders, damit sie durch ein zylindrisches erstes Gehäuse des Flüssigkeitsabscheiders strömt, wobei das erste Gehäuse ein erstes Segment einer axial darin angeordneten länglichen spiralförmigen Ablenkvorrichtung aufweist, wobei die Ablenkvorrichtung dafür sorgt, dass die Flüssigkeiten spiralförmig durch das erste Gehäuse fließen;
Leiten eines ersten Teils der Flüssigkeiten durch einen ringförmigen Bereich mit einem dem des ersten Gehäuses gleichen Außendurchmesser und einem Innendurchmesser, der dem eines zylindrischen zweiten Gehäuses gleich ist, das sich axial angeordnet zum ersten Gehäuse erstreckt, wobei ein verbleibender Teil der Flüssigkeiten in das zweite Gehäuse eintritt, in dem ein zweites Segment der feststehenden Umlenkvorrichtung axial angeordnet ist, um den spiralförmigen Strom des verbleibenden Teils der Flüssigkeiten aufrechtzuerhalten;
Entfernen des ersten Teils der Flüssigkeiten durch eine erste Auslassvorrichtung auf dem ersten Gehäuse;
Entfernen eines radial nach außen gewandten Teils des verbleibenden Teils der Flüssigkeiten durch eine zweite Auslassvorrichtung auf dem zweiten Gehäuse;
Entfernen des restlichen Teils der Flüssigkeiten durch eine dritte Auslassvorrichtung.
Weitere bevorzugte, aber nur ggfs. enthaltene Merkmale sind in den untergeordneten Ansprüchen aufgeführt.
Die bevorzugten Ausführungsformen können einen spiralförmigen Abscheider vom Inline-Typ zur Verfügung stellen, der besonders darauf ausgelegt ist, dass er auf einfache Weise in eine Oberflächenfließleitung eingeführt werden kann, die von einem Förderbohrloch oder einer anderen Fluidquelle wegführt. Die Trennvorrichtungen sind besonders kompakt und lassen sich leicht in ein Netzwerk von Produktionsfluidströmen einführen, unabhängig davon, ob dieses bereits vorliegt oder neu angelegt wird. Es ist nur eine minimale Modifizierung des bestehenden Strömungsverteilungssystems erforderlich. Darüber hinaus ist bei Anwendungen zur Trennung von Gas von Öl und anderen Flüssigkeiten zumindest eine teilweise Abtrennung leicht zu erreichen, und das Gas kann direkt zu einem Einspritzbohrloch zurückgeleitet oder insbesondere für einen künstlichen Gaslift verwendet werden, ohne dass weitere Trennschritte erforderlich sind. Auf Wunsch können die Abscheider jedoch auf einfache Weise so eingestellt werden, dass die Trennung von Gas von Flüssigkeit, teilchenförmigen Feststoffen von einem größeren Teil des flüssigen Stroms oder Flüssigkeiten verschiedener Dichten voneinander maximiert wird.
Obwohl die erfindungsgemäßen Abscheidersysteme besonders nützlich für die Trennung von Fluids in Oberflächenfließleitungen sind, die von Bohrlöchern zur Förderung von Fluids wegführen, können die Abscheidersysteme auch bei anderen Anwendungen im Zusammenhang mit der Produktion und Verarbeitung von Kohlenwasserstofffluids sowie anderen Flüssigkeitsverfahren einschließlich der Positionierung in Leitungen vor Flüssigkeiten vor Vorrichtungen, die den Strom messen, verwendet werden.
Fachleute werden die vorstehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung zusammen mit anderen überlegenen Eigenschaften zu würdigen wissen, wenn sie die folgende Beschreibung anhand der Zeichnungen lesen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines Abscheidersystems in einer Oberflächenfließleitung zur Trennung von Fluids aus einem Förderbohrloch.
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines mehrstufigen Abscheidersystems zur Trennung von Fluids in einem Strom aus einem Förderbohrloch.
Fig. 3 ist eine in Längsrichtung verlaufende zentrale Schnittansicht einer Ausführungsform eines Abscheiders.
Fig. 4 ist eine in Längsrichtung verlaufende zentrale Schnittansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Inline-Abscheiders, und
Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm einer alternativen Ausführungsform eines mehrstufigen Abscheidersystems.
Die Abscheidersysteme von Fig. 1, 2, 3 und 5 sind nicht Teil der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In der folgenden Beschreibung sind gleiche Elemente im Text und in den Zeichnungen mit den gleichen Nummern gekennzeichnet. Die Zeichnungen sind im Interesse der Klarheit und Genauigkeit nicht unbedingt maßstabsgetreu.
In Fig. 1 ist in schematischer Form ein Förderbohrloch 10 für ein Kohlenwasserstofffluid zu sehen, das dazu eingesetzt werden kann, ein Gemisch aus Öl und Gas und/oder ein Gemisch aus Öl, Gas und Wasser zu fördern. Das Förderbohrloch 10 hat einen herkömmlichen Bohrlochkopf 12 und eine Fließleitung 14 für das geförderte Fluid, die mit dem Bohrlochkopf verbunden ist, um das vorstehend beschriebene Fluidgemisch zu einer nicht gezeigten geeigneten Verarbeitungsanlage zu leiten.
Ein stationärer Schlangenbohrer oder eine Abscheidervorrichtung vom Spiraltyp 16 ist mit der Fließleitung 14 verbunden, um das hindurchgeleitete Fluid aufzunehmen. Wie gezeigt, kann mehr als ein Produktionsbohrloch zum Betrieb an die Fließleitung 14 angeschlossen werden. Als Beispiel ist ein zweites Bohrloch 10a zu sehen, das einen Bohrlochkopf 12 und eine daran und an die Fließleitung 14 angeschlossene Fließleitung 14a aufweist. Fachleute werden sich darüber im klaren sein, dass der in den Abscheider 16 strömende Fluidstrom aus verschiedenen Bohrlöchern, aus nur einem Bohrloch oder einer anderen Quelle stammen kann.
Der Abscheider 16 ist so ausgelegt, dass er mindestens einen Teil des Gases im Fluidgemisch von der Flüssigkeit abtrennt und über eine Leitung 18 aus dem Abscheider austrägt. Vom Gas getrennte Flüssigkeit wird durch die Leitung 20 aus dem Abscheider 16 ausgetragen. Die Flüssigkeitsleitung 20 kann so betrieben werden, dass sie ein darin positioniertes herkömmliches Nothaltventil 22 sowie ein herkömmliches Rückschlagventil 24 und ein steuerbares Drosselventil 26, das in der Leitung 20 hinter dem Rückschlagventil 24 positioniert ist, aufweist. Aus dem Ventil 26 austretendes Fluid kann zu einer geeigneten gemeinsamen Leitung, einem Sammelrohr oder einer nicht gezeigten Verarbeitungsanlage geleitet werden.
Aus dem Fluidstrom im Abscheider 16 abgetrenntes Gas wird durch die Leitung 18 geleitet, in der ein geeignetes Nothaltventil 28 sowie ein manuell oder durch einen Motor gesteuertes Drosselventil 30 positioniert ist. Ein geeigneter Drucksensor und eine Steuerungseinheit 32 können den Druck in der Leitung 18 abfragen und das Ventil 26 so steuern, dass die Fließgeschwindigkeit durch die Leitung 20 so angepasst wird, dass eine geeignete kontrollierte Fließgeschwindigkeit des Fluids durch den Abscheider hergestellt wird. Darüber hinaus kann das steuerbare Drosselventil oder der Schock 30 den Strom des im Abscheider 16 abgetrennten und durch die Leitung 18 strömendes Gases während des in Fig. 1 gezeigten Anlaufens des Systems oder als Antwort auf wesentliche Veränderungen in der Strömungsgeschwindigkeit durch das System teilweise drosseln.
Fig. 1 zeigt eine Endanwendung des im Abscheider 16 vom Fließstrom abgetrennten Gases. Wie gezeigt kann das abgetrennte Gas zu einem Bohrloch 34 geleitet werden, das mit Gaslift arbeitet, um Fluids auf herkömmliche Weise durch einen Röhrenstrang 36 zu fördern. Gas kann zum Bohrlochkopf 38 des Bohrlochs 34 und nach unten durch einen zwischen dem Röhrenstrang 36 und einem Gehäuse 37 angebrachten Ring geleitet werden, damit es durch herkömmliche Gasliftventile (nicht gezeigt) in den Röhrenstrang eintreten kann. Wenn das aus dem Abscheider 16 austretende Gas also einen geeigneten Druck hat, kann es direkt an ein Gasliftbohrloch wie das Bohrloch 34 oder ein Gasinjektionsbohrloch 39 geleitet werden. Alternativ kann das in der Leitung 18 strömende Gas dann, wenn es ausreichend frei von Flüssigkeit ist, vor der weiteren Verwendung wie das Einspritzen in die Bohrlöcher 34 oder das Injektionsbohrloch 39 komprimiert werden. Durch die Leitung 18 strömendes Gas kann auf Wunsch natürlich zu anderen Verarbeitungsanlagen geleitet werden.
In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Abscheiders 16 im Detail zu sehen. Der Abscheider 16 ist vorzugsweise durch ein längliches, im allgemeinen zylindrisches Gehäuseteil 40 mit herkömmlichen T-Anschlussstücken 42 und 44, die an gegenüberliegenden Enden daran angeschlossen sind, gekennzeichnet. Das Leitungsanschlussstück 42 stellt eine Einlassöffnung 46 für Fluid zur Verfügung und das Anschlussstück 44 hat eine Fluidaustragsöffnung 48 für den Abscheider 16. Die Öffnungen 46 und 48 sind jeweils im 90º oder rechten Winkel zur der langgestreckten Mittelachse 49 des Gehäuseteils 40 angeordnet.
Herkömmliche Rohrflansche 50 sind auf geeignete Weise, z. B. durch Schweißen, mit dem Leitungsanschlussstück 42 und der Leitung 14 verbunden, um die Leitung 14 mit dem Abscheider 16 zu koppeln. Auf gleiche Weise sind auch herkömmliche Rohrflansche 40 mit dem Leitungsanschlussstück 44 und der Fluidaustragsleitung 20 verbunden, um die Fluidaustragsleitung an den Abscheider 16 zu koppeln. Außerdem sind herkömmliche Rohrflansche 50 wie gezeigt auch mit den Leitungsanschlussstücken 42 und 44 an einem Ende des axialen Zweigs verbunden. Ein Blindflansch 52 ist mit dem Flansch 50 am Leitungsanschlussstück 42 verbunden, so dass er eine Verriegelung am Einlassende des Abscheiders 16 bildet, und ein Flansch 54 ist mit dem Flansch 50 am Anschlussstück 44 verbunden, um eine Verriegelung am gegenüberliegenden Ende des Abscheiders 16 zu bilden. Eine zentrale axiale Gasaustragsleitung 56 reicht wie gezeigt durch eine geeignete Bohrung im Flansch 54, die damit und innerhalb des Leitungsanschlussstücks 44 und dem äußeren Gehäuse fest verbunden ist. Die Gasaustragsleitung 56 ist wie gezeigt auf geeignete Weise mit der Leitung 18 und dem Flansch 54 verbunden.
Der Abscheider 16 ist mit einer länglichen stationären spiral- oder helixförmigen Ablenkvorrichtung versehen, die im allgemeinen mit der Nummer 58 bezeichnet ist und durch das Leitungsanschlussstück 42 und durch das Gehäuse 40 reicht und an einem Austragsende 60 endet. Die Ablenkvorrichtung 58 ist aus relativ dünnen, plättchenähnlichen, doppelten helixförmigen Ablenkgewindegängen 62 und 64 gebildet, die um eine längliche zylindrische Naben 66 angeordnet und entweder fest damit verbunden oder auf andere Weise daran befestigt sind. Die Nabe 66 reicht koaxial vom Flansch 52 durch das Gehäuse 40 und ist mit der Gasaustragsleitung 56 verbunden. Die Nabe 66 ist auch auf geeignete Weise durch einen Achszapfen in einer Bosse 70 auf dem Flansch 52 verankert. Der hier verwendete Begriff "spiralförmig" bedeutet, dass die Fließrichtung progressiv entlang einer Achse wie der Achse 49 und in einem helixförmigen orbitalen Pfad um eine solche Achse durch die Passagen 49, 59a, verläuft, die in Kommunikation mit den Passagen 43 und 45 stehen, die durch die Anschlussstücke 42 bzw. 44 definiert sind. Die Geometrie der Ablenkvorrichtung 58 kann eine Helix mit einem konstanten oder variablen Gangabstand und einem konstanten oder variablen Innen- oder Außendurchmesser sein. Die Ablenkvorrichtung 58 kann auch aus einzelnen der mehreren Gewindegängen gebildet sein.
Die helixförmige Ablenkvorrichtung 58 ist in einem inneren, im allgemeinen zylindrischen röhrenförmigen Gehäuse 72 angeordnet, und die radialen Extremitäten der helixförmigen Gewindegänge 62 und 65 grenzen vorzugsweise an die Innenwand des Gehäuses 72 an, sind jedoch nicht notwendigerweise damit verbunden. Die Ablenkvorrichtung 58 kann in Bezug auf die Gehäuseteile 72 und 40 durch ihre Verbindung mit der Leitung 56 und/oder der Bosse 70 stationär gehalten werden. Das innere Gehäuse 72 ist koaxial vom Gehäuse 40 beabstandet und im Gehäuse 40 durch gegenüberliegende, beabstandete zylindrische Krägen 74 an jedem seiner Ende geträgert, um einen geschlossenen ringförmigen Raum 76 zwischen den Krägen und den Gehäusen 40 und 72 zu bilden. Der Raum 76 ist so ausgelegt, dass er in Kommunikation mit einer Leitung 80 steht, die mit einem geeigneten Drucksensor 82 verbunden sein kann, um den Druck der Flüssigkeit innerhalb des ringförmigen Raums abzufragen, falls das Gehäuse 72 erodiert oder durchrostet. Aufgrund der hohen Geschwindigkeiten des Fluids, das durch das Gehäuse 72 fließt, und des induzierten spiralförmigen Fließens des Fluids kann es dazu kommen, dass im Fluidstrom mitgerissene Feststoffe die Leitung 72 bis zu einem Punkt abnützen, dass Fluid austritt. Folglich kann durch Überwachen des Fluiddrucks im ringförmigen Raum 76 ein Versagen des Gehäuses 72 festgestellt werden.
Wir gehen davon aus, dass der Betrieb des Abscheiders 16 aus der vorstehenden Beschreibung für einen Fachmann auf dem Gebiet von Fluidabscheidern verständlich ist. Kurz sei nur folgendes ausgeführt: Das durch das Leitungsanschlussstück 42 in den Abscheider 16 eintretende gemischtphasige Fluid wird durch die Ablenkgewindegänge 62 und 64 dazu veranlasst, auf den im Wesentlichen spiralförmigen oder helixförmigen Strömungspfaden 59, 59a durch das innere Gehäuse 72 zu fließen. Der dem Fluid durch die Ablenkvorrichtung 58 verliehene spiral- oder helixförmige Fluss sorgt dafür, dass die dichteren Fluids zur Innenwand 73 des Gehäuse 72 fließen, während weniger dichte Fluids wie Gas entlang der spiraligen Strömungspfade näher an der Nabe 66 fließen. Wenn das strömende Fluid aus der Ablenkvorrichtung 58 austritt, fließt das weniger dichte Fluid wie ein Gas durch geeignete Öffnungen 57 in der Gasaustragsleitung 56 und dann durch die Leitung 56 zur Leitung 18. Dichtere Fluids wie Öl oder ein Gemisch aus Öl und Wasser fließen in das Leitungsanschlussstück 44 und von dort durch den Austragsströmungspfad, der durch die Öffnung 48 und die Leitung 20 zur Verfügung gestellt wird.
Die Orientierung des Abscheiders 16 kann bezüglich der Haltung der langgestreckten Mittelachse 49 entweder im Wesentlichen vertikal, schräg oder horizontal sein. Wie bereits erwähnt, ist es ein besonderer Vorteil des Abscheiders 16, dass er leicht an jedem beliebigen Punkt in einer Fließleitung von einem oder mehreren Bohrlöchern angebracht werden kann, da der Abscheider 16 besonders kompakt ist und einen Teil der Fließleitung umfassen kann.
Beispielsweise wird ein Abscheider 16 mit einer Ablenkvorrichtung 58 mit einem Außendurchmesser von etwa 14 cm (5,50 inches), einem Nabendurchmesser von 5,7 cm (2,25 inches), einem Gangabstand der Helix von etwa 15,2 cm (6,0 inches) und einer Gesamtlänge von etwa 114,3 cm (45,0 inches) in einem herkömmlichen Innengehäuse 72 aus Stahl installiert werden, das in einem Außengehäuse aus Stahl mit einem nominellen Durchmesser von 20,3 cm (8,0 inches) angeordnet ist. Die Anschlussstücke 42 und 44 des Gehäuses sind aus herkömmlichen T-Anschlussrohren mit einem nominellen Durchmesser von 20,3 cm (8 inches) hergestellt. Die Gasaustragsleitung 56 ist ein "Schedule 160" Stahlrohr mit einem Durchmesser von 6,5 cm (2,50 inches) mit vier Öffnungen von 2,54 cm (1,0 inch) Durchmesser, die die Gasaustragsöffnungen 57 umfassen.
Ein Abscheider 16 mit den vorstehenden Abmessungen wurde auf sein Verhalten beim Trennen von Gas und Öl getestet. Dabei wurden mindestens 44% des Gases im Fluidgemisch bis zu 90% des Gases im Gemisch abgetrennt und durch die Leitung 56 aus dem Abscheider 16 entfernt. Das Verhältnis von Gas zu Öl im in den Abscheider 16 eintretenden Fluidgemisch lag im Bereich von 10 : 1 bis 13,8 : 1 (Tausende von Standardkubikfuß pro Tankfass); die Gesamtgeschwindigkeit des Gasstroms lag im Bereich von 849 Millionen Liter pro Tag bis 923 Millionen Liter pro Tag (30 Millionen bis 32,6 Millionen Standardkubikfuß pro Tag), und die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit lag im Bereich von 2.360 bis 3.000 Barrels Rohöl pro Tag. Die Betriebsdrücke lagen im Bereich von 113,8 bis 128,3 bar (1650 bis 1860 psi). Die Gastrennung wurde dadurch gesteuert, dass man die Strömungsgeschwindigkeit des Gases durch die Austragsleitung 18 einstellte und mit dem Sensor 32 und der Steuerungseinheit für das Drosselventil 26 einen Kontrolldruck festlegte. Die Betriebsbedingungen des in Fig. 1 gezeigten Systems werden daher dadurch gesteuert, dass man einen vorher festgelegten Gasdruck in der Leitung 18 einstellt und den Strom der durch die Leitung 20 aus dem Abscheider austretenden Flüssigkeit drosselt, um den Druck in der Leitung 18 auf dem festgelegten Wert zu halten.
Obwohl eine teilweise Trennung des Gases von der Flüssigkeit bei Anwendungen, die von der Anordnung in Fig. 1 in Betracht gezogen werden, wo das abgetrennte Gas als Liftgas für das Bohrloch 34 eingesetzt wird, möglicherweise schon ausreicht, kann der einzigartige Abscheider 16 auch in mehreren Stufen zur Verfügung gestellt werden, um eine vollständigere Trennung eines Fluids von einem anderen zu erreichen. In Fig. 2 ist beispielsweise ein Abscheidersystem 89 zu sehen, in dem ein Fluidstrom aus einer gemischten Phase, und zwar Gas und Flüssigkeit, mittels einer Oberflächenfließleitung 92 aus einem Bohrloch 90 zu einem Abscheider 16a gefördert wird. Zumindest die Abtrennung von Gas aus dem Fließstrom aus dem Bohrloch kann im Abscheider 16a erreicht werden, wo ein Großteil des Gases durch eine Austragsleitung 94 aus dem Abscheider 16a ausgetragen wird, und ein Großteil der Flüssigkeit durch eine Austragsleitung 96 aus dem Abscheider 16a ausgetragen wird. Die Leitung 16 ist mit dem Einlassgehäuseanschlussstück 42b eines zweiten Abscheiders 16b verbunden, in dem eine zusätzliche Abtrennung von Gas von der Flüssigkeit erfolgen kann, und die im Wesentlichen gasfreie Flüssigkeit kann dann durch das Anschlussstück 44b des Abscheiders 16b zu einer Fließleitung 98 für Flüssigkeit ausgetragen werden. Gleichzeitig wird Gas durch eine Gasaustragsleitung 100 aus dem Abscheider 16b ausgetragen. Diese kann mit der Gasaustragsleitung 94 verbunden sein, die zu einem dritten Abscheider 16c führt, der an seinem Einlassanschlussstück 42c Gas aus der Gasaustragsleitung 94 aufnimmt und eine im Wesentlichen gasfreie Flüssigkeit durch die Flüssigkeitsaustragsleitung 102 abgibt. Die Austragsleitung 102 kann wie gezeigt mit der Flüssigkeitsaustragsleitung 98 verbunden sein.
In der in Fig. 2 gezeigten Anordnung wird im Wesentlichen flüssigkeitsfreies Gas durch die Austragsleitung 106 aus dem Abscheider 16c entfernt. Geeignete Rückschlagventile 108 können wie in Fig. 2 in den jeweiligen Austragsleitungen angebracht sein, um einen Rückfluss der Fluids in die jeweiligen Abscheider 16a, 16b und 16c zu verhindern. Wenn das aus dem Abscheider 16b ausgetragene Gas im Wesentlichen frei von Flüssigkeit ist, kann es über die Umleitung 110 auch direkt zur Gasaustragsleitung 106 geleitet werden. Auch andere serielle Anordnungen der Abscheider 16, 16a, 16b und 16c können zur Verfügung gestellt werden, je nachdem, ob die jeweiligen zu trennenden Fluids ganz frei von den anderen Fluids sein müssen. Die Abscheider 16a, 16b und 16c sind praktisch identisch mit dem Abscheider 16 mit dem Unterschied, dass sie beispielsweise in Bezug auf den Durchmesser und Gangabstand der Ablenkvorrichtung unterschiedlich sein können, um die erwarteten volumetrischen Fluidströme effektiver zu trennen. Auch hier sind die einzigartigen Vorteile des Abscheiders 16 auf verschiedene Konfigurationen aus ein- und mehrstufigen Abscheidersystemen anwendbar, wie für einen Fachmann aus der Beschreibung der in Fig. 1 und 2 dargestellten Systeme hervorgeht.
Obwohl die Abscheider 16, 16a, 16b und 16 besonders auf die Trennung von Gas und Flüssigkeiten in einem Bohrlochbetrieb zur Förderung von Kohlenwasserstoffen ausgelegt und dafür von großem Nutzen sind, können die hier offenbarten Abscheider und Systeme auch in anderen Fluidprozessanwendungen zur Trennung einphasiger Fluids verschiedener Dichten voneinander und zur Trennung teilchenförmiger Feststoffe von einem Fluidstrom durch Entfernung der Feststoffe aus dem fließenden Strom mit einem Teil eines Trägerfluids für die Feststoffe, das dichter sein kann als andere Fluids im Strom, verwendet werden. In anderen Worten, teilchenförmige Feststoffe können aus einem Strom eines Fluids gleichmäßiger Dichte abgetrennt werden, indem man beispielsweise einen Teil des Fluids als Träger für die teilchenförmigen Feststoffe abzieht und das im Wesentlichen von Feststoffen freie Fluid durch die Austragsleitung 56 des Abscheiders 16 fließen Iässt. Das Abscheidersystem 89 kann z. B. auch dazu verwendet werden, Öl von Wasser zu trennen, wodurch getrennte Ströme von Öl und Wasser über die Leitungen 106 bzw. 98 geleitet werden, wenn man davon ausgeht, dass Wasser das dichtere Fluid ist.
In Fig. 4 ist ein erfindungsgemäßes mehrstufiges Abscheidersystem zu sehen, das im allgemeinen mit der Zahl 112 bezeichnet wird und insbesondere darauf ausgelegt ist, Fluids verschiedener Dichten und/oder teilchenförmige Feststoffe und einen Fluidstrom, der aus einer Quelle wie z. B. einem Bohrloch 120 für die Förderung eines Kohlenwasserstofffluids ausgetragen wird, zu trennen. Das Trennsystem 112 umfasst einen mehrstufigen Abscheider 122 vom Ablenktyp, der über ein längliches, im allgemeinen zylindrisches, röhrenförmiges äußeres Gehäuse 124 mit einem Fluideinlassende 126 verfügt, das mit einer geeigneten geflanschten Einlassleitung 128 verbunden ist. Die Leitung 128 steht in Kommunikation mit einer Oberflächenfließleitung 130, die an einen herkömmlichen Bohrlochkopf 121 des Bohrlochs 120 angeschlossen ist. Der Quellenstrom für den Abscheider 122 kann aus einem oder mehreren Bohrlöchern stammen, oder der Abscheider kann an anderer Stelle in einem Fluidprozessstrom positioniert sein.
In Fig. 4 umfasst das äußere Gehäuse 124 ein erstes Trägernetzsegment 130, das dem Einlassende 126 benachbart ist und mehrere darin ausgebildete Fluidöffnungen 132 aufweist. Eine diagonale Endwand 134 ist gegenüber dem Einlassende 126 ausgebildet und eine Flüssigkeitsaustragsöffnung 136 erstreckt sich im allgemeinen normal zu einer länglichen Mittelachse 13 8 des äußeren Gehäuses 124. Eine längliche stationäre Ablenkvorrichtung 140 mit mehreren Durchmessern ist im Gehäuse 124 angeordnet und umfasst helixförmige Ablenkgewindegänge 142 und 144, die um eine im allgemeinen zylindrische Nabe angeordnet sind. Die Nabe 145 ist an einem Ende durch das Netz 130 geträgert, erstreckt sich zum gegenüberliegenden Ende des Abscheiders 122 und ist mit einer Mittelachsenaustragsleitung 148 verbunden, die über darin ausgebildete Fluideinlassöffnungen verfügt.
Der Abscheider 122 umfasst eine zweite Stufe, die teilweise durch ein im allgemeinen zylindrisches röhrenförmiges Innengehäuseteil 152 definiert ist, das innerhalb das Gehäuses 124 in konzentrischer Beziehung dazu angeordnet ist. Das Gehäuseteil ist wie gezeigt von einem kleineren Durchmesser als der Durchmesser einer Innenwand 125 des Gehäuseteils 124 und ist darin durch einen mit Öffnungen versehenen Kragen 127 und die Endwand 134 geträgert. Ein ringförmiger Strömungskanal ist zwischen den Gehäuseteilen 124 und 152 ausgebildet und befindet sich in Kommunikation mit dem Gehäuseteil 136. Die Innenwand 153 des Gehäuseteils 152 hat einen kleineren Durchmesser als die Ablenkvorrichtungen 142 und 144. Folglich wird eine spiralförmige Ablenkvorrichtung der zweiten Stufe gebildet, die Ablenkgewindegänge 142a und 144a aufweist, welche im Gehäuseteil 152 angeordnet sind und daran angrenzen, aber einen kleineren Außendurchmesser als die jeweiligen Ablenkgewindegänge 142 und 144 haben. Das Gehäuseteil 152 hat eine diagonale Endwand 158, die an einem Ende gegenüber dem mit Öffnungen versehenen Kragen 127 ausgebildet ist, und eine diagonale Fluidaustragsöffnung 160, um das relativ dichte Fluid auszutragen, das in dem durch die Ablenkgewindegänge 142a und 144a und dem Gehäuseteil gebildeten Abscheideteil abgetrennt wurde. Die Öffnung 160 definiert einen Fließpfad, der sich im allgemeinen ebenfalls normal zur Achse 138 erstreckt. Die Ablenkvorrichtungen 142, 142a, 144 und 144a definieren die spiralförmigen Passagen 145 und 145a, die in Kommunikation mit der Einlassleitung 128 und den Austragspassagen 137 und 161 stehen.
Der Abscheider ist so ausgelegt, dass er Fluids von mindestens drei verschiedenen Dichten voneinander und/oder teilchenförmigen Feststoffe von einem oder zwei Fluids verschiedener Dichte, die durch ihn hindurchströmen, trennen kann. Ein gemischtphasiger Fließstrom mit Fluids verschiedener Phasen und unterschiedlicher Dichten, ein einphasiger Fluidfließstrom mit Fluids verschiedener Dichten und/oder ein Fluidfließstrom, in dem teilchenförmige Feststoffe mitgerissen wurden, kann im Abscheider 122 eine zumindest teilweise Trennung durchlaufen. Fluid, das in die Einlassöffnung 128 eintritt, fließt durch den durch die Ablenkvorrichtungen 142 und 144 definierten Abscheiderbereich, in dem der im Fließstrom induzierte spiralförmige Fließpfad dafür sorgt, dass das dichtere Fluid und die teilchenförmigen Feststoffe sich beispielsweise zur Innenwand 125 bewegen und in den ringförmigen Kanal 156 am Einlassende des Gehäuses 152 durch den mit Öffnungen versehenen Kragen 127 bewegen. Ein Fluid geringerer Dichte oder ein Fluidgemisch fließt durch die Abscheiderstufe, die durch die Ablenkvorrichtungen 142a und 144a definiert ist, worin das dichtere Fluid eines solchen Gemischs entlang der Wand 153 fließt und das weniger dichte Fluid des Gemischs dazu neigt, entlang der Nabe 145 zu fließen und in die Öffnungen 150 der Austragsleitung 148 einzutreten. Fluid, das entlang der Wand 153 fließt oder sich dorthin bewegt, fließt durch die Austragsöffnung 160 aus dem Abscheider.
Beispielsweise kann ein mehrphasiger Fluidfließstrom, der Rohöl, Wasser und Erdgas umfasst, durch den Abscheider 122 getrennt werden. Dabei wird Wasser durch die durch die Ablenkvorrichtungen 142 und 144 definierte Abscheiderstufe abgetrennt und fließt durch den ringförmigen Fließpfad 145 und die Austragsöffnung 136 aus dem Abscheider. Ein Gemisch aus Öl und Gas tritt in die durch die Ablenkvorrichtungen 142a und 144a definierte Abscheiderstufe ein, wo es auf die gleiche Weise wie vorstehend für den Abscheider 16 beschrieben zur Trennung von Gas und Flüssigkeit kommt. Dabei fließt Gas aus dem Abscheider durch die Leitung 148 und Flüssigkeit wie Rohöl aus dem Abscheider durch die Austragsöffnung 160.
Der Abscheider 122 kann auch so arbeiten, dass Flüssigkeiten verschiedener Dichte und im Fließstrom mitgerissene Feststoffe abgetrennt werden. Bei letzteren ist es wahrscheinlich, dass sie abhängig von ihrer Dichte an die Wand 125 wandern und durch die ringförmige Passage 156 und mit einem Teil des dichtesten Trägerfluids im Gemisch durch die Austragsöffnung 136 ausgetragen werden. Folglich kann der mehrstufige Abscheider 122 Wasser, Gas und Öl an einer Stelle effektiv trennen, die einer Quelle eines Gemischs dieser Fluids wie beispielsweise einem Bohrloch für die Förderung von Kohlenwasserstofffluid direkt nachgeschaltet ist. Das abgetrennte Öl, Wasser und Gas kann getrennt zur Entsorgung oder zur Weiterverwendung gemäß einem System zur Bearbeitung solcher Fluids geleitet werden, ohne dass diese über längere Entfernungen zu einer ausgefeilteren Abscheideranlage geleitet werden müssen.
Die Konfiguration des Abscheiders 122 ist in mancher Hinsicht insofern vorteilhaft, als die Einlassleitung 128 koaxial zur Längsachse der Ablenkvorrichtung, welche koinzident mit der Achse 138 angeordnet ist, liegt. Andererseits ist die Konfiguration des Abscheiders 16 insofern vorteilhaft, als dadurch, dass die Einlassöffnung 46 und die Auslassöffnung diagonal zur Achse 49 liegen, die Ablenkvorrichtung durch Entfernung des Flansches 52 oder 54 aus dem einem oder anderen Ende des Abscheiders genommen werden kann, ohne dass die Fließleitungen 14 oder 20 auseinandergenommen werden müssen.
In Fig. 5 ist ein Abscheidersystem 166 gezeigt, in dem ein mehrphasiger Fluidstrom, der mitgerissene Feststoffe enthält, beispielsweise über eine Leitung 170 zu einem Abscheider 16 der ersten Stufe geleitet wird. Gas wird im Abscheider 16 von dem Fluidstrom getrennt und über eine mit der Leitung 56 verbundene Austragsleitung 172 ausgetragen. Ein dichteres Fluid, z. B. eine Flüssigkeit zusammen mit mitgerissenen Feststoffen, wird durch die Leitung 176 aus dem Abscheider 16 ausgetragen. Ein geeigneter Sensor 174 ist in der Leitung 172 angebracht, der beispielsweise eine Vorrichtung zur Dichtemessung oder einen Detektor für flüssige Tröpfchen umfassen kann. Wenn zuviel Flüssigkeit und/oder mitgerissene Feststoffe in die Leitungen 56 und 172 gelangen, kann der dadurch ausgetragene Fluidstrom durch ein motorbetriebenes Drosselventil 178 in der Leitung 172 gesteuert werden, um die Menge des durch den Abscheider 16 strömenden Gases zu steuern, das durch die Leitungen 172 und 56 entfernt wird. Alternativ kann ein Sensor 174a auch in der Leitung 176 angebracht werden. Dieser steuert das Ventil 178, wenn die Zusammensetzung des durch die Leitung 176 aus dem Abscheider austretenden Fluids nicht in einem erwünschten Bereich liegt.
Wie man sieht, ist die Leitung 176 mit der Einlassöffnung 180 eines Abscheiders der zweiten Stufe, der im allgemeinen mit der Nummer 182 bezeichnet wird, verbunden. Der Abscheider 182 ist in mancher Hinsicht dem Abscheider 16 ähnlich mit dem Unterschied, dass die Zentralleitung 45 entfernt wird und eine diagonale Fluidaustragsöffnung in einem modifizierten inneren Gehäuse, das dem inneren Gehäuse 72 des Abscheiders 16 ähnlich ist, zur Verfügung gestellt wird. Allerdings durchschneidet die Öffnung 184 den Strömungspfad des durch die stationäre spiralförmigen Ablenkvorrichtung fließenden Fluids oberhalb des Austragsendes 60 der Ablenkvorrichtung. Das äußere Gehäuse 40 wird ebenfalls modifiziert, um die diagonale Austragsöffnung 184 zur Verfügung zu stellen. Die Ablenkvorrichtung 58 ist in einem Gehäuse 186 geträgert und kann durch die Nabe 66 mit einem Flansch 52 an der Bosse 70 verbunden werden. Das durch die Austragsöffnung 184 aus dem Abscheider entnommene Fluid wird durch eine Leitung 190 geleitet.
Fluid, das nicht durch die Austragsöffnung 184 entnommen wurde, fließt durch eine axiale Austragsöffnung 194 unterhalb der Ablenkvorrichtung 58 zu einer Austragsleitung 196, in der ebenfalls ein geeigneter Sensor 198 angebracht wurde, um mitgeführte flüssige Substanzen zu entdecken oder die Zusammensetzung von Fluids aus der Öffnung 194 (wie ein Wasser-Öl-Gemisch) oder das Vorliegen von Feststoffen im flüssigen Strom festzustellen. Verbunden ist der Sensor 198 mit einer Steuereinheit für ein motorbetriebenes Ventil 192, das den Strom des Fluids durch die Austragsöffnung steuert, und der Leitung 196, um das Mitführen der unerwünschten Komponente durch die Austragsöffnung 194 zu steuern. Die Öffnung 194 ist in Rücken-an-Rücken Flanschen 50 ausgebildet, die entsprechend mit den Gehäusen 40 und 186 verbunden sind und außerdem eine Passage 195 in Kommunikation mit der Öffnung 194 bilden. Die axiale Passage 195 wird teilweise auch durch die Innenwand 187 des Gehäuses 186 gebildet. Alternativ kann wie in Fig. 5 gezeigt ein Sensor in der Fluidaustragsleitung 190 angebracht werden, der auf die Zusammensetzung des hindurchströmenden Fluids reagiert und das motorbetriebene Drosselventil 192 steuert. Folglich können die Sensoren 174 und 198 bzw. die Sensoren 174a und 198a wie gezeigt im Abscheidersystem 166 positioniert werden und wirken auf die Ventile 178 und 192, um zu verhindern, dass Komponenten des flüssigen Stroms durch die jeweiligen Leitungen und 196 geführt werden, in denen sie unerwünscht sind.
Die in Fig. 5 gezeigten Systeme können außerdem einen Abscheider 16d umfassen, der dem Abscheider 16 ähnlich ist, aber eine Ablenkvorrichtung 58d mit einem geringeren Durchmesser aufweist, um eine kleinere Menge an Flüssigkeit, die durch die Leitung 196 aus dem Abscheider 182 ausgetragen wurde, aufzunehmen. Der Abscheider 16d kann so betrieben werden, dass er Flüssigkeiten von zwei verschiedenen Dichten trennt, beispielsweise Wasser von Öl, wobei Öl durch die Austragsleitung 200, die mit einer zentralen Austragsleitung 56 verbunden ist, aus dem Abscheider 16 fließen würde, und die dichtere Flüssigkeit, typischerweise Wasser, durch die periphere oder diagonale Austragsöffnung 48d und eine Austragsleitung 202 aus dem Abscheider 16d fließen würde.
Das in Fig. 5 gezeigte Abscheidersystem kann auf verschiedene Weise betrieben werden. Wenn man beispielsweise annimmt, dass ein Fluidstrom, der durch die Leitung 170 geführt wird, ein Gemisch aus Öl, Wasser, Gas und mitgerissenen Feststoffen in Teilchenform enthält, kann die Abtrennung von Gas vom Rest des Gemischs im Abscheider 16 erfolgen, wo im Wesentlichen das ganze Gas im Gemisch durch die Austragsleitung 172 geleitet wird und das dichtere Gemisch aus Öl, Wasser und einigen mitgerissenen Feststoffen durch die Leitung 176 aus dem Abscheider 16 ausgetragen wird. Wenn der Sensor 174 anzeigt, dass eine übermäßige große Menge Flüssigkeit in die Austragsleitung 172 gelangt, kann der Strom durch das Ventil 178 so eingestellt werden, dass dieser mitgeführte Strom modifiziert wird.
Durch die Leitung 176 aus dem Abscheider 16 ausgetragenes Fluid tritt in den Abscheider 182 ein, wo beispielsweise etwas Flüssigkeit und mitgerissene Feststoffe durch Zentrifugalkraft an die Peripherie auf der Ablenkvorrichtung 58 gelangen und durch die Austragsöffnung 184 und die Leitung 190 aus dem Abscheider 182 fließen. Wenn der Sensor 198 angibt, dass übermäßig viele Feststoffe oder ein Wasser-Öl-Gemisch durch die Passage 195 in die Leitung 196 ausgetragen werden, kann der Strom durch die Leitung durch das Drosselventil 192 eingestellt werden. Wenn die mitgerissenen Feststoffe durch den Abscheider 182 und die Leitung 190 aus dem System entfernt werden, kann beispielsweise ein Gemisch aus Wasser und Öl durch die Leitung 196, die mit der Einlassöffnung 46d des Abscheiders 16d verbunden ist, aus dem Abscheider 182 ausgetragen werden. Die Trennung von Wasser und Öl kann im Abscheider 16d erfolgen, wobei das Wasser den Abscheider 16d durch die Leitung 202 und weniger dichtes Öl durch die Zentralleitung 56d und die damit verbundene Austragsleitung 200 verlässt.
Das in Fig. 5 gezeigte System 166 kann in einem anderen Modus betrieben werden. Angenommen, das durch die Leitung 170 in den Abscheider 16 eintretende Fluidgemisch ist ein Gemisch aus Gas und Flüssigkeit, dann kann der Abscheider eine ausreichende Menge Gas entfernen, um einen im Wesentlichen trockenen Gasstrom zur Verfügung zu stellen, der den Abscheider durch die Leitungen 56 und 172 verlässt, während etwas Gas und die gesamte Flüssigkeit den Abscheider 16 durch die Öffnung 48 und die Leitung 176 verlassen. Folglich tritt ein zweiphasiges Gas-Flüssigkeitsgemisch in den Abscheider 182 ein, worin die im Wesentlichen gasfreie Flüssigkeit durch die Austragsöffnung 184 und die Leitung 190 aus dem Abscheider entfernt werden, so dass ein Zweiphasengemisch mit geringerer Fließgeschwindigkeit zurückbleibt, das durch die Leitung 196 aus dem Abscheider 182 ausgetragen wird. Schließlich kann die verbleibende Trennung von Gas und Flüssigkeit in einer Abscheiderstufe 16d erfolgen. Bei dieser Betriebsart wird im Wesentlichen von Flüssigkeit freies Gas durch die Leitung 172 aus dem System 166 geleitet und im Wesentlichen gasfreie Flüssigkeit wird durch die Leitung 190 aus dem System entfernt.
Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass einer oder mehrere der vorstehend beschriebenen Abscheider dazu verwendet werden, Flüssigkeiten mit zwei verschiedenen Dichten zu trennen, z. B. Öl von Wasser, wobei eine Wasser-in-Öl- oder eine Öl-in-Wasser-Emulsion entstanden ist. Diese Betriebsart ist besonders vorteilhaft für Fördervorgänge aus einem Bohrloch, wenn eine Wasser-Öl-Emulsion gefördert wird und ansonsten eine sehr aufwendige Abscheideranlage erforderlich ist, um die Emulsion aufzubrechen.
Die Abscheider 16, 16a, 16b, 16c, 16d, 122 und 182 können aus herkömmlichen Materialien hergestellt werden, wie sie für Öl- und Gasverarbeitungsanlagen verwendet werden. Wir gehen davon aus, dass der Betrieb der vorstehend beschriebenen Abscheider aufgrund dieser Beschreibung für Fachleute verständlich geworden ist. Ein Fachmann wird verstehen, dass ein besonders kompaktes, mechanisch unkompliziertes und leicht zu betreibendes Abscheidersystem unter Verwendung der Abscheider 16, 16a, 16b, 16c, 16d, 122 und 182 zur Verfügung gestellt werden kann. Wie bereits erwähnt, können diese Abscheider in unterschiedlichen Konfigurationen parallel oder in seriellen Stufen angeordnet werden; die vorstehend beschriebenen Systeme sind beispielhafte, aber vorteilhafte Anordnungen.

Claims

1. Flüssigkeitsabscheider (122) zur Abtrennung von Flüssigkeiten verschiedener Dichte, die in einem fließenden Strom durch eine Oberflächenfließleitung (130) fließen, wobei der Abscheider umfasst:

ein zylindrisches erstes Gehäuse (124) und ein dazu axial ausgerichtetes zylindrisches zweites Gehäuse (152), wobei das erste Gehäuse einen größeren Durchmesser als das zweite Gehäuse hat, das erste Gehäuse nahe seines einen Endes eine Flüssigkeitseinlassöffnung (132) aufweist, die so eingestellt ist, dass sie in Strömungskommunikation mit der Oberflächenfließleitung ist;

eine längliche spiralförmige Ablenkvorrichtung (144), die sich mittig durch mindestens einen Teil sowohl des ersten Gehäuses als auch des zweiten Gehäuses erstreckt, wobei die. Ablenkvorrichtung dafür sorgt, dass an einem Ende des ersten Gehäuses eintretende Flüssigkeit spiralförmig durch die Gehäuse fließt;

eine erste Auslassvorrichtung (136) auf dem ersten Gehäuse, um einen ersten Teil des spiralförmigen Stroms zu entfernen, wobei der erste Teil ungefähr dem Teil des spiralförmigen Stroms durch das erste Gehäuse entspricht, der durch einen ringförmigen Querschnittsbereich mit einem dem des ersten Gehäuses entsprechenden Außendurchmesser und einem dem des zweiten Gehäuses entsprechenden Innendurchmesser fließt;

eine zweite Auslassvorrichtung (160) am zweiten Gehäuse, um einen radial nach außen gekehrten Bereich des spiralförmigen Stroms durch das zweite Gehäuse zu entfernen, und

eine dritte Auslassvorrichtung (150), um den restlichen, radial nach innen gekehrten Teil des spiralförmigen Stroms durch das zweite Gehäuse zu entfernen.

2. Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 1, in dem mindestens ein Teil des zweiten Gehäuses (152) konzentrisch in das erste Gehäuse (124) reicht, so dass der erste Teil des spiralförmigen Stroms in einen ringförmigen Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuse eintritt.

3. Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 1 oder 2, in dem die spiralförmige Ablenkvorrichtung (140) ein erstes Segment mit einem verhältnismäßig größeren Durchmesser innerhalb des ersten Gehäuses und ein zweites Segment mit einem verhältnismäßig kleineren Durchmesser innerhalb des zweiten Gehäuses aufweist.

4. Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 3, in dem die spiralförmige Ablenkvorrichtung aus zwei verdrillten spiralförmigen Ablenkgewinden (142, 144) besteht.

5. Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die dritte Auslassvorrichtung eine Leitung (148) ist, die koaxial zur spiralförmigen Ablenkvorrichtung angeordnet ist und eine Verlängerung von deren Mittelpunkt (146) bildet.

6. Flüssigkeitsabscheider nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die in der Fließleitung fließenden Flüssigkeiten Öl, Wasser und Gas sind.

7. Verfahren zur Trennung Von Flüssigkeiten verschiedener Dichten, die in einem fließenden Strom durch eine Oberflächenfließleitung fließen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

Einleiten der Flüssigkeiten in ein Ende eines Flüssigkeitsabscheiders, damit sie durch ein zylindrisches erstes Gehäuse (124) des Flüssigkeitsabscheiders strömt, wobei das erste Gehäuse ein erstes Segment einer axial darin angeordneten länglichen spiralförmigen Ablenkvorrichtung (140) aufweist, wobei die Ablenkvorrichtung dafür sorgt, dass die Flüssigkeiten spiralförmig durch das erste Gehäuse fließen;

Leiten eines ersten Teils der Flüssigkeiten durch einen ringförmigen Bereich mit einem dem des ersten Gehäuses gleichen Außendurchmesser und einem Innendurchmesser, der dem eines zylindrischen zweiten Gehäuses (152) gleich ist, das sich axial angeordnet zum ersten Gehäuse erstreckt, wobei ein verbleibender Teil der Flüssigkeiten in das zweite Gehäuse eintritt, in dem ein zweites Segment der feststehenden Umlenkvorrichtung (140) axial angeordnet ist, um den spiralförmigen Strom des verbleibenden Teils der Flüssigkeiten aufrechtzuerhalten;

Entfernen des ersten Teils der Flüssigkeiten durch eine erste Auslassvorrichtung (136) auf dem ersten Gehäuse;

Entfernen eines radial nach außen gewandten Teils des verbleibenden Teils der Flüssigkeiten durch eine zweite Auslassvorrichtung (160) auf dem zweiten Gehäuse;

Entfernen des restlichen Teils der Flüssigkeiten durch eine dritte Auslassvorrichtung (150).

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Schritt, in dem die Flüssigkeiten dazu veranlasst werden, spiralförmig durch das erste Gehäuse zu fließen, durch ein erstes Segment mit einem größeren Durchmesser einer spiralförmigen Ablenkvorrichtung innerhalb des ersten Gehäuses bewirkt wird und bei dem der Schritt, mit dem der spiralförmige Fluss des Teils der Flüssigkeiten durch das zweite Gehäuse durch ein zweites Segment mit kleinerem Durchmesser der spiralförmigen Ablenkvorrichtung innerhalb des zweiten Gehäuses bewirkt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem der restliche Teil der Flüssigkeiten axial zu dem ersten und zweiten Gehäuse entfernt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, umfassend das Führen des Rests der Flüssigkeiten axial zur dritten Auslassöffnung über eine hohle Verlängerung eines Mittelteils des zweiten spiralförmigen Ablenksegments.