NO871263L - Blandeinnretning. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen består av en anordning for blanding av et pulveraktig materiale med en væske, hovedsakelig sementpulver og vann. Oppfinnelsen er i første rekke tenkt anvendt i forbindelse med sementering av oljebrønner, gassbrønner, geotermiske eller andre brønner.

Slike anordninger har lenge vært kjent, f.eks. som omtalt i US patent 1486883, fra 1922. Søkingen etter bedre blandings-kvalitet og produksjonsteknikker har ført til et stort antall publikasjoner, hvorav det mest bemerkelsesverdige uten tvil er US patent 4453829.

Dette dokument omhandler en blandeinnretning med to rotorer som er sammenkoplet i et enkelt hus. En øvre rotor mottar granulært materiale ved sitt sentrum ved enkel fallmating gjennom en sentral åpning i husets øvre del, og kaster dette materiale mot motorkanten, mens væske kommer inn gjennom en sentral åpning i undersiden av den nedre rotor, for ved hjelp av sentrifugalvirkning å kastes mot rotoromkretsen. Blanding av det granulære materiale og væsken skjer i omkretsområdet mellom de to rotorer, idet blandingen trekkes ut gjennom huset ved hjelp av et passende utstrømningssystem. Den ovenfor beskrevne blandeinnretning arbeider fullt ut tilfredsstillende når det granulære materiale er sand og væsken er en gel.

Blandeinnretningen er imidlertid funnet å arbeide mindre tilfredsstillende med meget finkornet pulvermateriale såsom sement, og vann.

I det første tilfelle vil finkornet pulvermateriale inne-slutte et betydelig luftvolum, som frigjøres i utstyrets omkrets-blandeområde. Denne luft kan ikke sentrifugeres av den øvre rotor, og kan således ikke evakueres fra huset med den ferdige blanding, men vil således samles i dette område og gradvis hindre korrekt drift av blandeinnretningen.

I det andre tilfelle er materialer såsom sand ikke særlig egnet for enkel fallmating inn i den øvre rotor, men dette gjelder ikke finkornet pulver hvis nedre densiteter gjør dem tilbøyelige til å utsettes for trykk-ubalanse i denne sone.

Videre tillater ikke angjeldende utstyr enkle justeringer av densiteten til den oppnådde blanding, samtidig som det er alminnelig erkjent at vellykket sementering av oljebrønner avhenger av nøyaktig og enkel kontroll av densiteten til; den sement som benyttes.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en blandeinnretning som oppfyller de ovenfor angitte fordringer, men sikrer tilfredsstillende drift også med finkornete pulvere.

Oppfinnelsen er særlig beregnet for behandling av sementpulvere og tillater, i den foretrukne utforming, særlig enkel og likevel meget nøyaktig densitetregulering.

Disse formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved hjelp av en sentrifugal-blandeinnretning med et hus inneholdende en hurtig-løpende rotor og i hvilket det tilførte fluid strømmer inn via et innløp. Et tilførselssystem for et pulvermateriale1 (eller for en andre væske) er også anordnet, sammen med et utløp ;for evakuering av blandingen ved et trykk større enn atmosfæretrykket. I denne blandeinnretning omfatter pulvermaterial-tilførsel;ssystemet en strålepumpe som mottar pumpefluidet gjennom returledningen for den ferdige blanding.

Blandeinnretningen har fortrinnsvis luftevakueringsorganer i blandeområdet, og en andre rotor for å trykksette fluidet ved hjelp av sentrifugalvirkning.

Denne konstruksjon er bemerkelsesverdig av følgende grunner. For det første tilveiebringes strålepumpe-drivfluidet ved innvendig resirkulasjon (via en ledning som er innført i blandeinnretningens trykksone), slik at man unngår ytterligere mate-rialfordringer. Følgelig kan blandingens densitet reguleres ved enkel styring av pulvermaterial-tilførselen (via en ventil som styrer åpningen til pulvertrakt-avløpet).

Termen "blandeinnretningens trykksone" (det område som resirkuleringsledningen er innført i) betegner i forbindelse med oppfinnelsen enten den del av blandingen som står under trykk, eller en sone som er rik på fluid under trykk (delvis blandet). En slik sone vil særlig forekomme dersom omkretsområdet rundt rotorene er delvis skilt av en plate som er montert på rotorene. Slik adskillelse er ikke uunnværlig, men sikrer at blandingen som strømmer gjennom strålepumpen ikke er tettere enn den blanding som oppnås rundt omkretsen av sentrifugerotoren ("slyngeren").

På den annen side fører denne skilleplate til et lite fall i effektiviteten.

Selv om det er vanskelig fullt ut å dokumentere visse fenomener som opptrer i blandeinnretningen, synes det som om blandeinnretningen, i fravær av ovennevnte skilleplate, arbeider med et så høyt effektivitetsnivå at blandingens densitet i alle områder av omkrets-blandeområdet (dvs. topp eller bunn) - og følgelig densiteten til den leverte blanding - er konstant.

Som nevnt har bruk av en strålepumpe markerte fordeler for tilførsel av sementpulvere - US patent 1486883 har allerede anbefalt dette. Uheldigvis medfører slik bruk betydeligeøkinger i luftvolumet som bringes inn med pulveret. Tidligere utstyr kunne derfor bare gjøre bruk av denne type pumpe dersom sistnevnte hadde innstallert en avgassingstank nedstrøms, og hvorfra blandingen ble tilbakepumpet. Forut for foreliggende oppfinnelse kunne muligheten for å bruke en strålepumpe sammen med den type blandeinnretning som er beskrevet i US patent 4453829 direkte - dvs. uten å anvende avgassingstank - ikke komme i betraktning, så meget desto mer som det faktum at denne type blandeinnretning allerede var beheftet med luft-akkumuleringsproblemer. Ved foreliggende oppfinnelse unngår man denne vanskelighet, ved at den tillater evakuering av luft fra blandesonen.

Generelt sett er alle typer fluid-strålepumpe egnet for oppfinnelsens formål. Det henvises f.eks. til "Pump Handbook" publisert i 1976 av McGraw Hill Book Company, U.S.A., avsnitt 4 angåend klassiske strålepumper, dvs. slike som har en sentral fluidstråle som gir høytrykksdrift mot en lavtrykksdyse, dvs. som medfører materialet for levering ved dannelsen av et lavtrykksom-råde. Også innbefattet under den generelle betegnelse "strålepumper" er ring-strålepumper hvor drivfluidet injiseres i form av en konisk virvelplate (eller enkelt-filamenter) som omgir pulvermaterial-tilførselen. Pumper med sentrale stråler monteres normalt på tvers under pulvermaterialtraktens avløp, mens pumper av ringtypen mest fordelaktig monteres dersom reservoaret er beliggende direkte over blandeinnretningens sentrale øvre åpning, hvormed den kommuniserer via et vertikalt sylindrisk kammer inneholdende én eller to enkeltslisser som frembringer virvel-platen eller drivfilamentene.

Bortsett fra de allerede omtalte fordeler har det foreslåtte system andre fordeler som omtalt nedenfor. Bortsett fra pulver- reguleringsventilen inneholder systemet ikke flere bevegelige deler enn eksisterende systemer. Vedlikehold, innbefattende rengjøring, er enkelt og utstyrets pålitelighet er utmerket.

I motsetning til hva man kunne vente vil det å tilføre strålepumpen et fluid hvis densitet kan variere (i forhold til blandingen) ikke forstyrre innstillingen av pulvertilførselen pr. tidsenhet.

Blandingens kvalitet er utmerket, hvilket er desto mer overraskende ettersom systemet ifølge denne oppfinnelse kullkas-ter de etablerte prinsipper som angir at sementblanding bør foregå gjennom økende densitetnivåer inntil den nødvendige densitet er nådd. Tvert imot tillater oppfinnelsen sementblanding ved høye densitetnivåer i strålepumpen, deretter densitet-reduksjoner til et lavere nivå i blandingen.

Ettersom strålepumpen er direkte forbundet med blandeinnretningens innløpsområde (som er ved et forholdsvis lavt trykk), er der ingen fare for blokkering av pumpen. Dette er ikke tilfelle med visse oppsetninger som anvender den tidligere teknologi, der strålepumpen måtte levere tilstrekkelig trykk til å løfte blandingen, f.eks. opp til avgassingstanken.

Andre fordeler og karakteristiske trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av følgende beskrivelse. Det henvises til figurene i vedlegget, dvs.: Figur 1: tverrsnitt av en blandeinnretning som dekkes av oppfinnelsen. For å unngå unødvendig gjentagelse av illustra-sjonene viser tegningen to forskjellige konstruksjoner som følger: (til venstre) - en versjon av et pulvertilførselssystem og en løsning for luftevakuering,

(til høyre) - alternative variasjoner av ovennevnte.

Figur 2: skjematisk gjengivelse av en blandeinnretning dekket av oppfinnelsen. Figuren viser to mulige utforminger av resirkulasjonsledningen som tilfører strålepumpen dens drivfluid.

I figur 1, et hus 2 inneholdende øvre rotor 3 (også kjent som en "slynger") og nedre sentrifugérotor 4 ("impeller"). Huset 2 kan bestå av et øvre og et nedre skall som er sammensatt ved hjelp av deler som ikke er vist. Rotorene 3 og 4 er montert på enden av en aksel 5 som drives av en motor 6 montert på en støtte 15 (se figur 2).

Sentrifugerotoren 4 er slik konstruert at dens rotasjon danner en virvel som i sin tur frembringer en sugesone 7 i området ved den nedre åpning 8. Et innløp 9 (for vann eller mer generelt, fluider) er montert ved denne åpning og vann suges inn gjennom åpningen 8, leveres så under trykk mot den nedre rotors ytterkant, og fordeles generelt rundt hele blandeinnretningens ytre avgrensning.

Den øvre rotor 3 er slik utformet at pulvermaterialet som innføres gjennom et kammer 14 nær en øvre innløpsåpning 10, kastes mot rotorens omkretssone og slynges generelt rundt hele blandeinnretningens ytre avgrensning, der det integrerende blandes med vannet (som selv er fullt agitert). Den (under trykkstående) blanding evakueres gjennom utløpet 11 beliggende i blandeinnretningens ytre avgrensning.

Rotorene 3 og 4 er sammensatt ved hjelp av de påfestete deler 12 og 13.

Blandeinnretningen 1 er integrert i en blandekrets (figur

2) omfattende en blandevann-tank 20 som leverer til innløpet 9

i den nedre del av blandeinnretningen, en tilførselstrakt 21 inneholdende pulvermateriale og forbundet med kammeret 14 som mater inn i den øvre del av blandeinnretningen, en høytrykkpumpe 22 som mottar den tilførte blanding fra utløpet 11 via en leveringslinje 28. Pumpen 22 leverer den ferdige blanding (f.eks. væskeformig sement for sementering av en oljebrønn).

Ovennevnte opplegg er en kjent metode, og er beskrevet i US patent 4453829 som det herved henvises til.

Oppfinnelsen muliggjør et tvangsdrevet pulvertilførselsystem som anvender en fluidstrålepumpe 23 beliggende oppstrøms av ventilen 24 som styrer avløpet til trakten 21. Strålepumpe-drivfluidet fremkommer via resirkuleringsledningen 25 som suger fra blandeinnretningen høytrykkssone (dvs. rundt rotoromkrets-ene). Resirkuleringsledningen 25 kan suge fra 29 i rotorens nedre sone (hvor blandingen er tyngre i vann) dersom skilleplaten 35 er anordnet mellom rotorene 3 og 4 (montert på rotor 4), selv om, som ovenfor nevnt, en slik plate ikke er uunnværlig. Alternativt kan fluiddriften opptas direkte fra utløpet 11 eller leveringsledningen 28. I dette tilfelle vil strålepumpedriften være selve vann/sement-blandingen.

Strålepumpen medfører pulveret, idet sistnevntes strømnings-hastighet styres ved hjelp av ventilen 24 (f.eks. spjeldventil eller sleideventil) beliggende i ledningen 26 som kommer tangen-sielt inn i kammeret 14. Toppen av kammeret er åpent for innslipping av luft, og selve kammeret passer inn i blandeinnretningens øvre åpning 10, som innbefatter en annen luftpassasje. Ledningen 26 og kammeret 14 må danne en enkelt del. Dersom strålepumpen er av ringtypen erstattes enheten bestående av 23 og 26 av en ringformet slisse 36, eller en rekke omkretsmessig fordelte slisser, skåret direkte inn i kammeret 14. I dette tilfelle er sistnevnte plassert umiddelbart under traktens justerbare bunn-avløp.

Trakten 21 er av pneumatisk type eller av fall-tilførsels-typen, eller begge deler.

I betraktning av det faktum at strålepumpe-drivfluidet er en sirkulasjonstilførsel kan utstyrets strømningsplan skrives ganske enkelt som:

F.eks. under sementering av en oljebrønn e.l., er volumet av sement som leveres av pumpen 22 til oppstrømsbrønnen konstant og bestemt av pumpehastigheten. Mengden pr. tidsenhet av utstrøm-mende blandet materiale gjennom 11 er derfor konstant eller kan lett holdes konstant.

Som følge av ovennevnte argument bestemmer blandeinnretningens strømningsplan at vanninnstrømning 8 er en direkte funksjon av pulverinnstrømning 10, som lett kan styres ved hjelp av ventilen 24.

Det skal bemerkes at det faktisk er mulig å styre sement-strømmen istedenfor vannstrømmen, ettersom levering av først-nevnte er tvangsmessig, mens sistnevnte tilførsel ikke er det. Sementstrømmen har følgelig prioritet fremfor vannstrømmen.

En densitetmåler 27 er montert i resirkulasjonsledningen og/eller på leveringsledningen 28, særlig dersom resirkuleringsledningen er innført i sistnevnte. Dersom dette er tilfelle er uttaket nedstrøms av densitetmåleren. Det er en fordel å montere en ventil 37 også i ledningen 28 for å tillate full resirkulering av blandingen gjennom strålepumpen 23 ved oppstarting (når sementinnholdet i blandingen er noe lavt).

Som ovenfor forklart er en avgjørende faktor for korrekt drift av utstyret anordningen av tilfredsstillende midler for evakuering av luften som bringes inn via strålepumpen 23 med pulvertilførselen.

I dette øyemed, og som vist i figur 1 (høyre side), er der anordnet et luftevakueringshulrom 30 mellom rotorene 3 og 4 - dette kommuniserer med blandeinnretningens øvre sentrale sone 32 via kanaler 31 som er boret skrått gjennom den øvre rotor 3. Luft kan unnslippe fra sonen 32 via kanalen mellom åpningen 10 og kammeret 14. Luftevakueringshulrommet 30 kan dannes av distanse-styrker på festedeler 12 og 13.

I en alternativ versjon (noe mer komplisert å fremstille) som vist i venstre del av figur 1, er der ikke anordnet noe inter-rotor-luftevakueringshulrom. Isteden forbinder kanaler 33 som skjærer gjennom rotoren 33 den øvre sentrale sone 32 med høytrykkssonen 34 nær de to rotorer.

Dersom inter-rotor-skilleflate 35 skal monteres gir luft-evakueringssystemet en passasje mellom den øvre del av blandeinnretningens omkretssone, og sonen 32. I dette tilfelle vil der være anordnet et antall åpninger i platen 35 for å tillate evakuering av luft som er innesluttet under platen.

Claims (10)

1. Blandeinnretning for væske og pulveraktig materiale, omfattende et hus (2) som inneholder en hurtigløpende rotor (3 og 4) og i hvilket væske tilføres gjennom innløp (9) og pulveraktig materiale tilføres via et system omfattende (21 og 14), væske/- pulverblandingen evakueres gjennom avløp (11) ved et trykk som er større enn atmosfæretrykket. Utstyret erkarakterisert vedanordning av en strålepumpe (23) i pulvertil-førselssystemet (21 og 14), idet strålepumpen mottar sin drivfluid gjennom en blanding-resirkuleringsledning (25).

2. Blandeinnretning for væske og pulveraktig materiale, omfattende et hus (2) som inneholder en hurtigløpende rotor (3 og 4) og i hvilket væske tilføres gjennom innløp (9) og pulveraktig materiale tilføres via et system omfattende (21 og 14), væske/- pulverblandingen evakueres gjennom avløp (11) ved et trykk som er større enn atmosfæretrykket. Utstyret erkarakterisert vedanordning av en strålepumpe (23) i pulvertil-førselssystemet (21 og 14), (som mottar sitt drivfluid gjennom en blanding-resirkuleringsledning (25), og ved anordning av evakueringsmidler (30, 31 og 33) for luft som er bragt inn med blandeinnretningstilførselen.

3. Blandeinnretning ifølge krav 1 eller 2, for blanding av et pulveraktig materiale med en væske, av følgende konstruksjon: selve blandeinnretningen (1) med øvre sentrifugerotor (3) ("slynger") (for pulver) forbundet med en nedre sentrifugerotor (4) ("impeller") (for væske), idet disse to er montert i et hus (2) som har en øvre sentral åpning (10) for pulverinnløp, en nedre sentral åpning (8) for væskeinnløp, og et omkretsmessig montert avløp (11) for blandingen; blandeinnretningen har en sone (34) (under trykk) rundt rotoromkretsen; et væskeinnløp (9) som er forbundet med åpningen (8); og et pulvermaterial-tilførsels-system omfattende (21 og 14) som fører inn i en øvre åpning (10) og som inneholder en pulvermaterial-tilførselstrakt (21). Blandeinnretningen erkarakterisert vedat der i tilførselssystemet (21 og 14) er anordnet en strålepumpe (23) beliggende nedstrøms av en ventil (24) som styrer åpningen av tilførselstrakten, og er direkte forbundet (via 26 og 14) med den øvre åpning (10), og ved anordning av evakueringsmidler (30, 31 og 33) i blandesonen (34) for luft som er bragt inn i sonen 34 .

4. Blandeinnretning ifølge krav 3karakterisertved at fluidtilførselen for strålepumpen (23) besørges av en resirkuleringsledning (25) som er innført i blandeinnretningens (1) høytrykkssone (29).

5. Blandeinnretning ifølge krav 4,karakterisertved at resirkuleringsledningen (25) er innført i blandeinnretningens (1) avløp (11 og 28).

6. Blandeinnretning ifølge krav 4,karakterisertved anordning av en plate (35) for delvis adskillelse mellom den nedre rotors (4) og øvre rotors (3) omkretsområder, og at resirkuleringsledningen (25) er innført i (29) i den nedre rotors omkretsområde.

7. Blandeinnretning ifølge krav 3-6,karakterisertved anvendelse av en sentral drivstrøm i strålepumpen (23).

8. Blandeinnretning ifølge et av kravene 3-6,karakterisert vedbruk av en ringformet strøm for drift av strålepumpen (23).

9. Blandeinnretning ifølge et av kravene 3-8,karakterisert vedbruk av falltilførsel for pulvermaterial-tilførselstrakten (21).

10. Blandeinnretning ifølge et av kravene 3-9,karakterisert vedat luftevakueringsorganene (30,

31 og 33) omfatter kanaler gjennom en øvre rotor (3), som forbinder den sentrale blandesone (34) i blandeinnretningen (1) med den øvre blandesone (32), idet sistnevnte kommuniserer med atmosfæren.