NO20100746A1

NO20100746A1 - En forbedret tilløpskanal til fordeling av væske og partikler for en brønnvæske-siktemaskin

Info

Publication number: NO20100746A1
Application number: NO20100746A
Authority: NO
Inventors: Bjørn Dahl
Original assignee: Optipro As
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2010-05-20
Publication date: 2011-09-05
Also published as: CN103002995A; US20130139914A1; SG186292A1; US9233398B2; CA2827598A1; CA2827598C; CN103002995B; EA026792B1; AU2011255707B2; NO330993B1; WO2011145945A1; AU2011255707A1; EP2571631B1; HK1181348A1; EA201291291A1; DK2571631T3; EP2571631A1

Description

En forbedret tilløpskanal til fordeling av væske og partikler for en brønnvæske-siktemaskin.

Oppfinnelsen angår en forbedret tilløpskanal til fordeling av en brønnvæske og partikler som ledes inn på en siktemaskin som brukes til separasjons av uønskede partikler i en brønnvæske brukt i petroleumsindustrien. De utskilte partiklene kan omfatte borekaks, bergartspartikler, metallpartikler, tilsatspartikler og kjemikalier. Brønnvæsken kan være vannbasert (WBM) eller oljebasert (OBM) borevæske dersom man skal filtrere under boring, eller en såkalt kompletteringsvæske dersom man skal sirkulere under andre forhold enn boring.

Bakgrunns teknikk

Hver leverandør av siktemaskiner (shale shaker) har utviklet sin design for tilløpskanal. Effekt og praktiske nytte av væske- og partikkelfordelingen på filter er varierende. De ivaretar ikke fult ut potensialet som ligger i tilgjengelig filtreringsareal, bevegelsesmønster (vibrasjon) og transportlengde for partikler på filtrene, eller gjennomstrømning av brønnvæske på samme. Dette fører potensielt til redusert kvalitet på primærrensingen og derav økt forbruk av bl.a. filter, brønnvæske og slitasje på alt utstyr som er i kontakt med den heterogene væsken (i fm. partikkelvariasjoner) .

Kort figurbeskrivelse

Kjent teknikk er illustrert i figurene med henvisninger under:

Fig. A.l: Isometriske tegninger som viser eksempel på en type tilløpskanal til en siktemaskin med horisontal innmating av væske, en såkalt "header box" hvor væsken med partiklene mates hovedsakelig horisontalt inn fra en kasse. Fig. A.2: Isometriske snitt tegninger som viser eksempel på en type tilløpskanal til en siktemaskin med horisontal innmating av væske. Fig. B.l: Isometriske tegninger som viser eksempel på en type tilløpskanal til en siktemaskin med vertikal innmating av væske, en såkalt "feeder box" hvor væsken med partiklene mates hovedsakelig inn ovenfra. Fig. B.2: Isometriske snitt tegninger som viser eksempel på en type tilløpskanal til en siktemaskin med vertikal innmating av væske. Fig. Cl: Isometrisk tegning som viser eksempel på en type tilløpskanal til en siktemaskin med horisontal innmating av væske og et separasjonsfilter montert. Fig. C.2: Isometrisk tegning som viser eksempel på en type tilløpskanal til en siktemaskin med vertikal innmating av væske og et separasjonsfilter montert. Fig. D.l: Isometriske tegninger i oppriss og plan som viser eksempel på en type tilløpskanal til en siktemaskin med horisontal innmating av væske og fordeling av samme på et separasjonsfilter. Fig. D.2 Isometriske tegninger i oppriss og plan som viser eksempel på en type tilløpskanal til en siktemaskin med vertikal innmating av væske og fordeling av samme på et separasjonsfilter. Fig. El - E2 - E3: Isometrisk tegnig som viser eksempel på strømningsdistribusjon og dekningsgrad for en homogen væske på et separasjonsfilter i en siktemaskin. Væskens innmatingsvinkel og hovedretning er markert med piler. To typer tilløpskanaler er her presentert sammen.

Tabell A: Viser eksempler på dekningsgrad for væske og partikler på filter i forhold til filterkvalitet (mesh) og presentert for seksjonene 24", 17,5", 12,25" og 8,5" (boring av brønn).

Forklaring:

• 100 % dekningsgrad (DG) gir kontinuerlig tap av væske på toppfilter.

• 90 % DG gir fare for støtvis tap.

• 75 % DG ved jevn distribusjonsfront gir ikke tap.

Tabell B: Viser kostnad for siktemaskinfilter pr boret (eng. drilled) meter formasjon for seksjonene 24", 17,5", 12,25" og 8,5". Tallene er hentet fra Oljedirektoratet sine nettsider for norsk sektor i perioden 1999 - 2008 og tar utgangspunkt i oppgitt brønnlengde. Av dette er gjennomsnitt forbruk og kostnader generert. Dette defineres som historiske tall.

Problemer ved den kjente teknikken

Et vesentlig problem med de kjente tilløpskanaler er at de leder væske- og partikkelstrømmen fremover på filtrene i siktemaskinens bevegelses- og transportretning - se Fig. Dl, Fig. D2, El - E3. Dette fører til redusert transportvei (distanse og tid) fra treffpunkt på filter til utløp på enden av samme. [Felles for FB & HB]

Et annet vesentlig problem er manglende utnyttelse av tilgjengelig filtreringsareal på filterets innerste del, det som er lokalisert under og bakenfor treffpunkt for væske og partikler - se Fig. Cl, Fig. C2, Dl og D2 Dette gir i praksis lavere mottakskapasitet av væske og partikler ved samme f ilterkvalitet. Dette er felles for feeder box og header box -apparatene.

Et tredje vesentlig problem med tilløpskanalens funksjonelle utforming er at utkastet og deknings- distribusjon av væske og partikler gjenspeiler hvordan tilførsel til tilløpskanal er orientert i retning og vinkel. • En vertikal eller en vinkelrett strømning gir en type strømningsdistribusjon på filter, se Fig. E.l, Pil angir retning på hovedstrømning. • En skråstilt strømning inn fra venstre, versus høyre, gir andre strømningsmønster for samme filter, se E.2 og E.3. Pil angir retning på hovedstrømning.

Et fjerde vesentlig problem er relatert til HMS (Helse Miljø og Sikkerhet) ved at personell eksponeres for borevæskens kjemiske sammensetning (fare for kjemisk lungebetennelse etc.) ved økt håndtering av den økende slitasje på primærfilter ettersom redusert filtreringsareal fører til bruk av grove toppfilter (eng. scalping screen). Grovere toppfilter slipper gjennom en større mengde partikler (volum&vekt), noe som gir økte slitasjen på hovedfilter. Tabell A illustrerer omtrentlig dekningsgrad på toppdekket vs filterkvalitet.

Et femte vesentlig problem er økonomisk relatert ved høyt forbruk av siktemaskinfilter ved boring av brønn - se tabell B, samt de negative konsekvenser dette påfører den operasjonelle fremdrift, vedlikehold av utstyr i brønn og fast/løst utstyr på rigg. Dette fordi kvalitet på borevæsken er påvirket av primærrensingen (siktemaskin med tilhørende filter) gjennom partikkelinnholdet og størrelsesfordelingen (PSD).

Kort sammendrag av oppfinnelsen

En løsning på flere av de ovennevnte problem er ifølge oppfinnelsen definert i det vedlagte kravet en tilløpskanal med en utforming som gir en homogen strømningsdistribusjon av væske og partikler på (topp-) filter, samt et treffpunkt for væsken med partiklene som utnytter filterets areal i stor grad, tilnærmet 100 % ved gode forhold.

En første fordel ved oppfinnelsen er at væske- og partikkelstrømmen ledes til filterets begynnelse. Ved dette utnyttes tilnærmet 100 % av filterets areal, noe som blant annet øker filterets levetid ved jevnere fordelt slitasje. Se Fig. 3.1, 3.2, 4.1, 4.2 og 5.1-5.3.

En andre fordel ved at oppfinnelsen leder væske- og partikkelstrømmen til filterets begynnelse (tilnærmet 100 % arealutnyttelse) er at mottakskapasiteten av væske og partikler øker ved samme filterkvalitet. Denne økningen ventes å være på ca. 10 - 40 %.

En tredje fordel ved at oppfinnelsen leder væske- og partikkelstrømmen til filterets begynnelse (tilnærmet 100 % arealutnyttelse) er at dette muliggjør bruk av finere filter ved samme væskestrøm som følge av bedre dekningsgrad. Sistnevnte gir økt partikkelseparasjon (volum og vekt) på toppfilter, noe som igjen fører til redusert slitasje på primærfilter. Se Tabell 1.

En fjerde fordel ved at oppfinnelsen leder væske- og partikkelstrømmen til filterets begynnelse er at transportveien (distanse og tid) øker og ved dét muliggjør redusert vedheng av brønnvæske til de partikler som er separert ut av væskefasen. Dette har en positiv miljøkonsekvens ved redusert forbruk av kjemikalier på rigg og redusert behov for etterbehandling (rensing og deponi) på land. I tillegg kommer den positiv økonomisk effekten dette gir for eierne.

En femte fordel ved oppfinnelsen er at strømningsdistribusjonen på toppfilter vil være tilnærmet homogen og mer uavhengig av orientering av den tilførte væskens retning og vinkel. Dette gir økt mottakskapasitet eller finere filterkvalitet ved at strømningsdistribusjonen på toppfilter har en jevn randsoneprofil mot enden av filter. Se Fig. 5.1 - 5.2 - 5.3: En sjette fordel ved oppfinnelsen er økonomisk relatert ved redusert forbruk av siktemaskinfilter ved boring av brønn, samt de positive konsekvenser dette påfører den operasjonelle fremdrift, vedlikehold av utstyr i brønn og fast/løst utstyr på rigg. Dette fordi kvalitet på borevæsken er påvirket av primærrensingen (siktemaskin med tilhørende filter) gjennom partikkelinnholdet og størrelsesfordelingen (PSD).

Kort figurbeskrivelse

Oppfinnelsen er illustrert i vedlagte figurtegninger, hvor

Fig. 1.1: Isometriske tegninger som viser en utførelse av oppfinnelsen som er en tilløpskanal til en siktemaskin med horisontal innmating av væske, en såkalt "header box"-utførelse Fig. 1.2: Isometriske snitt tegninger som viser en utførelse av oppfinnelsens tilløpskanal til en siktemaskin med horisontal innmating av væske. Fig. 2.1: Isometriske tegninger som viser en utførelse av oppfinnelsens tilløpskanal til en siktemaskin med vertikal innmating av væske, en såkalt "feeder box"-utførelse. Fig. 2.2: Isometriske snitt tegninger som viser en utførelse av oppfinnelsen tilløpskanal til en siktemaskin med vertikal innmating av væske. Fig. 3.1: Isometrisk tegnig som viser en utførelse av oppfinnelsens tilløpskanal til en siktemaskin med horisontal innmating av væske og et separasjonsfilter montert. Fig. 3.1: Isometrisk tegnig som viser en utførelse av oppfinnelsens tilløpskanal til en siktemaskin med vertikal innmating av væske og et separasjonsfilter montert. Fig. 4.1: Isometriske tegninger i oppriss og plan som viser en utførelse av oppfinnelsens tilløpskanal til en siktemaskin med horisontal innmating av væske og eksempel på strømningsdistribusjon og dekningsgrad for en homogen væske på et separasjonsfilter i forhold til væskens innmatingsvinkel. Pil angir eksempel på hovedretning. Fig. 4.2 Isometriske tegninger i oppriss og plan som viser en utførelse av oppfinnelsens tilløpskanal til en siktemaskin med vertikal innmating av væske og eksempel på strømningsdistribusjon og dekningsgrad for en homogen væske på et separasjonsfilter i forhold til væskens innmatingsvinkel. Pil angir eksempel på hovedretning. Fig. 5.1: Isometrisk tegnig i oppriss og plan som viser en utførelse av oppfinnelsens tilløpskanal til en siktemaskin med horisontal og vertikal innmating av væske og eksempel på strømningsdistribusjon og dekningsgrad for en homogen væske på et separasjonsfilter i forhold til væskens innmatingsvinkel. Pil angir eksempel på hovedretning og fordeling av samme på et separasjonsfilter. Fig. 5.2: Isometrisk tegnig i plan som viser en utførelse av oppfinnelsens tilløpskanal til en siktemaskin med horisontal og vertikal innmating av væske og eksempel på strømningsdistribusjon og dekningsgrad for en homogen væske på et separasjonsfilter i forhold til væskens innmatingsvinkel og økt væskestrøm. Sistnevnte påvirker i liten grad strømningsdistribusjon på filterets bakerste del ettersom væsken formes til et homogent strømningsbilde i oppfinnelsens nederste parti. Denne utførelsen kan altså lages som en "header box" eller en "feeder box"-utførelse med hhv. horisontal eller vertikal innmating av væske som skal føres til vibratorsiktemaskinen. Fig. 5.3: Isometrisk tegnig som viser samme som Fig. 5.3, men med bruk av finere filtre som gjør at væsken brer seg lengre fra innmatingspartiet på separasjonsfilteret mot dets endeparti. Fig. 6.1: Isometrisk tegning som viser en utførelse av oppfinnelsens tilløpskanal til en siktemaskin med horisontal innmating av væske. Fig. 6.2: Isometrisk tegning som viser en utførelse av oppfinnelsens tilløpskanal til en siktemaskin med horisontal innmating av væske. Fig. 6.3: Isometrisk snitt tegning som viser en utførelse av oppfinnelsen tilløpskanal til en siktemaskin med horisontal innmating av væske. Fig. 6.4: Isometrisk snitt tegning som viser en utførelse av oppfinnelsens tilløpskanal til en siktemaskin med horisontal innmating av væske. Fig. 7.1: Isometrisk tegning som viser en utførelse av oppfinnelsens tilløpskanal til en siktemaskin med vertikal innmating av væske. Fig. 7.2: Isometrisk tegninger som viser en utførelse av oppfinnelsens tilløpskanal til en siktemaskin med vertikal innmating av væske. Fig. 7.3: Isometrisk snitt tegning som viser en utførelse av oppfinnelsens tilløpskanal til en siktemaskin med vertikal innmating av væske. Fig. 7.4: Isometrisk snitt tegning som viser en utførelse av oppfinnelsens tilløpskanal til en siktemaskin med vertikal innmating av væske. Fig. 8.1: Isometriske tegninger som viser en utførelse av oppfinnelsens tilløpskanal til en siktemaskin med vertikal innmating av væske. Denne har en innvendig ledekjøl (5), noe den over ikke har. Fig. 8.2: Isometrisk tegning som viser en utførelse av oppfinnelsen med innvendig ledekjøl (5), noe den over ikke har. Fig. 8.3: Isometrisk tegning som viser en utførelse av oppfinnelsen med en av fortrinnsvis to innvendige ledekjøler (5). Fig. 8.4: Isometrisk tegning som viser en utførelse av oppfinnelsen med en av fortrinnsvis to innvendige ledekjøler (5).

Tabell 1 Viser eksempler på dekningsgrad for væske og partikler på filter i forhold til filterkvalitet (mesh) og presentert for seksjonene 24", 17,5", 12,25" og 8,5" (boring av brønn). • 100 % dekningsgrad (DG) gir kontinuerlig tap av væske på toppfilter.

• 90 % DG gir fare for støtvis tap.

• 75 % DG ved jevn distribusjonsfront gir ikke tap.

Beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen

Oppfinnelsen gjelder en tilløpskanal (1) som har til hensikt å lede væske- og partikkelstrømmen til det område på filteret som gir den beste utnyttelse av tilgjengelig filtreringsareal. Tilløpskanalen (1) er illustrert i Fig. 1-1 til Fig. 8-4, og omfatter følgende trekk: En tilløpskanal (1) bestående av øvre tilløpskanalparti (2) og nedre tilløpskanalparti (3) der det innvendig i øvre tilløpskanalparti (2) er det montert lede- og vendeplate (4), som er vinklet mot hverandre i forhold til loddlinjen slik at uavhengig av orientering for væskens tilførsels retning og - vinkel, vil væsken og partiklene ha en mer homogen strømning i det disse ledes fortrinnsvis, men ikke nødvendigvis, via en innvendig ledekjøl (5) , til en munningsledeplate (6) som vender væsken motsatt retning av filterets hovedtransportretning, mot det treffpunktet som samme har mot en fordelingsplate (7) . Derfra ledes væsken ut og ned på til filterets begynnelse via tilløpskanalens (1) nederste del - fordelerskjørt (9) . For å komme til for inspeksjon kan tilløpskanalen (1) ha en inspeksjonsluke (8) som illustrert.

I utførelsen vist i Fig. 6.4 vil væsken ankomme fra den bakenforliggende shaker box som fordeler væske til de forskjellige tilløpskanalene, for eksempel 5 i antall. En tilløpskanal som den som er vist på denne figuren kan ha en kapasitet på maksimum 1750 liter per minutt, ca. Væsken vil da løpe inn gjennom porten eller ventilen i venstre kant av tegningen, og ledes oppover langs lede- og vendeplaten (4) og samtidig utover til begge sider langs de skrå flatene til side for innløpsporten. Dersom væskestrømmen er relativt lav vil væsken kunne henge ved over kneet øverst / ytterst på lede- og vendeplaten (4) og følge ned langs f ordelingsplaten (7) og renne ned på fordelerskjørtet (9) og bre seg ut og renne ned på separasjonsfilteret helt oppe ved dettes begynnelse slik at hele transportbanen på separasjonsfilteret, som er mot høyre i forhold til denne figuren.

I den samme utførelsen, dersom væskestrømmen er stor, vil væsken strømme friskere over lede- og vendeplaten (4) og slippe denne ved kneet og ikke nødvendigvis lenger følge langs fordelingsplaten (7) , men havne over på munningsledeplaten (6) og derved ledes tilbake mot fordelingsplaten (7), ned langs fordelerskjørtet (9) og ut på separasjonsfilteret på det samme ønskede partiet helt i dets begynnelse i forhold til transportbanen.

Dersom vi ser på Fig. 7.3 gjør de samme forholdene seg gjeldende: ved lav væskestrømning kan væsken passere relativt uhindret ned mot den nedre lede- og vendeplaten (4), som her heller nedover fra sin oppstrøms side, og væsken kan følge rundt kneet på lede- og vendeplaten (4), og ende opp nær eller langs fordelingsplaten (7) og renne ned på fordelerskjørtet (9) nær starten på separasjonsfilteret, hvis hovedtransportretning i dette perspektivet er mot venstre fra fordelerskjørtet (9).

I den utførelsen vil lede- og vendeplaten (4), i det tilfellet hvor væskestrømningen blir større, lede væskestrømmen over mot den motsatte vegg nedenfor seg som er munningsledeplaten (6), som vil vende strømmen motsatt i forhold til hovedtransportretningen på separasjonsfilteret, og føre væskestrømmen mot fordelingsplaten (7) som igjen slipper væsken ned langs skjørtet (9) og man oppnår det samme resultat: væsken får utnyttet hele begynnelsen av separasjonsfilteret.

Et fordelerskjørt (9) hindrer sprut og skvett av væske bakover mot endevegg på siktemaskin. Tilløpskanalen (1) ifølge oppfinnelsen fører til en kapasitetsøkning for hver siktemaskin ved samme operative forhold som innbefatter siktedukkonfigurasjon, eller muliggjør bruk av finere filter ved samme operative forhold. Sistnevnte fører i sin tur til redusert forbruk av hovedsikteduker og derav bedret filtrering.

Komponentiis te

1. Tilløpskanal (1)

2. Øvre tilløpskanalparti (2) 3. Nedre tilløpskanalparti (3)

4. Lede- og vendeplate (4)

5. Innvendig ledekjøl (5)

6.Munningsledeplate (6)

7.Fordelingsplate (7).

8. Inspeksjonsluke (8)

9. Fordelerskjørt (9)

Claims

1. En tilløpskanal (1) for en partikkelholdig væskestrøm til et innmatingsparti på en første ende på et separasjonsfilter hvor separasjonsfilteret strekker seg i en hovedtransportretning mot et endeparti av separasjonsfilteret, karakterisert ved- et øver tilløpskanalparti (2) for innmating av væskestrømmen, - i det minste en nedre lede- og vendeplate (4) innrettet til å bøye av væskestrømmen i retning med hovedtransportretningen på separasjonsfilteret, - et nedre tilløpskanalparti (3) omfattende en munningsledeplate (6) innrettet til å dreie væskestrømmen hovedsakelig mot hovedtransportretningen på separasjonsfilteret, innrettet til å lede væskestrømmen mot - en fordelingsplate (7) med et nedre fordelerskjørt (9) som strekker seg på tvers ved innmatingspartiet like ved separasjonsfilterets første ende.

2. Tilløpskanal (1) ifølge krav 1, hvor øvre tilløpskanalparti (2) og nedre tilløpskanalparti (3) omfatter en form med et hovedsakelig buet tverrsnittprofil i horisontalplanet.

3. Tilløpskanal (1) ifølge krav 2, hvor øvre tilløpskanalparti (2) og nedre tilløpskanalparti (3) omfatter en form i vertikalplanet som en rettavkortet kjegle og/eller et rett løp.

4. Tilløpskanal (1) ifølge krav 1, hvor øvre tilløpskanalparti (2) omfatter at lede- og vendeplaten (4) er vinklet og orientert mellom horisontal- og vertikalplanet i strømningsretning.

5. Tilløpskanal (1) ifølge krav 4, hvor lede- og vendeplate (4) har et plant og/eller en buet konkav og/eller konveks profil.

6. Tilløpskanal (1) ifølge krav 1, hvor øvre tilløpskanalparti (2) og nedre tilløpskanalparti (3) omfatter en innvendig ledekjøl (5).

7. Tilløpskanal (1) ifølge krav 1, hvor munningsledeplaten's (6) formen er bygd opp av i det minste en buet og/eller plan profil.

8. Tilløpskanal (1) ifølge krav 7, hvor munningsledeplaten (6) leder væskestrøm motsatt retning av siktemaskinens bevegelsesretning, dvs. motsatt retning av transportvei for partikler på siktemaskinen.

9. Tilløpskanal (1) ifølge krav 1, hvor fordelingsplaten's (7) form er bygd opp av i det minste en buet og/eller plan profil.

10. Tilløpskanal (1) ifølge krav 9, hvor fordelingsplate (7) er utformet i et materiale av stål, hardmetall, keramikk eller i et kompositt av samme.

11. Tilløpskanal (1) ifølge krav 1, hvor fordelerskjørt (9) er innrettet til å forhindre sprut mot siktemaskinenes bakerste del og i tillegg kompensere for den kortvarige og økte bevegelse siktemaskinen har ved oppstart og stopp.