NO871026L

NO871026L - APPARATUS FOR PUMPING OF ABRASIVE FLUIDS.

Info

Publication number: NO871026L
Application number: NO871026A
Authority: NO
Inventors: Tom Grimseth
Original assignee: Tom Grimseth
Priority date: 1987-03-12
Filing date: 1987-03-12
Publication date: 1988-09-13
Also published as: NO871026D0

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et pumpesystem og en fremgangsmåte for dannelse av en tilnærmet kontinuerlig mediumstrømning uten at det oppstår vesentlige trykktransienter i systemet. Systemet innbefatter en separat hydraulikkrets og en separat pumpémediumkrets hvor pumpeeffekten overføres mellom de to kretser ved hjelp av resiproserende innretninger eller trykkomformere. Hver krets er utstyrt med et antall aktiverbare ventiler for hver omformer. The present invention relates to a pump system and a method for creating an approximately continuous medium flow without significant pressure transients occurring in the system. The system includes a separate hydraulic circuit and a separate pumping medium circuit where the pumping power is transferred between the two circuits by means of reciprocating devices or pressure converters. Each circuit is equipped with a number of activatable valves for each converter.

Nærmere bestemt vedrører det foreliggende konsept omforming av en oljestrøm til en slamstrøm av samme strømningsrate og trykk. More specifically, the present concept relates to the transformation of an oil flow into a mud flow of the same flow rate and pressure.

Generering av en væskestrøm med varierende eller kontinuerlig trykk opptil 450 bar og med varierende strømningsmengde fra 0-2000 liter/min. (eller en vilkårlig valgt rate høyere enn dette) er en standard industrioppgave som inneholder få usikkerhetsmomenter, forutsatt at væsken har en kjemisk sammensetning som er optimalisert for dette formålet. F.eks. vil et antall el-motorer koplet til aksialstempelpumper gi en vilkårlig høy strømningsrate i en hydraulisk leder dersom enkeltbidragene adderes i en samlestokk. Typisk vil samlestokken motta strømning fra en eller to pumper av variabelt slagvolum samt et antall pumper med fast volum. Generation of a liquid stream with varying or continuous pressure up to 450 bar and with varying flow rate from 0-2000 litres/min. (or an arbitrarily chosen rate higher than this) is a standard industry task containing few uncertainties, provided the fluid has a chemical composition optimized for this purpose. E.g. will a number of electric motors connected to axial piston pumps give an arbitrarily high flow rate in a hydraulic conductor if the individual contributions are added together in a summation. Typically, the header will receive flow from one or two pumps of variable displacement as well as a number of pumps with fixed volume.

Et konvensjonelt hydraulisk kraftaggregat på 1200 kW ytelse, som omformer elektrisk effekt til hydraulisk effekt er godt kjent fra industri og skipsfart. A conventional hydraulic power unit of 1200 kW output, which converts electrical power into hydraulic power, is well known from industry and shipping.

Dagens utførelser av boreslamspumper representerer en mangeårig raffinering og forbedring av et 40 år gammelt konsept. Videre forbedring av det etablerte konseptet synes å måtte bli marginale i forhold til de iboende problemene. Det synes derfor å være et marked for et nytt konsept som i utgangspunktet har noen færre iboende problemer og andre typer feilmodi enn dem man finner i eksisterende slampumper. Today's designs of drilling mud pumps represent many years of refinement and improvement of a 40-year-old concept. Further improvement of the established concept seems to have to be marginal in relation to the inherent problems. There therefore seems to be a market for a new concept which initially has fewer inherent problems and different types of failure modes than those found in existing slurry pumps.

I en konvensjonell TRIPLEX slampumpe av den typen som brukes på rigger og produksjonsplattformer 1 Nordsjøen har en typisk maksimal strømningsrate på ca. 2000 liter pr. minutt og typisk maksimalt trykk på ca. 350 bar. Dette gir effekt i størrelsesorden 1200 kW. Typisk hastighet for pumpen er 80-120 RPM. Kombinasjonen av meget lav hastighet (som er diktert av friksjonsbegrensninger), høyt trykk og stor strømningsrate krever en meget stor og tung maskin. Dette er i utgangspunktet ugunstig, særlig for flyterigger. Pumpen må stå i umiddelbar nærhet av boreslamsanlegget, altså nokså høyt oppe, noe som gjør problemet ennå mer påtrengende. In a conventional TRIPLEX mud pump of the type used on rigs and production platforms 1 The North Sea has a typical maximum flow rate of approx. 2000 liters per minute and typical maximum pressure of approx. 350 bar. This gives an effect of the order of 1200 kW. Typical speed for the pump is 80-120 RPM. The combination of very low speed (which is dictated by frictional limitations), high pressure and high flow rate requires a very large and heavy machine. This is basically unfavorable, especially for floating rigs. The pump must be in the immediate vicinity of the drilling mud plant, i.e. quite high up, which makes the problem even more pressing.

Slik det fremgår av fig. 1 kan det fastslås at dagens boreslampumper krever omforming av energi, fra det elektriske fordelingsnettet og til slam, hele 5 ganger. Med unntak av en SCR type D.C. regulator er alle disse omformingsleddene mekaniske maskiner forbundet med vedlikehold i varierende grad. Kommutatoren på D.C. motoren er et eksempel på en komponent med relativt lite vedlikehold, mens pumpens hydraulikkdel er et eksempel på en samling komponenter som krever ekstremt mye vedlikehold. Noen av de sistnevnte komponentene er rene forbruksvarer. As can be seen from fig. 1, it can be determined that today's drilling mud pumps require the conversion of energy, from the electrical distribution network to the mud, as many as 5 times. With the exception of an SCR type D.C. regulator, all these conversion links are mechanical machines associated with maintenance to varying degrees. The commutator on the D.C. the engine is an example of a component with relatively little maintenance, while the hydraulic part of the pump is an example of a collection of components that require an extremely high maintenance. Some of the latter components are pure consumables.

De mest kjente problemene i effektdelen av en konvensjonell boreslamspumpe er faren for forurensing fra hydraulikkdelene (ødelegger gir og lagre). Eget smøreoljesystem til gir og lagre kan være utsatt for forurensing av slam og vann hvilket krever ettersyn og vedlikehold. Veivsystemet består av et stort eksenterdrev med fine toleranser og er derved svært kostbart. Drivkilden er vanligvis en D.C. motor med halvled-erstyrt regulator og vannkjøling. Dette er et kostbart og omfattende system som krever automatisk og manuell overvåk-ning av flere funksjoner. Høymomentgir er standard. Drivkilden, en stor D.C. motor eller en dieselmotor må monteres nøyaktig på linje med pumpen. Kjededrift er vanlig. Remdrift forekommer. Huset som veiv, lager, gir og stempelstang er montert i, er utsatt for utmatting. Normalt garanteres en minimums levetid, f.eks. 6 til 8 år. Kostbart smistål er påkrevet. Stempelstangen er leddet. Sammenføyningen av stangdelene er kritisk med hensyn til forurensningen på flatene. Pumpen kan ikke koples inn ved høyt turtall på drivkilden. En kopling eller clutch er nødvendig. Vibrasjoner i riggen kan ødelegge lagrene under passiv lagring ombord. Konvensjonelle pumper har ikke muligheter for automatisk rotasjon av maskinen under lagring. The most well-known problems in the power section of a conventional drilling mud pump are the danger of contamination from the hydraulic parts (destroying gears and bearings). Own lubricating oil system for gears and bearings can be exposed to contamination by mud and water, which requires inspection and maintenance. The crank system consists of a large eccentric drive with fine tolerances and is therefore very expensive. The power source is usually a D.C. motor with semiconductor-controlled regulator and water cooling. This is an expensive and comprehensive system that requires automatic and manual monitoring of several functions. High torque transmission is standard. Drivkilden, a large D.C. engine or a diesel engine must be mounted exactly in line with the pump. Chain operation is common. Belt drive occurs. The housing in which the crank, bearing, gear and piston rod are mounted is subject to fatigue. A minimum lifetime is normally guaranteed, e.g. 6 to 8 years. Expensive forged steel is required. The piston rod is articulated. The jointing of the rod parts is critical with regard to the contamination of the surfaces. The pump cannot be switched on at high rpm on the drive source. A coupling or clutch is required. Vibrations in the rig can destroy the bearings during passive storage on board. Conventional pumps do not have options for automatic rotation of the machine during storage.

Med hensyn til slamdelen må de fleste komponentene i denne delen av systemet byttes ofte. Det finnes et potensielt kavitasjonsproblem, særlig ved pumping av høyviskøst slam. Dette er et iboende problem som er relatert til stemplets relativt høye hastighet i deler av sugefasen. Det er ofte nødvendig å montere en sugeakkumulator i sugeledningen fordi ladepumpen (sentrifugal type) ikke kan akselerere slammet fort nok. Både suge- og høytrykksventil er kritiske komponenter. Normal utførelse bruker forspente tilbakeslagsventiler. Fjærkarakteristikken er kritisk. Ytelsen kan synke hvis karakteristikken endrer seg. Korrosjon og erosjon er betyde-lige problemer. Erosjonsproblemet er særlig forbundet med ekstremt høye strømningshastigheter av slam forbi setet/ poppetarrangementet når ventilen lukker. With regard to the sludge part, most of the components in this part of the system need to be changed frequently. There is a potential cavitation problem, particularly when pumping highly viscous sludge. This is an inherent problem related to the relatively high speed of the piston in parts of the suction phase. It is often necessary to fit a suction accumulator in the suction line because the charging pump (centrifugal type) cannot accelerate the sludge fast enough. Both suction and high-pressure valves are critical components. Normal design uses biased check valves. The spring characteristics are critical. Performance may decrease if the characteristic changes. Corrosion and erosion are significant problems. The erosion problem is particularly associated with extremely high flow rates of sludge past the seat/poppet arrangement when the valve closes.

Pumpens geometri gir naturlig en variabel strømningsrate (sinusformet). En akkumulatoren må installeres på leverings-siden for å unngå trykksvingninger som kan ødelegge rørsyste-met. Akkumulatoren er forladet med N2eller luft ved høyt trykk og er derved relatert til personsikkerhet. Det mest påtrengende problemet ved pumpen synes å være relatert til pakningene mellom stempel og sylinderforing. Friksjon genererer varme som må avledes med et eget kjølesystem basert på spyling med rent vann på sylinderveggene. Dette systemet er kritisk for pumpefunksjonsdyktighet og begrensende for hastigheten. Slam-delen må under visse omstendigheter bygges om for ny type drift, dvs endring i trykk og strømningsfor-hold. Sylinderforingene krever en helt spesiell fremstill- ingsprosess, roterende støping. Ufullkommenheter i støpen er kritisk for stempelpakkenes levetid. Slammet er meget korrosivt og erosivt. Hele slamsystemet er utsatt. The geometry of the pump naturally provides a variable flow rate (sinusoidal). An accumulator must be installed on the delivery side to avoid pressure fluctuations that could damage the pipe system. The accumulator is charged with N2 or air at high pressure and is thereby related to personal safety. The most pressing problem with the pump seems to be related to the seals between the piston and cylinder liner. Friction generates heat that must be dissipated with a separate cooling system based on flushing the cylinder walls with clean water. This system is critical to pump functionality and speed limiting. Under certain circumstances, the sludge section must be rebuilt for a new type of operation, i.e. a change in pressure and flow conditions. The cylinder liners require a very special manufacturing process, rotary casting. Imperfections in the casting are critical to the service life of the piston packs. The mud is very corrosive and erosive. The entire sludge system is exposed.

Det er i løpet av de senere år lansert forskjellige konsepter for resiprokerende, hydraulisk drevne slampumper. Noen av disse har vist seg å inneholde iboende begrensninger. Særlig har det oppstått problemer med trykk-transienter ved start/- stopp- punkter i den resiprokerende bevegelse og skifte mellom resiprokerende elementer - ofte to i antall. Forsøk på å installere akkumulatorer for å glatte ut transientene har ført til uakseptabel reduksjon i virkningsgraden for noen typer. Various concepts for reciprocating, hydraulically driven slurry pumps have been launched in recent years. Some of these have been shown to contain inherent limitations. In particular, problems have arisen with pressure transients at start/stop points in the reciprocating movement and switching between reciprocating elements - often two in number. Attempts to install accumulators to smooth the transients have led to unacceptable reductions in efficiency for some types.

Hovedhensikten med pumpesystemet ifølge oppfinnelsen er å overføre en del slam- hydrauliske og mekaniske problemer fra slamkretsen til oljekretsen hvor de kan takles med kjente midler. Således genereres en hydraulisk effekt ved hjelp av et konvensjonelt og velprøvet hydraulikkaggregat for så å omforme denne effekten til en tilnærmet like stor effekt (tilnærmet samme trykk og strømningsrate) i boreslamsstrømm-en. Systemet er basert på samspill mellom fortrinnsvis tre identiske maskiner eller trykkomformere. Det refereres i denne sammenheng til SU patent 1113507A hvor en trykkomformer av lignende art er beskrevet i prinsipp. Forøvrig er bruken av fleksible membraner i mekaniske, hydrauliske og pneumatisk drevne pumper godt kjent fra industrien for bruk i paknings-løse konstruksjoner for giftige og abrasive fluider og i forbindelse med målepumper hvor lekkasjen må være tilnærmet lik null. Dette er gjerne små pumper beregnet for lave trykk og små strømningsrater. Det skal også vises til GB 2003975A. Sammenlignet med konvensjonelle slampumper vil det foreliggende system by på vesentlig øket pålitelighet og levetid og derved øket effektivitet for hele boringen. Det vil gi lavere slamkostnader ved at det foreliggende system ikke knuser partikler i slammet (slik at brukt slam må erstattes). Det er praktisk mulig å dele maskinen i to enheter, et kraftaggregat og et trykkomformer-anlegg. Derved kan den tyngste delen (aggregatet) stå langt nede i riggen som derved får bedre stabilitet. Trykkomformerdelen kan bygges til Ex(i) standard. Den modulariserte oppbyggingen av apparatet vil stille redusere krav til servicepersonalet ombord i forbindelse med slampumpene, samt gi meget gode muligheter for selvdiagnose. Det gir også enkle grensesnitt for maskinen, slik at det blir lett å skifte ut moduler. The main purpose of the pump system according to the invention is to transfer some mud hydraulic and mechanical problems from the mud circuit to the oil circuit where they can be dealt with by known means. Thus, a hydraulic effect is generated with the help of a conventional and well-proven hydraulic unit and then transforms this effect into an approximately equal effect (approximately the same pressure and flow rate) in the drilling mud stream. The system is based on interaction between preferably three identical machines or pressure converters. Reference is made in this context to SU patent 1113507A where a pressure converter of a similar nature is described in principle. Otherwise, the use of flexible membranes in mechanical, hydraulic and pneumatically driven pumps is well known from the industry for use in gasket-less constructions for toxic and abrasive fluids and in connection with metering pumps where the leakage must be approximately equal to zero. These are usually small pumps intended for low pressures and small flow rates. Reference should also be made to GB 2003975A. Compared to conventional mud pumps, the present system will offer significantly increased reliability and service life and thus increased efficiency for the entire drilling. It will result in lower sludge costs as the present system does not crush particles in the sludge (so that used sludge has to be replaced). It is practically possible to divide the machine into two units, a power unit and a pressure converter system. Thereby, the heaviest part (aggregate) can stand far down in the rig, which thereby improves stability. The pressure converter part can be built to the Ex(i) standard. The modular structure of the device will quietly reduce the demands on the service staff on board in connection with the sludge pumps, as well as providing very good opportunities for self-diagnosis. It also provides simple interfaces for the machine, so that it is easy to replace modules.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved et pumpesystem av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved at systemet innbefatter 3 trykkomformere hvor utgangen fra hver omformer forgrener seg til respektivt én leverende høytrykks pumpemediumsamlestokk og én tilførende lavtrykks pumpemediumsamlestokk hvor hver forgrening er anordnet med nevnte aktiverbare ventil, og at inngangen til hver omformer er dannet ved sammenløp av en tilførende høytrykks hydraulikkfluidsamlestokk og en returnerende lavtrykks hydraulikkfluidsamlestokk hvor hvert sammenløp er anordnet med nevnte aktiverbare ventil, samt innretninger som avføler trykkomformerens endeposisjoner og gir signaler til aktivering av respektive ventiler i en sekvens bestemt av en elektronisk styringsenhet. En fremgangsmåte og ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de etterfølgende uselvstendige krav. This is achieved according to the invention by a pump system of the kind mentioned at the outset, which is characterized by the system including 3 pressure converters where the output from each converter branches into respectively one delivering high-pressure pumping medium manifold and one supplying low-pressure pumping medium manifold where each branch is arranged with said activatable valve, and that the entrance to each converter is formed by the confluence of a supplying high-pressure hydraulic fluid manifold and a returning low-pressure hydraulic fluid manifold, where each confluence is arranged with said activatable valve, as well as devices that sense the end positions of the pressure converter and provide signals to activate respective valves in a sequence determined by an electronic control unit . A method and further features of the invention appear from the following independent claims.

Andre og ytterligere formål, trekk og fordeler vil fremkomme fra den følgende beskrivelse av en for tiden foretrukket utførelse av oppfinnelsen, gitt for beskrivelsesformål og gitt i forbindelse med de vedlagte tegninger hvor; Other and further purposes, features and advantages will emerge from the following description of a currently preferred embodiment of the invention, given for description purposes and given in connection with the attached drawings where;

Fig. 1 viser energistrømmen et tradisjonelt slampumpesystem, Fig. 1 shows the energy flow of a traditional sludge pumping system,

fig. 2 viser skjematisk en type trykkomformer,fig. 2 schematically shows a type of pressure transducer,

fig. 3 viser skjematisk et pumpesystem ifølge oppfinnelsen hvor det inngår 3 trykkomformere, og fig. 3 schematically shows a pump system according to the invention which includes 3 pressure converters, and

fig. 3-1 tilfig. 3-1 more

3-19 viser skjematisk pumpesystemet ifølge fig. 3 i de ulike faser av en pumpesyklus. 3-19 schematically shows the pump system according to fig. 3 in the various phases of a pump cycle.

Med referanse til fig. 1 viser dette effektflyten- og omformingen i et tradisjonelt slampumpesystem av den typen som ofte brukes på rigger og produksjonsplattformer. Systemet innbefatter en D.C. motor 22, en transmisjon 23 (belte eller kjede), en veksel 24 (gir) og en stempelpumpe 25 med slam-strøm som utgang 26. Som tidligere nevnt krever boreslampumper av denne art omforming av energi hele 5 ganger. With reference to fig. 1 shows this power flow and transformation in a traditional mud pump system of the type that is often used on rigs and production platforms. The system includes a D.C. motor 22, a transmission 23 (belt or chain), a gearbox 24 (gear) and a piston pump 25 with mud flow as output 26. As previously mentioned, drilling mud pumps of this kind require conversion of energy as much as 5 times.

Fig. 2 viser en resiproserende trykkomformer av membrantypen. Denne har enkelte likhetspunkter med en vanlig industritype hydraulisk blære- akkumulator. Den består i prinsippet av en trykkbeholder 30 som inneholder en blære 13 av et fleksibelt materiale med lav permeabilitet eller en belg av syrefast stål. I motsetning til en vanlig hydraulikkakkumulator, som har et volum av komprimert nitrogen på utsiden av blæren og hydraulikk- olje på innsiden, vil trykkomformeren ifølge den viste utførelse ha hydraulikk- olje på utsiden og boreslam på innsiden. Når olje pumpes inn på utsiden av blæren under høyt trykk (omformerens kompresjonsslag) vil slam strømme ut 15 av blæren 13 med nærmest samme strømningsrate og samme trykk. Dette gir en tilnærmet 10056 overføring av effekt fra oljesiden til slamsiden. I omformerens sugeslag presser en ladepumpe (ikke vist) slam fra en beholder (ikke vist) inn i blæren 13 og trykker derved ut oljen tilbake i oljereservo-aret. Dette skjer under lavt trykk, f.eks. 10 - 15 bar. Det oppstår således ingen form for kavitasjon siden hele opera-sjonen er basert på et aktivt trykk fra ladepumpen. I første tilnærming kan enn si at begge væsketyper er inkompresible (grov tilnærming for oljen), dvs. eksplosjonsfare tilsvarende den som potensielt finnes for vanlige hydraulikk- akkumulatorer eksisterer ikke. Den smiprosessen som i praksis brukes for blæreakkumulatoren er derfor ikke nødvendig, heller ikke de store sikkerhetsmarginer. Beholderen blir derfor i utgangspunktet rimelig i fremstilling. Fig. 2 shows a reciprocating pressure transducer of the membrane type. This has certain points of similarity with a normal industrial-type hydraulic bladder accumulator. It basically consists of a pressure vessel 30 containing a bladder 13 of a flexible material with low permeability or a bellows of acid-resistant steel. In contrast to a normal hydraulic accumulator, which has a volume of compressed nitrogen on the outside of the bladder and hydraulic oil on the inside, according to the design shown, the pressure converter will have hydraulic oil on the outside and drilling mud on the inside. When oil is pumped into the outside of the bladder under high pressure (the converter's compression stroke), sludge will flow out 15 of the bladder 13 with almost the same flow rate and the same pressure. This gives an approximate 10056 transfer of power from the oil side to the sludge side. In the converter's suction stroke, a charging pump (not shown) presses sludge from a container (not shown) into the bladder 13 and thereby pushes the oil back into the oil reservoir. This happens under low pressure, e.g. 10 - 15 bar. No form of cavitation thus occurs since the entire operation is based on an active pressure from the charging pump. In a first approximation, it can be said that both types of liquid are incompressible (rough approximation for the oil), i.e. the danger of explosion corresponding to that which potentially exists for ordinary hydraulic accumulators does not exist. The forging process that is used in practice for the bladder accumulator is therefore not necessary, nor are the large safety margins. The container will therefore basically be reasonably priced to manufacture.

Trykkomformeren krever enkelte vesentlige komponenter som beskrives i det følgende. For å detektere slutt på suge/ kompresjonsslag (altså behov for sjalting av ventilen) må det installeres minimum 2 sensorer. Mens innholdet (forholdet mellom gassvolum og oljevolum) i en konvensjonell hydraulisk akkumulator måles som funksjon av trykket i akkumulatoren, dvs kompresjonen av nitrogen- forladningen, er trykket i en trykkomformer tilnærmet konstant over et slag-intervall. The pressure converter requires certain essential components which are described in the following. In order to detect the end of the suction/compression stroke (thus the need for switching the valve), a minimum of 2 sensors must be installed. While the content (the ratio between gas volume and oil volume) in a conventional hydraulic accumulator is measured as a function of the pressure in the accumulator, i.e. the compression of the nitrogen precharge, the pressure in a pressure converter is approximately constant over a stroke interval.

Når blæren ekspanderer (sugeslag) vil den omsider treffe veggen i trykkbeholderen 30. Dette kan detekteres ved hjelp av en elektronisk eller magnetisk endebryter 19. For å detektere en naturlig endeposisjon for kopresjonsslaget, må det installeres en brakett med en endebryter 7 inne i blæren 13. I den prefererte utførelsen kan en slik brakett i praksis utføres som et perforert rør 16 dimensjonert til å tåle et eksternt trykk tilsvarende det største statiske trykket som kan forekomme i oljehydraulikken. When the bladder expands (suction stroke), it will eventually hit the wall of the pressure vessel 30. This can be detected using an electronic or magnetic limit switch 19. To detect a natural end position for the compression stroke, a bracket with a limit switch 7 must be installed inside the bladder 13 In the preferred embodiment, such a bracket can in practice be made as a perforated tube 16 dimensioned to withstand an external pressure corresponding to the largest static pressure that can occur in the oil hydraulics.

Kabling til den sistnevnte posisjonssensoren 17 føres gjennom veggen i trykkbeholderen 30 ved hjelp av en konvensjonell bulkhead penetrator. Cabling to the latter position sensor 17 is led through the wall of the pressure vessel 30 by means of a conventional bulkhead penetrator.

Dersom trykkomformeren utføres med en belg som isolasjon mellom slam- og oljekretsene, er det mulig å installere absolutt posisjonsmåling på belgen. Regulering av slamfyll-ingen forenkles derved i noen grad. If the pressure converter is made with a bellows as insulation between the mud and oil circuits, it is possible to install absolute position measurement on the bellows. Regulation of sludge filling is thereby simplified to some extent.

Når slampumpen skal være ute av drift for en periode vil det være behov for rengjøring av slamdelene. Dette kan utføres ved å spyle vann med høy hastighet gjennom slamdelen av trykkomformeren og rør/ventilsystemer. For å kunne sikre god rengjøring bør det være mulig å føre et rør gjennom en flens 18 på toppen av trykkbeholderen 30 ned og inn i det perfo- rerte røret 16 inne i trykkbeholderen. Ved å skylle vann gjennom radielt orienterte dyser i dette røret kan blæren rengjøres. When the sludge pump is to be out of operation for a period, there will be a need to clean the sludge parts. This can be accomplished by flushing water at high velocity through the sludge section of the pressure transducer and pipe/valve systems. In order to ensure good cleaning, it should be possible to pass a pipe through a flange 18 on top of the pressure vessel 30 down into the perforated pipe 16 inside the pressure vessel. By flushing water through radially oriented nozzles in this tube, the bladder can be cleaned.

Det skal imidlertid forstås at enhver resiproserende innret-ning som kan utføre eller omforme et pumpearbeide kan utnyttes slik som eksempelvis en resiproserende stempelpumpe. However, it should be understood that any reciprocating device which can perform or transform a pumping operation can be utilized such as, for example, a reciprocating piston pump.

Fig. 3 viser en rent skjematisk fremstilling av pumpesystemet ifølge oppfinnelsen hvor systemet utgjøres av 3 trykkomformere 100,200,300 og 12 isolasjonsventiler 1-12. Systemet har en separat hydraulikkrets H og en separat pumpemediumkrets P. Hydraulikkretsen har en leveringsside som utgjøres av en høytrykkspumpe (maksimalt 400 bar) som leverer hydraulikk-olje til en samlestokk. Samlestokken er forgrenet til respektive tilførselsventiler 7,9,11. Hydraulikkretsen innbefatter videre respektive returventiler 8,10,12 som er knyttet til en lavtrykks samlestokk for retur av hydraulikk-olje. Fig. 3 shows a purely schematic representation of the pump system according to the invention, where the system consists of 3 pressure converters 100, 200, 300 and 12 isolation valves 1-12. The system has a separate hydraulic circuit H and a separate pump medium circuit P. The hydraulic circuit has a delivery side which consists of a high-pressure pump (maximum 400 bar) which supplies hydraulic oil to a manifold. The manifold is branched to respective supply valves 7,9,11. The hydraulic circuit further includes respective return valves 8,10,12 which are connected to a low-pressure manifold for the return of hydraulic oil.

Pumpemediumkretsen innbefatter en fødepumpe for slam som leverer til en lavtrykks samlestokk. Samlestokken forgrener seg til respektive tilføringsventiler 2,4,6 for oppfylling av pumpemedium i omformerne 100,200,300. Denne krets innbefatter også en høytrykks samlestokk for slammet (maksimalt 400 bar) som tilføres høytrykksslam gjennom respektive leveringsven-tiler 1,3,5. Ventilene 1-12 er aktivt styrt fra en PLC eller lignende industritype datamaskin via solenoidopererte pilot-ventiler. The pumping medium circuit includes a slurry feed pump which delivers to a low-pressure header. The manifold branches to respective supply valves 2,4,6 for filling pump medium in the converters 100,200,300. This circuit also includes a high-pressure manifold for the sludge (maximum 400 bar) which is supplied with high-pressure sludge through the respective delivery valves 1,3,5. Valves 1-12 are actively controlled from a PLC or similar industrial type computer via solenoid-operated pilot valves.

Pumpemekanismen vil i det følgende forklares med henvisning til fig. 3-1 til 3-19. Det skal imidlertid understrekes at det er to hovedmålsetninger som ligger til grunn for det viste systemet, nemlig operering av slamventilene ved 0 differansetrykk og/eller 0 strømning slik at erosjon unngås, samt at det unngås trykktransienter i begge kretser. I det foreliggende system er aktiv brudd av en oljestrøm begrenset til oljesiden (ventilene 7 - 12), men selv her er brytepro-sessen svært skånsom, i det heller ikke oljeventilene sjaltes under differensialtrykk av betydning. Bryting av strømmen skjer videre bare i perioder hvor det finnes alternative løp for oljen og hvor deler av oljestrømmen allerede flyter i det alternative løpet. The pump mechanism will be explained below with reference to fig. 3-1 to 3-19. However, it should be emphasized that there are two main objectives underlying the system shown, namely operation of the mud valves at 0 differential pressure and/or 0 flow so that erosion is avoided, and that pressure transients are avoided in both circuits. In the present system, active breaking of an oil flow is limited to the oil side (valves 7 - 12), but even here the breaking process is very gentle, in that the oil valves are also not switched under significant differential pressure. Breaking the flow further only occurs in periods where there are alternative runs for the oil and where parts of the oil flow are already flowing in the alternative run.

Sekvensen av lukking/åpning av isolasjonsventilene er organisert slik at en eller to trykkomformer (e) til enhver tid pumper slam ut i høytrykk-samlestokken mens fødepumpen ved slambeholderen pumper slam ved lavt trykk inn i én eller to trykkomformere. The sequence of closing/opening the isolation valves is organized so that one or two pressure converters (e) at all times pump sludge out into the high-pressure header while the feed pump at the sludge container pumps sludge at low pressure into one or two pressure converters.

Beskrivelsen av en pumpesyklus begynner med status som er vist i 3-1, hvor' trykkomformer 100 pumper slam ut i samlestokken, men nærmer seg slutten av sitt pumpeslag. Skissen antyder at 556 av trykkomformerens volum er slam og 95% er olje. Trykkomf ormeren 200 er full av slam ( 98% vist som en praktisk verdi) og fullstendig isolert fra alle fire samle-stokker. Trykkomformeren 300 er under slamfylling fra slamsystemets lavtrykks samlestokk (en sentrifugalpumpe i slambeholderen pumper slam inn i samlestokken). Fig.3-2 viser situasjonen en kort tid senere (f.eks. et sekund) der trykkomformer 200 koples inn. Figuren viser for enkelhet både ventil 3 og 9 i åpen stilling. I praksis vil man åpne 9 et øyeblikk før 3 slik at en eventuell sjalting av ventil med differansetrykk skjer på oljesiden (i fall noe væske skulle ha lekket ut under hvileintervallet). I prinsippet er hele trykkomformer 200 full av væske under trykk. Uansett åpnes 3 under 0 differansetrykk. Når både 3 og 9 er åpne vil oljen fra høytrykks stokken fordele seg på trykkomformer 100 og 200. Figur 3-3 viser situasjonen et øyeblikk senere der ventil 7 langsomt lukkes slik at strømningen gjennom 7 avtar mens strømningen gjennom 9 øker tilsvarende. Lukkingen av 7 foregår med kontrollert hastighet slik at trykktransientene blir helt minimale. Det skal bemerkes spesielt at strømnings- raten i begge høytrykkssamlestokker er konstant for en valgt rate. Strømnlngsraten i lavtrykkssaarlestokkene er også tilnærmet konstant, men kan variere langsomt over tid, dvs med helt minimale transienter. (De små variasjonene er for å sikre slamfylling i riktig tempo). The description of a pumping cycle begins with the status shown in 3-1, where pressure converter 100 pumps sludge into the sump, but is nearing the end of its pumping stroke. The sketch suggests that 556 of the pressure converter's volume is sludge and 95% is oil. The pressure converter 200 is full of sludge (98% shown as a practical value) and completely isolated from all four headers. The pressure converter 300 is being filled with sludge from the sludge system's low-pressure header (a centrifugal pump in the sludge container pumps sludge into the header). Fig.3-2 shows the situation a short time later (e.g. a second) where the pressure converter 200 is switched on. For simplicity, the figure shows both valves 3 and 9 in the open position. In practice, 9 will be opened a moment before 3 so that a possible switching of the valve with differential pressure takes place on the oil side (in case any liquid has leaked out during the rest interval). In principle, the entire pressure converter 200 is full of liquid under pressure. In any case, 3 opens under 0 differential pressure. When both 3 and 9 are open, the oil from the high-pressure stick will distribute itself to pressure converters 100 and 200. Figure 3-3 shows the situation a moment later where valve 7 is slowly closed so that the flow through 7 decreases while the flow through 9 increases accordingly. The closing of 7 takes place at a controlled speed so that the pressure transients are absolutely minimal. It should be noted in particular that the flow rate in both high-pressure manifolds is constant for a selected rate. The flow rate in the low-pressure gas cylinders is also approximately constant, but can vary slowly over time, i.e. with minimal transients. (The small variations are to ensure mud filling at the right pace).

Når ventil 7 er helt lukket har trykkomf ormeren 200 helt overtatt pumpefunksjonen og trykkomformeren 100 isoleres fra alle samlestokkene som vist i fig. 3-4. When valve 7 is completely closed, the pressure converter 200 has completely taken over the pump function and the pressure converter 100 is isolated from all the manifolds as shown in fig. 3-4.

Fyllingen av trykkomformer 300 pågår inntil situasjonen som vist i fig. 3-5 oppstår. Trykkomf ormeren 300 er nesten full av slam og skal isoleres. For å holde strømningsratene 1 samlestokkene konstant, åpnes nå for fylling av slam i trykkomformeren 100 før trykkomformeren 300 stenges for slamfylling. Ventil 8 åpnes først (fig. 3-6) for å håndtere et eventuelt innestengt trykk. Straks 8 er helt (eller endog delvis) åpen, åpnes 2 og slamstrømmen begynner (i parallell med strømmen til omformeren 300). Nå lukker ventil 12 langsomt (3-7) slik at hele slamstrømmen i lavtrykksstokken overføres til omformeren 100. Omformeren 300 isoleres deretter totalt ved å lukke 6 (fig. 3-8) og er nå inne i hvileslaget, isolert fra samlestokken og tilnærmet full av slam. Pumpefunksjonen ivaretas stadig uforstyrret av omformeren 200, men omformeren 100 fylles av slam. Fig. 3-9 viser situasjonen noe senere når omformeren 200 nærmer seg slutten av pumpeslaget, omformeren 300 skal overta pumpingen og omformeren 200 blir fylt av slam. Vekslingen foregår som beskrevet for overgangen fra omformeren 100 til 200. Tilsvarende, når omformeren 300 er koplet inn og går i parallell med omformeren 200 (fig.3-10), koples omformeren 200 langsomt ut (fig. 3-11) og isoleres totalt (fig. 3-12). Fyllingen av omformeren 100 og tømmingen av omformeren 300 fortsetter inntil omformeren 100 er full av slam og skal isoleres. Vekslingen foregår som beskrevet foran inntil omformeren 100 er isolert og omformeren 2 har overtatt hele lavtrykksslam- strømmen (fig. 3-13 og 3-14). Vekselvirkning og samspill mellom de 12 ventilene og de 3 omformerne fortsetter som beskrevet inntil syklusen er komplett (fig. 3-15 til 3-19) og situasjonene er identisk med den som var antatt i utgangspunktet . The filling of pressure converter 300 continues until the situation as shown in fig. 3-5 occurs. The pressure converter 300 is almost full of sludge and must be insulated. In order to keep the flow rates 1 the manifolds constant, the pressure converter 100 is now opened for filling with sludge before the pressure converter 300 is closed for filling with sludge. Valve 8 is opened first (fig. 3-6) to handle any trapped pressure. As soon as 8 is completely (or even partially) open, 2 is opened and the sludge flow begins (in parallel with the flow to the converter 300). Now valve 12 closes slowly (3-7) so that the entire mud flow in the low-pressure stack is transferred to the converter 100. The converter 300 is then completely isolated by closing 6 (fig. 3-8) and is now in the rest stroke, isolated from the header and nearly full of sludge. The pump function is constantly handled undisturbed by the converter 200, but the converter 100 is filled with sludge. Fig. 3-9 shows the situation somewhat later when the converter 200 approaches the end of the pumping stroke, the converter 300 will take over the pumping and the converter 200 is filled with sludge. The changeover takes place as described for the transition from converter 100 to 200. Correspondingly, when converter 300 is connected and goes in parallel with converter 200 (fig. 3-10), converter 200 is slowly disconnected (fig. 3-11) and completely isolated (fig. 3-12). The filling of the converter 100 and the emptying of the converter 300 continue until the converter 100 is full of sludge and must be isolated. The exchange takes place as described above until converter 100 is isolated and converter 2 has taken over the entire low-pressure sludge flow (fig. 3-13 and 3-14). Interaction and interaction between the 12 valves and the 3 converters continues as described until the cycle is complete (fig. 3-15 to 3-19) and the situations are identical to the one that was initially assumed.

I det følgende skal regulering av raten for slamfylling til den enkelte trykkomformer beskrives nærmere. In the following, regulation of the rate of sludge filling to the individual pressure converter will be described in more detail.

I en vanlig hydraulisk akkumulator av industriell type kan de respektive volumene av N<2>og olje avledes inferensielt ved å avlese trykket i akkumulatoren. Når alle faste data for akkumulatoren er kjent (dimensjoner, forladningstrykk, etc.) kan alle parametre beregnes. I en trykkomformer (som beskrevet foran) er trykket tilnærmet konstant gjennom hver av de to slag-intervaller (ved et gitt trykkområde fastsatt av brønndata) og det er således ikke mulig å bestemme volumfor-holdet slam/olje ved hjelp av enkel instrumentering. Ende-posisjonene kan derimot detekteres som beskrevet tidligere. Dertil kan oljestrømmen i samlestokken (høytrykkssiden) tilnærmet beregnes ved at fortrengningsvolum og omdreinings-hastighet er kjent for oljepumpene (typisk aksialstempelmas-kiner), eller leveringsmengden kan måles ved kjente og velprøvde metoder. In a normal hydraulic accumulator of industrial type, the respective volumes of N<2> and oil can be derived inferentially by reading the pressure in the accumulator. When all fixed data for the accumulator are known (dimensions, precharge pressure, etc.) all parameters can be calculated. In a pressure transducer (as described above), the pressure is approximately constant throughout each of the two stroke intervals (at a given pressure range determined by well data) and it is thus not possible to determine the mud/oil volume ratio using simple instrumentation. The end positions, on the other hand, can be detected as described earlier. In addition, the oil flow in the manifold (high pressure side) can be approximately calculated by knowing the displacement volume and rotational speed of the oil pumps (typically axial piston machines), or the delivery quantity can be measured using known and proven methods.

Derved er den ønskelige fyllingsraten kjent med tilstrekkelig nøyaktighet. Den kan enkelt reguleres ved hastighetsregu-lering av fødepumpen (hydrostatisk transmisjon eller fre-kvensstyrt kortsluttmotor). Siden denne pumpen bare leverer et lavt trykk er effektbehovet relativt lavt (typisk 60-80 kW for en 1200 kW pumpe) og virkningsgraden i reguleringskretsen ganske ukritisk. Økonomisk har dette behovet for regulering liten betydning. Alternativt kan returoljen til oljereservo-aret strupes med en styrt blende, slik som er vanlig praksis for industrielle hydraulikkanlegg. Thereby, the desired filling rate is known with sufficient accuracy. It can be easily regulated by speed regulation of the feed pump (hydrostatic transmission or frequency-controlled short-circuit motor). Since this pump only delivers a low pressure, the power requirement is relatively low (typically 60-80 kW for a 1200 kW pump) and the efficiency in the control circuit is quite uncritical. Economically, this need for regulation has little significance. Alternatively, the return oil to the oil reservoir can be throttled with a controlled orifice, as is common practice for industrial hydraulic systems.

Med en trykkomformer basert på belgprinsippet lettes reguler-ingen av fødepumpen som beskrevet foran (mulighet for innbygging av analog posisjonssensor). With a pressure converter based on the bellows principle, the regulation of the feed pump is facilitated as described above (possibility of incorporating an analogue position sensor).

Claims

1. Pump system for creating an almost continuous medium flow without significant pressure transients occurring in the system, including a separate hydraulic circuit (H) and a separate pump medium circuit (P) where the pumping power is transferred between the two circuits by means of reciprocating devices or pressure converters, a number activatable valves for each converter placed both in the hydraulic circuit and in the pump medium circuit, characterized in that the system includes 3 pressure converters (100,200,300) where the output from each converter branches into respectively a supplying high-pressure pump medium manifold and a supplying low-pressure pump medium manifold where each branch is arranged with said activatable valve (1-12), and that the entrance to each converter is formed by the confluence of a supplying high-pressure hydraulic fluid manifold and a returning low-pressure hydraulic fluid manifold where each confluence is arranged with said activatable valve, and devices (17,19) which sense the end positions of the pressure converter and give signals to activate respective valves (1-12) in a sequence determined by a control unit.

2. Pump system according to claim 1, characterized in that each pressure converter is of the membrane type.

3. Pump system according to claim 1, characterized in that the pressure converter is of the piston type.

4. Pump system according to claims 1-3, characterized in that the number of pressure converters is a number divisible by three.

5. Procedure for pumping fluids by the pump system according to claims 1 - 4, characterized in that pump medium is pumped from at least one and no more than two pressure converters at any time into the high-pressure manifold, the operating sequence for closing/opening the valves occurring in overlapping conditions to signals from the end sensors and the control unit.

6. Method according to claim 5, characterized in that in one phase high-pressure hydraulic fluid is supplied through the associated open supply valve (7) with the return valve (8) closed, to a first pressure converter (100) which transfers the pressure to the pump medium which is pumped out into the high-pressure medium manifold through the associated open delivery valve (1) and with the supply valve (2) closed, at the same time that hydraulic fluid and medium are blocked to and from a second pressure converter (200) by all associated valves (3,4,9,10) being closed, and that medium from the low-pressure manifold is filled in a third pressure converter (300), through the associated open supply valve (6) with the delivery valve (5) closed, the hydraulic fluid being returned out of the converter (300) to the low-pressure manifold through the associated open return valve (12) with supply valve (11) closed.