!HU000004010T2! (19)
HU
(11) Lajstromszám:
E 004 010
(13)
T2
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal
EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA B01F 3/12
(21) Magyar ügyszám: E 05 797462 (22) A bejelentés napja: 2005. 10. 28. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20050797462 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1819429 A1 2006. 05. 11. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1819429 B1 2008. 08. 06.
(51) Int. Cl.:
(30) Elsõbbségi adatok: 625546 P 2004. 11. 05. 246969 2005. 10. 07.
(73) Jogosult: Schlumberger Technology B. V., 2514 JG The Hague (NL)
US US
(72) Feltalálók: EL KHOLY, Ismail, Atyrau 060011 (KZ); JACOB, Gregoire, F-41000 Blois (FR); PESSIN, Jean-Louis, Houston, TX 77077 (US) (54)
B01F 5/00 B01F 5/04 E21B 21/06 (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 06048811 PCT/IB 05/053540
(74) Képviselõ: dr. Harangozó Gábor, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest
Eljárás és berendezés száraz polimerek hidratálására
(57) Kivonat
HU 004 010 T2
A találmány szerinti, viszkózus rétegkezelõ gél elõállítására szolgáló berendezés tartalmaz egy száraz polimer forráshoz és vízbevezetéshez csatlakoztatható keverõfejet (406); több bevezetõcsövet (220, 230), ahol legalább egy bevezetõcsõ (220) a keverõfejhez csatlakozik, és egy másik bevezetõcsõ a vízbevezetéshez csatlakoztathatóan van kialakítva; és a bevezetõcsõhöz kapcsolódó keverõkéményt (100). A berendezés jellemzõje, hogy a keverõkémény tartalmaz egy keverõ- és hí-
gítókamrát meghatározó bemeneti szakaszt (110), ahol a bemeneti szakasznak olyan beömlõnyílásai vannak, amelyeken keresztül a bevezetõcsövek lényegében érintõirányú összeköttetésben állnak hígítókamrával; egy középsõ szakaszt (120) a polimer szuszpenzió és a víz összekeverésére és nyíróáramoltatására; és a viszkózus rétegkezelõ gélnek a kéménybõl való kivezetésére szolgáló, a kamra falán kerülete mentén elrendezett réseket (170) tartalmazó kimeneti szakaszt (130).
A leírás terjedelme 10 oldal (ezen belül 3 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. §-a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1
HU 004 010 T2
A találmány háttere A találmány szakterülete Jelen találmány föld alatti rétegkezeléshez használt folyadékok elõállítására, elsõsorban, de nem kizárólagosan vízbõl és polimerbõl készülõ viszkózus rétegkezelési gélek elõállítására alkalmas berendezésre és eljárásokra vonatkozik. A technika állásának ismertetése Az olajfúrási és ¹kitermelési iparágban széles körben használnak viszkózus, vízbázisú folyadékokat a föld alatti olajkutak kezelésére, valamint vivõfolyadékként. Az ilyen típusú folyadékok használhatók repesztõfolyadékként, savazófolyadékként és nagy sûrûségû kiegészítõ folyadékként is. A rétegrepesztésként is ismert eljárásban ezeket a folyadékokat a föld alatti repedések megindítására és továbbterjesztése használják az olajkút termelésének növelése érdekében. A viszkózus folyadék, mint például a gél, jellemzõen egy polimer anyag vizes oldata. A viszkózus folyadékok olajfúró telepeken történõ elõállításának szokásos, folyamatos módszere magában foglalja a polimer anyag szénhidrogénes vivõfolyadékkal (pl. dízel folyadékkal) képzett kiindulási iszapjának alkalmazását a polimer szétoszlatására és az iszap elkeveredésének elõsegítésére. Bár ez a folyamat képes a gél megfelelõ minõségének biztosítására, a szénhidrogénszármazékok jelenlétét egyes alkalmazási területeken gyakran kifogásolják, még akkor is, ha a szénhidrogének a vízzel való összekeverésüket követõen a rétegrepesztõ gélben csak kis mennyiségben vannak jelen. Látható, hogy a szénhidrogénalapú sûrítmények és az olajkútkezelésre szolgáló, szénhidrogén-tartalmú gélek megtisztítása és hulladékkezelése szintén környezetvédelmi problémákat vet fel; hasonló gondok jelentkeznek a szénhidrogén-alapú géllel szennyezett tartályok, csõvezetékek és más kezelõegységek tisztításánál is. A viszkózus rétegkezelõ gélek folyamatos keverésére használt további módszerek közé tartozik az, amikor a polimert szénhidrogén vivõanyagban gélesítik, majd az ezt követõen vízzel elegyítik azt repesztõ gél elõállításához, végül a gél teljes hidratálásának elérése érdekében a gélt FIFO (first-in/first-out) áramoltatással terelõlemezes tartályokon vezetik át. Más, a viszkózus rétegkezelõ géleknek száraz polimerek közvetlen keverésével történõ elõállítására vonatkozó eljárás található az US 5,426,137, US 5,382,411 és US 5,190,374 közzétételi iratokban. Miközben ezek az eljárások rendkívül hatékonyak, a gél elõállításához szükséges számos bonyolult lépés miatt mégis hátrányosnak bizonyulnak az olajfúró telepeken. Továbbá, az US 2004/0256106 sz. irat egy keverõfej nélküli berendezést ismertet, ahol a gél szemcséinek alapos hidratálásához egy keverõgép a házában található lapátkerék révén megakadályozza gélgömbök képzõdését. Más keverõberendezést ismertet az US 3,881,656 sz. irat, ahol a berendezés tartalmaz egy 60°¹os szögben csatlakozó bevezetõcsõpárral rendelkezõ Y toldatot a
2
víz és a levegõvel szállított por fogadására, amelynek az összekeverést megvalósító kamrája van. Az US 4,688,945 sz. iratban ismertetett berendezésben a por és a víz összekeverése céljából a beren5 dezés alsó és felsõ fúvókát tartalmaz, amelyek együttesen a száraz por és a víz elegyét kúposan örvénylõ áramlásban továbbító, csonka kúp alakú keverõfejet határoznak meg. Továbbá az US 4,498,819 sz. irat szerinti eszköz egy fordított állású, zárt alsó oldalú, kúp 10 alakú házat tartalmaz egy, az iszap számára az alsó oldalon kiképzett beömlõnyílással, és két, nagynyomású víz számára kialakított beömlõnyílással, melyek közül az egyik egy érintõirányú beömlõnyílás az alsó oldal közelében, a másik pedig egy, ház csúcsánál a ház ki15 ömlõnyílása felé nézõ beömlõnyílás. Szükség van a száraz polimer alkotórészeknek közvetlenül a viszkózus rétegkezelõ folyadékok elõállítását megelõzõ, folytonos üzemû, szénhidrogén-tartalmú vivõfolyadéktól mentes hidratálására alkalmas esz20 köz és módszer kifejlesztésére, és ez az igény jelen találmány esetén legalább részben megvalósul.
25
30
35
40
45
50
55
60 2
A találmány összefoglalása Viszkózus rétegkezelõ gél száraz polimerbõl való elõállítására alkalmas eljárást valósítottunk meg a polimer szokványos, állandó térfogatáramú keverõfej segítségével vízben történõ szétoszlatásával. A keverõfejjel egyidejûleg a szétoszlatás elõsegítésére és a levegõ beoldódásának megakadályozására egy elõkeverõ berendezés is beépíthetõ. A keverõfej állandó vízáramlás és állandó nyomás mellett mûködik, így álltja elõ a sûrített polimer iszapot. A keletkezõ sûrített polimer iszapot egy külön erre a célra kialakított, a továbbiakban „keverõkéménynek” nevezett hígító- és újrakeverõ tartályba fejtjük át. A keverõkémény bemeneti szakaszán a beérkezõ, sûrített polimer iszap árama nagynyomású, mérve adagolt, hígító vízzel találkozik híg polimer iszap létrehozásának érdekében. A hígító vízáram a sûrített polimer szuszpenziót körkörös, célszerûen felfelé irányuló mozgásba hozza, ahol a kémény nagy közegellenállású falán nyíródva áramlik, ami a két közegáram teljes összekeveredését és homogén módon feloldott gél kialakulását eredményezi. A híg polimer szuszpenzió további nyíróáramlása történik, amikor az a keverõkémény kimeneti szakaszán található kerület menti furatokon vagy réseken keresztül elhagyja a keverõkéményt. A kiáramló viszkózus rétegkezelõ gél ezt követõen a sugárirányú sebességét lefékezõ külsõ felfogólemezzel vagy egy külsõ kamrával lelassítható, miközben a forgómozgásának kisebb részét továbbra is megtartva egy hidratálótartály tárolócellájába kerül. A fenti eszköz olajkutak bármely egyedi alkalmazásához illeszkedõ, egyszerûen mûködtethetõ, robusztus, terepen alkalmazható technikát valósít meg jó minõségû, viszkózus rétegkezelõ gél folyamatos, tetszõleges kapacitással üzemelõ elõállítására. Jelen alkalmazás használható minõségi gél polimer porból történõ folyamatos keverésére és diszperzió létrehozására anélkül, hogy szükség lenne a polimer olyan vegyi anyagokkal történõ elõkezelésére vagy
1
HU 004 010 T2
permetezésére, amelyek például pH¹stabilizátorként vagy hidratációt késleltetõ szerként mûködnek. Jelen találmány lehetõvé teszi a kezeletlen polimerek olajfúró telepeken való hatékony használatát a viszkózus rétegkezelõ gélek elõállítására. Az ábrák rövid ismertetése Az 1. ábrán a találmány szerinti keverõkémény egyik lehetséges kiviteli alakjának általános áttekintõ rajza látható. A 2A. ábra vázlatos, felülnézeti, keresztmetszeti nézetben ábrázolja a találmány szerinti keverõkémény egy lehetséges kiviteli alakjának bemeneti szakaszát. A 2B. ábra találmány szerinti keverõkémény egy lehetséges kiviteli alakjának elsõ oldalnézetét szemlélteti. A 2C. ábrán találmány szerinti keverõkémény egy lehetséges kiviteli alakjának második oldalnézete látható. A 3. ábrán találmány szerinti keverõkémény egy lehetséges kiviteli alakjának középsõ szakasza látható méretarányosan. A 4. ábrán vázlatosan látható a száraz polimerekbõl készült, olajkútnál használt, viszkózus rétegkezelõ folyadékok folyamatos keverését és hidratálását biztosító eszköz és a kapcsolódó eljárás folyamatábrája.
5
10
15
20
25
30 A célszerû kiviteli alakok részletes ismertetése Az alábbiakban a találmányt szemléltetõ kiviteli alakokat mutatjuk be. Az áttekinthetõség érdekében a jelen leírás nem tartalmazza az összes ténylegesen megvalósított jellemzõt. Fontos megjegyezni ezért, hogy egy ilyen típusú megvalósulási forma tényleges fejlesztésekor számtalan kivitelezési lehetõség és egyedi döntés figyelembevétele szükséges a fejlesztõ egyéni céljainak eléréséhez, mint például a kivitelezésenként változó, rendszerhez vagy üzletághoz kötõdõ elvárások teljesítése. Megjegyezzük, hogy az ilyen jellegû fejlesztések idõigényes és bonyolult erõfeszítéseket igényelhetnek, de ezek kivitelezése a kapcsolódó technológiában alapvetõ ismeretekkel rendelkezõ szakember számára a jelen leírás alapján rutinmunka lehet. A találmány célszerû kiviteli alakjai a rajzok segítségével kerülnek bemutatásra, amelyekben az ábrákon és a leírásban szereplõ azonos hivatkozási jelek azonos vagy egymásnak megfelelõ részegységekre vonatkoznak. Jelen találmány föld alatti rétegkezelõ folyadékok elõállítására, azon belül elsõsorban, de nem korlátozó értelemben, viszkózus rétegkezelõ folyadékok száraz polimer alkotórészekbõl és vízbõl, folyamatos üzemmód mellett történõ elõállítására alkalmas eszközre és eljárásra vonatkozik. Az eszköz és eljárás különösen alkalmas rétegrepesztéshez használt viszkózus rétegkezelõ folyadék száraz polimerbõl történõ elõállítására olajfúró telepeken. A továbbiakban a „gél” elnevezést használjuk viszkózus állapotú, olajfúró lyuk kezelésére
35
40
45
50
55
60 3
2
alkalmas folyékony anyagokra; „száraz polimer” alatt a polimereknek bármely, kereskedelmi forgalomban beszerezhetõ, szilárd halmazállapotú (kristály, amorf vagy egyéb) formában szállított vagy rendelkezésre álló formáját értjük, és nem pedig a vizes, nemvizes szolvatált, pépesített vagy szuszpenzió formájú változatokat. A fúrólyukak kezeléséhez bármilyen típusú polimer használható, nem kizárólagosan beleértve a biopolimereket, például a xantánt és a diutánt, a cellulózt és származékait (pl. karboxi-metil-hidroxi-etil-cellulóz, hidroxi-propil-cellulóz stb.), a guart és származékait (pl. karboxi-metil-hidroxi-propil guar, hidroxi-propil guar, karboxi-metil guar, karboxi-metil-hidroxi-etil guar stb.) a politejsavat, a poliglikolsavat, a poli(vinil-alkohol)¹t, a poliakrilamidot, és más szintetikus polimereket, illetve ezekhez hasonló vegyületeket. A száraz polimerek a szokásosan elfogadott értéknek megfelelõ nedvességtartalommal rendelkeznek. Amint az 1. ábrán látható, a találmány egyik lehetséges kiviteli alakjánál a berendezést általában egy olyan 100 keverõkémény alkotja, amelynek belsejében nincs szükség lapátkerékre, és amely a sûrített polimer iszap hígítására és összekeverésére. A 100 keverõkémény közremûködik a keverék levegõtartalmának eltávolításában is (levegõmentesítés). A 100 keverõkémény tartalmaz egy 110 alsó bemeneti szakaszt, ahol a sûrített polimer iszap és a víz egymástól függetlenül, nyomás alatt áramlanak befelé, egy 120 középsõ szakaszt a keresztülhaladó iszap és víz összekeveredésének és nyíróáramoltatásának elvégzésére, és egy 130 felsõ szakaszt a keverék további nyíróáramoltatásának és egyben kilépésének lehetõvé tételére. A megfelelõ keveredés és nyíróáramlás eléréséhez a 100 keverõkémény belsõ fala mentén a keverési súrlódást csökkentõ és a keveredési felület méretét növelõ 140 mechanikai szerkezetek helyezhetõk el. A mechanikai szerkezetek lehetnek például, de nem kizárólag, fémkiszögellések, kifeszített fémhálók és ezekhez hasonló szerkezetek. A 2A–2C. ábrákon felülnézeti és oldalnézeti elrendezésben látható a 100 keverõkémény 110 alsó bemeneti szakaszának egy találmány szerinti lehetséges kiviteli alakja, ahol az 110 alsó bemeneti szakasz egy a 220, 230 bevezetõcsövekkel való kapcsolódásra alkalmas beömlõnyílásokkal ellátott 210 keverõ- és hígítótartályt tartalmaz. A 220 és 230 bevezetõcsövek lehetõvé teszik a hígításra szolgáló víz és a sûrített polimer iszap továbbítását a 100 keverõkémény belsejébe. A 230 bevezetõcsõ tartalmaz egy közvetlenül a keverõés hígítótartály bemeneténél elhelyezett, a hígítási sebesség szabályozására és a nagy sebességû vízsugár kívánt áramlási sebességtartományon belüli elõállítására alkalmas 240 pillangószelepet. Elsõ lépésben a száraz polimer vízben, keverõfej segítségével való szétoszlatása során egy sûrített polimer iszapot állítunk elõ. A sûrített polimer iszap a keverõfejbõl a 220 bevezetõcsövön keresztül távozik. Jelen találmány egyik lehetséges kiviteli alakjánál a 230 bevezetõcsõ a hígításra használt víz befecskendezésére szolgál a sûrített polimer iszappal való összeke-
1
HU 004 010 T2
verés céljából. A vízsugár a 100 keverõkémény 110 alsó bemeneti szakaszának belsõ fala mentén, érintõirányban, nagy nyomás alatt kerül befecskendezésre. A 110 alsó bemeneti szakasz belsõ fala mentén a vízsugár magával sodorja és körkörös mozgásra késztetve felgyorsítja a 220 bevezetõcsövön keresztül beérkezõ iszapot. A 100 keverõkéményben függõlegesen felfelé rendelkezésre álló korlátlan áramlási tér lehetõvé teszi a beérkezõ iszap és a hígításra szolgáló víz fölfelé irányuló, a keverõkémény fala mentén spirálisan felfelé áramló mozgását. A 220 bevezetõcsövön beáramló, hígításra szolgáló vízsugár mozgási energiája által elõidézett körmozgás és felfelé irányuló áramlás, és nem kevésbé a 220 bevezetõcsövön beérkezõ iszap tehetetlensége, elõsegítik a levegõ eltávolítását a keverékbõl. A 3. ábrán vázlatosan, méretarányos megjelenítésben látható a jelen találmány egyik kiviteli alakja szerinti keverõkémény 120 középsõ szakasza. Az 1. ábrán bemutatott keverõkémény 120 középsõ szakasza közvetlenül a 110 bemeneti szakasz mellett helyezkedik el. A fent leírtak szerint a megfelelõ mértékû keveredés elérésének érdekében a 110 középsõ szakasz belsõ falára a nagyobb nyírási energia meglétét biztosító 140 mechanikai szerkezetek szerelhetõk. A belsõ fal lehet sima kialakítású is. A folyadékkeveréknek a sûrített polimer iszap és a beáramló vízsugarak által keltett sebessége, illetve a körmozgásból adódó nagy centrifugális erõ együttesen idézik elõ a középsõ szakasz falánál megvalósuló nagymértékû nyíróáramlást, ezzel elõsegítve a polimer hatékony homogenizálódását és további szétoszlatását. Ez hatékonyan akadályozza meg a nemkívánatos (gyakran csak halszemeknek nevezett) gélgömbök képzõdését. Ismét az 1. ábrán látható kiviteli alakot tekintve, a következõ lépésben a hígított polimer iszap a 120 középsõ szakaszt elhagyva a 130 felsõ szakaszba lép át. A 130 felsõ szakasz rendelkezik egy a 160 felsõ kamrát legalább részben körülvevõ, üreges henger alakú 150 külsõ kamrával. A 130 felsõ szakasznak a 120 középsõ szakaszból érkezõ hígított polimer iszapot fogadó 160 felsõ kamrája a belsõ falfelületre helyezett 140 mechanikai szerkezetekkel rendelkezhet. A hígított polimer iszap ezek után kilép a 160 felsõ kamrából és átkerül a 150 külsõ kamrába. A 160 felsõ kamrából a 150 külsõ kamra terébe történõ áthaladás közben a polimer iszap több, a kamra kör alakú falán kerület menti elrendezésben elhelyezkedõ 170 résbõl álló, a hígított polimer gél 160 kamrából való kilépése során további nyíróáramlást megvalósító résrendszeren halad át. A 100 keverõkéménybõl távozó hígított polimer iszap már egy lényegében teljesen levegõmentesített, és legalább részben hidratált gélnek tekinthetõ. A 100 keverõkéménybõl a gél egy hidratálótartály elsõ cellájába kerül. Egy lehetséges eljárás szerint a rétegkezelõ gél a kéménybõl kijutva FIFO (first-in/firstout) áramlási technikával halad keresztül a hidratálótartályon. Ezek a folyamatok jól ismertek a technika állásából és általánosságban bemutatásra kerültek az
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 4
2
US 4,828,034 sz. (Constien et al.) az US 5,046,865 sz. (Mclntire) szabadalmi leírásokban. Egy lehetséges kiviteli alaknál a 100 keverõkémény tartalmaz egy 110 alsó bemeneti szakaszt, egy 120 középsõ szakaszt és egy 130 felsõ szakaszt, ahol egy keverõkamra létrehozása céljából a szakaszok összeköttetésben állnak egymással. A szakaszok a technika állása szerint ismert bármely módszerrel összeköthetõk, így például, de nem kizárólagosan, hegesztéssel vagy összekapcsolható peremekkel. Jelen találmány egy másik lehetséges kiviteli alakjánál a kamra egy vagy két hengerbõl is kialakítható. A találmány szerinti egyes keverõkémények esetében a bemeneti szakasz a kémény alsó szakaszától eltérõ helyen is lehet. Például a bemeneti szakasz elhelyezkedhet a kémény tetején is, miközben a hígított polimer iszap távozására kialakított szakasz a kémény aljára kerül. Ebbõl fakadóan a kémény a következõket tartalmazhatja: keverõ- és hígítókamrát és a bevezetõcsövekhez kapcsolódó beömlõnyílásokat magában foglaló felsõ bemeneti szakaszt; polimer iszap és víz összekeverésére és nyíróáramoltatására szolgáló középsõ szakaszt; és egy, a kör alakú falon kerület menti elrendezésben elhelyezkedõ és a gélt a kéménybõl kivezetõ réseket tartalmazó alsó szakaszt. Viszkózus rétegkezelõ folyadék elõállításához használható száraz polimerek hidratálására alkalmas eljárást is bemutatunk. Az eljárás általánosságban tartalmazza a száraz polimer vízben, keverõfejjel történõ szétoszlatását egy sûrített polimer iszap létrehozásához, és a sûrített polimer iszap ezt követõ, vízzel együtt történõ befecskendezését a keverõkéménybe. A sûrített polimer iszap és a hígításra szolgáló víz hígított polimer iszap létrehozása érdekében a keverõkémény belsejében keveredik össze. A viszkózus rétegkezelõ gél létrehozása céljából a hígított polimer iszap a keverõkémény kimeneti szakaszán elhelyezett, több lyukból vagy résbõl álló kimeneten keresztül távozik. A viszkózus rétegkezelõ gél ezt követõen egy hidratálótartályban tárolható és onnan elszállítható. A találmány egy másik lehetséges kiviteli alakjánál a viszkózus rétegkezelõ gél tárolható és továbbáramoltatható egy FIFO áramlási technikával üzemelõ hidratálótartály függõlegesen elrendezett terelõlapokat tartalmazó celláin keresztül a gél teljes hidratálása vagy a szükséges további tartózkodási idõ biztosítása céljából. Az egyes cellákba beszerelt lapátos keverõturbinák alkalmazhatók a gél további nyíróáramoltatására, a hidratálási folyamat elõsegítésére és a FIFO áramoltatás javítására. A folyadék a tartály utolsó celláját a gravitáció segítségével hagyja el. Folyamatszabályozó elemek a minden egyes cellában vagy csak az utolsó cellában elhelyezett szenzorokról érkezõ visszacsatolás alapján, a keverõszelep nyitott állapotának mértékét változtatva szabályozzák a keverési arányt. A 4. ábrán vázlatosan látható a találmány szerinti eljárás és eszköz egy másik lehetséges változata az olajfúró telepeken alkalmazott, száraz polimerbõl elõállított, olajkútkezelésre használt viszkózus rétegkezelõ gél folyamatos keverésének biztosítására. Ez az eljárás
1
HU 004 010 T2
és eszköz azonban használható más típusú, por alakú anyagoknak folyadékokkal való összekeverésére is. A 4. ábrán általánosságban látható az eljárás menete, amely tartalmaz egy a mozgási energiát biztosító 416 centrifugálszivattyút, egy, a sûrített polimer iszap elõállításához a száraz polimert szétoszlató 406 keverõfejet, egy, a száraz polimert a 402 tároló/adagoló tartályból a 406 keverõfejhez továbbító 404 adagolót, és egy, a sûrített polimer iszapot fogadó és azt a hígításra szolgáló vízzel összekeverõ, majd a megfelelõ arányban polimert tartalmazó hígított polimer iszapot a 418 tartályba továbbító 410 hígító- és keverõkamrát (kéményt). A 418 tartály 1, 2, 3, 4, 5 cellákat tartalmazó, többcellás, FIFO áramoltatással mûködõ és 420 nyíró-keverõ rudakkal felszerelt tároló- és hidratálótartály. A 418 tartályban a hígított polimer iszap tárolása, majd hidratációja történik a viszkózus rétegkezelõ gél elõállítása érdekében. A 4. ábrán látható kiviteli alaknál a száraz polimer tárolása a 404 térfogati adagolóhoz kapcsolódó 402 tárolóedényben történik. A 404 adagoló a száraz polimert a 406 keverõfejhez juttatja, ahol az egy vízbevezetõ egység által szolgáltatott vízben szétoszlik és ezáltal iszapot képez. A vízbevezetõ egység illesztése a rendszerhez bármilyen alkalmas vízforrásból szívócsonkokon keresztüli összeköttetéssel valósul meg. A 402 edény és a 404 adagoló az edény tömegét folyamatosan rögzítõ betöltõ cellára vannak felszerelve. A polimer betöltési sebességének folyamatos mérése a 404 térfogati adagoló forgási sebességének mérése alapján becsült kezdeti térfogat-áramlási sebesség alapján elvégezhetõ. Pontos, súlymérésen alapuló méretezés a 402 tárolóedény tömegveszteségének folyamatos mérésével valósítható meg. Mindkét fenti mérési eljárás alkalmazható egyidejûleg, vagy külön-külön is. A száraz polimer vizes közegben való elõzetes keverését szolgáló 408 gyûrûs elõkeverõ tetszés szerint beiktatható a 404 adagoló és a 406 keverõfej közé. Szintén a 4. ábra alapján kerül bemutatásra az a kiviteli alak, ahol a keverõegység egy állandó nyomás mellett állandó mennyiségû folyadék áramlását biztosító, rögzített fúvókaméretû 406 keverõfejként van kialakítva. A 406 keverõfej a száraz polimert vízben oszlatja szét és állandó áramlási sebességû sûrített polimer iszapot hoz létre. Az így keletkezett sûrített polimer iszap ezt követõen a 410 keverõkéménybe kerül, ahol hígításra szolgáló vízáram magával sodorja és felgyorsítja és egy körkörös, csigavonalban felfelé irányuló mozgásba hozza. A létrejött hígított polimer iszap nyíróáramoltatása a 410 keverõkémény középsõ szakaszának belsõ fala mentén történik, illetve a 410 keverõkémény tetején levõ kimenetnél kerület menti elrendezésben elhelyezkedõ lyukak és rések teszik tökéletessé a keverést, egyben megelõzve gélgömbök képzõdését. A hígító vízáramot egy 412 automata szabályozóval ellátott pillangószelep szabályozza, ahol a szabályozó a szelep helyzetét az elérni kívánt keverési arány szerint állítja be. A pillangószelep közvetlenül a kémény bejáratánál helyezkedik el oly módon tájolva, hogy a kéményhez képest érintõirányú nyaláb elõállítására legyen ké-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 5
2
pes. A keverõfej és hígító közegáram elõtt elhelyezett 414 áramlásmérõ méri a teljes áramlási sebességet, és a szabályozóegységnek küldött jellel lehetõvé teszi, hogy az a vezérlõszelep helyzetét beállítsa. A 404 adagoló sebessége a szabályozóegység által kerül beállításra a 414 áramlásmérõ által mért keverésre szolgáló víztérfogat és a 402 tárolóedénybõl adagolt száraz polimer mennyisége közötti arány szinten tartása érdekében. A keverésre szolgáló víznek 414 áramlásmérõtõl a 406 keverõfejhez történõ mozgása során a víz szükség esetén átvezethetõ egy 422 szûrõn a nemkívánatos szemcsék kiszûrése céljából. A 402 edénybõl kiadagolt száraz polimer mennyisége bármely alkalmas módon meghatározható, többek között súlymérésen alapuló módszerrel, a 402 edény tömegveszteségének mérésével, vagy térfogatmérésen alapuló módszerrel, a 404 adagoló csavarja sebességének szabályozásával. A viszkózus rétegkezelõ gél elõállításának további lépéseként a hígított polimer iszap elhagyja a 410 keverõkéményt és a 418 hidratálótartály elsõ cellájába jut. Az egyes cellákból a további cellákba való átjutáshoz az 1 és 2 cella között lefelé, a 2 és 3 cella között felfelé, a 3 és 4 cella között lefelé, majd a 4 és 5 cella között felfelé irányítható az iszap. Ennek segítségével lényegében FIFO áramoltatási technika érhetõ el, és biztosítani lehet a gél számára, hogy legalább a teljes hidratálásához szükséges ideig a legnagyobb áramlási sebességgel rendelkezzen. Az egyes cellákban 420 keverõlapátok alkalmazhatók energiaközléshez és a hidratálás elõsegítésére, valamint a csatornaképzõdése minimalizálása révén a FIFO áramlás fenntartásához. (A keverõlapátok közül a rajzon csak egyet ábrázoltunk.) Végeredményben a rétegkezelõ gél a hidratálótartályból kivezetõ csatlakozókon keresztül jut a kutakhoz. A következõ példa a találmány szerinti megoldás mûködését szemlélteti. Egy olajfúró telepen a fúrólyukhoz használt viszkózus rétegkezelõ gél elõirányzott kihozatali sebessége körülbelül 20 hordó/perc (840 gallon/perc, 3180 l/perc), és a száraz polimer kívánt koncentrációja a rétegkezelõ gélen belül 40 font/1000 gallon (4,8 kg/1000 l). Ismét a 4. ábrát figyelembe véve, ennek a sebességnek az eléréséhez a 410 kéménynek 20 hordó/perc (840 gallon/perc, 3180 l/perc) híg polimer iszapot kellene szállítania a 418 hidratálótartályba. Ha a 406 keverõfej 160 gallon/perc (606 l/perc) állandó kihozatallal adagolja a sûrített polimer iszapot a 410 kéménybe, akkor a hígításra szolgáló vízáramnak a 410 kéménybe irányuló áramlási sebessége 680 gallon/perc (2574 l/perc) értékû lesz. A száraz polimer (40 font/1000 gallon) koncentrációjának eléréséhez a viszkózus rétegkezelõ gél (20 hordó/perc) kihozatali sebessége mellett a 402 edénybõl 33,6 font/perc (15,3 kg/perc) száraz polimer adagolására van szükség a 406 keverõfejhez, és ez keveredik össze az ide bevezetett vízzel, aminek eredményeként olyan sûrített iszap keletkezik, amelyben a sûrített iszap koncentrációja 210 font/1000 gallon (25,2 kg/1000 l). A találmány más kiviteli alakjainál a száraz polimerbõl nyert viszkózus kútkezelõ gél folyamatos keverésé-
1
HU 004 010 T2
re és hidratálására szolgáló eszközt tartalmazó berendezés vagy eljárás magában foglalhatja keverõkémények használatát is. A keverõkémények összekapcsolhatók soros vagy párhuzamos módban, vagy azok tetszõleges kombinációjában. Noha a fenti leírásban a találmány jelenlegi célszerû kiviteli alakjait ismertettük, ezen túlmenõen számos változtatás lehetséges mind az egyes elemek szerkezetében és elrendezésben, mind pedig az egyes lépések végrehajtásában anélkül, hogy túllépnénk a találmánynak az igénypontok által meghatározott oltalmi körén.
SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Berendezés viszkózus rétegkezelõ gél elõállítására, amely berendezés tartalmaz: – egy száraz polimer forráshoz és vízbevezetéshez csatlakoztatható keverõfejet (406); – több bevezetõcsövet (220, 230), ahol legalább egy bevezetõcsõ (220) a keverõfejhez csatlakozik, és egy másik bevezetõcsõ a vízbevezetéshez csatlakoztathatóan van kialakítva; és – a bevezetõcsõhöz kapcsolódó keverõkéményt (100), azzal jellemezve, hogy a keverõkémény tartalmaz: – egy keverõ- és hígítókamrát meghatározó bemeneti szakaszt (110), ahol a bemeneti szakasznak olyan beömlõnyílásai vannak, amelyeken keresztül a bevezetõcsövek lényegében érintõirányú összeköttetésben állnak hígítókamrával; – egy középsõ szakaszt (120) a polimer szuszpenzió és a víz összekeverésére és nyíróáramoltatására; és – a viszkózus rétegkezelõ gélnek a kéménybõl való kivezetésére szolgáló, a kamra falán kerülete mentén elrendezett réseket (170) tartalmazó kimeneti szakaszt (130). 2. Az 1. igénypont szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy a bevezetõcsövek (220, 230) tartalmaznak egy elsõ bevezetõcsövet (230) a hígításra szolgáló vízáramnak a bementi szakaszhoz (110) történõ továbbítására, és egy második bevezetõcsövet a keverõfejtõl (406) érkezõ sûrített polimer szuszpenziónak a beme-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
6
2
neti szakaszhoz történõ továbbítására, ezáltal az iszapnak a bemeneti szakaszba történõ belépésekor a vízáram magával sodorja és körkörös mozgással felgyorsítja sûrített polimer iszapot. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a bemeneti szakasz (110) a középsõ szakasz (120) alatt helyezkedik el, és a kimeneti szakasz (130) a középsõ szakasz fölött helyezkedik el. 4. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a középsõ szakasz (120) annak belsõ fala mellett mechanikai szerkezeteket (140) tartalmaz. 5. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy tartalmaz továbbá a kimeneti szakaszt (130) körülvevõ, a viszkózus rétegkezelõ gél fogadására alkalmas tartályt. 6. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy tartalmaz továbbá egy, a viszkózus rétegkezelõ gél tárolására és szállítására szolgáló tartályt (418). 7. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy tartalmaz továbbá egy, a keverõfejhez (406) csatlakozó edényt (402) a száraz polimer tárolására és keverõfejhez történõ adagolására, valamint tartalmaz egy térfogati adagolóval (404) összekapcsolt edényt hordozó gravimetriai erõmérõ cellákat, illetve a két említett eszköz kombinációját. 8. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy tartalmaz egy, az edény (402) és a keverõfej (406) között elhelyezett elõkeverõ egységet (408). 9. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a keverõfej (406) és a vízbevezetés között elhelyezett szûrõt (422) tartalmaz. 10. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a viszkózus rétegkezelõ gél folytonos üzemmódú berendezésben száraz polimerbõl és vízbõl történik van elõállítva. 11. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a keverõfej (406) rögzített méretû fúvókával rendelkezik. 12. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti berendezés alkalmazása föld alatti képzõdmény repesztésre szolgáló viszkózus rétegkezelõ gél elõállítására.
HU 004 010 T2 Int. Cl.: B01F 3/12
7
HU 004 010 T2 Int. Cl.: B01F 3/12
8
HU 004 010 T2 Int. Cl.: B01F 3/12
9
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Törõcsik Zsuzsanna Windor Bt., Budapest
