ES2203189T3 - Aparato transportador. - Google Patents

Abstract

Recipiente de elaboración (66) que tiene una entrada del fluido de limpieza con chorros de fluido a presión y una salida de sólidos y una pluralidad de eductores (60) que tienen cada uno una entrada de chorro y una entrada de sólidos, estando los eductores situados dentro y en general en el fondo del recipiente y dispuestos en secuencia en general a lo largo de un recorrido desde la entrada del fluido de limpieza con chorros de fluido a presión hasta la salida de sólidos, estando la entrada (67) del fluido de limpieza con chorros de fluido a presión dispuesta para suministrar fluido de limpieza con chorros de fluido a presión al interior de un distribuidor (62) que suministra fluido de limpieza con chorros de fluido a presión al interior de cada eductor de la secuencia, y estando la salida de sólidos (64) dispuesta para admitir la salida de un último eductor de la secuencia, y estando cada eductor de los intermedios entre dichos eductores primero y último dispuesto de forma tal que su respectiva entrada de sólidos (40) admite la salida del eductor inmediatamente precedente en la secuencia.

Description

Aparato transportador.

Esta invención se refiere a un recipiente de elaboración y a un método para transportar sólidos en dicho recipiente de elaboración.

Los de la mayoría de los pozos productores de petróleo y gas, tanto si están en tierra como si están en mar abierto, producen típicamente petróleo, gas, agua y sólidos. La misión de una plataforma en mar abierto o de las instalaciones de un campo de explotación en tierra es la de separar estas cuatro fases y dirigir solamente las corrientes de hidrocarburo a la terminal de exportación o refinería receptora. Se comprenderá que a menudo en la práctica el gas que va asociado a los materiales extraídos es inyectado de nuevo o quemado. El agua es separada, es decir que los sólidos son retirados y les es retirado el petróleo y son arrojados por la borda o bien son inyectados de nuevo al interior de la periferia del yacimiento de petróleo o gas o al interior de una roca acuífera aparte.

Los sólidos se dan a menudo en forma de arena, arcilla o limo. Estos sólidos proceden generalmente del yacimiento, pero pueden ser también producidos como subproductos de la corrosión de la tubería de explotación del pozo y de los equipos de elaboración, o bien como arena de fracturación que ha sido deliberadamente inyectada en el fondo de la perforación para incrementar la permeabilidad del yacimiento. La cantidad, el tipo, el tamaño y la variabilidad de la producción de los sólidos producidos varían ampliamente de campo a campo.

Los porcentajes de producción de sólidos no tienen que ser particularmente altos antes de que comiencen a afectar la elaboración del material extraído del pozo. Por ejemplo, los sólidos pueden ocasionar particulares problemas en recipientes de elaboración tales como los separadores de producción por gravedad puesto que los sólidos se sedimentan en estos recipientes debido a las condiciones de reposo que se dan dentro de los recipientes. Típicamente, al acumularse los sólidos disminuyen los tiempos de permanencia para la(s) fase(s) líquida(s) para una determinada cantidad de paso de líquido por el recipiente por unidad de tiempo, y por consiguiente empeora el rendimiento de la separación. La acumulación de sólidos en estos recipientes forma también un buen terreno de cultivo para el crecimiento bacteriano que puede ocasionar una severa corrosión de las paredes del recipiente.

Son también comunes las averías por erosión en las tuberías y válvulas como resultado de la producción de arena, particularmente en la producción a alta presión. Además, los sólidos pueden obstruir y averiar aparatos de medida tales como los indicadores de presión y caudalímetros instalados dentro de las tuberías.

Se han hecho en el estado de la técnica varios intentos de superar el problema de la acumulación de sólidos en los recipientes de elaboración. La US-A-5612003 no se ocupa directamente de la remoción de sólidos de un recipiente pero describe el simple uso de un solo eductor para mantener un lecho fluidizado de materia particulada (como por ejemplo un combustible catalizador o un reactivo). La salida del eductor es aportada a la entrada de un ciclón que separa la materia particulada y la devuelve al lecho fluidizado.

La US-A-3895927 describe de nuevo el uso de un solo eductor (descrito como un "eyector dual"). La función "dual" del eyector hace referencia al uso del eyector tanto para mover lodo o sólidos en un recipiente de elaboración como para producir un vacío en el recipiente. Así, este documento se ocupa de evitar el uso de una bomba de vacío aparte y de la correspondiente tubería necesaria.

La EP-A1-0792950 describe el uso de una pluralidad de eductores que funcionan unos independientemente de otros para descargar los sólidos que se han sedimentado en un recipiente que tiene una superficie del fondo inclinada. El recipiente es usado para la descontaminación o el electrorrecubrimiento de artículos metálicos. Los eductores son usados para impedir que se acumulen en el recipiente "fangos" u otras partículas sólidas. Los eductores (descritos como "eyectores") son usados para llevar los sólidos a un sitio predeterminado en un lado del recipiente.

La US-A-4428841 describe una caja con múltiples eductores que son usados para la limpieza y la remoción de sólidos. Los eductores son usados periódicamente para agitar un "sistema de placas corrugadas" que es usado en la "limpieza por remoción de sólidos".

Según un primer aspecto, la invención aporta un recipiente de elaboración como el expuesto en la reivindicación 1 adjunta a la presente.

Según un segundo aspecto, la invención aporta un método para transportar sólidos en un recipiente de elaboración como se expone en la reivindicación 7 adjunta a la presente.

Se describen a continuación a título de ejemplo realizaciones de recipientes de elaboración según la invención haciendo referencia a los dibujos, en los cuales:

La Figura 1 es una vista lateral esquemática de un sistema de limpieza con chorros de fluido a presión según el estado de la técnica;

la Figura 2 es una vista esquemática en sección de la Figura 1 donde se muestra la configuración de las toberas del estado de la técnica;

la Figura 3 es una vista esquemática en sección de un eductor típico;

la Figura 4 es una vista esquemática ampliada en sección de la parte del fondo de un recipiente de elaboración que contiene un equipo transportador;

la Figura 4A es una vista esquemática ampliada en sección de la parte del fondo de un equipo transportador modificado;

la Figura 5 es una vista esquemática en sección de un eductor transversal;

la Figura 6 es una vista esquemática en planta de un recipiente de elaboración que contiene un equipo transportador; y

la Figura 7 es una vista esquemática en sección del recipiente de elaboración de la Figura 6.

Haciendo referencia a las Figuras 1 y 2, un recipiente de elaboración 5 del estado de la técnica tiene un cuerpo 12 del recipiente con una entrada (no ilustrada) para admitir una mezcla de fluidos tales como gas, petróleo y agua con contenido de sólidos tales como arena. El recipiente tiene un rebosadero 14 y una salida de petróleo 16.

El recipiente ilustrado es tan sólo un ejemplo de los muchos sistemas disponibles. Tales recipientes pueden ser usados para separar 2, 3 ó 4 fases (petróleo, agua, gas y sólidos).

En uso, los sólidos tienden a sedimentarse dirigiéndose hacia el fondo del recipiente. A fin de retirar estos sólidos del recipiente para evitar los problemas que han sido descritos anteriormente, los sólidos son "fluidizados" periódicamente con chorros de agua. Para facilitar esto, el recipiente incluye una entrada 18 del agua para los chorros de agua a presión que tiene un distribuidor 20 en general axial que alimenta las de una pluralidad de toberas 22 formadas a base de cortos tramos de tubo inclinados hacia el fondo del recipiente.

Los sólidos son fluidizados a base de conectar la entrada 18 a una fuente de agua a presión. Los sólidos fluidizados son transportados axialmente por el agua para salir a través de las de una serie de salidas 24 que están situadas a lo largo del fondo del recipiente. Los lodos resultantes son entonces dirigidos a un recipiente colector, y son a continuación elaborados.

Las toberas 22 pueden estar adaptadas para incrementar la velocidad de salida del agua para los chorros de agua a presión, pero más habitualmente están simplemente formadas a base de tubos convencionales no adicionalmente conformados.

Tras haber sido fluidizados, los sólidos son típicamente guiados hacia la abertura de entrada más cercada de una cubierta 26 que discurre en general axialmente a lo largo del fondo del recipiente y cubre las salidas 24 del agua de los chorros. Cada abertura de la cubierta 26 está alineada con una tobera 22.

El recipiente incluye también una salida de agua 28 y una salida de sólidos 30. No están ilustradas salidas para cualesquiera otras fases.

La configuración del estado de la técnica que está ilustrada en las Figuras 1 y 2 es sin embargo insatisfactoria en funcionamiento. En primer lugar, no es conocido el caudal crítico que es necesario para fluidizar los sólidos. Por consiguiente, este tipo de sistema de limpieza con chorros de fluido a presión es diseñado usando parámetros de diseño muy conservadores, lo cual da lugar a un comportamiento no óptimo. En particular, son usados caudales de limpieza con chorros de fluido a presión mayores que los que son necesarios, debido a lo cual se desperdicia fluido de limpieza con chorros de fluido a presión. Si el recipiente es un separador, hay también un incrementado riesgo de que se vea reducido el rendimiento del recipiente con respecto a la separación del agua y de los hidrocarburos.

Adicionalmente, las toberas 22 son propensas a la obstrucción puesto que quedan enterradas al acumularse los sólidos en el fondo del recipiente. Esto deja zonas en el recipiente que están en reposo y en las que por consiguiente nunca serán retirados los sólidos.

El diseño del distribuidor 20 es importante a fin de asegurar que sean uniformes a todo lo largo del recipiente 10 los caudales de limpieza con chorros de fluido a presión. Sin embargo, el diseño de este elemento a menudo deja que desear, lo cual redunda en una falta de uniformidad de la fluidización de los sólidos.

Además, la velocidad del flujo de la mayor parte del material dentro de la cubierta axial de sólidos 26 es habitualmente demasiado baja como para mantener fluidizados los sólidos (particularmente si los sólidos tienen un gran diámetro). Si a los sólidos no se les mantiene fluidizados, tendrá lugar sedimentación, lo cual dará lugar a una obstrucción de la cubierta y las toberas y a un mal rendimiento de la remoción de sólidos.

El sistema del estado de la técnica adolece también de problemas debidos a la erosión de las paredes del recipiente. Las toberas 22 están dirigidas en general hacia las paredes del recipiente, y por consiguiente el material sólido impacta con considerable energía contra la pared del recipiente. Con el paso del tiempo, esto ocasiona una erosión que finalmente da lugar a una perforación del recipiente.

Finalmente, las toberas 22 producen turbulencia. A pesar de que la velocidad de los chorros que son producidos por las toberas 22 es habitualmente suficiente para fluidizar los sólidos, las líneas de flujo de la limpieza con chorros de fluido a presión están mal controladas, y por consiguiente penachos de sólidos son eyectados hacia los niveles superiores de la zona llenada con líquido en el recipiente 5. Esto puede ocasionar una perturbación de los mecanismos de separación de líquido/líquido, y puede dar lugar a que los sólidos sean trasladados a las corrientes tanto de agua como de hidrocarburo de un separador.

Haciendo referencia a la Figura 3, un típico eductor tiene una entrada de sólidos 40, una entrada de chorro 42 y una salida 44.

El eductor actúa como una bomba de chorro que usa una parte de la energía de un fluido motor que entra por la entrada de chorro 42 para arrastrar otro fluido a fin de expulsarlo a una presión más alta que aquélla a la cual dicho fluido entró por la entrada de sólidos 40.

En el caso que se describe a continuación, el fluido motor es agua que es dirigida al interior de un tramo convergente 46 del eductor. El fluido motor puede ser, por ejemplo, agua de mar, agua producida (producida por el pozo) o hidrocarburo.

El fluido motor arrastra el fluido en el cual el eductor está sumergido, y al entrar el fluido arrastrado en un tramo divergente 48 una parte de la energía cinética del fluido motor es convertida en energía de presión en el tramo difusor. Esto hace que la mezcla de fluido motor y fluido que entra por la entrada de sólidos 40 sea descargada a una presión más alta que la presión de aspiración del eductor que está presente en la entrada de sólidos 40.

Así, el eductor ilustrado aspira activamente fluido de detrás de la tobera 50 de la entrada de chorro 42 y lo expulsa por el tramo divergente 48. En lugar de ello o adicionalmente puede estar prevista una entrada de sólidos en el tramo convergente 46; siendo este último sistema particularmente útil para los eductores transversales que se describen más adelante.

La característica de la presión incrementada a través del eductor significa que los eductores pueden ser "concatenados en rosario", es decir proporcionando la salida de un eductor la entrada para el eductor siguiente en la cadena. Esto es posible debido al hecho de que los sólidos que van en el fluido que pasa a través del eductor son tanto aspirados como impelidos en lugar de ser solamente impelidos como en una tobera convencional de limpieza con chorro de fluido a presión.

La Figura 4 muestra eductores 60 concatenados en rosario que son alimentados desde un distribuidor 62 del agua para los chorros de agua a presión y están dispuestos para expulsar los sólidos que van arrastrados en un fluido a través de una abertura 64 de descarga de sólidos. Mediante una cuidadosa selección del tamaño de los eductores y un cuidadoso equilibrado de los caudales y las velocidades, puede ser creado un sistema altamente eficiente de transporte de sólidos en el que los vectores de flujo queden limitados a la zona de los eductores. Para lograr esto, deberá mantenerse preferiblemente la continuidad del flujo de un eductor al siguiente. Así, el caudal de salida total (del fluido motor y del fluido de aspiración del eductor) de todos los eductores anteriores que alimentan a un eductor posterior deberá ser idealmente igual al caudal de entrada del fluido de aspiración de ese eductor posterior.

Situando los eductores concatenados en rosario en general en el fondo del cuerpo 66 de un separador como se muestra en las Figuras 6 y 7, puede crearse en el fondo del recipiente un flujo de barrido de sólidos con chorros de fluido a presión que está muy localizado. Esto asegura una mínima perturbación de la mayor parte del flujo que tiene lugar en el separador en las zonas superiores del cuerpo 66 del recipiente. El cuerpo 66 del recipiente tiene una entrada 67 para el distribuidor 62 del agua para los chorros de agua a presión.

En una realización preferida, el cuerpo 66 del recipiente tiene no tan sólo eductores concatenados en rosario situados en su fondo, sino también un segundo conjunto de eductores 70 situados junto a la pared lateral del cuerpo del recipiente y transversalmente con respecto a los eductores 60 concatenados en rosario. Los de este segundo conjunto de eductores transversales 70 fluidizan la zona de la pared lateral y dirigen los sólidos al fondo del cuerpo del recipiente. Los eductores axiales 60 transportan los sólidos a lo largo del fondo en la dirección del flujo de la mayor parte del fluido en los recipientes, hacia la abertura 64 de descarga de sólidos.

Los eductores transversales 70 aspiran su fluido aspirado en general horizontalmente desde cada lado junto a la pared lateral como muestran las flechas A en las Figuras 5 y 6 y expulsan el flujo formando una "lámina" que se expande a alta velocidad, lo cual se logra preferiblemente haciendo que el tramo difusor 72 tenga una alta relación de forma de su sección transversal (y haciendo que el lado mayor sea paralelo a la pared lateral).

La salida de los eductores transversales 70 es aspirada por los eductores axiales 60 a aproximadamente 90º y es entonces transportada axialmente a lo largo del fondo del cuerpo 66 del recipiente por los eductores axiales 60 hasta la salida de sólidos 64 más cercana.

Se comprenderá que los eductores transversales pueden estar inclinados para que el flujo a través de esos eductores tenga una componente axial así como una componente vertical. En ese caso, la salida de los eductores transversales puede ser aspirada a bastante más o menos de 90º.

Los distintos sistemas anteriormente descritos crean junto al fondo del cuerpo del recipiente una corriente localizada de alta velocidad que idealmente es suficiente para fluidizar tan sólo la zona del fondo de la capa de sólidos y dirigirla a la abertura 64 de descarga de sólidos. Si se logra esto, al ser evacuados los sólidos fluidizados las partículas de sólidos caen hacia abajo desde la capa superior pasando a la corriente del chorro de alta velocidad y son a su vez fluidizadas y evacuadas hacia la abertura de descarga 64. El efecto es el de que la capa de sólidos es "comida" siendo así retirada del fondo de la capa.

Como se ha expuesto anteriormente, al menos en las aplicaciones de separación es importante asegurar que haya un mínimo flujo ascendente del fluido de limpieza con chorros de fluido a presión para limitar la influencia del procedimiento de limpieza con chorros de fluido a presión en el proceso de separación que tiene lugar en las zonas más altas del cuerpo 66 del recipiente. En el sistema anteriormente descrito, la capa de sólidos superior no fluidizada limita el potencial para que se produzca una perturbación del flujo en las zonas superiores del cuerpo del recipiente.

Como mejoramiento adicional, pueden usarse uno o varios eductores de salida 80 (como el ilustrado en la Figura 4A) para aspirar los sólidos fluidizados de la salida de sólidos 64. El eductor de salida 80 puede ser alimentado con fluido motor desde el distribuidor 62.

El flujo a través de la salida de sólidos 64 puede ser también mejorado mediante uno o varios eductores en general verticales dentro del cuerpo 66 del recipiente que tomen la salida en general horizontal de los eductores axiales 60 precedentes y la dirijan hacia abajo hacia la salida de sólidos 64. Esto puede usarse además o en lugar del eductor de salida 80.

Se comprenderá que el sistema anteriormente descrito puede ser objeto de diversas variaciones. Por ejemplo, el recipiente de elaboración 66 puede tener más de una salida de sólidos 64, pudiendo dichas salidas de sólidos estar dispuestas para admitir la salida de uno o varios de los eductores axiales 60. Además, una o varias de las de esta pluralidad de salidas 64 puede estar acoplada o pueden estar acopladas a uno o varios eductores de salida 80.

La ventaja de tener varias salidas 64 es la de que puede controlarse el volumen que debe ser retirado de la cadena de eductores axiales concatenados en rosario por la salida 64. Una sola salida situada al final de la cadena de eductores axiales concatenados en rosario tendrá que admitir un mayor volumen de sólidos fluidizados en comparación con varias salidas situadas a intervalos espaciados a lo largo de la cadena de eductores axiales concatenados en rosario. El uso de eductores de salida mejora en gran medida el rendimiento de la abertura de descarga 64 al ser el material aspirado activamente para ser así evacuado de la abertura.

Por consiguiente, el sistema anteriormente descrito proporciona unos más cortos tiempos de limpieza con chorros de fluido a presión, un menor caudal de agua de limpieza con chorros de agua a presión y una reducida influencia en el rendimiento del recipiente de elaboración en comparación con los sistemas del estado de la técnica. Además, se ve reducida la probabilidad de que pase sedimento a las corrientes de salida de líquido de un recipiente de elaboración utilizado para efectuar una separación. Asimismo, debido al hecho de que el flujo de sólidos es en general paralelo a la pared del cuerpo del recipiente, se ven considerablemente reducidos los daños por erosión que son infligidos al cuerpo del recipiente, en comparación con los sistemas del estado de la técnica.

Tradicionalmente, la remoción de sólidos del fondo de un recipiente de elaboración ha venido siendo efectuada periódicamente. Esto es al menos en parte debido a la perturbación que la operación de limpieza con chorros de fluido a presión ha venido tradicionalmente ocasionando en el funcionamiento del recipiente de elaboración. Los sistemas anteriormente descritos pueden ser también usados periódicamente de esta manera. Sin embargo, los sistemas anteriormente descritos pueden ser también usados de manera continua. Esto es particularmente ventajoso cuando es considerable el volumen de sólidos producido, y en consecuencia cuando la remoción periódica debe ser efectuada a intervalos poco distanciados entre sí. Haciendo que el equipo transportador funcione continuamente a bajos caudales de limpieza con chorros de fluido a presión, se logra la remoción de sólidos con una mínima perturbación del funcionamiento del recipiente de elaboración.

A pesar de que han sido descritos tan sólo recipientes de elaboración horizontales, se comprenderá que la invención es igualmente aplicable a otros sistemas, como son por ejemplo los separadores o recipientes de elaboración verticales.

En el contexto de la presente solicitud, debe considerarse que la expresión "recipiente de elaboración" incluye no tan sólo los separadores anteriormente descritos, sino todo recipiente que contenga fluidos y en el que puedan acumularse sólidos. Un recipiente de elaboración da lugar típicamente a un "tiempo de permanencia". Dicho recipiente puede ser por ejemplo un separador de fases o un tanque de retenida. Dicho recipiente puede ser también un depósito a presión.

El cuerpo 66 del recipiente de elaboración puede estar provisto de uno o varios rebosaderos situados después de una salida de sólidos 64. El rebosadero ayuda a recoger la arena junto a la salida de sólidos 64 y ayuda a también a impedir la perturbación de las zonas superiores del cuerpo del recipiente.

Claims (8)

1. Recipiente de elaboración (66) que tiene una entrada del fluido de limpieza con chorros de fluido a presión y una salida de sólidos y una pluralidad de eductores (60) que tienen cada uno una entrada de chorro y una entrada de sólidos, estando los eductores situados dentro y en general en el fondo del recipiente y dispuestos en secuencia en general a lo largo de un recorrido desde la entrada del fluido de limpieza con chorros de fluido a presión hasta la salida de sólidos, estando la entrada (67) del fluido de limpieza con chorros de fluido a presión dispuesta para suministrar fluido de limpieza con chorros de fluido a presión al interior de un distribuidor (62) que suministra fluido de limpieza con chorros de fluido a presión al interior de cada eductor de la secuencia, y estando la salida de sólidos (64) dispuesta para admitir la salida de un último eductor de la secuencia, y estando cada eductor de los intermedios entre dichos eductores primero y último dispuesto de forma tal que su respectiva entrada de sólidos (40) admite la salida del eductor inmediatamente precedente en la secuencia.

2. Recipiente según la reivindicación 1, que incluye un eductor de salida (80) que está situado fuera del recipiente y acoplado para admitir la salida de la salida de sólidos.

3. Recipiente según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que tiene una pluralidad de salidas de sólidos que están dispuestas cada una para admitir la salida de uno o varios eductores respectivos.

4. Recipiente según la reivindicación 3, que incluye una pluralidad de eductores de salida (80) que están situados fuera del recipiente y están acoplados cada uno para admitir la salida de una o varias de las salidas de sólidos.

5. Recipiente (66) según cualquier reivindicación precedente, que incluye uno o varios eductores transversales (70) situados dentro del recipiente y alineados en general transversalmente con respecto al recorrido, estando el o cada eductor transversal (70) dispuesto para guiar el material sólido en general hacia abajo hacia dicho recorrido.

6. Recipiente de elaboración según cualquier reivindicación precedente, en el que fluye fluido a través del recipiente de una entrada de fluido a una salida de fluido, y en el cual el mencionado recorrido es en general paralelo a la dirección del flujo de la mayor parte del fluido.

7. Método que es para transportar sólidos en un recipiente de elaboración y comprende los pasos de situar los de una pluralidad de eductores en secuencia con la salida de cada eductor intermedio en la secuencia alimentando la entrada de sólidos del siguiente eductor en la secuencia, y situar los eductores en general en el fondo del recipiente, con lo cual es formado junto al fondo de los recipientes un flujo localizado de barrido de sólidos con chorros de fluido a presión.

8. El método de la reivindicación 7, que comprende además el paso de situar uno o varios eductores en el interior con respecto a la pared del recipiente y disponerlos de forma tal que dirijan los sólidos hacia abajo por junto a la pared del recipiente hacia el flujo localizado de limpieza con chorros de fluido a presión.