NO339652B1

NO339652B1 - Device for mixing drilling fluid

Info

Publication number: NO339652B1
Application number: NO20140800A
Authority: NO
Inventors: Eivind Hågøy; Vidar Hollevik
Original assignee: Kca Deutag Drilling As
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2017-01-16
Also published as: NO20140800A1; WO2015199547A1

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for blanding av borefluid, omfattende en kapsling i form av et langstrakt, innvendig hult legeme innrettet for mottak av borefluid, der kapslingen omfatter et innvendig rom utstyrt med en høytrykksdyse som er forbundet med et innløp som strekker seg gjennom en første ende av kapslingens langstrakte legeme og en motstående distribueringskjegle som er anordnet i en andre ende av kapslingens langstrakte legeme. The present invention relates to a device for mixing drilling fluid, comprising an enclosure in the form of an elongated, internal hollow body arranged for receiving drilling fluid, where the enclosure comprises an internal space equipped with a high-pressure nozzle which is connected to an inlet extending through a first end of the enclosure's elongate body and an opposing distribution cone arranged at a second end of the enclosure's elongate body.

Normalt på offshore oljerigger benyttes en brukt borkrone med innsatt dyse for å oppnå ønskede fysikalske egenskaper på mud (boreslam). Dette gjøres ved at en lar mud gå gjennom en dyse hvor den blir "knust". Trykk som benyttes kan være opp mot 200 bar, og væskemengde mellom 500 - 1000 Itr/min. Normally on offshore oil rigs, a used drill bit with an inserted nozzle is used to achieve the desired physical properties of mud (drilling mud). This is done by allowing mud to pass through a nozzle where it is "crushed". Pressure used can be up to 200 bar, and liquid quantity between 500 - 1000 Itr/min.

Dagens anlegg er bygd opp på en slik måte at dette gjøres i boreslamtanker som står om bord i riggene, og stråle ut av dyse går direkte ned i mud i tank. Kraften i strålen resulterer i at den går langt ned i tanken, og ofte er restkraften i strålen stor når denne møter tankvegg. Ved varierende nivå i tank vil restkrefter variere, og strålen brytes ned av mudnivå i tank. Dette kan resultere i utvasking av tankvegg, samt at det genererer mye støy. Tilkomst for vedlikehold av tanker og dyser må gjøres ved entring av tank noe som er risikofylt og tidkrevende. Hvis man får en utvasking og hull i tankvegg kan dette resultere i utslipp til ytre miljø. Today's facility is built in such a way that this is done in drilling mud tanks that are on board the rigs, and the jet from the nozzle goes directly into the mud in the tank. The force in the jet results in it going far down into the tank, and often the residual force in the jet is large when it meets the tank wall. With varying levels in the tank, residual forces will vary, and the beam is broken down by the mud level in the tank. This can result in washing out of the tank wall, as well as generating a lot of noise. Access for maintenance of tanks and nozzles must be done when entering the tank, which is risky and time-consuming. If you get a washout and a hole in the tank wall, this can result in emissions to the external environment.

Utfordringer med kjent teknikk er derfor knyttet til blant annet støy, utvasking av tankvegger, sårbarhet for varierende nivå i tank, samt at løsningene ofte ikke er designet for formålet. Challenges with known technology are therefore related to, among other things, noise, washing out of tank walls, vulnerability to varying levels in the tank, and the fact that the solutions are often not designed for the purpose.

Fra kjent teknikk vises blant annet til US 2626788 A, og som beskriver en sylindrisk installasjon som er montert på en borefluidtank, og som brukes for blanding av borefluid. Installasjonen omfatter en skrueformet transportør som strekker seg fra den første ende av sylinderen til den andre enden som i sin tur er konstruert til å omfatte en kjegleformet del. From prior art, reference is made, among other things, to US 2626788 A, which describes a cylindrical installation which is mounted on a drilling fluid tank, and which is used for mixing drilling fluid. The installation comprises a screw-shaped conveyor extending from the first end of the cylinder to the second end which in turn is designed to include a cone-shaped part.

Det vises også til US 2007/084638 A1, US 4474254 A, US 4285601 A, og US 2748884 A, som andre eksempler på en anordning eller installasjon som omfatter bruk av høytrykk-dyser med eller inn i en boreslamtank for å hjelpe med blanding av borefluidet i tanken. Reference is also made to US 2007/084638 A1, US 4474254 A, US 4285601 A, and US 2748884 A, as other examples of a device or installation comprising the use of high pressure nozzles with or into a drilling mud tank to assist in mixing of the drilling fluid in the tank.

Videre vises til WO 2011/142894 A1, og som beskriver en anordning for blanding av borefluid, omfattende en kapsling i form av et langstrakt, innvendig hult legeme innrettet for mottak av borefluid. Et innvendig rom er utstyrt med en høytrykksdyse og en motstående støtflate og flate som kan ha mange forskjellige former. Furthermore, reference is made to WO 2011/142894 A1, which describes a device for mixing drilling fluid, comprising an enclosure in the form of an elongated, internally hollow body arranged for receiving drilling fluid. An internal chamber is equipped with a high-pressure nozzle and an opposing impact surface and surface which can have many different shapes.

US 5460449 A viser en in-line mikser med en rørform som nedstrøms har et skjærehode som i utvendig form kan minne om distribueringskjeglen i foreliggende oppfinnelse. Fluid strømmer gjennom et øvre innløp, via skjærehodet og strømmer ut via et utløp nedstrøms for skjærehodet. US 5460449 A shows an in-line mixer with a tubular shape which downstream has a cutting head which in external form may resemble the distribution cone in the present invention. Fluid flows through an upper inlet, via the cutting head and flows out via an outlet downstream of the cutting head.

US 5145256 A viser utstyr for behandling av blant annet borefluid, og som er utstyrt med et innløp og et utløp. Mellom innløpet og utløpet er en mikseinnretning plassert for blanding av fluid. US 5145256 A shows equipment for treating, among other things, drilling fluid, which is equipped with an inlet and an outlet. Between the inlet and the outlet, a mixing device is placed for mixing fluid.

Foreliggende oppfinnelse kan monteres inn i eksisterende prosess vertikalt, horisontalt, eller skråstilt. Oppfinnelsen er designet med hensyn til at den skal lett kunne monteres/demonteres samtidig som den fungerer som "dobbel barriere", for eksempel i en tankvegg. Videre kan slitedeler skiftes uten entring av tank og nedetid i boring, og er lett å rengjøre. The present invention can be fitted into the existing process vertically, horizontally or at an angle. The invention has been designed in such a way that it should be easy to mount/dismount at the same time that it functions as a "double barrier", for example in a tank wall. Furthermore, wearing parts can be changed without entering the tank and downtime in drilling, and are easy to clean.

Et videre formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en alternativ og forbedret løsning som redusere både tid, risiko og kostnader ved vedlikeholds operasjoner relatert til en boreslamstank på et borefluidsirkulasjonssystem på offshore oljerigger. A further purpose of the invention is to provide an alternative and improved solution that reduces both time, risk and costs of maintenance operations related to a drilling mud tank on a drilling fluid circulation system on offshore oil rigs.

I følge oppfinnelsen brukes eksempelvis en sylindrisk installasjon som kan monteres enten inn i/ eller ut av borefluidtanken og som tilveiebringer en dobbel barriere mot tankveggen. According to the invention, for example, a cylindrical installation is used which can be mounted either in/or out of the drilling fluid tank and which provides a double barrier against the tank wall.

Overnevnte formål oppnås med en anordning for blanding av borefluid, omfattende en kapsling i form av et langstrakt, innvendig hult legeme innrettet for mottak av borefluid, idet kapslingen omfatter et innvendig rom utstyrt med en høytrykksdyse som er forbundet med et innløp som strekker seg gjennom en første ende av kapslingens langstrakte legeme og en motstående distribueringskjegle som er anordnet i en andre ende av kapslingens langstrakte legeme. Oppfinnelsen er kjennetegnet ved at et antall åpninger eller slisser er frembrakt i en øvre del av kapslingens langstrakte legeme, innrettet til å fungere som væskeutløp for blandet borefluid, og at høytrykksdysens munningsåpning er montert lavere enn nevnte åpninger eller slisser i kapslingens langstrakte legeme. The above-mentioned purpose is achieved with a device for mixing drilling fluid, comprising an enclosure in the form of an elongated, internal hollow body arranged for receiving drilling fluid, the enclosure comprising an internal space equipped with a high-pressure nozzle which is connected to an inlet extending through a first end of the enclosure's elongate body and an opposing distribution cone arranged at a second end of the enclosure's elongate body. The invention is characterized by the fact that a number of openings or slots are produced in an upper part of the enclosure's elongated body, designed to function as a liquid outlet for mixed drilling fluid, and that the mouth opening of the high-pressure nozzle is mounted lower than said openings or slots in the enclosure's elongated body.

Videre kan det innvendige rommet, i det minst i et område om distribueringskjeglen, være kledd med en foring av slitemateriale av tungmetall, så som wolframkarbid. Furthermore, the inner space, at least in an area around the distribution cone, can be lined with a lining of wear material of heavy metal, such as tungsten carbide.

Distribueringskjeglen kan i underkant være utstyrt med dreneringsåpninger mot en endebunn til kapslingen. The distribution cone can be equipped at the bottom with drainage openings towards an end base of the enclosure.

Høytrykksdysen kan videre være montert i et avstivet dysehus. The high-pressure nozzle can also be mounted in a stiffened nozzle housing.

Videre kan i det minste høytrykksdysens munningsåpning være utstyrt med en dysekappe eller kapsling. Furthermore, at least the mouth opening of the high-pressure nozzle can be equipped with a nozzle cover or enclosure.

Høytrykksdysen og/eller dysekappen kan være fremstilt av eller kledd med tungmetall, så som wolframkarbid. The high-pressure nozzle and/or nozzle cap may be made of or coated with a heavy metal, such as tungsten carbide.

Anordningen i følge oppfinnelsen kan være innrettet for montering i en borefluidtank, eller anordningen kan være innrettet for montering oppstrøms tanken. The device according to the invention can be designed for installation in a drilling fluid tank, or the device can be designed for installation upstream of the tank.

Videre kan anordningen i følge oppfinnelsen være innrettet for mottak av borefluid fra en eller flere eksterne mudpumper for å medvirke til blandingen av borefluider og til å frembringe trykk i høytrykksdysen. Furthermore, the device according to the invention can be arranged to receive drilling fluid from one or more external mud pumps in order to contribute to the mixing of drilling fluids and to generate pressure in the high-pressure nozzle.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av de vedlagte figurer, hvori: The invention will now be described in more detail with the help of the attached figures, in which:

Figur 1 viser et riss av en anordning i følge oppfinnelsen. Figure 1 shows a diagram of a device according to the invention.

Figur 2 viser et snitt av en anordning i følge oppfinnelsen. Figure 2 shows a section of a device according to the invention.

Figur 3 viser illustrativt anordningen i følge oppfinnelsen montert i en borefluidtank. Figure 3 illustratively shows the device according to the invention mounted in a drilling fluid tank.

Som det fremgår fra figur 1 og 2 omfatter oppfinnelsen en anordning eller installasjon 10 omfattende en kapsling 12 i form av et langstrakt legeme. Kapslingen 12 kan ha en sirkulærsylindrisk form med et innvendig hult rom 16. Anordningen 10 er i en utførelse innrettet for montering i en borefluidtank og er av den grunn fortrinnsvis utstyrt med en utvendig monteringsflens 14 i en øvre del av kapslingen 12. Kapslingens12 langstrakte legeme er videre utstyrt med åpninger eller slisser 18 som fungerer som væskeutløp for borefluid fra det innvendige rommet 16. Åpningene eller slissene 18 kan også virke til å regulere mengde borefluid i det innvendige rommet 16. As can be seen from Figures 1 and 2, the invention comprises a device or installation 10 comprising an enclosure 12 in the form of an elongated body. The enclosure 12 can have a circular-cylindrical shape with an internal hollow space 16. The device 10 is in one embodiment designed for mounting in a drilling fluid tank and is therefore preferably equipped with an external mounting flange 14 in an upper part of the enclosure 12. The elongated body of the enclosure 12 is further equipped with openings or slots 18 which function as liquid outlets for drilling fluid from the internal space 16. The openings or slots 18 can also act to regulate the amount of drilling fluid in the internal space 16.

I en andre utførelse (ikke vist) kan anordningen være innrettet for montering oppstrøms tanken, eksempelvis på rett rørstrekk. Dette vil forenkle tilkomst og tilstandsovervåking, og redusere støynivå. Anordningen i følge oppfinnelsen kan også monteres i hvilken som helst prosesslinje (før tank) og således levere ferdig behandlet borefluid til flere tanker om ønsket. I sistnevnte tilfelle kan de nevnte slisser eller åpninger være erstattet av utløp, gjerne i form av en manifold, som via ventiler kan styre fordeling av borefluid. In a second embodiment (not shown), the device can be arranged for installation upstream of the tank, for example on a straight pipe section. This will simplify access and condition monitoring, and reduce noise levels. The device according to the invention can also be installed in any process line (before the tank) and thus deliver fully treated drilling fluid to several tanks if desired. In the latter case, the aforementioned slots or openings can be replaced by outlets, preferably in the form of a manifold, which can control the distribution of drilling fluid via valves.

Figur 2 viser nærmere den viste utførelsen i figur 1 innvendig. Som det fremgår omfatter en første ende eller del av kapslingens 12 langstrakte legeme et innløp 28. Innløpet er fortrinnsvis koblet til eksisterende utstyr, så som eksterne mudpumper 50. Pumpene vil også tilføre nødvendig trykk på fluidet i anordningen 10. Om innløpet 28 kan et avstivende dysehus 30 være montert, og som rommer en høytrykksdyse 20. Dysehuset 30 kan være i form av avstivende plater eller lignende. Figure 2 shows in more detail the design shown in Figure 1 inside. As can be seen, a first end or part of the enclosure's 12 elongated body includes an inlet 28. The inlet is preferably connected to existing equipment, such as external mud pumps 50. The pumps will also supply the necessary pressure to the fluid in the device 10. About the inlet 28, a stiffening nozzle housing 30 be fitted, and which accommodates a high-pressure nozzle 20. The nozzle housing 30 can be in the form of stiffening plates or the like.

Om høytrykksdysen 20 kan det være montert en dysekappe eller kapsling 32. Kapslingen ved utløpet på dysen 20 har til formål å redusere støy. Den fjerner også muligheten for utvasking av tanker, og gir en dobbel barriere, tilsvarende som kapslingen 12. Det gis også mulighet for å skjære mud uavhengig av nivå i tank. Dysekapslingen gir generelt også økt levetid på utstyr. A nozzle cover or enclosure 32 may be fitted to the high-pressure nozzle 20. The purpose of the enclosure at the outlet of the nozzle 20 is to reduce noise. It also removes the possibility of tanks being washed out, and provides a double barrier, similar to the enclosure 12. It also provides the possibility of cutting mud regardless of the level in the tank. The nozzle enclosure generally also increases the service life of equipment.

Når en starter skjæring/blandingen av borefluid som mud vil kapsling, dvs. rommet 16, fylles opp og en vil således holde et nivå i kapslingen 12. Skjært mud renner ut i overløpsutsparinger i form av slissene eller åpningene 18. Når en skjærer mud vil krefter som oppstår i høytrykksdysen naturlig overføres til medie/vegg på kapsling 12. Ved et gitt nivå er restkrefter neglisjerbare, siden mud opptar alle krefter. På grunn av høye hastigheter på mud er dyse/kapsling/drenering fortrinnsvis kledd med tungmetall, så som wolframkarbid. Dette for å øke levetid. When you start cutting/the mixing of drilling fluid as mud, the casing, i.e. the room 16, will fill up and you will thus maintain a level in the casing 12. Cut mud flows out into overflow recesses in the form of the slots or openings 18. When a cutting mud will forces that arise in the high-pressure nozzle are naturally transferred to the medium/wall of enclosure 12. At a given level, residual forces are negligible, since mud absorbs all forces. Due to high velocities of mud, nozzle/casing/drainage is preferably lined with heavy metal, such as tungsten carbide. This is to increase the lifespan.

Med uttrykket "blanding" må dette forstås til også å omfatte det som normalt forstås i sammenheng med uttrykket "skjæring". With the expression "mixing", this must be understood to also include what is normally understood in connection with the expression "cutting".

I den andre enden av kapslingens 12 langstrakte legeme er en distribueringskjegle 22 anordnet, dvs. at kjeglen 22 er plassert motstående til høytrykksdysen 20. Hensikten med kjeglen er å fordele borefluid i rommet 16, slik at ikke de overnevnte ulemper oppstår. Kjeglen 22 kan ha en kjegleform, konusform eller for den saks skyld en form tilsvarende en "kinahatt". At the other end of the casing 12's elongated body, a distribution cone 22 is arranged, i.e. that the cone 22 is placed opposite the high-pressure nozzle 20. The purpose of the cone is to distribute drilling fluid in the space 16, so that the above-mentioned disadvantages do not occur. The cone 22 can have a cone shape, cone shape or for that matter a shape corresponding to a "china hat".

I det innvendige rommet 16, i det minste i et område om distribueringskjeglen 22 og mot eller til høytrykksdysen 20, er rommet fortrinnsvis kledd med en foring 34 av slitemateriale, så som wolframkarbid. Denne foringen 34 kan være utskiftbar. In the internal space 16, at least in an area around the distribution cone 22 and towards or to the high-pressure nozzle 20, the space is preferably lined with a lining 34 of wearing material, such as tungsten carbide. This liner 34 can be replaceable.

Under eller tilstøtende distribueringskjeglen 22 kan det være frembrakt drenering i form av dreneringsåpninger 24 mot en endebunn 26 av kapslingen 12. Dreneringen som er i bunn av kapslingen har blant annet som formål å gi mindre vekt på utstyr når det ikke i bruk, siden det kan tømmes. Det gir lettere renhold, eksempelvis ved utskiftning av mudtyper. (vannbasert/oljebasert mud). Dreneringens utforming vil også redusere eventuelle restkrefter mot endebunnen. Dreneringen kan også være frembrakt andre steder enn det som er vist på figuren. Under or adjacent to the distribution cone 22, drainage can be provided in the form of drainage openings 24 towards an end base 26 of the enclosure 12. The drainage which is at the bottom of the enclosure has one purpose, among other things, to give less weight to equipment when it is not in use, since it can is emptied. It makes cleaning easier, for example when replacing mud types. (water-based/oil-based mud). The design of the drainage will also reduce any residual forces against the end bottom. The drainage can also be produced in other places than what is shown in the figure.

I den viste utførelsen av en anordning 10 i følge oppfinnelsen, som eksemplet vist i figur 3, er denne senket ned i en tank 40 for borefluid. Væsken er ikke hentet fra tanken, men blir tilført tanken via foreliggende anordning, dvs. at væsken kommer fra en annen prosess før den lander i tanken, eksempelvis fra eksisterende mudpumper 50 via rørledninger 52. Når tanken fylles opp vil også anordningen fylles slik at væskenivået vil dempe en del av trykket før den treffer veggen. Når tanken 40 dreneres vil også foreliggende anordning dreneres siden den har åpninger i bunn. Normalt er det et system som tar væsken videre til en annen tank når den er full. Dette for å sikre at tankene ikke overfylles. Dette er vanligvis automatstyrt med nivåmålere og overløp. Borefluidtanken 40 kan videre være utstyrt med en omrører koblet til en drivmotor. In the shown embodiment of a device 10 according to the invention, as the example shown in figure 3, this is lowered into a tank 40 for drilling fluid. The liquid is not taken from the tank, but is supplied to the tank via the present device, i.e. that the liquid comes from another process before it lands in the tank, for example from existing mud pumps 50 via pipelines 52. When the tank is filled up, the device will also be filled so that the liquid level will dampen part of the pressure before it hits the wall. When the tank 40 is drained, the present device will also be drained since it has openings at the bottom. Normally there is a system that takes the liquid on to another tank when it is full. This is to ensure that the tanks are not overfilled. This is usually automatically controlled with level gauges and overflows. The drilling fluid tank 40 can also be equipped with a stirrer connected to a drive motor.

Slitedeler er fortrinnsvis laget av egnet materiale (hardmetall eller keramikk, tungmetall som eksempelvis wolframkarbid) for lang levetid, og de kan enkelt skiftes uten entring av tank, det vil si enklere vedlikehold og kontroll. Wear parts are preferably made of suitable material (hard metal or ceramic, heavy metal such as tungsten carbide) for a long service life, and they can be easily changed without entering the tank, which means easier maintenance and control.

Claims

1. Device (10) for mixing drilling fluid, comprising an enclosure (12) in the form of an elongated, internal hollow body designed to receive drilling fluid, the enclosure (12) comprising an internal space (16) equipped with a high-pressure nozzle (20) ) which is connected to an inlet (28) extending through a first end of the elongate body of the enclosure (12) and an opposing distribution cone (22) which is arranged at a second end of the elongate body of the enclosure (12), characterized in that a number of openings or slits (18) are produced in an upper part of the casing (12) elongated body, arranged to function as a liquid outlet for mixed drilling fluid, and that the mouth opening of the high-pressure nozzle (20) is mounted lower than said openings or slits ( 18) in the elongated body of the enclosure (12).

2. Device in accordance with claim 1, characterized in that the internal space (16), at least in an area around the distribution cone (22), is lined with a lining (34) of wear material of heavy metal, such as tungsten carbide.

3. Device in accordance with claim 1, characterized in that the distribution cone (22) is equipped at the bottom with drainage openings (24) towards an end base (26) of the enclosure (12).

4. Device in accordance with claim 1, characterized in that the high-pressure nozzle (20) is mounted in a stiffened nozzle housing (30).

5. Device in accordance with claim 1, characterized in that at least the mouth opening of the high-pressure nozzle (20) is equipped with a nozzle cover or enclosure (32).

6. Device in accordance with claim 5, characterized in that the high-pressure nozzle (20) and/or nozzle cover (32) is made of or coated with heavy metal, such as tungsten carbide.

7. Device in accordance with claim 1, characterized in that the device (10) is designed for installation in a drilling fluid tank (40), or that the device (10) is designed for installation upstream of the tank (40).

8. Device in accordance with claim 1, characterized in that the device (10) is designed to receive drilling fluid from one or more external mud pumps (50) to contribute to the mixing of drilling fluids and to generate pressure in the high-pressure nozzle (20).