DE3039342A1

DE3039342A1 - Verfahren und vorrichtung zum mischen fliessfaehigen materials mit zusaetzen

Info

Publication number: DE3039342A1
Application number: DE19803039342
Authority: DE
Inventors: Roger Wilson Houston Tex. Day
Original assignee: Geosource Inc
Current assignee: Geosource Inc
Priority date: 1980-06-20
Filing date: 1980-10-17
Publication date: 1982-01-14
Also published as: ES8301424A2; AU6265480A; BE885588R; LU82828A1; US4345841A; FR2484863A2; CA1146163A; IT8049829A0; GB2078124B; GB2078124A; IT1128581B; ES495657A0; JPS5712822A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Mischen einer Flüssigkeit oder eines Bohrschlammes mit festen oder flüssigen Materialien. Speziell betrifft die Erfindung eine mehrstufige zentrifugal wirkende Schlammischvorrichtung mit hoher Rotationsgeschwindigkeit zum Erreichen einer homogenen Mischung von fließfähigen und Zusatzmaterialien.

Die Erfindung kann speziell Anwendung finden beim Mischen eines Bohrschlammes mit Zusatzmaterialien zum Erzeugen einer Bohrschlammtrübe.

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BANK: DRESONER BANK HAMiURO, 4030443 (BLZ 200 KO 00) · POSTSCHECK: HAMBURG 147807-200 (BLZ 2001002« · TILBWAMM: SPECHTZIS

Beim Bohren nach jeglichen Kohlenwasserstoffen ist es notwendig, den Gefälledruck des Bohrschlamms am Grunde des Bohrloches zu steuern. Der Bohrschlamm wird zur Verhinderung eines Aufsteigens der unter Geodruck stehenden Kohlenwasserstoffe an die Oberfläche eingesetzt. Am Fuß des Bohrloches befinden sich Erdgase, die die unter Geodruck stehenden Kohlenwasserstoffe umgeben und ebenfalls unter Druck stehen. Dieser Druck kann als Formationsdruck bezeichnet werden. Der Gefälledruck des Bohrschlammes muß größer sein als dieser Formationsdruck, um zu verhindern, daß der Bohrschlamm aus dem Bohrloch ausgeblasen wird.

Ein zweites Problem, das beim Bohren nach Kohlenwasserstoffen auftritt, besteht darin, daß das Bohrgut von der Bohrstelle zur Oberfläche des Bohrloches gebracht werden muß, d.h. loses Gestein und anderes vom Bohrkopf _v am Gründendes Bohrloches erbohrtes Material. Der Bohrschlamm wird auch deshalb in das Bohrloch eingeführt, um dieses erbohrte Material nach oben zu tragen.

Für jeden der vorstehend genannten Anwendungsfälle von Bohrschlamm beim Bohren nach Kohlenwasserstoffen ist die Dichte des Schlammes sowie seine Viskosität von großer Wichtigkeit. Der Formationsdruck der am Boden des Bohrloches gefundenen Kohlenwasserstoffe ist z.B. um so größer,

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je tiefer die Bohrung geführt wird, und deshalb ist die erforderliche Bohrschlammdichte ebenfalls entsprechend größer,.um am Boden des Bohrloches den richtigen Gefälledruck beizubehalten.

Wie oben erwähnt/ verhindert ein Gefälledruck am Boden des Bohrloches, der größer als der Formationsdruck ist, ein Ausblasen von Erdgas und anderen Kohlenwasserstoffen aus dem Bohrloch.

Weiterhin erfordert das Bohren nach Kohlenwasserstoffen die Verwendung eines Bohrschlammes mit einer derartigen Viskosität, daß erbohrtes Material an die Oberfläche geführt wird, wenn er in das Bohrloch injiziert wird. Einen derart viskosen Bohrschlamm erhält man durch Mischen von Ton oder Bentonid mit Wasser. Um die richtige oder entsprechende Schlammdichte zur Steuerung des Gefälledrucks am Boden des Bohrloches zu erhalten, wird eine Bohrschlammtrübenmischung unter Verwendung von Materialien hoher Dichte mit einer Dichte von etwas 2,4 bis 5,4 wie z.B. Bariumsulfat, d.h. Barid, weiter konzentriert.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung der Dichte und

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Viskosität von Bohrschlammtrüben für Kohlenwasserstoffbohrarbeiten bekannt. Keine dieser Vorrichtungen ist aber vollständig befriedigend speziell für das Mischen von fließfähigem Material mit Zusätzen/ die fest sind.

Der Stand der Technik offenbart eine Mischvorrichtung mit zwei Einlaßöffnuncen in eine ringförmige Mischkammer , die eine mit ihr verbundene axiale Verlängerungsleitung aufweist. Durch tangentiale Zugabe eines Fluids in einen Einlaß der ringförmigen Kammer wird eine hohe Rotationsgeschwindigkeit in der Mischkammer erreicht, wodurch ein Wirbel oder Luftkern in der axialen Verlängerungsleitung erzeugt wird. Ein zweites Fluid wird axial über die zweite Einlaßöffnung in die Mischkammer eingebracht und mit dem ersten Fluid durch die Rotationskräfte des ersten Fluids in der Mischkammer gemischt. Wenn sich die Mischung in der axialen Verlängerungsleitung der Mischkammer bewegt, rotiert sie in der gleichen Richtung wie das Fluid im ringförmigen Gehäuse weiter. Wenn jedoch das Fluid aus der axialen Verlängerungsleitung der Mischkammer in eine zweite Kammer ausgegeben wird, bevor es durch eine Austragöffnung ausgegeben wird, wird der Wirbel zerstört. Dadurch wird eine weitere Turbulenz der Fluide zur Unterstützung des Mischvorganges erzeugt und es beginnt eine Rotation in entgegengesetzter Richtung zu der der Fluide in der Mischkammer. Eine derartige Vor-

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richtung ist in der US-PS 2 947 495 beschrieben. Diese bekannte Vorrichtung kennt keine Vorkehrungen zur Einführung von festen Materialien in die ringförmige Mischkammer. Da die Vorrichtung hauptsächlich zum Mischen von Fluiden untereinander oder von Gas mit einem Fluid verwendet wird, würde jeglicher Versuch der Zumischung von Festkörpern in ein Fluid ein Verstopfen der axialen Verlängerungsleitung der Ringkammer dieser Vorrichtung verursachen und die Vorrichtung betriebsunfähig machen. Außerdem würden Materialien hoher Dichte, wie z.B. Barit/ die nicht fließfähig sind, ein solches System außer Betrieb setzen, da das nicht fließfähige Material nicht ir. der Lage wäre durch die Umkehrung der Einlaßleitung in der offenbarten Art und Weise hindurchzutreten.

Zur Vermeidung dieser Nachteile zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung aus durch ein Ringgehäuse, ... das eine innere Mischkammer zum Mischen der Materialien aufweist, eine tangential mit der inneren Mischkammer verbundene Einlaßrichtung zum Zuführen des fließfähigen Materials tangential in die innere Kammer, so daß eine Zentrifugalbewegung und infolgedessen die Bildung eines Wirbels im fließfähigen Material verursacht wird, eine im Betrieb mit dem Ringgehäuse verknüpfte Vorrichtung zum Zuführen von Zusatzmaterial in das fließfähige Material

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in der Innenkammer und eine Vorrichtung zum Mischen des fließfähigen Materials mit dem Zusatzmaterial, wobei die Vorrichtung zum Mischen des fließfähigen Materials mit dem Zusatzmaterial eine innere ringförmige Trennwand aufweist, die innerhalb des Ringgehäuses angeordnet ist, um das Gehäuse in eine Innenkammer und in eine äußere Mischkammer aufzuteilen, und mindestens eine ringförmige äußere Trennwand, die in der äußeren Mischkammer angeordnet ist, um die äußere Mischkammer in zwei in radialem Abstand voneinander liegende äußere Mischkammern aufzuteilen, wobei die zwei Trennwände so angeordnet sind, daß das zu mischende Material über die eine Trennwand hinwegtritt und unter der anderen Trennwand hindurchläuft.

Eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform weist eine Vielzahl von ringförmigen äußeren Trennwänden auf, die radial im Abstand voneinander angeordnet sind, um eine Vielzahl von Mischkammern in radialem Abstand voneinander im Gehäuse auszubilden, wobei die Trennwände so angeordnet sind, daß das Material abwechselnd über eine Trennwand hinübertritt und unter der darauf folgenden Trennwand hindurchläuft, während es seine Drehbewegung in der gleichen Richtung durch die ringförmigen Mischkammern beibehält.

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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die Zuführöffnung tangential am Oberteil der inneren Mischkammer befestigt sein und die Trennwände können so im Ringgehäuse angeordnet sein, daß die zu mischenden Materialien unter der inneren Trennwand hindurchtreten und des weiteren unter der darauf folgenden Trennwand hindurchtreten usw.. Das Gehäuse weist vorzugsweise eine Auslaßeinrichtung auf, die sich tangential vom Gehäuse aus erstreckt und tiefer liegt als die Einlaßöffnung.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Mischen eines fließfähigen Materials mit Zusätzen zum Erzeugen einer Mischung weist die Verfahrensschritte auf : Zufuhr eines fließfähigen Materials tangential in die innere Mischkammer eines Ringgehäuses, das eine Vielzahl von in radialem Abstand angeordneten ringförmigen Trennwänden aufweist, die das Ringgehäuse in eine innere Kammer und eine Vielzahl von radial auswärts angeordneten äußeren Mischkammern aufteilt, wobei das fließfähige Material in die innere Kammer eingespeist wird, um eine Zentrifugalbewegung und infolgedessen einen Wirbel im fließfähigen Material zu erzeugen; Zuführen eines Zusatzmaterials in die innere Kam-

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mer, damit die Zentrifugalbewegung des fließfähigen Materials den Zusatz radial nach außen durch das fließfähige Material bewegt; Vermischen des fließfähigen Materials und des Zusatzes in eine Mischung dadurch, daß das zu mischende Material abwechselnd über und unter aufeinanderfolgenden Trennwände hindurchgebracht wird, während die zu mischenden Materialien ihre Drehung in der gleichen Richtung in jeder Mischkammer beibehalten; und Austragen der Mischung aus dem Gehäuse.

Auch wenn die Erfindung bei der Mischung von verschiedenen Materialarten Anwendung finden kann, eingeschlossen verschiedene fließende oder fließfähige Materialien, kann sie insbesondere Anwendung finden bei der Mischung von festen oder partikelförmigen Zusätzen mit fließfähigem Material.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung findet Anwendung bei der Mischung einer Bohrtrübe oder Flüssigkeit mit festem Zusatzmaterial oder mit fließfähigem Material zur Benutzung beim Bohren nach Kohlenwasserstoffen. Dabei wird durch tangentiales Einspeisen einer Bohrtrübe oder Flüssigkeit in ein Ringgehäuse eine hohe Rotationsgeschwindigkeit der Bohrtrübe erreicht, wodurch ein Wirbel oder Luftkern erzeugt wird.-Feste oder flüssige Materialien

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werden mit der Bohrtrübe durch axiales Zuführen von Festkörpern , wie z.B. Barit, in den Wirbel in der Mischkammer gemischt und dadurch, daß die Zentrifugalkräfte der rotierenden Flüssigkeit in der Kammer die Festkörperteilchen durch die Flüssigkeit zur inneren Kammerwand treiben. Ein weiteres Einmischen der Festkörper wird durch die große Scherwirkung der Flüssigkeitsmoleküle bewirkt, die auf konzentrische Grenzschichtwege in der Ringkammer gezwungen werden. Das vollständige vermischen wird aber gewährleistet dadurch, daß die zu mischenden Materialien abwechselnd über und daraufhin unter aufeinanderfolgenden Trennwänden hindurchtreten. Wenn also die Mischung aus Trübe und Festkörpern über die erste Trennwand der Kammer in die erste äußere Mischkammer Übertritt, werden die Festkörper erneut durch die Flüssigkeit gegen die Oberfläche der Innenwandung der zweiten Trennwand gezwungen. Die Mischung fließt dann unter der zweiten Trennwand hindurch, wobei die Drehbewegung die Flüssigkeit axial nach oben bewegt, so daß ein zweites übertreten z.B. über die dritte Trennwand auftreten kann. Die Beibehaltung der kinetischen Energie aufgrund der kontinuierlichen Rotation der Mischung in gleicher Richtung ermöglicht den Austrag der homogenen Mischung, falls erwünscht, auch in größerer Höhe als die Eingangsleitung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen genauer erläutert. Ee zeigen ι

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Pig. 1 einen Längsschnitt einer Mischvorrichtung mit

nur einer einzigen Trennwand, die deshalb nicht den Grad der Vermischung erreichen kann, der die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist.

Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung von Fig. 1 längs der Linie 2-2 von Fig. 1.

Fig. 3 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Vielstufen-Zentrifugalmischvorrichtung, mit einer Vielzahl von Mischkammern.

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße

Vielstufen-Zentrifugalmischvorrichtung, deren Einlaßöffnung in der Nähe des Kopfes des Ringgehäuses angebracht ist und

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Zentrifugalschlammmischer nach der Erfindung, mit einer Vorrichtung

zum axialen Einspeisen eines fließfähigen Materials.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Schlammischvorrichtung 10, die, auch wenn sie nicht den gewünschten Grad der Vermischung erreichen kann, die grundsätzlich verwendete Methode aufzeigt.

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Die Schlammischvorrichtung 10 weist ein Ringgehäuse 12 auf/ das in eine innere und eine äußere Mischkammer 14 und 16 getrennt ist. Die Mischkammern 14 und 16 werden durch die innere Wand 18 getrennt und sind deshalb konzentrisch zueinander angeordnet.

Eine Einlaßleitung 20 ist tangential mit der Mischkammer 14 des Ringgehäuses 12 verbunden, um eine Flüssigkeit oder Schlammtrübe mit hoher Rotationsgeschwindigkeit in die Mischvorrichtung 10 einzuführen. Die Einlaßlei- tung 20 kann beispielsweise ein Metall- oder Kunststoff rohr sein.

Eine Auslaßleitung 22 ist tangential mit der Mischkammer 16 des Ringgehäuses 12 verbunden, um die Mischung aus Trübe und Feststoffen abzusaugen. Die Auslaßleitung kann mit beträchtlicher Höhendifferenz X bezüglich der Einlaßleitung oder Einlaßöffnung 20 vorgesehen sein.

Auch wenn sich die folgende Beschreibung mit der Bildung einer Mischung aus Festkörper und Flüssigkeit befaßt, soll klargestellt sein, daß auch zwei fließfähige Materialien gemischt werden können bei Benutzung einer Vorrichtung, wie z.B. eines Rohres, zum axialen Zuführen der Flüssigkeit in die innere Kammer 14.

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Zur Erleichterung der Verteilung von festen Materialien in der Flüssigkeit oder Trübe, und speziell in die Mischkammer 14 zum Zwecke des Mischens mit dem durch die Einlaßleitung 20 eingeführten Schlamm ist ein Trichter oder eine Schütte 24 vorgesehen. Der Trichter 24 ist an der Mischkammer 14 angeordnet und wird axial bezüglich dieser mittels eines Flansches 26 gehalten, der mit einer in die Mischkammer 14 führenden Muffe 28 zusammenwirkt. Um die Mischkammer von der Umgebung abschließen zu können, ist zwischen Trichter 24 und der Mischkammer 14 ein Ventil 30 vorgesehen. Dieses Ventil 30 kann ein Schließventil, beispielsweise eine Drosselklappe oder ein Schiebeventil sein. Das Offnen und Schließen des Ventils 30 kann über einen Hebel oder Handgriff 32 erfolgen, der mit dem Ventil 30 zusammenwirkt.

Wegen des Abriebs durch die Schlammtrübe und die Festkörper hoher Dichte, die im Ringgehäuse 12 zu einer homogenen Mischung zusammengefügt werden sollen, sind die Innenwandungen der inneren und äußeren Mischkammern 14 und 16 mit einem Futter 34 ausgekleidet. Das Futter 34 kann ein Festfutter, wie Keramik oder Siliziumkarbit sein oder kann ein flexibles Futter wie z.B. Gummi oder Polyurethan aufweisen.

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Das Ringgehäuse 12 wie auch der mit ihm verbundene Trichter 24 sind auf einer Schiene 36 gelagert. Um die Feststoffe vor ihrer Zugabe durch den Trichter in die Ringkammer 12" zum Zwecke des Mischens mit der Schlammtrübe lagern zu können/ist ferner eine Platte 38 vorgesehen, die mit dem Trichter 24 verbunden und gleichermaßen an der Schiene 36 gelagert ist. Die Platte ("apron", wie sie gewöhnlich im Schlammischerfach bezeichnet wird) ist ein flaches Teil, das in der Lage ist, trockenes Schüttgut zu tragen. Dieses Material kann z.B. in 100-Pfundsäcken gelagert werden.

Während des Betriebes wird der Zentrifugalmischvorrichtung 10 eine Schlammtrübe oder Flüssigkeit von einer mit der Einlaßleitung 20 verbundenen Druckdüse 40 zugeführt, wobei die Einlaßleitung 20 die Flüssigkeit oder die Schlammtrübe tangential in das Ringgehäuse 12 derart einführt, daß die Flüssigkeit oder Schlammtrübe eine

hohe Rotationsgeschwindigkeit erhält. Während des Anfangsbetriebes der Mischvorrichtung 10 wird das Ventil 30 über den Handgriff 32 geschlossen gehalten, wodurch verhindert wird, daß die Trübenmischung aus dem Trichter 24 ausgeblasen wird. Aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeit der Schlammtrübe wird ein Wirbel 42 in der Mischkammer gebildet. Dieser Wirbel oder Luftkern wird während des gesamten Mischvorganges beibehalten, um ein Ausblasen der

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Mischung durch den Trichter 24 zu verhindern und um ein Vakuum zu erzeugen, das eine gute Axialverteilung der Feststoffe aus dem Trichter oder der Schütte 24 ermöglicht. Die Größe des Wirbels 42 ist von Bedeutung: Sie muß größer sein als die Breite der Muffe 28,um zu erreichen, daß er seine Funktion erfüllt, nämlich das Ausblasen der Schlammtrübe zu verhindern. Beibehaltung und Dimensionierung des Wirbels 42 wird durch Zugabe der Schlammtrübe mit vorbestimmten Druck erreicht, der eine Rotationsgeschwindigkeit herbeiführt, die zur Erzeugung des Wirbels oder Luftkerns 42 in hinreichender Größe ausreicht. Bei der Berechnung des Druckes an der Einlaßleitung 20 im Hinblick auf den richtigen Wirbel in der Ringkammer 14 muß die Größe der Ringkammer 14 wie auch die Größe der Muffe 28 in Betracht gezogen werden, da jegliche Rückströmung aus der Mischkammer zwingend durch die Muffe 28 übertragen wird. Wenn ein kleines Ringgehäuse verwendet wird, ist deshalb der durch die Rotationsgeschwindigkeit der Schlammtrübe erzeugte Wirbel erheblich kleiner, wodurch eine entsprechende Verringerung jeder Muffe erforderlich ist, die Verwendet wird, um die Festkörper axial in die Mischkammer zu dispergieren.

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Nach Bildung des Wirbels 4 2 wird über den Handgriff 32 das Ventil 30 geöffnet, wodurch die Verteilung des Festkörpermaterials 44 in die Mischkammer 14 erlaubt wird. Diese Festkörper können solcher hoher Dichte sein, wie z.B. Bariumsulfat, oder von niederer Dichte, wie z.B. Bentonit, Gel, Walnußschalen, oder Federn und andere Verluqtkreislaufstoffe (loss circulation materials). Die Feststoffe niedrigerer Dichte werden vorzugsweise zur Einstellung der Viskosität im Hinblick darauf zugeführt, daß der Bohrschlamm während des Bohrvorganges abgetragenes Bohrmaterial im Bohrloch nach oben trägt oder schwimmen läßt, während Materialien größerer Dichte dazu dienen, den Formationsdruck am Boden des Bohrloches zu überwinden.

Nachdem die Festkörper 44 sich am Boden der ringförmigen Mischkammer 14 gesammelt haben, zieht die durch, die große Rotationsgeschwindigkeit erzeugte Zentrifugalkraft diese Festkörper 44 durch die Schlammtrübe, so daß sie letztlich in der Kammer 14 im Bereich der Innenwandung 18 zirkulieren. Das Anlegen eines Einlaßdruckes von 1,37 Bar (20 psi) kann z.B. zu einer Zentrifugalkraft von bis zu 500 g führen. Durch die Flüssigkeitsmoleküle, die auf konzentrische Flüssigkeitskreiswege

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etwa in Form von Grenzschichten gezwungen werden, wird des weiteren eine starke Scherwirkung herbeigeführt. Aufgrund dieser Scherkraft werden die Festkörper weiterhin gemischt, wenn sie umlaufend im Ringgehäuse 14 transportiert werden. Aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeit steigt die Mischung aus Schlammtrübe und Festkörpern an der Innenwandung 18 im Gehäuse 14 nach oben und ergießt sich schließlich über diese Innenwandung 18 hinweg in die äußere Kammer 16. Während dieses Übertretens wird die Mischung invertiert. Da die Mischung aus Schlammtrübe und Festkörpern ihren Umlauf in der ringförmigen Mischkammer 16 in gleicher Richtung wie in der ringförmigen Mischkammer 14 fortsetzt, treten die gleichen Mischkräfte auf. Auf diese Weise werden die festen Materialien 44 radial nach außen gegen die Außenwandung der Mischkammer gezwungen und aufgrund der Zentrifugalkraft und der Scherwirkung vermischt, die in den konzentrischen Flüssigkeitswegen innerhalb der Mischkammer 16 auftreten. Auch die beim überströmen sich einstellende Turbulenz der Mischung bewirkt eine Verbesserung der Mischwirkung und führt zu einer homogeneren Mischung aus Schlammtrübe und Festkörpern 44.

Gemäß Fig. 2, in der eine Teilansicht der Schlammmischvorrichtung 10 gezeigt ist, läuft die Schlammtrübenmischung in der inneren sowie der äußeren Mischkammer 14

bzw. 16 in gleicher Richtung 50 herum. Durch Beibehalten der Rotations- oder Umlaufgeschwindigkeit in der äußeren Kammer 16 in gleicher Richtung wie der Umlauf der Schlammtrübe in der inneren Ringkammer 14 wird die kinetische Energie der Mischung beibehalten und somit die Austragung der homogenen Mischung aus Schlammtrübe und Festkörpern aus einer tangential verlaufenden Austrageleitung ermöglicht, die an der äußeren Mischkammer in größerer Höhe als die Einlaßleitung 20 angeordnet ist.

Die Festkörper 44 werden in die Mischkammer 14 aufgrund des Vakuums oder Unterdrucks gezogen/ der durch die Umlaufgeschwindigkeit der Schlammtrübe und durch die Schwerkraft erzeugt wird. Dieser Vakuumeffekt ermöglicht den Durchsatz großer volumetrischer Raten von Festkörpern, wie z.B. etwa 0,2 m /Min. an Bariumsulfat und einen hohen Schlammdurchsatz wie z.B. 3600 l/Min..

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung und zeigt eine Vielstufen-Schlammischvorrichtung 52 zum Erreichen des Vermischungsgrades, der die Aufgabe der Erfindung ist. Die Vielstufenvorrichtung 52 weist eine Vielzahl von äußeren Mischkammern 54 auf, die jeweils radial außerhalb voneinander liegen. Das Ringgehäuse 56 ist in die Mischkammern 54a bis 54e durch die Trennwände 58 und 60 geteilt.

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Die Schlammischvorrichtung 52 weist deshalb einen Mittel- oder Kernbereich auf, der im wesentlichen der Schlammischvorrichtung 10 von Fig. 1 und 2 entspricht. Daraus folgt, daß die verschiedenen Bestandteile der Vorrichtung 10 auch in der Mischvorrichtung 52 vorgesehen sind, sowie z.B. das Ventil 30, die Schütte oder Trichter 24, die Platte 38 und die Preßdüse 40.

Die Trennwände 58 sind innerhalb des Ringgehäuses so angeordnet, daß die Festkörper, die axial durch die öffnung 64 eingespeist wurden und die Flüssigkeit, die durch die Einlaßöffnung 62 eingespeist worden ist, über jede dieser Wände übertreten kann. Die Trennwände 60 sind so im Ringgehäuse 56 angeordnet, daß die Festkörper-Flüssigkeit-Mischung unter den Trennwänden in die jeweils darauf folgenden Kammern 54b und 54d hindurchtreten können.

Im Betrieb wird eine Flüssigkeit oder Schlammtrübe tangential durch die öffnung 62 in die innerste Mischkammer 54 eingespeist, um mit durch die öffnung 64 eingespeisten Festkörpern gemischt zu werden. Die Rotationsgeschwindigkeit der Flüssigkeit verursacht einen Mischvorgang in der innersten Kammer 53 und bewirkt ferner, daß die Flüssigkeit-Festkörper-Mischung nach oben entlang der

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inneren Oberfläche der inneren Trennwand 58 aufsteigt. Die Mischung tritt dann über in die nächstfolgende Kammer 54a. Daraufhin läuft sie unter der ersten äußeren Trennwandung 60 hindurch in die äußere Mischkammer 54b. Daraufhin tritt sie abwechselnd über und unter den äußeren Trennwänden 58 und 60 hindurch, bis sie die äußere Kammer 54e erreicht. Nachdem die Mischung über die letzte Trennwand 58 hinweggetreten ist/ bewirkt die Rotationsgeschwindigkeit, daß die Flüssigkeit aus der Austrag- öffnung 66 austritt. Die Aufwärtsbewegung der Festkörpertrübenmischung in Verbindung mit dem übertreten über die Trennwände 58 und die andauernde Drehbewegung der Mischung unter den Trennwänden 60 und dann wieder über die nächste Trennwand 58 schafft einen Mischvorgang der Vorrichtung 52, der den gestellten Anforderungen an den Vermischungsgrad entspricht.

Die Inversion der Mischung beim radialen überschreiten jeder Trennwandung verursacht, daß sich das Zusatzmaterial unter der Zentrifugalkraft in jeder folgenden Mischkammer radial durch das fließfähige Material hindurchbewegt, und gewährleistet dadurch einen Vermischungsgrad, wie er der Aufgabe der Erfindung entspricht, um eine ausreichend homogene Mischung zu erreichen.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, die in Fig. 4 gezeigt ist, ist die Einlaßöffnung 62 in

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der Nähe des Kopfes des Ringgehäuses 56 angeordnet, um die tangentiale Zuführung des Materials in die Kammer 53 vorzusehen. Die Trennwände 58 und 60 sind in diesem Ausführungsbeispiel umgekehrt, d.h. die Materialmischung fließt zuerst unter der Trennwandung 60 hindurch und läuft dann radial auswärts über die Trennwandung 58. Die Austragsöffnung oder Auslaßleitung 66 ist so angeordnet, daß sie tiefer als die Einlaßöffnung 62 liegt.

Die Mischvorrichtungen von Fig. 3 und 4 sind deshalb speziell geeignet zum Mischen von festen Zusatzmaterialien wie z.B. Bariumsulfat oder Materialien mit niedriger Dichte,wie z.B. Bentonit und ähnliches, in Schlammtrübe. Die Vorrichtung ist deshalb -wirksam für die Verarbeitung von Zusatzmaterialien mit Dichten

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im Bereich von 12 bis 80 kg/m (0,8 bis 5 lbs./cubic foot).

Des weiteren kann der Zentrifugalschlammischer gemäß der Erfindung benutzt werden zum Mischen von zwei fließfähigen Materialien. Fig. 5 zeigt einen Schlammischer 52 mit einer axial zur inneren Kammer angeordneten Leitung zum Zuführen eine* fließfähigen Material« 72.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Mischen eines fließfähigen Materials mit einem Zusatzmaterial mit einem Ringgehäuse (56) , das eine innere Mischkammer (53) zum Mischen der Materialien aufweist; einer tangential mit der inneren Mischkammer (53) ver-5 bundene Einlaßeinrichtung (62) zum Zuführen des fließfähigen Materials tangential in die innere Kammer (53) , se da. 3 eir.e Zentrifugalbewegung und infolgedessen die Bildung eines Wirbels im fließfähigen Material herbeigeführt wird; einer betriebsmäßig mit dem Ringgehäuse (56) verknüpfte Vorrich-"0 tung (64) zum Zuführen von Zusatzmaterial in das fließfähige Material in der Innenkammer (53); und einer Vorrichtung zum Mischen des fließfähigen Materials mit dem Zusatzmaterial; nach Patentanmeldung P 29 00 931 dadurch g β k e η η -

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zeichnet , daß die Vorrichtung zum Mischen des fließfähigen Materials mit dem Zusatzmaterial eine innere ringförmige Trennwand (58,60) aufweist, die innerhalb des Ringgehäuses (56) angeordnet ist, um das Gehäuse in die Innenkammer (53) und in eine äußere Mischkammer (54) aufzuteilen, und mindestens eine ringförmige äußere Trennwand (60, 58), die in der äußeren Mischkammer (54) angeordnet ist, um die äußere Mischkammer in zwei in radialem Abstand voneinander liegende äußere Mischkammern (54a, 54b) aufzutrennen, wobei die zwei Trennwände (58, 60) so angeordnet sind, daß das zu mischende Material über die eine Trennwand (58) und unter der anderen Trennwand (60) hindurchläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung (64) zum Zuführen des Zusatzmaterials mit dem Gehäuse (56) so verbunden ist, daß das Zusatzmaterial axial in die Innenkammer (53) zugeführt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , gekennzeichnet, durch eine tangentiale Auslaßeinrichtung (66), die sich tangential vom Gehäuse (56)

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erstreckt zum tangentialen Auslaß der Mischung aus der äußeren Mischkammer (54e).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Vielzahl von ringförmigen äußeren Trennwänden (58, 60) aufweist, die radial im Abstand voneinander angeordnet sind, um eine Vielzahl von Mischkammern in radialem Abstand voneinander (54a bis 54e) im Gehäuse auszubilden, wobei die Trennwände (58, 60) so angeordnet sind, daß das Material abwechselnd über und unter den aufeinanderfolgenden Trennwänden (58, 60) hindurchläuft, während es seine Drehbewegung in der gleichen Richtung durch die ringförmigen Mischkammern (54a bis 54e) beibehält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4 , dadurch

gekennzeichnet, daß sie in der Lage ist, ein fließfähiges Material in Form einer Aufschlämmung (mud slurry) mit einem Festkörperzusatz zu mischen, um eine Bohrschlammtrübe (drilling mud slurry) zur Verwendung beim Bohren nach Kohlenwasserstoffen zu schaffen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5 , dadurch g e k e η η zeichnet, daß sie in der Lage ist, einen Festkörperzusatz in der Form von Bariumsulfat mit dem fließfähigen Material zu mischen.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , daß sie zum Schutz der Wände gegen Abrieb an den Wänden (58, 60) im Gehäuse (56), die dem Abrieb ausgesetzt sind, ein Futter (34) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet , daß sie in Verbindung der Vorrichtung (64) zum Zuführen des Zusatzmaterials zum Gehäuse (56) ein Steuerventil (30) zur Steuerung der Verteilung des FestkörperZusatzes im Gehäuse (56) aufweist.

9. Verfahren zum Mischen eines fließfähigen Materials mit einem Zusatzmaterial nach Patentanmeldung P 29 00 931 mit den Verfahrensschritten: Erzeugen einer Zentrifugalbewegung und damit eines Wirbels im fließfähigen Material; axiale Zufuhr des Zusatzes bezüglich der Zentrifugalbewegung des fließfähigen Materials, wodurch der Zusatz durch die Zentrifugalkraft mit dem fließfähigen Material vermischt wird; Transport der Mischung in axialer Richtung während des Mischvorgangs; und tangentialer Austrag der Mischung aus der Wirbelbewegung gekennzeichnet durch den zusätzlichen Verfahrensschritt: Mindestens zweimalige Umkehrung der axialen Förderrichtung der Mischung unter Beibehaltung der Drehrichtung der Zentrifugalbewegung nach der Zufuhr des Zusatzes und vor dem Austrag der Mischung.

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10. Verfahren nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführrichtung des Zusatzes die gleiche ist wie die axiale Förderrichtung der Mischung vor der ersten Richtungsumkehr.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10 , dadurch gekennzeichnet , daß das fließfähige Material eine Aufschlämmung ist und daß das Zusatzmaterial ein Festkörper ist, um eine Rohrschlammtrübenmischung zur Verwendung beim Bohren nach Kohlenwasserstoffen zu schaffen.

12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Festkörperzusatz Bariumsulfat, Betonid oder Verlustmaterial (loss materials) enthält.

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