DE2044448A1

DE2044448A1 - Untersee Satelliten Vorrichtung zur Gewinnung von Gas aus Unterwasser Lagerstatten

Info

Publication number: DE2044448A1
Application number: DE19702044448
Authority: DE
Inventors: William Arthur Dallas Tex Talley (V St A )
Original assignee: Mobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1969-09-08
Filing date: 1970-09-08
Publication date: 1971-03-11
Also published as: ZA704064B; CA920945A; JPS4945126B1; NO128231B; NL7010365A; GB1309826A; US3590919A

Description

PATENT\NWÄ^fT£

DR, E. WIEGAND DIK.-ING. W. NIEMANN

DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT 2044448

MÖNCHEN HAMBURG TELEFON: 55 54 76 8000 MÖNCHEN 15, TELEGRAMMe=KARPATENT NUSSBAUMSTRASSEIO

8, September 1970

W. 14909/70 3/hch pr

Mobil Oil Corporation New York, N.Y. (V.St.A.)

Untersee-Satelliten-Vorrichtung zur Gewinnung von Gas aus Unterwasser-Lagerstätten

Die Erfindung bezieht sich auf ein Untersee-Gewinnungs-Satellit enay stern zur Verwendung für Unterwasser-Bohrlöcher und insbesondere auf ein Unterseeproduktlonssatellitensystem zur Verwendung für gaserzeugende Unterwasser-Bohrlöcher.

Gegenwärtig verfügbare Statistiken geben an, daß das Verhältnis von Vorrat zur Produktion bei öl abnimmt und deshalb dio Notwendigkeit anzeigt, bisher unerschloseene Vorräte zu erschließen» Als Antwort auf diese Notwendigkeit hat die vor der KÜ3te arbeitende öl- und Gas-Industrie verschiedene vor der Küste gelegene flüssige und/oder gasförmige Minerallagerstätten aufgefunden und daraus produziert. Ursprünglich war die Produktion auf die Küstengewäaser von Kalifornien und den Golf von Mexiko

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beschränkt, well diese Gewässer seicht sind und deshalb die Produktion aus Minerallagerstätten, die in diesen Gebieten liegen,leicht durchgeführt werden kann. Da Jedoch die Vorräte in diesen Gebieten abzunehmen beginnen, bestand die Notwendigkeit, die Produktion in ■ verschiedene Tiefseegebiete auszudehnen»

Während jetzt verschiedene Systeme entwickelt wurden, welche die Tiefwasserölproduktion gestatten und insbesondere die Unterseeölproduktionssatellitensysteme wie sie in den US-Patentschriften Nr. 3*101746 und Nr. 3366173 beschrieben sind, kann das Unterseeölproduktionssystem für die Unter-™ seegasgewlnnung nicht erfolgreich eingesetzt werden. Obwohl dieselben Bedingungen, welche die Verwendung von Unterseesatelliten für die ölproduktlon geboten haben, die Verwendung von ähnlichen Unterseesatelliten für die

Gasproduktion zu bestimmen scheinen; d. h, die wirtschaftliche und technologische Undurchführbarkeit einer ständigen vom Boden getragenen auf der Oberfläche instalierten Anlage, erlauben die extrem tiefen Temperaturen des Meeresbodens in diesen Tltfwassergebieten, aus den folgenden Gründen nicht die Verwendung der gegenwärtig verfügbaren Produktionsvorrichtungen, welche in den Unterseeölproduktionssatelllten £| verwendet werden.

Das einzige zum gegenwärtigen Zeitpunkt wirtschaftlieh und technoligisch durchführbare Verfahren zum Transport und sum Verfrachten von Ga3 ist ©ine Rohrleitung. Jedoch ist beim Transport von Gas durch oine vereenkte Rohrleitung in einem Tiefwassergebiet das Gas Temperaturen imBereich von 2 ⁰C (35 ⁰P) ausgesetzt, welche genügend tief 3ind, um Hydratbildung in der Rohrleitung zu verursachen. J)Io Folge der

Hydratbildung iat ein Vorstopfen dor Rohrleitung. In den Unterseeproduktionssatelliten, die zur ülproduktion aua hauptaüohiioh ölhaltigen Formationen verwendet wurden, ist ■ 109811/1570

es nicht gelungen, ein im wesentlichen wasserfreies Gas ■ zu erhalten, welches dann als selbstständiges Produkt verkauft werden konnte· In gewissen Unterseeölproduktions-Satelliten wird das Gas als.Hilfsmittel zum Transport des flüssigen Ölproduktes verwendet und das Gas seihst nicht als Produkt verwendet und es besteht deshalb nicht die Notwendigkeit, ein im wesentlichen wasserfreies Gas zu erhalten. Im anderen Unterseeölproduktionssatelliten wird das im wesentlichen nasse Gas vom Öl des Produktionsmediums abgetrennt, so daß das Gas zur Aufrechterhaltung des Druckes und zur Steigerung der Bohrlochproduktion verwendet werden kann.

Weiterhin könnte, auch wenn die Hydratbildung genügend aufgehalten werden kann, die Gas-Rohr!lfiitung nicht über weite Strecken durchgeführt werden, wenn das Gas überhaupt naß ist. Der Grund dafür liegt in der Tatsache, daß von Natur aus enorme Reibungsverluste bei der Verwendung einer Rohrleitung für ein flüssiges Produkt auftreten, se daß die Verwendung von untragbar teuren Kompressorstatinnen auf der Strecke zum Verbrauchermarkt ■ entlang der Rohrleitung notwendig wird, um diese Reibungsverluste su überwinden. Es ist deshalb nicht durchführbar, ein nasses Gas durch eine lange Btarleiturg zu transportieren, wobei versenkte Kompressorstationen verwendet werden, noch ist es durchführbar eine Bchrleitung zu verwenden, um Öl und Gas zusammen über weite Strecken durch eine versenkte RchrleitUEg welche versenkte Kompressorstationen, die damit verbunden sind, hat, zu transportieren. Aus diesen Gründen wird Öl als flüssiges Produkt über weite Strecken mit Tankern transportiert, welche mit öl aus einer Steigleitung gefüllt 'werden,, die von den Unterseesatelliten zur Oberfläche führt, wodurch die .Notwendigkeit einer langen versenkten Rohr leitung vermieden wird.

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Es ist deshalb verständlich, daß es bis jetzt noch nicht möglich war, die Produktion von Gas aus Lagerstätten vor der Küste durchzuführen. Die Folge davon ist, daß Gasvorkommen von gewissen bekannten ölproduzierenden unter Wasser liegenden Tiefwasser-Bohrlöchern nicht verwendet werden. Weiterhin bleiben gewisse flüssige und/oder gasförmige

Minerallagerstätten, welche in der Lage sind, hauptsächlich Gas zu produzieren, oder bei welchen das Verhältnis von Gas zu Öl groß ist, völlig unerschlossen. In einigen Fällen liegen diese hauptsächlich gasenthaltenden Lagerstätten verhältnismäßig nahe der Küste mit einem sehr dichten Verbrauchermarkt und legen deshalb nahe, daß Gas-Rohr-P leitungen verwendet werden könnten, um Gas-Produkte zu diesen dichten Verbrauchermärkten zu transportieren, bei einem Minimum der Rohrleitungskosten, wenn ein

genügend wasserfreies Gas erhalten werden könnte. Die Unterseesatellitenproduktionssysteme zur Verwendung im Tiefwasser wie sie zur Zeit vorhanden sind, vermöge ■ jedoch nicht, ein genügend wasserfreies Gas zu produzieren, um die Erschliessung dieser ziemlich nahe der Küste gelegenen Tiefwasserlagerstätten zu erlauben.

Es wurde jetzt ein Produktionssystem entwickelt, welches es gestattet, Gas aus Unterwasser-Gaslagerstätten ^ ζ ewinnen. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Vorrichtung einen wasserdichten druckfesten Hantel mit Produktionseinrichtungen innerhalb des Mantels. Die Produktionseinrichtung umfaßt einen Kühler für die Kühlung des Produktionsmediums und einen Abscheider für die Abscheidung des wasserfreien Gases von den anderen Produktionsflüssigkeiten (Öl und V/asser). Der Satellit ist no rraa 1 e r we ire nit ο i π. ο μ ο ti or mo hr ere η _{ςη serzeugenden Bohrlöchern unter Wasser liegenden durch die mit ihnen verbundenen Unterwasser-Bohrloohköpfen verbunden.

'4,;.·.;,: vi%0 tr.t^f.

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Die Produktionseinrichtung umfaßt normalerweise einen Wärmeaustauscher, um im wesentlichen die gesamte Flüssigkeit im Produktionsmedium mit Ausnahme des Gases zu kondensieren, einen Trennteil (knock-out-section) um die anfängliche Trennung des Gases von den verschiedenen anderen Produktionsmedien einschliesslich Öl und l/asser zu erreichen und einem Tief teinperaturabscheider zur Vervollständigung der Trennung von Öl und Gas, bevor das Gas durch die Gasproduktleitung transportiert wird. Um die Hydratbildung durch .-,jegliches V/asser, welches in dem im wesentlichen wasserfreien Gas^üsü verhindern, kann eine die Hydratbildung vermindernde Substanz in das Gas eingespritzt werden. j

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beechreibung einer bevorzugten Ausführung des Produktionssystems sichtbar, welche nur als Beispiel angeführt wird, untor Bezugnahme, auf die beiliegenden Zeichnungen, in welchen

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines TJ.efv/assergaapr-oduktionsByötema mit Untorseesatelliten ist;

Figur-2 ein Flioßbild der Produktionsvorrichtung, welche sich innerhalb oinos joden Üafcelliten befindet;

Figur 2 ist ein. Fließbild einer abgeänderten Produ-k—

tiomrvDrr Lenkung, welche oich innerhalb jedeo-tlntors.eeeatelliten befindet; und

Figur 4 ist eine Draufsicht auf daa Innere der Vorrichtung dor Pi/;ur '■'*

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Als erstes wird auf Figur 1 Bezug genommen, welche ein _;> Gasanrjunterseeproduktionssystem IO beschreibt. Bs sind mehrere der Unterseeproduktionssatelliten 12 zu sehen, die sich als Gruppe auf dem Meeresboden 14 befinden. Alle Satelliten 12 haben Produktleitungen 16, die sich von dieoen nach aussen zu einer gemeinsamen zentral gelegenen Steigleiterbasis und Verteiler 18 erstrecken, welcher als Zentralstati η zur Ableitung des Gases und aller flüssigen Produkte, welche durch den Satelliten 12 produziert werden, dient.

Um die Ableitung des Gases und aller flüssigen Produkte zu gewährleisten, erstreckt sich eine Gastransportleitung 20 von der Steigleiterbasis und dem Verteiler 18 weg nach aussen und entlang dem Meeresgrund 14 zur Küste zum direkten Verbrauch durch die Verbraucher. Alle flüssigen Produkte werden durch die Verwendung einer Steigleitung 22, welche von der Steigleiterbasis und dem Verteiler 18 zu einer geeigneten Schwinj.janlage nach oben führt, die in der Lage ist Öl oder jedes andere kondensierte Produkt, welches durch den Satelliten 12 produziert wird, zu lagern, abgeleitet.

Zum Zwecke der Veranschaulichung wird die Schwimmeinrichtung 24 als ein Lagortanker geneigt und die Satelliten 12 werden gezeigt als ob sie eine runde Form ähnlich denen, die in der US-Patentschrift Hr. 3504741 beschrieben sind,aufweisen· ^üs -*-^st jedoch darauf hinzuweisen, daß die Einrichtung 24 durch eine Flachwanaorplattform, eine zentral gelegene Plattform, um Wasser zur Küste zu pumpen odor andere schwimmende oder auf der KiUite befindliche Lagereinrichtungen ersetzt worden kann. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß die Satelliten 12 nicht rund sein rr'nnen . und nicht in Verbindung mit mehreren radial außen mit Abstand angeord-

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neten Unterwasserbohrlöchern mit versenkten Bohrlochköpfen arbeiten müssen, sondern vielmehr Unterseesatelliten mit einer völlig anderen Form sein können und in Verbindung mit einem einzigen Bohrloch mit einem versenkten Bohrlochkopf arbeiten können. Hit anderen Worten: . ist das wesentliche dieser Erfindung nicht die äusserliche Erscheinung der Lagereinrichtung 24 oder äer Satelliten 12, sondern vielmehr die ^roduktionsfähigkeit der Satelliten 12, welche es erlaubt, im wesxntlichen wasserfreies und hydratfreies Gas durch die Transportleitung 20 au transportieren.

Im folgenden wird auf Figur 2 Bezug genommen, um das Verfahren und die Vorrichtung zum Erhalten von im wesentlichen wasserfreien und hydratfreien Gas aus jedem Satelliten 12 zu erklären. Wenn heisses Produktionsmedium in den Satelliten 12 durch die Produktleitung 26 eintritt, strömt das heiße Prdduktionsme'dium, welches direkt aus einem lint e rwas c- erb ohr loch kommt, durch ein von Hand zu bedienendes Regeb/entil 28 und ein automatisch gesteuertes Ausfallüberwachungsventil 30, welche in Serie damit verbunden sind. Das von Hand zu bedienende Regelventil 28 kann durch Personal, welches den Satelliten 12 betritt, geschlossen werden, wenn eine Wartung durchgeführt wird und das Ausfallüberwachun^sventil 30 wird im Falle von ITotfallen wie überhöhte Temperatur oder überhöhter Druck innerhalb des Satelliten 12 geschlossen.

Die heiOSen Produktionsmedieii werden anschliessend durch eine Tieftemperrturabscheideeinrichtung 32 geleitet, wobei sie noch innerhalb der -Produktionsleitung 26 eingeschlossen sind; um einen Wärmeaustausch zu gestatten. Der Wärmeaustausch, ist notwendig, um das lieicse Produlrtionsmedium zu kühlen und dabei die grösste Menge des Wasserdampfes und der flüssigen Produkte aus dem Gas .des Produkt ionsmedi ums zu kondensieren, wenn im wesentlichen wasserfreies Gas ^WMä3Kbe.^i/erden soll und das Gas von den flüssigen produkten abgetrennt werden soll. Die Produktionsleitung

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erstreckt sich deshalb durch einen oberen¹. Gasteil. 34 und hinunter in einen tieferen Ölteil 36, um einen vollkoruneneren Wärmeaustausch zu bewirken. Das etwas abgekühlte Produktionsmedium verlässt dann den Tief tenrieraturabscheider, wobei es sich noch in der Produktionsleitung ,26 befindet. Es ist festzuhalten, daß hierbei kein Stoffaustausch zwischen dem Produktionsiaodium innerhalb der Produktionsleitung 26 und dem Medium innerhalb des Tieftemperaturabseheiders 32 stattfindet, sondern daß nur ein Wärmeaustausch durcli die Wand der Produktionsleitung 26 stattfindet, um einen Wärmeaustausch im Tieftemperaturabscheider 32 zu erreichen.

Nachdem der Wärmeaustausch innerhalb des Tief te'/iperaturabscheiders 3.2 stattgefunden hat, gelangt das Produktionsmedium aus dem Tieftemperaturabscheider 32 durch die Produktleitung 26 zur Phasentrennanlage 38. Wenn e s gewünscht wird, sowohl V/asser von Öl wie auch Gas von Öl und Wasser zu trennen, wird eine Drei-Phasentrennanlage verendet. Eine Wasserleitung 4o ist mit dem unteren Teil der Trennanlage 38 verbunden, um daraus V/asser in das umgebende Meer, in einen Lagertank innerhalb des Satelliten oder in eine Verbindung 42, die zu einer Flüssigproduktleitung 44 führt, ableiten zu können. Das Öl wird vom unteren Teil der Trennanlage 38 durch eine Ölleitung 46 in den un- W teren Ölteil 36 des Tieftemperaturabsoheidero 32 abgeleitet.

Gas, welches in der Flüssigkeitabtrennan]age 38 abgetrennt wurde, wird durch eine verstellbare Drossel 48 in dor Gasleitung 50 in den Gasteil 34 des Tieftei.-peraturabscheiders 32 geführt. Die erste Funktion der Drossel 48 ist es, den Gasstrom von den Unterwasserbohrlöchern au einer G^sproduktleitung 52, die mit dem Gasteil 34 des Tieftemperaturabscheiders 32 verbunden ist, einzuschränken. Die zweite Funktion der Drossel 48 ist es, eine plötzliche Expansion des Gases zu bewirken, wenn es durch eine beschränkte Austritteöffnung der Drossel 48 durchtritt, wobei eine zusätzliche Kondensation von Flüssigkeit aus dem Gas stattfin-

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det, um ein noch wasserfreies Gas für die Gasprodukleitung 52 zu gewährleisten.

Theoretisch wird das Gas, welches in die Produktleitung 52 eintritt im wesentlichen wasserfrei sein, wo.durch darin eine Hydratbildung verhindert wird. Im Rahmen dieser Fatentbeschreibung wird im wesentlichen, wasserfrei als frei von Wasser in flüssiger Form definiert. Jedoch ist es in Praxis praktisch unmöglich, das gesamte Wasser aus dem im wesentlichen wasserfreien Gas, welches in die Produkleitung ^lj2 eintritt, abzutrennen, so daß darin Hydratbildung eintreten wird, wenn nicht eine Maßnahme getroffen wird, um diese Bildung einzuschränken. In diesem Zusammenhang kann I eine Substanz, welche die Hydratbildung vermindert, in die Gasleitung 50 bevor das Ga£3 die Drossel 48 erreicht, in der •Form von Glykol oder einer anderen die Hydratbildung vermindernden Substanz ■ wie Methanol, eingespritzt werden. Ale Einspritzung der die Hydratbildung vermindernden Substanz kann durch eine entsprechende Leitung 54» welche mit der Gasleitung 50 zwischen der Drossel 48 und der Trennanlage 38 verbunden ist, ausgeführt werden. Das andere Ende der Glykolloitung 54 kann an einen Glykolvorrat5£,eine Glykolpumpe 58, welche das Glykol aus dem Glykolvorrat 56 pumpt, und einer Glykolrncaovorriohtung 60 zur Kontrolle der Glykolmengo, die durch die Leitung 54 eingespritzt werden soll,in j der Menge,die notwendig "ist,, um eine llydratbildung de3 ßaaoa innerhalb der G'iijproduktleitung 52 zu verhindei"n, angeschlonBen sein.

Boi Vervendung doo Tleftomperaturabschoidera 32 als V/ärraeauütrfUijchor und insbcMJondore ,in dom man das hiiinrso Produlrfcionüjiodiuii durcn .die Froduktioimlülbung 26 im Tnnoroi. dea Ti«ftenj>o.rntu.i-ab{Ujhoi.dGrH 32 leitet, v/ordon die Wände des Tioftop.poraturmjnahotdere 32 be:!, einor gonü.-^nd hohen Tenporatur gehalten, iiri die Bildung von l'araffin an don V/ünden des ölabnchni tteo 36 «u verhindern. Anerl'anntermaiion kann die l'arafflnbildunß ein oxtrom krifclochoo Problem

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in einem Unterseesatelliten werden, wo die äussere Temperatur ungefähr 2⁰C (35⁰F) beträgt. Deshalb ist die Verwendung des Tieftemperaturabscheiders als Y/ärmeaustauscher bei der Produktion mit Unterseesatelliten besonders -wichtii?, Natürlich kann die Paraffinbildung in der Flüssigproduktleitung 44 mit einer gebräuchlichen Einspritzeinrichtung (pig launcher)62 der mit der Leitung 44 nahe dem Tieftemperaturabücheider 32 verbunden ist, behandelt v/erden.

In gewissenFällen wird der Gesamtwärmeaustauseh, der durch die Vorrichtung und das Verfahren wie es in Figur 2 beschrieben ist, bewirkt wird, nicht ausreichen, die Flüssigkeiten aus dem Gas zu kondensieren, um ein im wesentlich ι wasserfreies Gas zu erhalten. In diesen Fällen ist es notwendig, bessere V/ärmeaustauschvo:>u?ichtungen vorzusehen und eine solche Vorrichtung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Figur 3 beschrieben.

Das Verfahren und die Vorrichtung, welche in Figur 3 beschrieben werden, sind dem Verfahren und der Vorrichtung, die in Figur 2 beschrieben wurden,, ähnlich und aus diesem Grund tragen Teile, die der Figur 2 und 3 gemeinsam sind,gleiche Bezeichnungen.Der Unterschied des Verfahrens und der Vorrichtung der Figur 3 ist ein zusätzlich ZAveitei* Wärmeaustauscher 64 und damit verbundene Einrichtungen, um den Wärmeaustausch, welcher durch den ersten Wärmeaustauscher in Form des Tieftemperaturabscheiders 32 erreicht \^ird, zu ergfinaon. Venn also das hcissc Produktionsmediuni in den Satelliten durch die iroduktleitung 26 eintritt, kann es durch den ersten Wärmeaustauscher in Form des Tief- · tempera turabseheiders 32 und weiter durch den awe it en './ärneauotauscher 64 geführt werden.

Auch wenn der zweite V.'ärneaus tauscher 64 vorhanden ist, muß dio Würmoauatauöclikapazität desselben nicht verwendet werden, wenn der Tieftemperaturabaehoider 32 einen

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ausreichenden Wärmeaustausch,.um das heisse Produktionsmedium zu kühlen, "bewirkt. In einem solchen Fall·.wird das im wesentlichen wasserfreie Gas, welches relativ kalt ist, verglichen mit dem heissen Produktionsmediun, welches durch die Produktleitung 26 eintritt, direkt zur Gasproduktleitung 52 geführt und zwar durch eine Gasablaßleitung 66, die von dem Gasteil 34 des Tieftemperaturahscheiders 32 wegführt und einer Gasproduktnebenlinie 68, solange ein Durehflußvolumenkontrollventil 70 in der Gasproduktnebenleitung 68 geöffnet ist. Wenn die Temperatur des Gases, welches die Trennanlage 38 verläßt und durch die Drossel in die Gasleitung 50 strömt, einen vorbestimmten hohen Wert ' g erreicht, steuert und schließt ein temperaturempfindliches Element 72 das 'Ventil 70, um das relativ kalte Gas durch eine Wärmeaustauschleitung 74» welche durch den zusätzlichen Wärmeaustauscher 64 zur Gasproduktleitung 52 führt, zu leiten. Wenn das Ventil 70 geschlossen ist, findet ein wesentlicher Wärmeaustausch zwischen dem relativ warmen Produktionsmedium, welches durch den zusätzlichen Wärmeaustauscher 64 -strömt, und dem relativ kalten im wesentlichen wasserfreien Gas, welches ebenso durc" ³^n Wärmeaustauscher 64 strömt, statt, um eine vollständigere Kondensation der Flüssigkeiten aus dem Produktionsmedium zu bewirken.

Hachdem jetzt das Verfahren zur Abtrennung von im (

wesentlichen wasserfreien und hydratfreien Gas von den Produktionsflüssigkeiten beschrieben wurde, und auf die Vorrichtung, die zur Durchführung dieses Verfahrens verwendet wird, im allgemeinen Bezug genommen wurde, wird jetzt die eigentliche Vorrichtung, die verwendet wird, in etwas "ausführlicherem Detail beschrieben, \«>bei auf Figur 4 Bezug genommen wird. Wie erläutert wurde» erstrecktsich die Produktleitung 26 in einen wasserdichten druckfeßten Hantel 76.» der den Satelliten umgibt und weiter in den $ieftemperaturabseheider 32. Das von Hand zu bedienende

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Ventil 28 und das Ausfallüberwachungsventil 30 sind in der Produktleitung 26 innerhalb des ^antels 76 und ausserhalb der Tieftemperaturabscheidereinheit 32 angebracht. Wie angegeben, ist das von Hand zu bedienende Ventil 3?- im wesentlichen eines der üblichen Art und ebenso das Ausfallüberwachungsventil 30, welches durch eine hydraulische Kontroileitung 78 automatisch gesteuert wird, Afelehe nur angedeutet ist, um die Zeichnung zu vereinfachen, abor inWirklichkeit mit einem hydraulischen System, welches eine hydraulische Pumpe 80 umfaßt, verbunden ist. Wie vorher beschrieben, ist das Ausfallüberwaehungsventil 30 auf extremen Druck, Temperatur oder jede andere Veränderun welche eine Notsituation innerhalb des Satelliten anzei . ■; könnte, empfindlißh,\i±e im Falle eines Loches im Hantel 76 oder in den verschiedenen Leitungen, die sich/larin befinde-

Die Produktleitung 26 ist in der V/eise dargestellt, daß sie durch die Wand des Tieftemperaturabscheiders 52 oberhalb einer Gasölgrenzfläche 82 hineinführt und «icr zu einem A^e sent liehen Teil unterhalb der Gasölgrenzfläche 82 erstreckt, so daß ein Avesentlicher Teil des Wärmeaustausches durcli den Ölteil 36 bewirkt Avird. Aus din son Gr^.r.. wird Paraffin in flüssigem Zustand gehalten we^on der er-. höhten Temperatur, die durch das heisse Produktionsmediir:: Avelches durch den Ölteil 36 strömt, bewirkt wird und Avod'.r-v ein Überziehen der Wände des Tiefteraperaturabscheiders 3." im Ölteil 36 mit Paraffin eingeschränkt Avird. ObA^ohl Figur 4 vereinfacht Avurde, in dem die Produktleitung 26 gezeigt Avird, als ob sie einen iia wesentlichen U-förmig<- : Verlauf 84 durch den Ölteil 36 hätte, kann es AVünsoher.L-wert sein, einen schraubenförmigen Vcr3.auf wie er in Figur 2 und 3 angedeutet ist, vorauseilen, um einen wirkungsvolleren Wärmeaustausch ZAvischon dem hoissen I'rodu];-tionsmedium und dom Öl des Ölfccils 36,au erlauben.

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-■Nachdem die Produktleitung 26 durch die Wand des Tieftemperaturabschexders führt, führt sie durch die Wand der Trennanlage 38, um die Abtrennstufe (knock-out step) des Trennprozeases des ofcv/as abgekühlten Produktionsiaediums einzuleiten. Ein Ende 06 der Produktionsleitung ist in der Mitte der Trennanlage 38 angeordnet, damit die Flüssigkeiten unter Wirkung der Schwerkraft zu Boden fallen,während das Gas zürn oberen Teil der Flüssigkeitsabtrenneinrichtung 30 aufsteigen kann. In dieser besonderen Darstellung, wo es wünschenswert ist, Gas von den Flüssigkeiten zu trenneni,sowie auch Flüssigkeiten in V/asser und Öl zu trennen, wird eine Drei-Hiasentronnanlage verwendet-, welche ein ölabteil 88 i und ein Wasserabteil 90 besitzt, die auf der linken unteren Seite bzw. auf der rechten unteren Seite des Bodens der Trennanlage 38 angeordnet sind. Das Ölabteil 88 una~uäs Wasserabteil 90 sind durch eine Trennwand-92 getrennt. Wenn das·'Produktionsmodi um am Ende 86 austritt und unter dor

Wirkung dor Schwerkraft zum Boden/der Trennanlage 38 fällt, wird die gesamte■■ Flüssigkeit· ausdemi'rcdulctionsmedium anfänglich in das V/a3serabteil90 gedrängt, v/eil das Ölabteil 88 von eineman einer Stütze befestigten Spritzschutz " . 94 bedeckt iat. V/oLl das Öl weoentlich leichter alrs das Wasser der Jt'roduktlonsflüs3xg]^reit ist, sammelt'sich.das Ol im V/asserabteil 90 oberhalb einer Öl-Waoaerllnie 96»wührend sich das Wasser unterhalb der "

Linie ansammelt, ^wiochen der>6beren Ende der Trennwand 92 und dem Spritsjochu.,;; 94 ist ein Zwischenraum

vorgesehen, damit Ul über den oberen Rand der Trennv/a-nd 92 in das Ölabteil 88 flioonen harm, wenn der Gosamtf3üsnigkeitaspiegel im■'Waoaorabteil 90 die iiöho der Trennv/.-vnd 92 übernte igt. ·

Un den Abtransport- dor Fltiooigkoitfjn aus dem Öl 80 und de:nV(aooorabteii 90 zu rogulleron sind die öl}.eitiuj.· 46 und die Wasserleitung 40 im ölabfceil 80 bzw. im Waooerabtoil 90 angebracht, woiohß damit verbundene Ablai3ventllo

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102 und 104 haben.

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Das Ablaßventil 102 für die Ölleitung 46 wird pneumatisch durch eine Schwimmer-Regeleinrichtung 105"betrieben, welches einen Schwimmkörper 106, v/elcher auf der Oberfläche 108 des Öls schwimmt, umfaßt. Das Gas für die pneumatische Betätigung des Ablaßventils 102 wird aus dem Gas, welches im oberen Teil der trennanlage 38 verfügbar ist, erhalten und auf das Ablaßventil 102 durch eine Zufuhrleitung.110, welche durch das Ventilkontrollgerät 105 und hinunter zum Ventil 102 durch eine Kontro!leitung 112 führt, angewendet, Das Gas kann dann durch eine Rückführleitung 114 zum Gasteil 34 des Tie.ftemperaturab-Bcheiders 32 zurückgeführt v/erden.

Das Ablaßventil 104 der Wasserleitung 40 arbeitet in ähnlicher ./eise, in dem ein durch einen Schwimmer gesteuertes Kontrollelement 116 zur pneumatischen Steuerung des Ablaßventiles 104 durch eine pneumatische Zufuhrleitung 117) eine Kontrolleitung 118 und eine .Rückfüh.rleitung 114 verwendet wird. Ein Schwimmkörper 120 des Regelelementes 116 muß jedoch den Ölv/assorspiegel 96 anzeigen. Folglich ist der Schwimmkörper 120 einer der differenziellen Art, damit der SchwinnliörDer in der Grenzschicht von öl und Wasser schweben kann.Wenn die Ablaßventile 102 und durch die erwähnten Kontrollvorrichtungen geeignet goregelt worden, fliesst Öl aus dem Ölabteil 88 durch die Ölleitung 46 in den Ölteil 36 des Tieftenperaturabncheiders 32 und Wasser wird aus dem Wasserabteil 90 durch die Wasserleitung 40 über Bord abgelassen. Un ein schnelles Ablaufen des Öls in den ölteLl 36 des Tieftemperaturabscheiders 32 zu verhindern, ist eine Drossel 122 in der Ölleitung 46 vorgesehen,

llachdem jotr.t ein wosentllohnr Teil dor Flüssigkeit auo dom Gao des ProduktLtmsmedium» abgebrennt wurde, kann

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das Gas aus der Trennanlage 38 mit Hilfe eines Hebelextraktors 124 ausgeführt werden. Der Nebelextraktor 124, welcher einen tieferen schiefen Hand 126 hat, damit das Kondensat frei ablaufen kann, ist mit dem Gasteil 34 des üüeftemperaturabsclieiders 32 durch die Gasleitung 50 verbunden. Bevor das Gas den Gasteil 34 erreicht, strömt es durch eine verstellbare Drossel 130, welche durch ein geeignetes Kontrollgerät wie die lagereinrichtung 24 geregelt -sein kann, um die Regelung der Gasproduktion aus den Unterwasserbohrlöchern, die damit verbunden sind, zu gestatten. Ein Durchflußmeßgerät 132 ist in der Gasleitung 50 vor der Drossel 130 angebracht und dient als Anzeige für die Kon · Λ

trollvorrichtung bezüglich des Gasdurchflusses aus dem jeweiligen "Unterwasserbohrloch, welches damit verbunden ist.

Obwohl das Gas, welches aus der GaßLeitung 50 in den Gasteil 34 strömt,im wesentlichen wasserfrei sein wird, insbesondere nach der Kondensation der Flüssigkeiten im Gas bei der plötzlichen Expansion des Gases nach dem Durchtritt durch die Drossel, ist Hydratbildung in der Gasproduktleitung 52 noch möglich. Polglich La a es zusätzlich zur Erzeugung des im wesentlichen wasserfreien Gases wünschenswert sein und in vielen Fällen notwendig sein, di-; Bildung von Hydraten durch Einspritzung eines die Hydratbildung einschränkenden Mittels in die Gasleitung 50 ein- " zuschränken. Dies kann durchgeführt v/erden, indem man die Glykolleitung ,54 mit der Gasleitung 50 und der Glykolmeßeiiiriehtung 60j die am Ilantel 76 des Satelliten angebracht ist, verbindet. Bei Verwendung eines Zeitgebers 134 in Verbindung mit der Glykolmessvorrichtung 60 können ger.au gemessene Mengen periodisch in die Gasleitung 50 -einges-pi'ifcrit werden, wie sie für die ent ε; pre eilenden -Du:rchflusGinen_; :on, welche durch die variable Drossel 130 strömen und mit dem Durchflussifießgerät 132 -gemessen, werden, -'notwendig sind.

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Der Zeit, geber 134 gestattet auch eine einzige Glykolmeßvorrichtung 60 zur Versorgung anderer Gasleitungen zu verwenden, weiche in den Tieftemperaturabscheider 52 führen und welche das Gas, das dorthin aus anderen Unterwasserbohrlößhern strömt, herbeileiten. Das Glykol zur Einspritzung in die Gasleitung 50 sowie in andere Gasleitungen wird im Glykolvorratsbehälter 56 gelagert, welcher sich im unteren Teil des Satelliten befindet und daraus- durch einen ^ilter 136 und eine Glykolzufuhrleitung 138 mit Hilfe einer Glylrolpunpe 58, welche in Verbindung mit einem Motor 140 arbeitet, gepumpt., SoAtfohl die Pumpe 58 als auch eier Motor 140 sind auf einem Träger 142 angebracht,, der von Hantel 76 des Satelliten ausgeht.

Die Abführung des Gases, welches in den Gasteil 34 des Tieftemperaturabscheiders 32 eintritt, v/ird durch einen Hebelextraktor 144 bewerkstelligt, welcher sich innerhalb der Tieftemperaturabscheideranlage befindet und mit dor Gasproduktleitung 52 verbunden iüt. Das Öl, das in den Tioftemperaturabscheider 32 eintritt, wird durch die ?lüs~ sitProduktleitung abgeführt, in dieser Darstellung durch die Ölproduktleitung 44, welche vom tiefsten Teil des Ölteiles 36 wegführt. Das Abführen des Öls aus den Ölteil 36 durch die Ölproduktleitung 44 wird durch ein »schwimmkörper-· gesteuertes Ablai3ventil 146 geregelt. Das Ventil 146 wird durch einen Schwimmkörperkontrollmechaninmus 140 gesteuert, welcher einen Schwimmkörper 150 umfaßt und v/elcher sich auf der Oberfläche des Öls befindet und das Abflußventil 146 durch eine Kontroileitung 152 pneumatisch steuert. Ebenso ist eine pneumatische Rückführ.Veitung 154 zwischen den Ablaßventil 146 und dem Gaste.Ll 34 vorgesehen.

Wie erwähnt führt die plötzliche Expansion des Gaoc?s, welches durch die Drossel 130 strömt, zu einer gewissen Kondensation

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ORIGiNAt

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der Flüssigkeiten aus dem Gas, wenn es in den Tieftemperaturabscheider eintritt. Aus diesem Grund ist eine Spritzschutzvorrichtung 156 nahe dem Schwimmkörper 150 vorgesehen, um zu verhindern, daß irgendein Kondensat das Ablaßventil 146 falsch steuert. Wenn das Ablaßventil 146 versagt", den Ölspiegel in der Tieftemperaturabsoheideeinheit 32 genügend tief zu halten, so daß die Gefahr auftritt, das Öl in die Umleitung 50 oder in die Gasproduktleitung 52 eintritt, ist ein Hochniveau-Öl—Anzeigegerät unterhalb der Gasleitung 50 und in Verbindung mit dem Inneren der Tieftemperaturabschoideeinheit 32 vorgesehen. Wenn der Ölspiegel das IIochniveau-Anzeigegerät 158 erreicht, wird der Betrieb des gesamten Satelliten stillgelegt. Ir/rlcicher " Weise ist auch ein Tiefniveau-Anzeigegerät 160 vorgesehen, um zu verhindern, daß dor Ölspiegel so tief absinkt, so daß Gas durch die Ölleitung 46 oder die Ölproduktleitung 44 ■ strömen kann. Dan Anzeigeelement 160 ist deshalb knapp übor dom Eintritt dor Ölleitung 40 in den Ölteil 36 des Tieftemperaturabncheidcrn 32 angebracht.

Direkt unter der Tieftemperaturabocheldeeinheit 32 befindet ni oh oin Abfluß 162, welcher gestattet, Wasser #lr,r, an der Außenseite dos relativ kalten Ticftemperaturabscheidort; 32 und anderen kalten Oberflächen" kondensiert aus den oberen Teilen doa Satelliten au entfernen. Der Abfluß 162 i steht mit einem Sammelbehälter 164» Welcher sich unmittelbar über den" Cilvkolvorr.'itijbehälter 56 bafindot, in Vorbindung. ISiπ j)riickbohfiltfjr 166 iijt unmittelbar über dew ijnnr.ol behälter 164 angebracht, um die xumpe BO mit Dme medium zu ver/iorgen, V/orm die Pumno HO durch einen J₁Otor 172. angetrieben wird, wird . uriicunediu-m nnn den "Re}r^;lter 166 durch einen Filter^ 16U und oi.no Druclmodiumzufuhrleitung 170 hin'iur.'-of ordert, KLn hydrau I Inchon lliveauanzoi^ißgOTÜt 174 Iciiin VüTwnndet werden, um die Kontro.Hvorrichtung mit Informtiomm zu vorsehen v/ie z.B. die Iiotwendigkoit, das Druolciaedium in Bohältor 166 zu or-

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Die Vorrichtung, die entsprechend der Darstellung 3 verwendet wird, ist = im wesentlichen dsr Vorrichtung, die in Figur 4 beschrieben wurde, gleich, mit Ausnahme eines zusätzlichen zweiten Wärmeaustauschers 64 und den verschiedenen Einrichtungen, die damit verbunden sind, welcher über defl. Tief temperaturabscheider 32 angebracht sein könnte. Der zusätzliche Wärmeaustauscher 64 sowie das Durchflußregulierventil 70 und das Temperaturanzeigegerät 72 können solche der gebräuchlichen Art sein wie sie in Produktionsanlagen an land verwendet v/erden.

Sowohl bei der Darstellung in Figur 2 wie auch bei der Darstellung in.Figur 3 wird es bevorzugt, daf3 der Satellit 12 mehrere gaserzeugende Bohrlöcher bedient, wobei. eine Produktion, tung 26 mit jedem Bohrloch verbünde};/!.st. Für jedes Bohrloch, welches an den Satelliten 12 angeschlossen ist, würde zusätzlich eine Abtrennanlage 33 und die entsprechenden Leitungen und Kontrollgeräte, die damit verbunden sind, verwendet v/erden.

Es ist zu ersehen, daß die Temperatur des Gases, wenn es in die Goproduktleitung 52 eintritt, zwischen -3,9⁰C (25⁰F) und 1,7⁰C (35°F) liegen*:ann. Um die Abtrennung des im wesentlichen wasserfreien Gases zu erreichen, findet eine wesentliche Kühlung des heissen Produktionsmodlums statt. Die folgende Tabelle, wobei ein heisses Produktionsmedium der Temperatur von 60⁰C (140⁰F) bis 6516 ⁰O (15O⁰F) angenommen wird, gibt für die notwendige Kühlung die an verschiedenen Stellen im System erreicht wird, ein Beispiel.

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Λ.

Produktionsmediumleitung 26 - 60° bis 65,6⁰C

(140- 150 -P)

Gasteil 32 - -12.2° bis -6-,7°0

(10° - 20⁰P)

Ölteil 36 - 32,2° bis 35 ⁰C

(90^b,- 95°F)

Trennanlage 38 - 48,9° bis 54,4⁰C

(120° - 130°F)

Ölleitung 46 - 48,9° bis 54,4⁰C

(120° ~ 150⁰P)

Gasleitung 50 - 48,9° bis 54,4⁰C

(120°.- 130⁰P)

Gasproduktleitung 52 - -3,9° bis 1,7 °C

(25° - 35⁰I)

Plüssigproduktleitung 44 - 32,2° bis 35⁰C

(90° - 95⁰P)

Gewisse Änderungen der Vorrichtung und des Verfahrens können wünschenswert.sein, um den verschiedenen Bedingungen gerecht zu werden, ohne vom Bereich dieser Erfindung abzuweichen. Insbesondere kann es wünschenswert sein, eine Plüssigproduktleitung und nicht eine ä«r ;chilessIiehe Ölproduktleitung vorauseilen, so daß die Drei-Phasentrenn anlage 38 durch eine ZAirei-Phasentrennanlage, welche Gas und Flüssigkeit trennt, ersetzt -'werden kann. In einem solchen Pail können die zwei Öl- und V.'asserabteile 88 und 90 wegfallen und durch ein einziges Abteil mit einer einzigen Abflußleitung, welche in den Tiefteüiperaturabscheider führt, ersetzt v/erden, \7enn eine Plüssigproduktleitung vorgesehen ist. werden andere Änderungen wie die Vex'bindung des Abflusses 162 in die Produktleitung möglich sein. Ebenso können die verschiedenen pneumatisehen und hydraulischen Kontrollgeräte durch entsprechende Geräte wie z.B. elek-.trische Kontrollgeräte ersetzt v/erden.

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Claims

Patentansprüche

™ .1. Untersee-Satelliten-Vorrichtung zur Gewinnung von Gas aus Unterwasser-Lagerstätten mit einem oder mehreren gaserzeugenden Bohrlöchern, die versenkte Bohrlochköpfe haben, bestehend aus einem wasserdichten, druckfesten ^antel, dadurch gekennzeichnet, daß sie innerhalb des Mantels (76) einen Kühler (36,64) für die Kühlung des Produktinnsmediuins und einen Abscheider (36,38) für die Abtrennung von wasserfreiem Gas aus dem Produktionsmedium, umfaßt.

2» Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheider (36,33) eine Flüssigkeitabtrerinein- ^ richtung (38) umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheider (36,38) eine . i'iefteraperaturabscheideeinheit (36) zur Abtrennung des wasserfreien Gases vom Produktionsmedium umfaßt.

SAD ORiGINAi

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4» Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler (36) einen Wärmeaustauscher (36) in Verbindung mit dem Abscheider (36) zur Herabsetzung der Temperatur des Gases und zur Ermöglichung der Kondensation des Wassers hieraus umfaßt..

5. Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauseher (36) sich innerhalb des Tieftemperaturabscheiders (36) befindet*

6« Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen zweiten Wärmeaustauscher (64). umfaßt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (54-60) zur Verminderung der Hydratbildung im wasserfreien Gas umfaßt, vorzugsweise eine Einrichtung (58,60) zum Einspritzen einer die Hydratbildung vermindernden Substanz in das wasserfreie Gas.

8. UnterBee-System zur Gewinnung von Gas aus Unterwasser- Lagerstätten durch Untersee-BohrlochkÖpfe, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen Satelliten nach einem der Ansprüche 1 bis 7» welcher mit den Bohrlochköpfen und einer Gas-Produktleitung (16), welche von Satelliten wegführt, verbunden ist und .gegebenenfälla eine Öl-Produktloitung, welche von jedem Satelliten wegführt, umfaßt.

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