ITPI20100039A1

ITPI20100039A1 - Metodo e apparato per ridurre la pressione di un gas naturale alla testa-pozzo

Info

Publication number: ITPI20100039A1
Application number: IT000039A
Authority: IT
Inventors: Stefano Favilli; Giacinto Leitempergher; Luciano Scibola
Original assignee: Sime S R L
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-09-30
Also published as: US9394764B2; EA201290858A1; EA026765B1; WO2011121424A2; US20130015669A1; EP2467568B1; EP2467568A2; WO2011121424A3

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo “METODO E APPARATO PER RIDURRE LA PRESSIONE DI UN GAS NATURALE ALLA TESTA-POZZO”

DESCRIZIONE

Ambito dell’invenzione

La presente invenzione riguarda un metodo e un apparato per ridurre la pressione di un gas naturale immediatamente dopo la sua estrazione da un giacimento, ossia in corrispondenza di una testa-pozzo.

Brevi cenni alla tecnica nota - Problemi tecnici

Il gas naturale viene estratto dai giacimenti in unità di solito distanti dai siti di trasformazione: ad esempio, le teste-pozzo possono trovarsi su piattaforme off-shore o in postazioni sottomarine (under-sea). Subito dopo l’estrazione, il gas subisce semplici operazioni di separazione di materiali solidi e liquidi come sabbia, sali, acqua e sostanze oleose, ed entra quindi in un gasdotto, attraverso il quale raggiunge le unità di raffinazione ed i successivi utilizzi.

Il gas naturale è spesso disponibile dai pozzi a pressioni che possono raggiungere le centinaia di atmosfere. Per ridurre i costi delle apparecchiature e delle tubazioni immediatamente successive alla testa-pozzo, è pratica corrente ridurre la pressione del gas immediatamente dopo la sua estrazione. Per ridurre la pressione si utilizzano idonee valvole di laminazione, note anche come choke-valves, nelle quali l’energia potenziale associata alla pressione del gas viene dissipata per attrito. La depressurizzazione avviene quindi attraverso una degradazione di energia, in altre parole costituisce una perdita energetica netta e uno sviluppo di calore che innalza la temperatura del fluido espanso.

Le valvole di espansione, per poter funzionare correttamente senza ostruirsi, richiedono comunque un trattamento del gas ad alta pressione in un primo separatore per eliminare residui solidi, come sabbia, frammenti solidi, nonché liquidi, come gas, olio, acqua. Questo trattamento però trattiene solo i residui più grossi e la maggior parte dei liquidi, ma non elimina i residui più piccoli, come polvere, condensati solidi, goccioline di liquidi che, tuttavia, riescono ad attraversare la valvola di espansione senza ostruirla.

Come anticipato, i siti di estrazione si trovano solitamente in luoghi remoti, ad esempio piattaforme offshore, distanti dalle reti di distribuzione di energia elettrica. Per soddisfare i fabbisogni energetici delle attrezzature, i siti di estrazione sono solitamente provvisti di dispositivi di conversione energetica, comprensivi di generatori elettrici, che comportano oneri addizionali di installazione e manutenzione, oltre a consumare una quota del gas estratto.

Sintesi dell’invenzione

È quindi scopo della presente invenzione fornire un apparato per recuperare energia dal processo di riduzione di pressione che un gas naturale subisce subito dopo l’estrazione da un giacimento.

È uno scopo particolare della presente invenzione fornire un siffatto metodo che permetta di utilizzare tale energia per l’esercizio di attrezzature associate alla testa-pozzo.

È inoltre scopo della presente invenzione fornire un apparato per attuare tale metodo.

È anche scopo della presente invenzione fornire un tale apparato per recuperare energia dal processo di riduzione di pressione che avviene in testa-pozzo, che sia adatto tanto per applicazioni in superficie o su piattaforme offshore, che per applicazioni “under sea”.

È anche scopo della presente invenzione fornire un siffatto apparato che sia in grado di funzionare con gas in alta pressione che ancora contiene residui solidi di piccole dimensioni e una certa seppur piccola frazione liquida.

Questi ed altri scopi sono raggiunti da un metodo per ridurre la pressione di un gas naturale sostanzialmente grezzo disponibile con una pressione di estrazione alla<testa-pozzo di un giacimento, comprendente le fasi di:>

3⁄4 predisposizione di un dispositivo di espansione atto a ricevere il gas naturale ad una pressione di estrazione ed a consentire un’espansione del gas naturale fino ad una pressione di utilizzo, il dispositivo di espansione essendo provvisto di un rotore girevole attorno ad un proprio asse, uno statore e di una via di passaggio definita dal rotore e<dallo statore;>

3⁄4 collegamento al rotore del dispositivo di espansione di un generatore di potenza elettrica, in modo che una rotazione del rotore provochi una generazione di potenza<elettrica da parte del generatore;>

3⁄4 convogliamento di una corrente del gas naturale nella via di passaggio del dispositivo di espansione in modo da far girare il rotore e da causare l’espansione con abbassamento di pressione del gas da detta pressione di<estrazione a detta pressione di utilizzo;>

3⁄4 estrazione della potenza elettrica prodotta dal generatore per effetto della rotazione del rotore.

In tal modo l’espansione del gas in corrispondenza della testa-pozzo viene realizzata ricavando potenza elettrica utile per soddisfare i fabbisogni di energia elettrica di attrezzature, strumentazione e impianti tecnici ausiliari del sito di estrazione, senza richiedere l’installazione di dispositivi di conversione di energia di altro tipo, ad esempio dispositivi per ottenere energia termica o elettrica mediante combustione di una quota del gas estratto. Il metodo fornisce un’alternativa ai mezzi di espansione tradizionalmente in uso a valle delle teste pozzo, costituiti da semplici valvole di laminazione.

Il gas naturale sostanzialmente grezzo è normalmente disponibile ad una pressione di prelievo superiore a 15 bar, in particolare tra 15 e 300 bar, più in particolare tra 35 e 250 bar.

Il gas naturale sostanzialmente grezzo può contenere acqua, o una emulsione di olio e acqua, in quantità che possono variare da tracce, inferiori a 2-3 ppm, fino alle concentrazioni di saturazione corrispondenti alle condizioni nelle quali il gas è disponibile.

Vantaggiosamente, nel caso di gas naturale contenente un tenore di umidità inferiore a circa 3 ppm, è prevista una fase di alimentazione nella corrente di gas naturale sostanzialmente grezzo di una sostanza atta ad abbassare la temperatura di formazione, in particolare atta ad abbassare la temperatura di congelamento dell’acqua contenuta nel gas naturale; preferibilmente la sostanza per abbassare la temperatura di congelamento è un glicol o un alcol, in particolare metanolo. Tale modo di procedere è particolarmente utile nel caso di gas a basso tenore di umidità e, comunque, avente un basso contenuto di solidi, poiché permette di effettuare l’espansione del gas naturale sostanzialmente in qualsiasi dispositivo di espansione.

Il gas naturale sostanzialmente grezzo può tuttavia contenere una quantità di acqua lunga anche molto superiore a quella sopra indicata, fino alla concentrazione di saturazione relativa alle condizioni in cui il gas è disponibile, più nel dettaglio può contenere fino a 150-200 ppm volume di acqua, per cui se l’espansione decorre con un raffreddamento al di sotto di una temperatura di formazione predeterminata, si forma nel gas in espansione una considerevole quantità di solido, costituito da ghiaccio e/o da idrati di idrocarburi.

Per una tale evenienza, vantaggiosamente, il rotore e lo statore del dispositivo di espansione vengono predisposti per formare la via di passaggio ed espansione in modo che il gas naturale sostanzialmente grezzo in espansione insieme al solido formato dall’acqua percorra interamente la via di passaggio ed espansione.

Preferibilmente, il disegno e le condizioni di flusso realizzate all’interno della via di passaggio impediscono una sostanziale separazione tra le fasi gas, liquida e solida, presenti o formatesi durante l’espansione.

In particolare, la via di passaggio ha sezioni trasversali atte a conferire progressivamente una velocità supersonica al gassoso gas sostanzialmente grezzo in espansione secondo una portata predeterminata all’interno della via di passaggio. In tal modo, il tempo di permanenza del gas nella via di passaggio è abbastanza breve perché le particelle di ghiaccio e/o idrati solidi che vi si formano, in caso di temperature inferiori a rispettive temperature di formazione, possano crescere fino a raggiungere una dimensione critica tale da ostruire la via di passaggio o danneggiare il dispositivo di espansione per erosione.

Il rotore del dispositivo di espansione può comprendere una girante radiale-assiale provvista di una pluralità di pale che definiscono lateralmente una pluralità di canali della via di passaggio ed espansione del gas naturale sostanzialmente grezzo, i canali essendo aperti almeno da una parte secondo la direzione dell’asse di rotazione della girante radiale–assiale. In altre parole, il rotore comprende almeno una girante radiale-assiale semiaperta o aperta. La struttura semiaperta o aperta della girante radiale-assiale provvede anche in questo caso una via di passaggio idonea per il gas naturale sostanzialmente grezzo, anche se durante l’espansione si formano particelle solide di ghiaccio e idrati.

Il rotore del dispositivo di espansione può comprendere un albero cilindrico ed almeno due profili ad elica realizzati esternamente e coassialmente all’albero, in modo che il gas naturale si muova secondo la direzione dell’albero quando impegna il rotore, e lo statore comprende un condotto entro cui è disposto girevole il rotore, ed almeno un diffusore interposto tra gli almeno due profili ad elica del rotore. In altre parole, il rotore comprende almeno una girante elicoassiale, ovvero il dispositivo è una pompa elicoassiale inversa a atta a trattare un fluido multifase, brevemente una pompa elicoassiale multifase inversa. I canali elicoidali a sviluppo assiale della girante ed i canali del diffusore definiscono, assieme al condotto dello statore, una via di passaggio idonea per espandere, ed eventualmente liquefare in parte, il gas naturale sostanzialmente grezzo, anche se durante l’espansione si formano ghiaccio o idrati degli idrocarburi in quantità significative, a causa del tenore di umidità relativamente elevato presente nel gas. La girante elicoassiale, a sviluppo assiale, si distingue per valori di diametro relativamente modesti. Ciò è un fattore che limita vantaggiosamente la velocità periferica della girante, e riduce l’azione erosiva di eventuali particelle di solido come ghiaccio e idrati di idrocarburi presenti o formati nel gas in espansione.

Preferibilmente, durante la fase di espansione il rotore ha una velocità di rotazione inferiore di, o uguale a, 6500 giri/min, in particolare ha una velocità di rotazione che è compresa tra 3000 e 6500 giri/min. La velocità periferica relativamente modesta che consegue dal basso numero di giri, ma anche dal limitato diametro della girante, e quindi anche il basso salto di pressione per ogni stadio di espansione, evitano separazioni tra le fasi gas/liquido/solido presenti o formate nel gas in espansione, e consentono di limitare ulteriormente l’erosione dovuta alla presenza di solidi nel gas in espansione. L’uso di dispositivi come pompe inverse elicoassiali e/o pompe inverse radiali-assiali a girante aperta/semiaperta permette quindi di compiere l’espansione di gas naturale sostanzialmente grezzo contenente quantitativi anche significativi di acqua, senza dover ricorrere a onerosi trattamenti di deumidificazione spinta prima dell’espansione, come è necessario se si utilizzano turbo espansori.

Inoltre, le pompe multifase inverse sopra indicate sono componenti facilmente integrabili in unità di estrazione di gas naturale esistenti, in parallelo o al posto di valvole di laminazione di tipo tradizionale, consentendo un recupero energetico rilevante con un onere di installazione relativamente limitato.

In una forma realizzativa particolare, il giacimento è accessibile da un fondale di un corpo idrico, ad esempio un corpo idrico marino o lacustre, ed è prevista una fase di disposizione del dispositivo di espansione e del generatore di potenza elettrica in una posizione sommersa nel corpo idrico, in particolare sul fondale. In tal modo è possibile limitare, anche per giacimenti disponibili a notevoli profondità marine, la lunghezza di tubazione di elevato spessore, necessaria per tubazioni ad alta pressione, essendo minimo il percorso che il gas compie a una pressione prossima a quella del giacimento, e stendere tubazioni per relativamente basse pressioni fino alla piattaforma off-shore o alla costa.

Gli scopi sopra indicati, ed altri, sono altresì raggiunti da un apparato per ridurre la pressione di un gas naturale sostanzialmente grezzo disponibile con una pressione di estrazione ad una testa-pozzo di un<giacimento, l’apparato comprendendo:>

3⁄4 un dispositivo di espansione atto a ricevere un gas naturale ad una pressione di estrazione e a consentire un’espansione del gas naturale, fino ad una pressione di<utilizzo;>

3⁄4 mezzi di alimentazione del gas naturale sostanzialmente grezzo nel dispositivo di espansione;

la caratteristica principale dell’apparato è che il dispositivo di espansione è provvisto di un rotore girevole attorno ad un proprio asse, e di uno statore, in cui il rotore e lo statore definiscono una via di passaggio per il gas naturale sostanzialmente grezzo,

3⁄4 un generatore di potenza elettrica associato al rotore<del dispositivo di espansione;>

3⁄4 mezzi di collegamento meccanico tra il rotore e il generatore, in modo che il generatore generi una potenza elettrica quando una corrente del gas naturale sostanzialmente grezzo viene convogliata nella via di passaggio del dispositivo di espansione in modo da far girare il rotore e da causare l’espansione con abbassamento di pressione del gas dalla pressione di estrazione alla<pressione di utilizzo;>

3⁄4 mezzi per estrarre la potenza elettrica prodotta dal generatore.

In particolare, il dispositivo di espansione è atto a ricevere un gas naturale sostanzialmente grezzo disponibile ad una pressione di estrazione compresa tra 15 e 300 bar, più in particolare tra 35 e 250 bar.

Vantaggiosamente, a monte del dispositivo di espansione sono previsti mezzi per alimentare nella corrente del gas naturale sostanzialmente grezzo una sostanza atta ad abbassare la temperatura di formazione di un solido a partire da acqua presente nel gas, tipicamente di una sostanza atta ad abbassare la temperatura di congelamento dell’acqua. In particolare, i mezzi di alimentazione sono atti a ricevere ed alimentare un glicole o un alcole. Più in particolare, i mezzi di alimentazione sono atti a ricevere ed alimentare metanolo nella corrente del gas naturale.

In particolare il rotore del dispositivo di espansione comprende un albero cilindrico ed almeno due profili ad elica realizzati esternamente e coassialmente all’albero, in modo che il gas naturale sostanzialmente grezzo si muova secondo la direzione dell’albero quando impegna il rotore, e lo statore comprende un condotto entro cui è disposto girevole il rotore, ed almeno un diffusore interposto tra gli almeno due profili ad elica del rotore. In altre parole, il rotore comprende almeno una girante elicoassiale, ovvero il dispositivo è una pompa multifase elicoassiale inversa. I canali elicoidali a sviluppo assiale della girante ed i canali del diffusore definiscono, assieme al condotto dello statore, un percorso idoneo per l’espansione e la parziale liquefazione del gas naturale sostanzialmente grezzo, anche se durante l’espansione si formano ghiaccio o idrati degli idrocarburi per effetto dell’umidità presente nel gas naturale.

Il rotore può comprendere una girante radiale-assiale provvista di una pluralità di pale che definiscono lateralmente una pluralità di canali della via di passaggio ed espansione del gas naturale sostanzialmente grezzo, i canali essendo aperti almeno da una parte secondo la direzione dell’asse di rotazione della girante radialeassiale. In altre parole, il rotore può comprendere almeno una girante radiale-assiale semiaperta o aperta. La struttura semiaperta o aperta della girante radiale-assiale provvede anche in questo caso una via di passaggio idonea per il gas naturale sostanzialmente grezzo, anche se durante l’espansione si formano particelle solide di ghiaccio e idrati.

Il dispositivo di espansione può comprendere una valvola di laminazione installata in parallelo con funzione di bypass rispetto al dispositivo di espansione, e mezzi per deviare il gas naturale dal dispositivo di espansione alla valvola di laminazione e viceversa. In tal modo è possibile compiere operazioni di manutenzione del dispositivo di espansione, senza interrompere il prelievo del gas naturale alla pressione del giacimento e la sua immissione nel gasdotto alla pressione di trasporto.

Vantaggiosamente, il dispositivo di espansione sopra definito è un dispositivo di espansione di valle, ed il dispositivo di espansione sopra descritto comprende inoltre un dispositivo di espansione di monte atto a ricevere il gas naturale sostanzialmente grezzo ed a causarne una prima espansione con un raffreddamento fino ad una temperatura superiore alla temperatura di formazione del solido, il dispositivo di espansione di monte essendo connesso con il dispositivo di espansione di valle in modo che il gas naturale sostanzialmente grezzo passi dal dispositivo di espansione di monte al dispositivo di espansione di valle, attraverso cui l’espansione può procedere con un ulteriore raffreddamento al di sotto della temperatura di formazione del solido, in particolare di ghiaccio e/o idrati.

Il gas sostanzialmente grezzo può essere un gas proveniente da un pozzo petrolifero, e contenere quindi un’apprezzabile quantità di liquido associato, costituiti da idrocarburi ed eventualmente da acqua. In tal caso, l’apparato prevede un separatore disposto a monte del dispositivo di espansione, per separare tale liquido trascinato, in particolare, nella forma di un’emulsione contenente liquido idrocarburico, gas idrocarburico ed eventualmente acqua; in tal caso l’apparato comprende vantaggiosamente:

3⁄4 un ulteriore dispositivo di espansione atto a ricevere e a consentire un’espansione del liquidi associati al gas separati nel separatore,

3⁄4 mezzi di alimentazione del liquido associato al gas separato dal separatore nell’ulteriore dispositivo di espansione;

l’ulteriore dispositivo di espansione essendo provvisto di almeno un rotore girevole attorno ad un proprio asse di rotazione e di uno statore, in cui il rotore e lo statore definiscono una via di passaggio per il liquido associati al gas separato nel separatore,

l’apparato comprendendo inoltre:

3⁄4 un ulteriore generatore di potenza elettrica;

3⁄4 mezzi di collegamento meccanico tra il rotore dell’ l’ulteriore dispositivo di espansione e l’ulteriore generatore, in modo che il ulteriore generatore generi una ulteriore potenza elettrica quando il liquido associato al gas separato nel separatore si espande nell’ulteriore dispositivo di espansione;

3⁄4 mezzi per estrarre l’ulteriore potenza elettrica prodotta dall’ulteriore generatore.

In particolare, il rotore dell’ulteriore dispositivo di espansione può comprendere una girante scelta tra una girante radiale-assiale ed una girante elicoassiale, ovvero può trattarsi di una pompa multifase inversa radialeassiale o elicoassiale.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione verrà di seguito illustrata con la descrizione di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi, in cui:

– le figura 1 e 2 sono un diagrammi di flusso che illustrano un metodo ed un apparato, secondo due diverse forme realizzative, per ridurre la pressione di un gas naturale alla testa-pozzo, secondo l’invenzione;

– la figura 3 è una vista assonometrica schematica di una pompa multifase elicoassiale;

– la figura 4 mostra un’applicazione sottomarina dell’apparato secondo l’invenzione;

– la figura 5 è un diagramma di flusso che illustra una variante del metodo e dell’apparato secondo l’invenzione, adatta al caso di gas proveniente da un pozzo ad olio.

Descrizione di forme realizzative preferite

Con riferimento alle figure 1 e 2 viene descritto un metodo per ridurre la pressione di un gas naturale sostanzialmente grezzo 2,3 estratto da un giacimento alla pressione P1ed alla temperatura T1, e due forme realizzative 100,200 di un apparato, secondo l’invenzione, per attuare tale metodo. La pressione P1del gas naturale 2 può variare tra le decine e le centinaia di atmosfere, in particolare tra 15 e 300 bar, più in particolare tra 35 e 250 bar. Il gas naturale 2 come estratto dalla testa-pozzo, passa in separatore, ad esempio un separatore a ciclone 13 in cui si separano:

– una quantità di impurezze grossolane 5 costituite da acqua, sabbia ed altri materiali solidi o liquidi, che viene accumulata ed estratta in modo continuo o discontinuo operando opportunamente sulla valvola 14’;

– una corrente di gas naturale 3 sostanzialmente grezzo, contenente residui di umidità e di solidi dopo il trattamento grossolano che ha luogo nel separatore 13.

Il separatore 13 è provvisto di una valvola di sicurezza 12 tarata ad una pressione inferiore alla pressione di progetto del separatore 13, ed atta a scaricare l’intera portata erogabile dal giacimento come corrente 2. Una valvola di intercettazione 14 permette di interrompere l’afflusso di gas naturale nel separatore 13, ad esempio in caso di manutenzione della linea di estrazione.

Il gas naturale sostanzialmente grezzo 3 viene alimentato al dispositivo di espansione 20,25 che può essere una pompa inversa multifase elicoassiale 20 (figure 1,3) o una pompa inversa multifase radiale-assiale a bassa velocità 25 (figura 2). Nel dispositivo di espansione 20,25 il gas naturale sostanzialmente grezzo 3 subisce un’espansione trasformandosi in una corrente di gas espanso 4 la cui pressione P2è inferiore alla pressione P1del gas sostanzialmente grezzo 3, ed è una pressione di utilizzo conveniente per il trasferimento del gas ad un impianto di raffinazione o di utilizzazione, non rappresentato, mediante un gasdotto; tale pressione è cioè scelta in modo da richiedere spessori della tubazione del gasdotto, e di altre apparecchiature, economicamente accettabili. In particolare, la pressione di uscita P2 è vantaggiosamente scelta tra circa 10 e circa 30 bar a seconda di varie esigenze come distanza della rete di distribuzione del gas, necessità di trattamenti di condizionamento ed altri.

Il rotore del dispositivo di espansione 20 o 25 è collegato meccanicamente ad un generatore di potenza elettrica 29, in modo da azionare tale generatore producendo energia elettrica. Si recupera quindi energia dall’espansione del gas naturale 3, nella forma di una potenza elettrica W, utilizzabile per soddisfare i fabbisogni energetici dell’unità di estrazione del gas naturale, in particolare di una piattaforma off-shore, senza che vi sia necessità di bruciare gas naturale estratto, né di predisporre mezzi di conversione energetica allo scopo.

Il gas sostanzialmente grezzo espanso 4 ha la medesima composizione del gas sostanzialmente grezzo 3 alimentato al dispositivo di espansione 20,25, si tratta quindi di una miscela di idrocarburi comprendenti prevalentemente metano ma eventualmente anche idrocarburi superiori che vengono eventualmente separati nell’unità di raffinazione cui il gas viene trasferito.

L’espansione che ha luogo nel dispositivo di espansione 20,25 è accompagnata, secondo l’effetto Joule-Thomson, da un raffreddamento, dalla temperatura T1ad una temperatura T2<T1. Se la temperatura T2, dipendente dalla pressione P2 scelta e dalle caratteristiche del gas e della trasformazione, è inferiore ad una specifica soglia di temperatura, l’acqua presente nel gas naturale sostanzialmente grezzo solidifica formando ghiaccio, e/o si combina con gl’idrocarburi presenti nel gas grezzo formando idrati solidi, che attraversano liberamente la via di passaggio del dispositivo di espansione 20, 25 del tipo sopra indicato, senza formare ostruzioni o danneggiare il dispositivo di espansione anche per la particolare conformazione dei canali dell’espansore e per la bassa velocità di rotazione dello stesso.

Come mostrato ancora nelle figure 1 e 2, l’apparato 100,200 può comprendere mezzi per alimentare nella corrente del gas naturale, in particolare del gas naturale sostanzialmente grezzo dopo la separazione delle impurezze 5, una quantità di una sostanza atta ad abbassare la temperatura di congelamento del gas. Tale sostanza può essere un glicole o un alcole, in particolare metanolo.

Nelle figure 1 e 2 è anche mostrata una valvola di laminazione 15 installata in parallelo rispetto al dispositivo di espansione 20,25. Sono inoltre previste valvole 16 per deviare il gas naturale dal dispositivo di espansione alla valvola di laminazione e viceversa. Le valvole 16 possono essere semplici valvole di intercettazione, in tal modo da permettere operazioni di manutenzione del dispositivo di espansione 20,25 senza interrompere il prelievo del gas naturale 2 alla pressione del giacimento P1 e la sua immissione come gas sostanzialmente grezzo espanso 4 nel gasdotto, alla pressione di trasporto P2. Le valvole 16 possono inoltre essere comprendere almeno una valvola di regolazione di porzioni della corrente di gas 3 che attraversano rispettivamente la valvola di laminazione 15 ed il dispositivo di espansione 20. Viene inoltre mostrata una valvola di non ritorno sulla mandata del dispositivo di espansione 20,25.

Con riferimento alla rappresentazione schematica di figura 3, viene descritta una pompa multifase inversa elicoassiale 20 in cui un rotore 21, di tipo noto, comprende un albero cilindrico 21’ ed almeno due profili ad elica 22 realizzati esternamente e coassialmente all’albero 21’, in modo che il gas naturale 3 venga accelerato secondo la direzione dell’albero 21’ quando impegna il rotore 21, ed uno statore comprende un condotto 24 entro cui è disposto girevole il rotore 21, ed almeno un diffusore 24’ interposto tra i due profili ad elica del rotore.

In figura 4 viene mostrato un giacimento 33 accessibile da un fondale 31 di un corpo idrico 32, ad esempio un corpo idrico marino o lacustre, ed un apparato 100 comprendente il dispositivo di espansione 20,25 ed il generatore 29 disposti in una posizione sommersa del corpo idrico 32, in questo caso in una posizione sul fondale 31.

Con riferimento alla figura 5, viene descritta una forma realizzativa 300 dell’apparato secondo l’invenzione, adatta per trattare un gas sostanzialmente grezzo 2 proveniente da un pozzo petrolifero, e contenente quindi verosimilmente un’apprezzabile quantità di liquido associato, costituito da idrocarburi ed eventualmente da acqua. L’apparato 300 prevede ancora un separatore 13 a monte del dispositivo di espansione 20,25, per separare, in particolare, tale liquido associato 5. Il liquido associato può avere la forma di un’emulsione contenente liquido idrocarburico, gas idrocarburico ed eventualmente acqua. L’apparato 300 comprende inoltre un ulteriore dispositivo di espansione 35 per ricevere ed espandere il liquido associato 5, come separato nel separatore 13; in figura 5 l’ulteriore dispositivo di espansione 35 è rappresentato come una pompa inversa radiale-assiale, ma può essere anche una pompa elicoassiale, come il dispositivo di espansione 20,25 del gas 3. L’ulteriore dispositivo di espansione 35 è associato ad un ulteriore generatore di potenza elettrica 39, in modo da recuperare ulteriore potenza elettrica W’ dall’espansione del liquido associato separato 5. In figura 5 è anche mostrata una valvola di laminazione 45 installata in parallelo rispetto all’ulteriore dispositivo di espansione 35, secondo un’installazione analoga a quella della valvola di laminazione 15 sopra descritta. Sono inoltre previste valvole 36, che possono essere dello stesso tipo ed avere la stessa funzione delle valvole 16 (v. anche figure 1 e 2), per deviare il liquido associato dal dispositivo di espansione alla valvola di laminazione e viceversa.

La descrizione di cui sopra di forme realizzative del metodo e dell’apparato secondo l’invenzione, e delle modalità di utilizzo dell’apparato, è in grado di mostrare l’invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tali forme realizzative specifiche senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti delle forme realizzative specifiche. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un metodo per ridurre la pressione di un gas naturale sostanzialmente grezzo (3) disponibile con una pressione di estrazione (P1) ad una testa-pozzo di un giacimento, comprendente le fasi di: 3⁄4 predisposizione di un dispositivo di espansione (20,25) atto a ricevere detto gas naturale (3) a detta pressione di estrazione (P1) ed a consentire un’espansione di detto gas naturale (3) fino ad una pressione di utilizzo (P2), detto dispositivo di espansione (20,25) essendo provvisto di 3⁄4 un rotore girevole attorno ad un proprio asse; 3⁄4 uno statore; 3⁄4 una via di passaggio definita da detto rotore e da detto statore; 3⁄4 collegamento a detto rotore di detto dispositivo di espansione (20,25) di un generatore di potenza elettrica (29), in modo che una rotazione di detto rotore provochi una generazione di potenza elettrica (W) da parte di detto generatore (29); 3⁄4 convogliamento di una corrente di detto gas naturale (3) in detta via di passaggio di detto dispositivo di espansione (20,25) in modo da far ruotare detto rotore e da causare detta espansione con abbassamento di pressione di detto gas da detta pressione di estrazione (P1) a detta pressione di utilizzo (P2); 3⁄4 estrazione di detta potenza elettrica (W) prodotta da detto generatore (29) per effetto di detta rotazione di detto rotore.
2. Un metodo come da rivendicazione 1, in cui detto gas naturale sostanzialmente grezzo (3) contiene tracce di acqua, ossia un tenore d’acqua inferiore a 3 ppm in volume, e durante detta espansione viene raggiunta una temperatura di formazione di un solido a partire da detta acqua, ed è prevista una fase di alimentazione in detta corrente di gas naturale sostanzialmente grezzo (3) di una sostanza atta ad abbassare detta temperatura di formazione, in particolare di una sostanza atta ad abbassare la temperatura di congelamento di detta acqua, più in particolare di una sostanza scelta tra un glicol ed un alcol .
3. Un metodo come da rivendicazione 1, in cui detto gas naturale sostanzialmente grezzo (3) contiene acqua in una concentrazione superiore a 3 ppm in volume e durante detta espansione viene raggiunta una temperatura di formazione di un solido a partire da detta acqua, e detto rotore e detto statore di detto dispositivo di espansione (20,25) vengono predisposti per formare detta via di passaggio ed espansione in modo che detto gas naturale sostanzialmente grezzo in espansione insieme a detto solido formato a partire da detta acqua percorra interamente detta via di passaggio ed espansione, in particolare, detto rotore di detto dispositivo di espansione (20,25) essendo scelto tra: 3⁄4 una girante radiale-assiale semiaperta o aperta, ossia una girante radiale-assiale provvista di una pluralità di pale che definiscono lateralmente una pluralità di canali di detta via di passaggio ed espansione, detti canali essendo aperti almeno da una parte secondo la direzione di detto asse di rotazione di detta girante radiale-assiale; 3⁄4 una girante elicoassiale (21), ossia una girante comprendente un albero cilindrico (21’) ed almeno due profili ad elica (22) realizzati esternamente e coassialmente a detto albero (21’), in modo che detto gas naturale sostanzialmente grezzo (3) si muova secondo detta direzione di detto albero (21’) quando impegna detto rotore (21), e detto statore comprende un condotto (24) entro cui è disposto girevole detto rotore (21), ed almeno un diffusore (24’) interposto tra detti almeno due profili ad elica (22) di detto rotore (21).
4. Un metodo come da rivendicazione 1, in cui durante detta fase di espansione detto rotore ha una velocità di rotazione inferiore di, o uguale a, 6500 giri/min, in particolare ha una velocità di rotazione che è compresa tra 3000 e 6500 giri/min.
5. Un metodo come da rivendicazione 1, in cui detto giacimento (33) è accessibile da un fondale (31) di un corpo idrico (32), ad esempio un corpo idrico marino o lacustre, ed è prevista una fase di disposizione di detto dispositivo di espansione (20,25) e di detto generatore di potenza elettrica (29) in una posizione sommersa di detto corpo idrico, in particolare su detto fondale (31).
6. Un apparato (100,200,300) per ridurre la pressione di un gas naturale sostanzialmente grezzo (2,3) disponibile con una pressione di estrazione (P1) ad una testa-pozzo di un giacimento, detto apparato (100,200) comprendendo: 3⁄4 un dispositivo di espansione (20,25) atto a ricevere detto gas naturale (3) ad una pressione di estrazione (P1) ed a consentire un’espansione di detto gas naturale sostanzialmente grezzo (3) fino ad una pressione di utilizzo (P2); 3⁄4 mezzi di alimentazione di detto gas naturale sostanzialmente grezzo (3) in detto dispositivo di espansione (20,25); caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di espansione (20,25) è provvisto di un rotore girevole attorno ad un proprio asse e di uno statore, in cui detto rotore e detto statore definiscono una via di passaggio per detto gas naturale sostanzialmente grezzo (3), e dal fatto di comprendere inoltre: 3⁄4 un generatore di potenza elettrica (29) associato a detto rotore di detto dispositivo di espansione (20,25); 3⁄4 mezzi di collegamento meccanico tra detto rotore e detto generatore di potenza elettrica (29), in modo che detto generatore di potenza elettrica (29) generi una potenza elettrica (W) quando una corrente di detto gas naturale sostanzialmente grezzo (3) viene convogliata in detta via di passaggio di detto dispositivo di espansione (20,25) in modo da far girare detto rotore e da causare detta espansione con abbassamento di pressione di detto gas da detta pressione di estrazione a detta pressione di utilizzo (P2) ; 3⁄4 mezzi per estrarre detta potenza elettrica (W) prodotta da detto generatore di potenza elettrica (29).
7. Un apparato (100,200,300) come da rivendicazione 6, comprendente mezzi (11) di alimentazione in detta corrente di detto gas naturale sostanzialmente grezzo (3) di una sostanza atta ad abbassare la temperatura di formazione di un solido a partire da acqua presente in detto gas naturale sostanzialmente grezzo (3), in particolare di una sostanza atta ad abbassare la temperatura di congelamento di detta acqua, più in particolare di mezzi di alimentazione di un glicole o di un alcole, detti mezzi di alimentazione (11) essendo disposti a monte di detto dispositivo di espansione (20,25).
8. Un apparato (100,200,300) come da rivendicazione 6, in cui detto rotore di detto dispositivo di espansione (20,25) è scelto tra: 3⁄4 un rotore comprendente almeno una girante elicoassiale (21), ossia detto rotore comprende un albero cilindrico (21’) ed almeno due profili ad elica (22) realizzati esternamente e coassialmente all’albero (21’), in modo che detto gas naturale sostanzialmente grezzo (3) si muova secondo la direzione di detto albero (21’) quando impegna detto rotore (21), e detto statore comprende un condotto (24) entro cui è disposto girevole detto rotore (21), ed almeno un diffusore (24’) interposto tra detti almeno due profili (22) ad elica di detto rotore (21). 3⁄4 un rotore comprendente almeno una girante radialeassiale semiaperta o aperta, ossia detto rotore comprende una girante radiale-assiale provvista di una pluralità di pale che definiscono lateralmente una pluralità di canali di detta via di passaggio ed espansione del gas naturale sostanzialmente grezzo (3), detti canali essendo aperti almeno da una parte secondo la direzione di detto asse di rotazione di detta girante.
9. Un apparato (100,200,300) come da rivendicazione 6, in cui detto dispositivo di espansione (20,25) comprende una valvola di laminazione (15) installata in parallelo con funzione di bypass rispetto a detto dispositivo di espansione (20,25), e mezzi (16) per deviare detto gas naturale da detto dispositivo di espansione (20,25) a detta valvola di laminazione (15) e viceversa.
10. Un apparato (300) come da rivendicazione 6, comprendente: 3⁄4 un separatore (13) disposto a monte di detto dispositivo di espansione (20,25), atto a separare un liquido (5) associato a detto gas sostanzialmente grezzo (2): 3⁄4 un ulteriore dispositivo di espansione (35) atto a ricevere e a consentire un’espansione del liquido (5) associati al gas, come separato nel separatore (13), 3⁄4 mezzi di alimentazione di detto liquido associato separato (5) in detto ulteriore dispositivo di espansione (35); detto ulteriore dispositivo di espansione (35) essendo provvisto di almeno un rotore girevole attorno ad un proprio asse di rotazione e di uno statore, in cui detto rotore e detto statore definiscono una via di passaggio per detto liquido associato separato (5), 3⁄4 detto apparato (300) comprendendo inoltre: 3⁄4 un ulteriore generatore di potenza elettrica (39); 3⁄4 mezzi di collegamento meccanico tra detto rotore di detto ulteriore dispositivo di espansione e detto ulteriore generatore, in modo che detto ulteriore generatore generi una ulteriore potenza elettrica (W’) quando detto liquido associato separato (5) si espande in detto ulteriore dispositivo di espansione (35); 3⁄4 mezzi per estrarre detta ulteriore potenza elettrica (W’) prodotta da detto ulteriore generatore (39), in particolare, detto rotore di detto ulteriore dispositivo di espansione (35) comprendendo una girante scelta tra una girante radiale-assiale ed una girante elicoassiale, in particolare detto ulteriore dispositivo di espansione comprendendo una pompa multifase inversa radiale-assiale o elicoassiale.