KR20070027495A - 다상 혼합체 산출 방법 및 펌프 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 유정으로부터 다상 혼합체, 특히 탄화수소의 산출을 증가하고, 그리고 자유가스 용량을 한정하기 위한 것이다. 본 발명에 따르면, 이러한 목적은 부분 유체 흐름(13)이 주요 산출 흐름으로부터 압력측에서 분리되고 그리고 보조 산출 장치로써 흡입측에 설치된 적어도 하나의 배출 펌프(2)의 고압측으로 안내되는 것에 의해 얻어진다. 펌프 장치는 변위 펌프(1)의 압력실을 적어도 하나의 배출 펌프의 고압측으로 연결하는 공급선(7)을 제공하며, 그에 따라 배출 펌프(2)는 변위 펌프(1)의 산출 방향에서 흡입측에 설치된다.
다상 혼합체, 유정, 액체 성분, 기체 성분, 변위 펌프, 배출 펌프, 압력실

Description

다상 혼합체 산출 방법 및 펌프 장치 { Method for delivering a multi-phase mixture and pump installation }
본 발명은 다상 혼합체가 펌핑되는 변위 펌프를 이용하여 유정으로부터 다상 혼합체, 특히 탄화수소를 산출하는 방법, 및 흡입선 및 압력실을 구비하여 다상 혼합체를 산출하기 위한 변위 펌프를 구비하고, 흡입선이 특히 유정 안으로 배치되는 펌프 장치에 관한 것이다.
일반적으로 유정의 주변에서 표면에 장치된 다상 펌프(multi-phase pump)를 이용한 탄화수소 산출은 미약한 수원으로부터의 산출을 위하여 그리고 탈유 정도(degree of deoiling)를 높이기 위하여 경제적이며, 충분히 신뢰할 수 있고 효율적인 기술이다. 다상 펌프는 본질적으로 유럽 특허 EP 0 699 276 A1로부터 그 전체로 참조되고 이 명세서 안으로 결합되어 기술되는 바에 의해 알려져 있다. 예컨대, 원유(crude oil) 또는 천연가스(natural gas) 산출을 위한 약 2 - 5 바의 솔라 수두압(solar head)의 압력 감소는 일반적이며; 가스 비율의 부피 팽창 및 그로부터 야기되는 구조물 비용의 증가 때문에 보다 낮은 수두압(lower head)은 일반적으로 매우 경제적이지 않다.
이러한 종래기술에 기초하여, 본 발명의 목적은 다상 혼합체의 수송력이 증 가하고 그리고 동시에 펌프 장치를 위해 필요한 구조물 비용이 제한되는 방법 및 펌프 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 부분 유체 흐름이 주요 산출 흐름으로부터 압력측에서 분리되고 그리고 보조 산출 장치로써 변위 펌프의 흡입측에 설치된 적어도 하나의 배출 펌프의 고압측으로 안내되고, 또는 공급선이 변위 펌프의 압력실을 적어도 하나의 배출 펌프의 고압측과 연결하고, 그리고 배출 펌프가 변위 펌프의 산출 방향에서 유입측에 설치되는 점에 의해 얻어진다.
배출 펌프를 구동하기 위해 이용되는 압력 유체는 산출 혼합체의 영구적인 어떠한 오염 없이 배출 펌프 및 특히 다상 펌프로써 구현되는 변위 펌프 사이에서 순환한다. 추가하여, 배출 펌프의 에너지 공급은 제공하고자 하는 외부 에너지원, 특히 수력 에너지원(hydraulic energy source) 없이 확보된다.
배출 펌프의 적절한 설계를 통하여, 변위 펌프는 보통의 압력, 대략 2 바(bar)의 압력으로 공급되는 것이 이루어질 수 있으며, 따라서 다상 혼합체의 수송은 향상되고 그리고 동시에 자유가스 용적은 한정된다. 이는 변위 펌프의 구조물 비용의 감소를 가져오고, 이는 전체 비용을 줄인다.
만일 다상 혼합체가 탄화수소원으로부터 산출된다면, 탄화수소의 흡입을 촉진하기 위하여 배출 펌프는 유정 내에 또는 위에 설치되는 것이 유리하다. 선택적으로, 배출 펌프가 흡입선 내에 설치되는 것이 가능하다.
다상 혼합체는 그 조성면에서 높은 가변성으로 특징 지어지며, 그에 따라 이는 몇몇 위상으로 존재할 수 있는 다성분 혼합체이다. 조성은 대략 100 %의 액체 성분(liquid phase)에서 대략 100 %의 기체 성분(gas phase)으로 변화할 수 있으며, 그에 따라 다상 혼합체 내에 큰 비율의 고체가 존재할 수 있다. 변위 펌프의 충분한 냉각 및 밀봉을 이루기 위하여, 변위 펌프 내에서 기체 성분 및 액체 성분의 분기가 수행되고 그리고 배출 펌프로의 부분 유체 흐름이 분기된 액체 성분으로부터 분리된다. 배출 펌프를 작동하기 위하여, 따라서 단지 낮은 가스 비율이 남고 그리고 산출된 제품의 액체 성분에 대응하는 유체가 이용된다. 그러므로, 배출 펌프용 에너지원으로써 분리된 부분 유체 흐름의 이용을 통하여 산출 제품의 변화 및 오염이 없고, 그리고 변위 펌프는 항상 일정한 유체 비율로 흡입측에서 공급되며, 따라서 변위 펌프의 충분한 윤활, 냉각 및 밀봉이 이루어진다.
본 발명의 추가의 전개는 분기된 액체 성분의 부분 부피 흐름이 할당된 방식으로 단락선을 통해 변위 펌프의 흡입측으로 공급된다는 점을 제공하며, 따라서 공급이 전적으로 배출 펌프를 통해서만 발생하지 않으며, 그러나 바람직하게는 변위 펌프가 건조해지는 위험을 줄이는 것이 가능하도록 하는 변위 펌프 하우징 내 설치된 단락선을 통해 발생한다.
본 발명의 추가의 전개는 부분 유체 흐름이 분리된 이후에, 만일 변위 펌프 내 분기가 충분치 않는다면, 이 흐름이 액체 성분으로부터 기체 성분을 분할하기 위한 추가의 세퍼레이터를 통해 안내된다는 점을 제공한다.
충분한 고압 수준, 특히 일정한 압력 수준을 제공하기 위하여, 부스터 펌프가 변위 펌프 및 배출 펌프 사이에 제공되며, 이 부스터 펌프는 산출 압력을 증가시킨다.
본 발명에 따른 펌프 장치는 공급선이 변위 펌프의 압력실을 적어도 하나의 배출 펌프의 고압측에 연결하며, 그에 따라 변위 펌프에 보통의 압력으로 공급하기 위하여 배출 펌프가 변위 펌프의 산출 방향의 일 측면에 설치된다는 점을 제공한다. 따라서, 부분 유체 흐름이 변위 펌프의 압력측에서 보조 산출 장치로써 이용되는 하나 이상의 배출 펌프의 고압측으로 안내되고, 이는 흡입측에서 특히 경제적인 압력 증가를 야기한다. 예를 들면, 빔 펌프, ESP, PCP 또는 SSP와 같은 예컨대, 다운홀 펌프 기술의 형태로 압력을 증가시키기 위한 능동 요소에 대항하여, 배출 펌프는 전적으로 단순한 방식으로 설치되고 그리고 어떠한 움직임 부재를 갖지 않는다. 특히, 때때로 다상 혼합체의 높은 마모 특성 때문에 기계적 요소를 사용하지 않는 것이 유리하다. 낮은 유지 비용의 결과로써, 장치는 더욱 신뢰성 있고 비용-효율적이며, 특히 그런 까닭에 유정 영역 내로의 접근성이 제한되고 그리고 수리가 매우 복잡하다. 이는 장치의 긴 휴지기간 및 작업자에 대한 경제적 효율성 문제를 야기한다. 이롭게, 액체 성분으로부터 기체 성분을 분할하는 분기 장치가 압력실 내 변위 펌프 하우징 내에 설치되고, 다상 혼합체의 기체 성분이 분기 장치를 통해 분기되고, 그리고 액체 성분만이 배출 펌프를 구동하기 위해 사용된다.
특히 긴 공급선의 설치를 갖는 변위 펌프에 대한 밀봉, 윤활 및 냉각을 위한 임의의 유체 순환이 존재한다는 점을 보증하기 위하여, 단락선이 압력실 측으로부터 분기된 액체 성분의 할당된 공급을 위한 변위 펌프의 흡입측으로 제공된다.
기체 성분으로부터 액체 성분의 향상된 분할을 위하여, 추가의 세퍼레이터가 공급선에 제공되고, 추가의 세퍼레이터로부터 분기된 기체 성분의 회송선이 변위 펌프의 압력선으로 나타나고, 따라서 기체 성분은 추가의 공정을 위하여 다른 산출 제품들과 함께 수송될 수 있다.
부스터 펌프는 공급선에 설치되고, 따라서 분기된 액체 성분은 증가된 에너지량(energy content)을 갖는다.
스크류 펌프가 특히 높은 비율의 마모 특성 및 높은 윤활 가스 비율을 구비한 다상 혼합체를 신뢰성 있게 산출하기 때문에, 변위 펌프가 스크류 펌프로 설치되는 것이 유리하며 활용도 측면에서 유리하다는 점이 입증되었다.
조립 면에서, 배출 펌프는 흡입선의 단부에서 유정 내에 또는 그 위로 설치되는 것이 유리하며, 선택적으로 배출 펌프를 다른 지역, 예컨대 변위 펌프에 근접한 흡입선 내에 또는 흡입선으로부터 먼 유정 내에 설치하는 것이 가능하다.
본 발명의 전형적인 실시형태가 펌프 장치의 주요 구성을 보여주는 단 하나의 도면에 기초하여 이하에서 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 펌프 장치의 주요 구성을 보여주는 도이다.
펌프 장치의 코어는 다상 펌프로써 제공되고 스크류 펌프로써 실시되는 것이 유리한 변위 펌프(1)이다. 선이 유정(3) 안으로 배치되는 흡입선(10)이 흡입측에 설치된다. 배출 펌프(2)는 유정 내에 흡입선(10)의 단부에 설치되며, 변위 펌프(1)에 일정한 압력을 부여하기 위하여 배출 펌프는 배출 펌프(2)의 고압측이 변 위 펌프의 흡입측의 방향에 대면하도록 방향을 향한다.
바람직하게는 제트 펌프(jet pump)로써 실시되는 배출 펌프(2)는 변위 펌프(1)로부터 압력측에서 분리된 부분 유체 흐름(13)을 통하여 공급된다. 부분 유체 흐름(13)은 공급선(7)을 통하여 배출 펌프(2)의 고압측으로 안내된다.
부분 유체 흐름(13)은 분기된 다상 혼합체로부터 분리되고, 그에 따라 액체 성분 및 기체 성분의 분리가 변위 펌프 내에서 발생한다. 소정량의 액체 성분이 변위 펌프(1)로부터 압력측에 분리되고, 다른 산출 제품이 압력선(11)을 통하여 추가의 공정으로 안내된다. 다상 혼합체의 액체 성분 및 기체 성분의 추가의 분리를 위해 추가의 세퍼레이터(4)가 중첩되고, 추가의 세퍼레이터는 회송선(14)을 압력선(11)으로 안내하고, 그에 따라 요구되지 않은 액체 성분 또는 추가의 분기된 기체 성분이 압력선(11)으로 안내된다.
부스터 펌프(5)는 배출 펌프(2)용 압력 유체의 에너지 수준을 높이기 위해서 선택적으로 공급선(7)에 제공된다.
단락선(15)이 또한 선택적으로 제공되며, 충분한 냉각 및 윤활을 항시 보증하기 위하여 분기된 유체로부터의 부분 유체가 단락선을 통해 흡입측에서 변위 펌프(1)로 공급된다. 단락선(15)은 또한 변위 펌프 하우징 내에 설치될 수도 있다.
보조 산출 장치가 펌프 장치 내 부분 유체 흐름의 순환을 통하여 이용가능하게 형성될 수 있고, 따라서 변위 펌프는 출구측 압력의 결과로써 다상 혼합체를 더욱 잘 수송할 수 있으며, 그에 의해서 가스 부분의 부피 팽창은 한정되고 그리고 그로부터 야기되는 증가된 구조 비용이 회피된다. 이동 부재가 없는 배출 펌프의 단순한 구성은 구조물 비용을 줄이고 그리고 기계 요소의 손상으로 인한 수리로 나타나는 휴지기를 방지한다. 덧붙여, 산출 제품의 후속 처리에 방해가 될 수 있는 산출 제품과 혼합된 외부 에너지원이 압력 유체로서 사용되지 않는다. 덧붙여, 많은 경우에 활용가능한 개별 압력 유체가 사용되지 않고, 따라서 펌프 장치의 일정한 사용도가 보증된다.
당연히 몇 개의 배출 펌프들(2)이 단일 변위 펌프(1)에 의해 공급될 수 있다.
본 발명에 따르면 다상 혼합체의 수송력이 증가하고 그리고 동시에 펌프 장치를 위해 필요한 구조물 비용이 제한되는 방법 및 펌프 장치가 제공될 수 있다.

Claims (15)

  1. 다상 혼합체, 특히 탄화수소가 펌핑되는 변위 펌프를 이용하여 유정으로부터 다상 혼합체를 산출하는 방법으로서, 부분 유체 흐름(13)이 주요 산출 흐름으로부터 압력측에서 분리되고 그리고 보조 산출 장치로서 변위 펌프(1)의 흡입측에 설치된 적어도 하나의 배출 펌프(2)의 고압측으로 안내되는 것을 특징으로 하는 다상 혼합체의 산출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 배출 펌프(2)는 상기 유정(3) 위에 또는 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 기체 성분(gas phase) 및 액체 성분(liquid phase)의 분기는 상기 변위 펌프(1) 내에서 수행되고, 그리고 상기 배출 펌프(2)로의 분기된 유체 흐름(13)은 분리된 액체 성분으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 분기된 액체 성분의 부분 용적 흐름은 단락선(15; short-circuited line)을 통하여 상기 변위 펌프(1)의 흡입측으로 할당된 방식으로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부분 유체 흐름이 분리된 이후에, 이 흐름은 액체 성분으로부터 기체 성분을 분할하는 추가의 세퍼레이터(4)를 통해 안내되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 산출 압력은 부스터 펌프(5)에 의해서 상기 변위 펌프(1) 및 상기 배출 펌프(2) 사이에서 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 흡입선(10) 및 압력실을 구비한 다상 혼합체를 산출하기 위한 변위 펌프(1)를 구비하고, 상기 흡입선(10)은 유정 안으로 설치된 펌프 장치로서, 공급선(7)이 적어도 하나의 배출 펌프(2)의 고압측을 구비한 변위 펌프(1)의 압력실과 연결되고, 그리고 상기 배출 펌프(2)는 상기 변위 펌프(1)의 산출 방향에서 흡입측에 설치되는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 배출 펌프(2)는 상기 변위 펌프(1)의 산출 방향에서 상기 유정 안으로의 상기 흡입선(10)의 배치 영역에서 설치된 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 분기 장치는 변위 펌프 하우징 내에 설치되고 상기 압력실 내 액체 성분으로부터 기체 성분을 분할하는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분기된 액체 성분의 할당된 공급을 위하여 단락선(15)이 상기 변위 펌프(1)의 압력실측으로부터 흡입측으로 이끄는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체 성분으로부터 액체 성분을 분할하기 위하여 상기 추가의 세퍼레이터(4)가 상기 공급선(7)에 설치되는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 회송선(14)이 상기 추가의 세퍼레이터(4)로부터 상기 변위 펌프(1)의 압력선(11)으로 이끄는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
  13. 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 부스터 펌프(5)가 상기 공급선(7) 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
  14. 제 7 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변위 펌프(1)는 스크루 펌프로써 구현되는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
  15. 제 7 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배출 펌프(2)는 상기 유정(3) 내에 또는 위에, 특히 상기 흡입선(10)의 단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
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