NL8902673A

NL8902673A - METHOD FOR PUMPING A MULTI-PHASE GAS-LIQUID MIXTURE BY USING A PUMP.

Info

Publication number: NL8902673A
Application number: NL8902673A
Authority: NL
Original assignee: Snam Progetti; Agip Spa
Priority date: 1988-10-28
Filing date: 1989-10-27
Publication date: 1990-05-16
Also published as: MX171488B; FI895099A0; DK536689A; NO302842B1; CN1077525A; GB2224545B; SE8903498L; IT8822450A0; DK536689D0; BR8905522A; NO894265L; SE8903498D0; GB2224545A; IT1229858B; NO894265D0; CN1025886C; NL193543B; CN1077526A; GB8923581D0; CN1026026C

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor het verpompen van een veel- fasig gas-vloeistofmengsel door het gebruik van een pompShort designation: Method for pumping a multi-phase gas-liquid mixture using a pump

Door aanvraagster wordt als uitvinder genoemd Giovanni Orlando te San Donato Milanese, Italië.The applicant mentions inventor Giovanni Orlando in San Donato Milanese, Italy.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het aanbrengen van drukenergie op een veelfasig gas-vloeistofmengsel, en in het bijzonder op een veelfasig medium, dat afkomstig is uit een aardoliebron, door het gebruik van een pomp als stuwkracht leverende machine. Het systeem kan media behandelen die eveneens kleine hoeveelheden vaste stofdeeltjes bevatten, als functie van de hoeveelheid vaste stoffen die aanvaardbaar is voor de pomp. Het gebruik van de onderhavige uitvinding heeft in de eerste plaats betrekking op schema's waarin een hoge betrouwbaarheid vereist is in afwezigheid van bedieningspersoneel, en met een lage onderhoudsfrequentie. Dergelijke schema's kunnen betrekking hebben op onderzeese toepassingen of toepassingen op niet-bediende buitengaatse platforms, alsmede op plaatsen aan land, met vijandelijke omgevingen, of omgevingen die uit logistiek oogpunt moeilijk zijn.The present invention relates to a method of applying pressure energy to a multi-phase gas-liquid mixture, and in particular to a multi-phase medium, which comes from a petroleum well, using a pump as a thrust-providing machine. The system can handle media that also contain small amounts of solid particles, as a function of the amount of solids acceptable to the pump. The use of the present invention primarily relates to schedules where high reliability is required in the absence of operators, and with a low maintenance frequency. Such schemes may relate to undersea applications or applications on non-operated offshore platforms, as well as land locations with hostile environments, or environments that are logistically difficult.

De momenteel beschikbare methoden en systemen voor het verpompen van een veelfasig gas-vloeistofmengsel kunnen worden teruggevoerd tot de volgende categorieën: A) methoden en systemen die zijn gebaseerd op de scheiding van de fasen, gevolgd door een machine (een pomp) die uitsluitend inwerkt op de vloeibare fase, en een machine (een compressor) die uitsluitend inwerkt op de gasfase; B) methoden en systemen die zijn gebaseerd op het gebruik van machines (veelfasige "pompen"), die direct het veelfasige mengsel zelf kunnen behandelen.Currently available methods and systems for pumping a multi-phase gas-liquid mixture can be traced back to the following categories: A) methods and systems based on phase separation, followed by a machine (a pump) acting only on the liquid phase, and a machine (a compressor) that only acts on the gas phase; B) methods and systems based on the use of machines (multiphase "pumps"), which can directly treat the multiphase mixture itself.

De systemen die behoren tot categorie (A) vereisen het gebruik van twee machinetypen, waarvan één (de compressor) wordt gekenmerkt door een zekere mechanische zwakte, en geringe betrouwbaarheid.The systems belonging to category (A) require the use of two machine types, one of which (the compressor) is characterized by a certain mechanical weakness and low reliability.

De machines die behoren tot categorie (B) zijn momenteel in een experimenteel stadium. Zij vereisen aanzienlijk ontwikkelingswerk en proeven die moeten worden uitgevoerd voordat zij een rendement en betrouwbaarheid op een industri-j eel niveau kunnen bereiken.The machines belonging to category (B) are currently in an experimental stage. They require significant development work and testing to be performed before they can achieve efficiency and reliability at an industrial level.

Door aanvraagster is nu een verpompingsproces door het gebruik van een gebruikelijke pomp gevonden, die het mogelijk maakt om de nadelen die de stand der techniek, zoals hierboven vermeld, bezit, te ondervangen, i De werkwijze voor het verpompen van een veelfasig gas- vloeistofmengsel, volgens de onderhavige uitvinding, wordt gekenmerkt doordat een pomp wordt toegepast als stuwkracht leverende machine, en tenminste twee pompvaten, die afwisselend de aanzuigfuncties en compressie en/of afgiftefuncties uitoefenen.Applicant has now discovered a pumping process using a conventional pump which makes it possible to overcome the drawbacks of the prior art as mentioned above. The method of pumping a multiphase gas-liquid mixture, according to the present invention, characterized in that a pump is used as a thrust-providing machine, and at least two pump vessels, which alternately perform the suction functions and the compression and / or delivery functions.

Omdat de pomp uitsluitend de vloeibare fase moet behandelen, kan hij worden gekozen uit de bekende pompen, en kan in het bijzonder een centrifugaalpomp zijn.Since the pump only has to handle the liquid phase, it can be selected from the known pumps, and in particular can be a centrifugal pump.

Wanneer slechts twee vaten worden toegepast voeren zij steeds afwisselend aanzuigfuncties en compressie/afvoer-functies uit.When only two vessels are used, they always perform suction and compression / discharge functions alternately.

Wanneer meer dan twee vaten worden toegepast kan nog een reservefunctie worden uitgeoefend.When more than two barrels are used, a reserve function can still be performed.

De onderhavige uitvinding wordt hierna, met verwijzing naar twee bijzondere uitvoeringsvormen, beschreven.The present invention is described below with reference to two particular embodiments.

De eerste uitvoeringsvorm maakt gebruik van slechts twee pompvaten, die afwisselend de aanzuigfuncties en compressie/ afvoerfuncties uitoefenen; en meer dan twee vaten, die afwisselend aanzuigfuncties, compressie/afvoerfuncties, en reservefuncties uitoefenen.The first embodiment uses only two pump vessels, which alternately perform the suction functions and compression / discharge functions; and more than two vessels, which alternately perform suction functions, compression / discharge functions, and backup functions.

De eerste uitvoeringsvorm omvat de volgende trappen: a) het toevoeren van het veelfasige mengsel, onder de druk van de aanzuigleiding, naar het vat dat de aanzuigfuncties uitoefent, en werkt als gas-vloeistofscheider; b) het zenden van de in het vat, dat de aanzuigfuncties uitoefent, gescheiden vloeistof naar de pomp, waarmee het wordt verpompt in het vat, dat is gevuld met gas onder de aanzuigdruk, dat de compressie/afvoerfunctie uitoefent, waarbij het gas dat in het vat aanwezig is wordt samenge perst, tot het dezelfde druk bereikt als van de afvoerleiding ; c) het samengeperste gas het vat, dat de compressie/afvoer- functie uitoefent, laten verlaten, gevolgd door een hoeveelheid vloeistof, die dezelfde is als van de vloeistof die het systeem binnenstroomt, waarbij het daarmee wordt gevoerd naar de afvoerleiding.The first embodiment comprises the following steps: a) feeding the multiphase mixture, under the pressure of the suction line, to the vessel performing the suction functions, and acting as a gas-liquid separator; b) sending the separated liquid in the vessel performing the suction functions to the pump, with which it is pumped into the vessel filled with gas under the suction pressure, which performs the compression / discharge function, the gas flowing in the vessel is present is compressed until it reaches the same pressure as that of the discharge line; c) allowing the compressed gas to exit the vessel, which performs the compression / drain function, followed by an amount of liquid which is the same as that of the liquid entering the system, thereby passing it to the drain line.

Voor een dergelijk procestype kan de volgorde voor elk vat, wanneer meer dan twee vaten worden toegepast, zijn: aanzuiging, reserve, compressie/afvoer; of aanzuiging, compres-sie/afvoer, reserve.For such a process type, the order for each vessel, if more than two vessels are used, can be: suction, reserve, compression / discharge; or suction, compression / discharge, reserve.

De tweede uitvoeringsvorm maakt slechts gebruik van meer dan twee pompvaten, die afwisselend de aanzuigfunctie, functie van compressie/reserve, en afvoerfunctie uitoefenen.The second embodiment uses only more than two pump vessels, which alternately perform the suction function, compression / reserve function, and discharge function.

Deze tweede uitvoeringsvorm omvat de volgende trappen, waarbij men: a) het veelfasige mengsel, onder de druk van de aanzuiglei-ding, voert naar het vat dat de aanzuigfuncties uitoefent, en werkt als gas-vloeistofschelder; b) de in het vat dat de aanzuigfuncties uitoefent afgescheidenn vloeistof voert naar de pomp, waardoor het wordt verpompt in het vat, dat is gevuld met op de afvoerdruk samengeperst gas, dat afvoerfuncties uitoefent, men het samengeperste gas dat aanwezig is in het vat laat wegstromen, gevolgd door een hoeveelheid vloeistof, die dezelfde is als de hoeveelheid vloeistof die het systeem binnenkomt, met het samengeperste gas en waarbij de vloeistof wordt toegevoerd, nadat een gedeelte van het samengeperste gas is onttrokken en wordt gevoerd in het vat dat compressie/reservefuncties uitoefent, naar de afvoerleiding; c) aan het vat dat volledig gevuld is met gas onder de aan-zuigdruk, dat compressie/reservefuncties uitoefent, een gedeelte voert van het reeds samengeperste gas, dat is onttrokken uit het vat dat de afvoerfuncties uitoefent, waarbij men het in het vat aanwezige gas samenperst, tot dezelfde druk als die van de afvoerleiding is bereikt.This second embodiment comprises the following steps, in which: a) the multiphase mixture, under the pressure of the suction line, is fed to the vessel which performs the suction functions and functions as a gas-liquid separator; b) the liquid separated in the vessel that performs the suction functions is fed to the pump, through which it is pumped into the vessel, which is filled with gas compressed at the discharge pressure, which performs discharge functions, the compressed gas present in the vessel is allowed to flowing away, followed by an amount of liquid, which is the same as the amount of liquid entering the system, with the compressed gas and the liquid being supplied, after a portion of the compressed gas has been extracted and fed into the vessel carrying compression / reserve functions to the discharge pipe; c) to the vessel, which is completely filled with gas under the suction pressure, which performs compression / reserve functions, feeds a part of the already compressed gas, which is extracted from the vessel that performs the discharge functions, whereby the vessel present in the vessel compresses the gas until the same pressure as that of the discharge pipe is reached.

Voor een dergelijke uitvoeringsvorm is voor elk vat de volgorde als volgt: aanzuigen, compressie/reserve, afvoer.For such an embodiment, the order for each vessel is as follows: suction, compression / reserve, discharge.

Wanneer een centrifugaalpomp wordt toegepast is het ge- bruik van (ofwel druk- ofwel stroomsnelheidregelende) regel-kleppen noodzakelijk om de uitvoeringsomstandigheden van de pomp zo constant mogelijk te maken.When a centrifugal pump is used, the use of (either pressure or flow rate regulating) control valves is necessary to make the operating conditions of the pump as constant as possible.

De uitvinding wordt nader beschreven aan de hand van een 5 bijgaande tekening van fig. 1, 2 en 3, die voorkeursvormen van praktische uitvoeringsvormen weergeven, onder toepassing van drie pompvaten en één centrifugaalpomp, en die niet moeten worden opgevat als beperkend voor de onderhavige uitvinding.The invention is further described with reference to an accompanying drawing of Figures 1, 2 and 3, which show preferred forms of practical embodiments, using three pumping vessels and one centrifugal pump, and which are not to be construed as limiting the present invention .

De stand van drie pompvaten (1, 2 en 3) wordt bepaald ) door de stand van de aan/uit-kleppen (4, 5, 6, 7, 8, 9), die wordt geregeld door een betrouwbaar elektronisch logisch systeemThe position of three pump vessels (1, 2 and 3) is determined by the position of the on / off valves (4, 5, 6, 7, 8, 9), which is controlled by a reliable electronic logic system

Met verwijzing naar fig. 1 wordt het geval bekeken, waarin een vat (1) zich bevindt in de aanzuigstand, het vat (2) » zich bevindt in de reservestand, en vat (3) zich bevindt in de compressie/afvoerstand. Onder dergelijke omstandigheden komt het veelfasige medium (10) in vat (1) (via 11; de andere kleppen 12, 13, 14, 15, 16 zijn gesloten), dat dient als gas/ vloeistofscheider, terwijl de "vloeistofzuiger" via klep (4) komt naar de centrifugaalpomp (17) waaruit het, door de stroomsnelheidregelende of drukregelende klep (18) en klep (9), wordt gepompt in vat (3) (aanvankelijk gevuld met gas onder de aanzuigdruk). De "vloeistofzuiger" die het vat (3) binnenstroomt zorgt ervoor dat het daarin aanwezige gas wordt samengeperst, tot eenzelfde druk als die van de afvoerleiding van het systeem is bereikt. Dan wordt klep (16) geopend, en wordt het gas gezonden naar de afvoerleiding (19), gevolgd door een hoeveelheid vloeistof, die dezelfde is als van de vloeistof die het systeem binnenstroomt. Wanneer het niveau van de vloeistof in het vat (1) een geschikte minimumwaarde bereikt, zal de regellogica de stand van de aan/uit-kleppen omschakelen. Vat 1 gaat over in een reservestand (klep 4 wordt gesloten), vat (3) gaat over in de aanzuigstand (klep 8 wordt geopend; klep 9 wordt gesloten), vat (2) gaat over in de compressie/afvoerstand (klep 7 wordt geopend). Een dergelijke volgorde wordt herhaald, waardoor het mogelijk wordt om een continue stroom vloeistof te laten stromen via pomp (17) die, dankzij de werking van de regelklep, (18), onder vrijwel constante omstandigheden werkt. Geen diafragma's of scheidings- lichamen zijn aangebracht tussen de "vloeistofzuiger" en het veelfasige medium.Referring to Fig. 1, the case is viewed in which a vessel (1) is in the suction position, the vessel (2) is in the reserve position, and vessel (3) is in the compression / discharge position. Under such conditions, the multiphase medium (10) enters vessel (1) (through 11; the other valves 12, 13, 14, 15, 16 are closed), which serves as a gas / liquid separator, while the "liquid piston" via valve ( 4) comes to the centrifugal pump (17) from which it is pumped, through the flow rate regulating or pressure regulating valve (18) and valve (9), into vessel (3) (initially filled with gas under the suction pressure). The "liquid piston" flowing into the vessel (3) ensures that the gas contained therein is compressed to the same pressure as that of the system's discharge line. Then valve (16) is opened, and the gas is sent to the discharge pipe (19), followed by an amount of liquid, which is the same as that of the liquid entering the system. When the level of the liquid in the vessel (1) reaches a suitable minimum value, the control logic will switch the position of the on / off valves. Vessel 1 changes to a reserve position (valve 4 is closed), container (3) changes to the suction position (valve 8 is opened; valve 9 is closed), container (2) changes to the compression / discharge position (valve 7 is open). Such an order is repeated, allowing a continuous flow of liquid to flow through pump (17) which, thanks to the action of the control valve (18), operates under nearly constant conditions. No diaphragms or separators are provided between the "liquid piston" and the multiphase medium.

Het systeem kan eveneens werken volgens een andere uit-voeringscyclus, die, in plaats van de aanzuig/reserve/compres-sie-afvoervolgorde (voor elk vat.) de aanzuig/compressie-afvoer/reservevolgorde bezit.The system may also operate on a different execution cycle, which, instead of the suction / reserve / compression discharge sequence (for each vessel), has the suction / compression discharge / reserve sequence.

Een alternatieve configuratie van het systeem van fig. 1 is weergegeven in fig. 2.An alternative configuration of the system of Fig. 1 is shown in Fig. 2.

Het geval wordt bijvoorbeeld bekeken waarin het vat (1) zich in de aanzuigstand bevindt, vat (2) in de afvoerstand en vat (3) in de compressie/reservestand.For example, consider the case where the vessel (1) is in the suction position, vessel (2) in the discharge position and vessel (3) in the compression / reserve position.

Het'veelfasige medium (10) komt in vat (1) (via klep 11: de andere kleppen 12, 13, 14, 15 en 16 zijn gesloten), die werkt als gas/vloeistofscheider, terwijl de "vloeistofzuiger" door klep (4) komt naar de centrifugaalpomp (17), waarvan de juiste werking wordt gewaarborgd door de regelkleppen (20), (21) en (22), die de afvoerdruk van de pomp constant houden.The multiphase medium (10) enters vessel (1) (via valve 11: the other valves 12, 13, 14, 15 and 16 are closed), which acts as a gas / liquid separator, while the "liquid piston" through valve (4 ) comes to the centrifugal pump (17), the correct operation of which is ensured by the control valves (20), (21) and (22), which keep the discharge pressure of the pump constant.

De compressietrap wordt voltooid door middel van de afgifte van een gedeelte van de gasfase uit het afvoervat (2) door de regelklep (21), naar het vat in de compressiestand (3), tot in dit laatstgenoemde vat de afvoerdruk is bereikt.The compression stage is completed by delivering part of the gas phase from the discharge vessel (2) through the control valve (21) to the vessel in the compression position (3) until the latter pressure is reached in the latter vessel.

De "vloeistofzuiger" wordt verpompt in (2) via klep (7), en in deze trap voert het de functie uit dat het een gedeelte van het samengeperste gas zendt naar vat (3) via (21), en het resterende gedeelte daarvan naar de afvoerleiding (19) via klep (14), gevolgd door een hoeveelheid vloeistof, die dezelfde is als de hoeveelheid vloeistof die het systeem binnenkomt .The "liquid piston" is pumped into (2) through valve (7), and at this stage it performs the function of sending part of the compressed gas to vessel (3) through (21), and the remainder thereof to the discharge line (19) through valve (14), followed by an amount of liquid, which is the same as the amount of liquid entering the system.

Wanneer het niveau van de vloeistof in vat (1) een geschikte minimale waarde bereikt, zal de controle-logica de stand van de aan/uit-kleppen omschakelen. Vat (1) gaat over in zijn compressie/reservestand (kleppen 4 en 11 zijn gesloten); vat (2) schakelt over in de aanzuigstand (kleppen 13 en 6 zijn open, 14 en 7 gesloten); vat (3) gaat over in zijn afvoerstand.When the level of the liquid in vessel (1) reaches a suitable minimum value, the control logic will switch the position of the on / off valves. Barrel (1) changes to its compression / reserve position (valves 4 and 11 are closed); vessel (2) switches to suction position (valves 13 and 6 are open, 14 and 7 are closed); vessel (3) changes to its discharge position.

Een andere alternatieve configuratie is weergegeven in het vereenvoudigde schema van fig. 3.Another alternative configuration is shown in the simplified diagram of Fig. 3.

In een dergelijk schema is een gas-vloeistofscheider (23) toegevoegd.In such a scheme, a gas-liquid separator (23) is added.

Dit maakt het mogelijk om uitsluitend gas te zenden naar de bovenste inlaatopening van de pompvaten, terwijl de vloeistof direct wordt gezonden naar de aanzuigopening van de centrifugaalpomp (17).This makes it possible to only send gas to the upper inlet opening of the pump vessels, while the liquid is sent directly to the suction opening of the centrifugal pump (17).

' Voor het overige is de uitvoering van het in fig. 3 weer gegeven schema dezelfde als die welke is beschreven voor het in fig. 1 weergegeven schema.Otherwise, the embodiment of the scheme shown in Figure 3 is the same as that described for the scheme shown in Figure 1.

De in fig. 3 weergegeven configuratie brengt de fase (gas/vloeistof)scheiding van de pompvaten (1, 2 en 3) over op de scheider (23).The configuration shown in Fig. 3 transfers the phase (gas / liquid) separation of the pump vessels (1, 2 and 3) to the separator (23).

Een alternatieve mogelijkheid die geldt voor zowel de schema's van fig. 1 als van fig. 3, omvat dat men in plaats van één enkele regelklep drie regelkleppen toepast (één klep voor elk pompvat), die in cascade ten opzichte van de aan/uit-kleppen (5, 7, 9) zijn geïnstalleerd.An alternative possibility that applies to both the diagrams of fig. 1 and of fig. 3, is that instead of a single control valve, three control valves are used (one valve for each pump vessel), which are cascaded with respect to the on / off valves (5, 7, 9) are installed.

Opgemerkt wordt dat de pompvaten verschillende configuraties kunnen bezitten (horizontaal, vertikaal vat enz.), afhankelijk van het toegepaste processchema (en derhalve van de functies die deze vaten moeten uitvoeren), en van de eigenschappen van de bewerkte media. Voor het schema van fig. 3 bijvoorbeeld is, omdat het pompvat niet eveneens als fase-scheider moet werken, de referentieconfiguratie daarvan die van een vertikaal vat.It is noted that the pump vessels can have different configurations (horizontal, vertical vessel, etc.) depending on the process scheme used (and therefore on the functions that these vessels have to perform), and on the properties of the processed media. For example, for the schematic of FIG. 3, since the pump vessel is not also to act as a phase separator, its reference configuration is that of a vertical vessel.

Het aantal pompvaten kan zowel worden vergroot als verminderd (tot twee vaten), waarbij in dit laatste geval een hogere functionele onregelmatigheid moet worden aanvaard.The number of pump vessels can be both increased and decreased (up to two vessels), a higher functional irregularity being accepted in the latter case.

Claims

Method for pumping a multiphase gas-liquid mixture, characterized in that use is made of a pump as a thrust-supplying machine, and at least two pump vessels, which perform alternating suction functions and compression and / or discharge functions.

Method according to claim 1, characterized in that two pump vessels are present, which alternately perform suction functions and compression / discharge functions.

Method according to claim 1, characterized in that more than two pump vessels are present, which alternately perform suction functions, reserve functions and compression / discharge functions in sequence.

Method according to claim 1, characterized in that more than two pump vessels are present which alternately perform suction functions, compression / discharge functions and reserve functions in sequence.

Method according to claim 1, characterized in that more than two pump vessels are present, which alternately perform suction functions, compression / reserve functions and discharge functions in sequence.

A method according to claim 2 or 3 or 4, comprising the following steps: a) feeding the multiphase mixture, under the pressure of the suction line, to the vessel performing the suction function, and acting as a gas-liquid separator; b) sending the separated liquid in the vessel that performs the suction function to the pump, through which it is pumped into the vessel, which is filled with gas under the suction pressure, which performs the compression / discharge function, thus bringing it into the vessel gas present is compressed until it reaches the same pressure as that of the discharge pipe; c) causing the compressed gas to exit the vessel performing the compression / drain functions, followed by an amount of liquid which is the same as the liquid entering the system, thereby passing it to the drain line.

A method according to claim 5, comprising the following steps: a) feeding the multiphase mixture, under the pressure of the suction line, to the vessel performing the suction function, and serving as a gas-liquid separator; b) sending the liquid separated in the vessel performing the suction function to the pump, whereby it is pumped into the vessel, which is filled with gas compressed at the discharge pressure, and which performs the discharge function, the compressed gas is present in the vessel, followed by an amount of liquid, which is the same as that of the liquid entering the system, with the compressed gas and the liquid is supplied to the discharge pipe, after a portion of the compressed gas has been withdrawn and is fed into the vessel that performs the compression / reserve function; c) supplying to the vessel which is filled with gas under the suction pressure, and which performs the compression / reserve function, a part of the already compressed gas, which is extracted from the vessel which performs the discharge function, the gas present in this vessel compress until the same pressure as that of the discharge pipe is reached.

Method according to one or more of claims 2 to 6, characterized in that a gas-liquid separator is added to the upstream side of the pumping vessels, such that the task of acting as a phase separator is transferred from the vessel that the suction function to the same separator, which makes it possible to send gas only to the vessel that performs the suction function, and the liquid is sent directly to the pump.

Method according to claim 1, characterized in that the pump is a centrifugal pump, in which control valves are used to make the operating conditions of this pump as constant as possible.