NO148481B - Fremgangsmaate ved transport av olje og gass under hoeyt trykk i tanker ombord i et skip - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte ved transport av olje og gass under høyt trykk i tanker ombord i et skip, hvor det ved tømming frembringes overtrykk i tankene ved inn-føring av trykkmedium. Oppfinnelsen er særlig utviklet i forbindelse med utnyttelse av såkalte marginaltelter i Nordsjøen. En økonomisk utnyttelse av gassen fra funnsteder i Norsjøer. krever at gassen må kunne utvinnes og transporteres til forbruk-eren ved hjelp av et system som ikke driver prisen for høyt opp. Rent umiddelbart vil man tenke på transport i rørledninger, men fysiske begrensninger, såsom norskerennen, utilstrekkelig kvanta etc., er hindringer i så henseende. Man må derfor også ha andre alternativer for øye, særlig sådanne som kan benyttes i forbindelse med mindre funn.

Hvorvidt et offshore-gass- og/eller oljefelt skal kunne utnyttes, vil bl.a. være avhengig av økonomien i det valgte utvinnings- og transportsystem, hvor størrelsen av feltet, dvs. kvantiteten av den olje og gass som skal hentes ut, representerer en viktig parameter. For mindre felt vil situasjonen kunne være slik at dersom man ikke finner et særlig enkelt og billig transportsystem, vil feltet ikke kunne utnyttes. Overlegninger har vist at lagring og transport av olje/ gass under høyt trykk vil kunne representere en gunstig løsning. En slik løsning går i korthet ut på at hele strømmen fra en eller flere oljebrønner tas ombord i høytrykkstanker og bringes i land, hvor den nødvendige behandling, avspenning og separer-ing skjer. Landanlegget kan betjene flere felt. Offshore vil feltutstyret kunne begrenses til det som er nødvendig for opp-kopling for overføring av olje/gass til et tankskip. Utstyret ombord i skipet må dog være relativt avansert, særlig med hensyn til navigasjonsutstyret når systemet utføres slik at man .

ut i fra tankskipet skal finne frem til brønnen. Alternativt kan man naturligvis benytte en lastebøye.

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte som skal utnyttes i forbindelse med transport av olje og gass under høyt trykk og bringer en løsning på de problemer man står overfor ved lasting og lossing.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det at lasting og lossing foretas under utnyttelse av en egnet trykkvæske, eksempelvis vann, i de enkelte tanker, idet under lasting en med trykkvæske fylt tank eller gruppe tanker fylles med olje og gass med samtidig fortrengning av trykkvæsken til neste tank eller gruppe av tanker som skal fylles, hvoretter den nevnte neste tank/tankgruppe fylles med fortrengning av trykkvæsken til en tredje tank/tankgruppe osv.,

og at ved lossing tas lasten i en tank eller en gruppe tanker ut ved innføring av en trykkvæske, idet lossing av lasten i neste tank/tankgruppe skjer ved overføring av trykkvæsken fra den nevnte første tank/tankgruppe osv.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan anvendes både i forbindelse med olje med tilhørende gass og for gass alene. Trykket i en olje/gassbrønn vil vanligvis (i det mins-te over en viss tidsperiode) være meget høyere enn 100 bar.

Det antas imidlertid at den mest økonomiske løsning oppnås dersom trykket, ved avspenning

av trykket ved volumutvidelse, kan reduseres til rundt 100 bar.

Med oppfinnelsen eliminerer man de ulemper man står overfor ved trykkfylling av tomme tanker, og likeledes muliggjøres lossing på en enkel måte.

Dersom lasten føres inn på en trykkløs tank

vil man til å begynne med få et trykkfall på ca. 100 bar over reguleringsventilen og dette vil ha følgende ulemper;

For det første vil mye av væsken fordampe (flashgass) og man vil få dårlig utnyttelse av tankvolumet,

for det andre vil fordampningen forbruke varme som gir tempe-raturfall og frysing av vannet som følger med væsken, og for det tredje vil man ved det store trykkfallet få store has-tigheter (lydhastighet) gjennom reguleringsventilene, og sand-partikler som følger med oljen vil gi stor slitasje på armatur og rør. Den store hastigheten vil også gi kavitasjons- og støy-problemer .

For å forhindre det ovennevnte kan man tenke seg å bruke gass som trykkmedium. dvs. ved hjelp av kompressorer å bygge opp gasstrykk i tankene til ca. 100 bar før lasting,

og trykke lasten i land ved hjelp av de samme kompressorer. Dette vil imidlertid kreve store energimengder og være ugunstig sikkerhetsmessig sammenlignet med å pumpe vann. Det skal relativt lite energi til for å øke trykket i en vannfyllt tank

fra 0 til 100 bar.

Laste- og lossehastigheten styres ved reguler-ing og kontroll av den vannmengden som føres henholdsvis ut av og inn på tankene. Dette vil ikke by på de ovennevnte reguler-ingsproblener selv ved store trykkfall.

Ved lasting fåes drivtrykket "gratis" fra olje/ gass-brønnene og ved lossing opprettholdes drivtrykket av vann-pumper.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningne, hvor

fig. 1, 2 og 3 viser henholdsvis sideriss, tverrsnitt og grunnriss av et tankskip som egner seg for høytrykkstransport av olje og gass,

fig. 4 viser et tankskip tilkoplet et offshore-anlegg på havbunnen,

fig. 5 viser et tankskip tilkoplet en tårnbøye, fig. 6 viser tankskipet ved landanlegget,

fig. 7a-g viser et flytskjema for tankanlegget ombord i tankskipet, med de enkelte tilstander under henholdsvis ballast, lasting og lossing inntegnet, og

fig. 8 viser skjematisk innfasing av lossingen av gass for å holde blandingsforholdet olje/gass mest mulig konstant under hele losseperioden.

De i fig. 1, 2 og 3 viste tankskip er utført'med et stort antall separate tanker anordnet i grupper med et visst antall tanker i hver gruppe. Tankene 1 er utformet som stående, relativt slanke sylindertanker. Eksempelvis kan tankdiameteren være 2 m, mens tankens høyde er 22,5 m. Volumet i en slik tank vil være ca. 70 m 3. Som arbeidstrykk er beregnet 100 bar.

Alle tankene i en gruppe lastes/losses parallelt. Det er to sett hovedledninger (ikke vist), slik at en gruppe

på styrbord og en på babord side kan lastes/losses samtidig. Istedet for som vist kan tankene også være anordnet horison-talt og da ha en lengde som omtrent svarer til lengden mell-

om fremre og aktre kofferdam.

i fig. 4 er vist hvordan tankskipet kan kople seg til et på havbunnen anordnet utvinningsanlegg, og fig. 5 viser hvordan tankskipet kan være fortøyet til og tilkoplet for lasting av olje/gass ved etbøyetårn.

I fig. 6 er tankskipet vist ved et landanlegg.

Av nødvendig utstyr offshore skal her nevnes

et samlesystem i en lastebøye eller lignende, og også vanninjeksjonsutstyr. Landanlegger er av konvensjonell type og inneholder behandlingsanlegg 2 og lageranlegg 3.

Fordelene ved høytrykkslasting/lossing er umiddelbare. Olje/gass kan tas direkte fra brønnen(e), og når tankskipet ikke befinner seg på lastestedet, kan ut-vinningsanlegget "dødlegges". Det kan eventuelt være helt ubemannet i disse periodene, eller eksempelvis bare ha et minimalt vedlikeholdsmannskap. Vanninjeksjonsutstyr kan eksempelvis anordnes ombord i tankskipet. Totaløkonomien for slik utvinning av olje/gass blir derfor meget gunstig.

Under henvisning til fig. 7a skal det viktigste utstyret og de viktigste komponenter i flytskjemaet definer-es. Anlegget gjelder for et høytrykksskip med eksempelvis 280 tanker, hvor tankdiameteren er 2 m og tankhøyden er 22,5 m. Hver tank har således et volum på 70 m 3. Samlet volum vil være 19600 m . Som arbeidstrykk regner man med 100 bar. Laste/lossetid er beregnet til ca. 16 timer, og pr. tank/ tankgruppe regner man med en laste/lossetid på 1 time og 10 minutter. Tankene arrangeres i grupper med ti tanker i hver gruppe, dvs. 28 tankgrupper. I flytskjemaet er i hver gruppe bare vist tre av de ti tanker. Samtlige tanker i en gruppe lastes/losses parallelt. Det er anordnet to sett hovedledninger slik at en gruppe på styrbord og en på babord sidekan lastes/losses samtidig. Flytskjemaet viser bare en side, eksempelvis styrbord side. Samlet laste/iosse-kapasitet er ca. 1200 m^ pr. time.

Det er følgende hovedledninger med forgren-inger til hver gruppe:

- Laste/losse-ledning

- Gasstrykk-ledning

- Gass suge-ledning

- Vann tilløpsledning

- Vann utløpsledning

- Sikkerhetsventil-ledning

dvs. 12 stk. langskips hovedledninger eksklusive diverse hjelpesystemer.

Hver tank 4 er utstyrt med tre nivåsonder

LSL, LSH og LSHH. Disse sondene kan registrere olje, vann

og gass. De viktigste ventilene er betegnet med henholdsvis A, B, E, F, G, H og I. For ventilene er det anordnet nød-vendige styreutstyr, som vil være velkjent for fagmannen.

Hver tank har to sikkerhetsventiler med setpunkt 105 bar, og en trykkbryter RS med noe lavere setpunkt for alarm og automatisk stengning.

En reguleringsventil er betegnet med FCV-1. Denne reguleringsventil styrer lasting og lossing og er dimensjonert for 700 m 2 pr. time. Avstengningstrykket er 110 bar. Ventilen er utstyrt med positioner og styres i split-range av flow-instrumentet FIQC-1 og trykkregulatoren PIC-1.

Fig. 7a viser tilstanden på en ballastreise. Alle tanker er trykkløse og er gassfyllt, med unntagelse av tankene i gruppe 1 som er vannfyllt opptil et nivå som av-følges av føleren LSH.

Før lastingen tar til økes trykket (fig. 8b)

i tankgruppe 1 ved at ventilene A-B og I for denne gruppe åpnes, og vannpumpen 5 startes. Pumpen 5 suger fra en ikke-vist vanntank (betegnet øverst i høyre hjørne i fig. 7b med "fra vanntank") og nivået i tankene 4 stiger mens gass-puten deri komprimeres. Dette kan utføres samtidig med

at oljetrykket bygges opp i hovedledningen 6.

Når vanntrykket i gruppe 1 er lik trykket i hovedledningen 6 for olje, dvs. ca. 100 bar, og man har inn-stilt velgerbryteren på panelet på "lasting auto" vil følg-ende skje, fordelaktig automatisk ved hjelp av instrumenter og dataanlegg (fig. 7c). Dataanlegget, i prinsippet en micro-processor, har muligheter for en rask omprogrammering for forskjellige laste/losseprosedyrer, avpasset varierte para-metre, med hensyn på tid, sammensetning, trykk, etc.

Pumpen 5 stopper og ventilen E og H for gruppe 1 går i åpen stilling. Det samme gjelder for ventilene A-B-G og I for gruppe 2. Ventil I for gruppe 1 stenges. Tankene i gruppe 1 står nå under trykk fra hovedledningen 6 og trykket står

frem til reguleringsventilen FCV-1.

Reguleringsventilen FCV-1 styres primært av mengdemåleren FIQC-1 og setpunktet for denne reguleres nå gradvis fra 0 og til den ønskede lastekapasitet, f.eks.

600 m 3 pr. time, og lastingen er i gang. Dersom trykket f aller slik at det er fare for at oljen skal avgi gass (eksempelvis ved 95 bar) overtar trykkregulatoren PIC-1 styringen av reguleringsventilen FCV-1 slik at det holdes konstant mottrykk.

Når lastingen av tankgruppe 1 på styrbord side

har pågått i ca. 1/2 time startes lastingen av tankgruppe 1

på babord side.

Etter hvert som vannivået i tankgruppe 2 når nivået som avføles av føleren LSH vil denne føleren gi be-skjed om at ventil A skal stenges. Når alle er stengt, stenger ventil G og ventilene A går igjen i åpen stilling. Trykket i tankgruppe 2 begynner å øke, nivået stiger og gassen komprimeres. Trykkfallet over reguleringsventilen FCV-1 reduseres og reguleringsventilen går etter hvert i full åpen stilling.

Når føleren LSL i tankgruppe 1 gir signal "olje" stenges ventil A og B, og når alle er stengt, stenger også ventil E og H. Tankgruppe 1 er ferdig lastet og trykket i tankgruppe 2 vil nå være ca. 100 bar.

Lastingen går videre som vist i fig. 7d. Samtidig med at ventil E og H for tankgruppe 1 stenges, åpnes til-svarende ventiler for tankgruppe 2, samt ventil A-B-G og I

for tankgruppe 3, og fylling av tankgruppe 2 starter og vannet trykkes over i tankgruppe 3 mens gassen trykkes ut og blåses av i mast eller komprimeres og lagres på gasstanker.

Dersom trykkforskjellen mellomhovedledeningen 6

og eh tankgruppe er for stor (f.eks. mer enn 5 bar) starter ikke fyllingen før vannpumpen 5 har bygget opp trykket i tankene. Vannet i den siste gruppen trykkes over i en egen vanntank (ikke vist).

Fig. 7e viser situasjonen under lossing. Før lossingen tar til åpnes alle ventilene E og I, og derpå eta-bleres et mottrykk fra land i hovedledningen 6 som er lik tanktrykket. Når dette er gjort, og en velgerbryter i kon-trollpanelet er stilt på "lossing auto" vil følgende skje: Pumpen 5 starter og suger fra den ikke viste vanntank. Når trykket i vannledningen er lik trykket i tankene åpnes ventilene A og B i tankgruppe 1 og lossingen er i gang. Setpunktet for mengdemåleren FIQC-1 økes gradvis til den ønskede lossekapasitet, f.eks. 700 m 3 pr. time for ti tanker.

Det nødvendige mottrykk for å unngå flashing

i systemet kontrolleres på land.

Når lossingen av tankgruppe 1 på styrbord side har pågått ca. 1/2 time, startes lossingen av tankgruppe 1

på babord side. På den måten losses alltid gassen fra en tankgruppe samtidig med oljen fra en annen, hvilket medfører den fordel at gass/oljestrømmen til landanlegget får en tilnærmet konstant sammensetning over tiden med unntak av start/stopp av lossingen (fig. 8). .Når nivåføleren LSHH gir signal "vann" stenges ventilen A og når alle er stengt stenger også ventilene E og I for tankgruppe 1.

Den fortsatte situasjonen under lossingen er vist i fig. 7f. Ventilen H i tankgruppe 1 og ventil A og B i tankgruppe 2 åpner. Pumpen 5 vil nå suge vann fra tankgruppe 1 og trykke olje ut av tankgruppe 2, og lossingen styres fremdeles av reguleringsventilen FCV-1.

Når trykket i tankgruppe 1 er falt til under

4 bar, åpnes ventilene A og F og gass fra gasstankene (ikke i vist) slippes på for å trykke vannet opp til pumpens 5 sugeside, samtidig som oljeledningen for gruppe 1 blåses tom.

Når nivåføleren LSL i tankgruppe 1 gir signal "gass" stenges ventil B og når alle er stengt stenger også ventil H og F. Etter hvert som tankene i tankgruppe 2 blir i tomme for olje , dvs. at nivåføleren LSHH gir signal "vann", stenges ventil A og når alle er stengt stenger også ventil E og I.

Den avsluttende lossing er vist i fig. 7f. Når alt vannet er pumpet fra tankgruppe 1 og over i tankgruppe 2 pumpes vannet automatisk videre til tankgruppe 2 og oljen trykkes i land.

Når trykket i tankgruppe 2 har falt til under

4 bar åpnes ventilene A og G i tankgruppe 1, samt ventilene A og F i tankgruppe 2 og kompressoren 7 starter. Derved senkes trykket i tankgruppe 1 og vedlikeholdes i tankgruppe 2 for å løfte vannet opp til pumpen 5. Oljeledningen til tankgruppe 2 blåses samtidig tom for olje. Når trykket i tankgruppe 1 er falt til null at stenges ventilen A og G. På denne måten vil det være atmosfæretrykk i tankene 4 når lossingen er ferdig.

"Tilleggsgass" for etterfylling av tankene 4 under lossing tas fra land eller fra spesielle trykktanker ombord.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte ved transport av olje og gass under høyt trykk i tanker ombord i et skip, hvor det ved tømming frembringes overtrykk i tankene ved innføring av trykkmedium, karakterisert ved at lasting og lossing foretas under utnyttelse av en egnet trykkvæske, eksempelvis vann, i de enkelte tanker, idet under lasting en med trykkvæske fylt tank eller en gruppe tanker fylles med olje og gass med samtidig fortrengning av trykkvæsken til neste tank eller gruppe av tanker som skal fylles, hvoretter den nevnte neste tank/ tankgruppe fylles med fortrengning av trykkvæsken til en tredje tank/tankgruppe osv., og at ved lossing tas lasten i en tank eller en gruppe tanker ut ved innføring av en trykkvæske, idet lossing av lasten i neste tank/tankgruppe skjer ved overføring av trykkvæsken fra den nevnte første tank/ tankgruppe osv.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at blandingsforholdet olje/gass holdes mest mulig konstant under hele lossingen ved innfasing av lossingen av gass fra de forskjellige tanker eller tankgrupper.