NO154442B - Anordning og fremgangsmaate for transport av et i det vesentlige gassformig fluid gjennom en roerledning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for transport gjennom en rørledning av et fluid som vesentlig består av en gass, men som også kan inneholde en væskefase.

På det nåværende tidspunkt krever transport av et

slikt fluid at væske- og gassfåsene separeres, og at man der-etter benytter én av de to følgende teknikker: kompresjon av gassen, eller flytendegjøring av gassen fulgt av en pumpeopera-s jon.

Førstnevnte teknikk krever bruk av dyre og ikke sær-lig pålitelige kompressorer. Sistnevnte teknikk er meget kost-bar på grunn av de operasjoner som er nødvendige for flytende-gjøring av gassen.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å unngå dis-

se ulemper ved å tilveiebringe en anordning som like gjerne kan benyttes for transport av et tofasefluid med høyt volumetrisk gass/væske-forhold som for transport av en enkelt gass.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved en anordning av den innledningsvis nevnte art, med de nye og særegne trekk som er angitt i karakteristikken til det etterfølgende krav 1.

I begge ovennevnte tilfeller har anordningen ifølge oppfinnelsen vist seg å være ikke bare billigere og mer pålite-lig enn de apparater som benyttes ifølge ovennevnte kjente teknikker, men også mindre tungvint, hvilket utgjør en betydelig fordel når materialet skal monteres f.eks. på flytende eller neddykkede marine konstruksjoner.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for trykk-setting og befordring av et i det vesentlige gassformig fluid gjennom et rør, som karakterisert i det etterfølgende krav 7.

Oppfinnelsen vil bedre forståes og dens mange forde-ler tre klarere frem, ut fra følgende beskrivelse i sammenheng med tegningen, hvor: Figur 1 skjematisk illustrerer en første utførings-form av oppfinnelsen, Figur 2 og 3 illustrerer to ytterligere utførings-former, Figur 4 viser skjematisk en utføringsform av b.^.nde-innretningen for væskefasen og gassfasen, og Figur 5, 6A, 6B og 6C viser en utføringsform av separatorinnretningen.

Som et ikke-begrensende eksempel skal i det følgende spesielt beskrives transport av gassholdig petroleum gjennom en rørledning mellom to bestemte steder, hvorav det ene kan være produksjonsstedet, idet gassen fremdeles er på plass i de geo-logiske formasjoner.

Figur 1 viser skjematisk oppfinnelsens prinsipp for sirkulering gjennom en rørledning 4a, 4b, 4c av gassholdig petroleum som strømmer ut fra en kilde som er skjematisk antydet ved 1. Petroleumstrømmen kan være fullstendig gassformig, eller fremkomme i form av et tofasefluid (inneholdende en gassfase og en mettet eller umettet væskefase), idet verdien av det volumetriske gass/væske-forhold, som er lik forholdet mellom gassvolu-met og væskevolumet, i begge tilfeller er meget høyt under de rådende termodynamiske forhold i petroleumstrømmen. Ifølge oppfinnelsen reduseres verdien av dette volumetriske forhold ved tilsetning av en væske som innføres ved hjelp av en blandeinn-retning skjematisk antydet ved 2. Man får således et tofasefluid hvis trykk kan heves til en tilstrekkelig verdi ved hjelp av en pumpeinnretning 3 som er istand til å behandle fluidet som leveres av innretningen 2. Tofase-trykkfluidet som leveres av pumpeinnretningen 3 kan så strømme gjennom rørledningen 4c.

Væsken som brukes for redusering av volumforholdet før pumpeoperasjonen kan velges fra slike væsker som kan blandes med gassen som skal transporteres. Den kan utvinnes fra en naturlig kilde som befinner seg nær pumpestedet (f.eks. oljelag når det dreier seg om petroleumstrøm, vann, etc ), alternativt kan denne væske fremstilles på stedet eller transporteres til stedet.

Figur 2 illustrerer skjematisk en første utføringsform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, hvor fluidet som avgis fra pumpeinnretningen 3 innføres i en separator 5 som leverer fluidet som skal transporteres gjennom rørledningen 7, samtidig som i det minste en del av væskefasen, som kan være mettet eller umettet

med gass, gjeninnføres i innretningen 2 gjennom rørledninger 6

og 9, etter at væsketrykket er blitt redusert i en trykkreduk-sjonsinnretning 8 som eventuelt kan være en innretning som gjen-vinner en del av i det minste den energi som svarer til denne trykksenkning, f.eks. en hydraulisk motor. Denne trykksenkning medfører i alminnelighet dannelsen av en gassfase. I det tilfelle hvor tofase-pumpeinnretningen 3 omfatter flere trinn, kan denne gass direkte innføres i det trinn hvor trykket ved innlø-pet er vesentlig det samme som trykket i den således resirkulerte

gass.

Eventuelt kan et væsketilskudd innføres ved 14 i resir-kuleringskretsen, idet dette tilførselsrør også benyttes for innføring av den nødvendige væskemengde for igangsetting av enheten .

Ifølge en annen utføringsform illustrert på figur 3 blir en del av gassen som produseres fra kilden 1, ved hjelp av en rørledning 12 tilført en innretning 13 for flytendegjøring av gassen ved hjelp av en kjemisk prosess. Den således frem-bragte væske innføres i blandeinnretningen 2 gjennom rørlednin-gen 9 .

Det vil forståes at man ikke avviker fra rammen til foreliggende oppfinnelse ved å kombinere de to utføringsformer ifølge fig. 2 og 3. I et slikt tilfelle ville utløpet fra den væskeproduserende innretning 13 være tilkoplet væskeinnløpet 14.

Figur 4 viser skjematisk en utføringsform av blandeinnretningen 2 som mottar det gassholdige fluid gjennom rørlednin-gen 4a og en passende væske gjennom rørledningen 9. Gjennom rør-ledningen 4b leverer innretningen 2 et tofasefluid hvis volumetriske gass/væske-forhold har en slik verdi at fluidet kan behand-les i pumpeinnretningen 3.

Blandeinnretningen 2 omfatter en rørledning 15 som for-binder rørledningen 4a med rørledningen 4b, og en gjennomløpende rørledning 16 er anordnet for kommunikasjon mellom rørledningene 9 og 4b. I serie med rørledningen 15 er suksessivt innkoplet en innretning 17 som skaper et regulerbart trykkfall i fluidstrøm-men, en avløpstank 18 og en innretning 19 for måling av volumet (eller volumstrømmen) av gassen som sirkulerer i rørledningen 15.

I serie med rørledningen 16 er innkoplet en væsketank 20, en pumpe 21 for å sette væsken under trykk, en innretning 22 for å skape et regulerbart trykkfall i væskestrømmen samt en innretning 23 for måling av volumet (eller volumstrømmen) av væsken som sirkulerer i rørledningen 16. Utløpet fra pumpen 21 er forbundet med tanken 20 via en retur-rørledning 24 i hvilken er innkoplet en innretning 25 som skaper et regulerbart trykkfall.

Bunnen av tanken 18 er forbundet med en avløpsledning 26 i hvilken er innkoplet en innretning 27 som muliggjør helt eller delvis avstengning samt eventuelt en sirkulasjonspumpe 39. Regu-lering av åpningen i stengeinnretningen 27, samt av driften av pumpen 39, kan automatisk og sekvensmessig oppnås f.eks, ved

-hjelp =a,v-en væskenivåmaier (ikke vist) plassert inne i tanken 18. }I <.den ipa. ffi-gur -.4 -viste -uff øringsf orm kommuniserer rørledningen 2-6 ;:med ".væsket ank en 2 0,. •Blandeinnretningen 2 omfatter videre en innretning som rer skjematisk -antydet -ved ' 28 og -'innbefatter "f .eks. to trykkfølere 2'- 9 og "-30 ffor ima/iing av -trykket i henholdsvis rørledningene 15 og Jl'6 tpa iSted;er ■ umid~deibar.t ff ør -'disse rørledningers tTlkoplingspunkt -±!i>l ?rørledreingen ~'4b, idet innretningen '28 er innrettet til å av-gi ;et .signal -som rmotsvarer -forskjellen mellom de trykk -som måles av trykkfølerne 29 og 30.. ' De -trykkfallskapende innretninger 17 og 22 bringes automatisk -;i :;.øn:sk-e.t -stiTling ved :hjélp :.av ^skjematisk viste drivor-gane-r ,17m -og ,22m. Disse drivorganer påvirkes av en -styreinnret-•ning ' 31 med rhvilken de er -forbundet via -transmisjonsledninger 32 <.o.g 33.., 'idet rdenne -styrekrets r-eagerer på signalet som avgis fra .innretningen >2'8 -og overf øres -via ledningen 34.

;D.en ^trykkfallskapende innretning 25 bringes automatisk ;i tønsket stilling ved -hjelp av -et drivorgan 2"5m som påvirkes av ?.en 'styr.einnrétrfing "35 ;som -overfører et styresignal via ledningen :3'6 isom «r.eak-sjon ;på :-s'ignålene som avgis fra måleinnretningene 19

■ og 23 <og rover.f;øres -via .'ledningene 37 og '38.

^Under xlrift -av biandéinnretriingen 2, tilføres gassen til jinn-retningen 2 ved trykket P,., mens tofase'f luidet leveres til rør-ledningen 4b ved -trykket P som fortrinnsvis er noe "lavere enn P . jRønlerdningen .9 'tilfører væske ved trykk P som generelt er AP la-'Vere Ænn -trykket '.Pg.« 'Pumpen .-21 er innrettet til å heve væske-•.tr,ykke't rmed en ver'di større -enn "AP.

.Innrétning.en 72 8 leverer et signal som motsvarer for-isko.elilen-méilom rde -respektive trykk i rørledningene 15 og 16, umiddelbart før deres tilkopling til rørledningen 4b. I avhengighet -av dette vsignal .påvirker ..styreinnretningen 31 drivorganene •L7m :.og >22m ,;som sreguierer 'de -trykkfallskapende innretninger 17 og .22 :slik at trykkforskjellen som .måles av innretningen 28 reduseres ':til ;nuil..

iSamtidlg måles vdlumstrømmene (eller volumene) til gas-isen >.o;g .væsken ;Som ..strømmer gjennom rørledningene ".15 og "16 ved rhij:e;l;p av innretningene 1,9 og 2 3 som avgir signaler som motsvarer disse volumstrømmer til styreinnretningen 35. Styreinnretningen 3.5 frembringer et styresignal for drivinnretningen 25m. Sistnevnte ^påvirker .den trykkfallskapende innretning 25 slik at for-

holdet mellom gassvolumstrøm og væskevolumstrøm forblir vesentlig konstant på en forutvalgt verdi som er vesentlig lik det gass/væske-volumforhold som man ønsker å oppnå ved transport av tofasefluidet gjennom rørledningen 4b.

Når således forholdet mellom de signaler som avgis fra innretningene 19 og 2 3 er større enn en forutbestemt verdi som svarer til verdien av det volumetriske gass/væske-forhold i tofasefluidet som ønskes oppnådd i rørledningen 4b, øker styreinnretningen 35 verdien av trykkfallet ved 25, hvorved væskestrøm-men gjennom rørledningen 24 minskes, og volumstrømmen gjennom rør-ledningen 16 følgelig økes.

Når derimot forholdet mellom signalene som avgis fra innretningene 19 og 23 er mindre enn den forutvalgte verdi minsker styreinnretningen 35 verdien av trykkfallet ved 25, hvilket medfører at volumstrømmen gjennom rørledningen 24 øker og følge-lig at væs'kevolumstrømmen gjennom rørledningen 16 minsker.

Med andre ord utligner blandeinnretningen 2 gass- og væsketrykkene før blanding, ved å regulere verdiene av de dyna-miske trykkfall som hersker i gass- og væskestrømmene i avhengighet av trykkforskjellen mellom disse strømmer, og regulerer også væskevolumstrømmen i forhold til gassvolumstrømmen i avhengighet av det volumetriske gass/væske-forhold.

Måleinnretningene 19 og 23 som f.eks. kan være strøm-ningsmålere, de trykkfalskapende innretninger 17, 22 og 25 som f.eks. kan være regulerbare membraner, samt trykkfølerne 2 9 og 30 er kjent innen teknikken og skal derfor ikke beskrives i de-talj , heller ikke styreinnretningene 31 og 35 som er fagmessig konstruert.

Avløpstanken 18 som er koplet i serie med rørledningen 15 gjør det mulig ved hjelp av tyngdekraften å gjenvinne den væskefraksjon som kan forekomme i gasstrømmen. Men i det tilfelle hvor denne væsken er av samme art som væsken i tanken 20, kan man, som vist i figur 4, innføre den således gjenvundne væske 1 tanken 20.

Pumpeinnretningen 3 for tofasefluidet kan være av kjent type og fortrinnsvis i stand til å behandle et tofasefluid med høyt volumetrisk gass/væske-forhold. F.eks. kan man benyi tt; tofasefluid-pumpeinnretningen beskrevet i fransk patentskrift nr. 2 333 139.

Gass/væske-separatoren som er angitt med henvisningstal-

■let 5 på .figur 1 kan være av kjent type. F i f) ur 5 viser .f .eks. en mulig -utf øringsforir. 'av denne separatoren, som vesentlig kan .bestå av et aktivt element .4 0 son kan bringe tof asef luidet i. rotasjon i .et plan vinkelrett pt<*> strønrvln.gsretnin gen , samt et. fordelingselement 41 som avg i. r gassen oa væsken hver for seg. .Det -aktive element 4'0 omfat tei* et rør] creme -42 som •opptar en rotor 4 3 .som er .fast rotasjonsmesslg forbundet med akselen 44 til en ikke -vist motor. Denne .rotor bærer skovler •4'5 som, slik .det skjematisk f r-emga r av -figur 6A, 6B og ■OC som viser utspilte riss av -rotoren, kan iia en plan utforming og strekke -seg --r ad i elt'( f ig.. 6A') , eller skrå sti 1. te i forhold til otvi-dreiningsaksen (.fig. (VB)., eller -også buet ( Eig. f.C) Ved .utf øri n^r storme ne Ifølge figur 6B og oc bestemmes skovlenes 45 skråvinkel i forhold Li] rotorens 4 3 omd t-e i n i ng s ak se .'i .avhengighet -av -strømmens aksialhastighet og rotorens 4 3 o.m-drelningshastighet.

Under påvirkning av sentri-fugalkro Eten som oppstar p<r>< grunn 'av omdreiningen separeres væske- og gassfasene, idet gass-rfasen holder seg nær strømninqsaksen mens væskofasen som har høyere -tetthet, 'befinner seg lengst 'borte fra rotorens omdrei-ning sak se . .Eventuelt kan rotorens 43 endepartier være strørnl.i. n je-.'forme.t for å ■unngå vesentlige forstyrrelser i strømning.

Under disse forhold og som vist på fiqur 5, utqjøres fordelingsinnretningen 4.1. av to rør 4 6 og 4 7 hvorav det minste

•opptar vesentlig <;>'ba-re gassf asen, 'hvilke rør er koaksiale over

■en del av :sin lengde.

To.f asef luidet innføres .i enheten 40 - 41 gjennom en

■f orbl nde 1 ses 1 e dning 4 8 .

■Det -skal forståes at modi fikas joner kan utføres uten

.å avvike fra rammen til foreliggende .oppfinnelse. 'Dersom man f..eks., r som pumpeinn retn ing 3 benytter en innretning av den type som er beskrevet i fransk patentskrift nr. 2 333 130 kan elementet 40 utelates -og fordelingselem.entet kan koples direkte til pumpeinnretningens utløp. ■Den pa 'figur .5 viste utførimjsform av elementet 4 0 •omfatter .bare én rotor, men det vi] være mulicj a benytte to særskilte rotorer som .drives av særskilte motorer hvi s OKsdrein Lngs-hastighet kan varieres trinnløst.

Claims (7)

1. Anordning for transport gjennom en rørledning .-av-et :ff.lu-id som vesentlig består av en gass, karakterisert ved at den i kombinasjon omfatter en væskekilde, en innretning (2) som tilføres gass og væske og frembringer et tofasefluid ved blanding av gassen og væsken, samt organer (3) .innrettet til å øke trykket i tof asef luidet for .å bringe .dette til -å ;strømme gjennom rørledningen.

2 . Anordning if ølge krav 1„ k a x * a vk Æ *e er :i .:S ...e rx -.t ved at organene (3) rf or ; heving iav .trykket i ,tof asef .luidet ;u.tgvj.øres av .en -pumpe innrein ing :av .aksial skruetypen.

3. Anordning ;if ølg.e :krav .2, -k a r «a k it -.e «r ;i -{S æ .r t ved , at innretningen 'for ;frembringélse av ttofaseflua-det omfatter -organer ( 28) ff or utligning ;av gass- ;og .væsketrykket ;f;ør iblanding, samt organer ;('1.9 , .'23;)'.f or rregulering ;av v.æskevolumstxømmen i forhold ltll ga ss volumstrømmen :i avhengighet ;av :den maksimale verdi av det volumetriske -gass/.væske-f orhold -som -pumpeinnretningen kan behandle.

4 . Anordning ifølge krav .1 3,, k a x a k t e x i ;s e r t ved at den omfatter ..organer (.5) ..innrettet til få -trekke ut :'f ra tof asef luidet etter pumping og uten-vesentlig-.trykkf:a"l'l, :i det minste en del av den væske .tof asef luidet Inneholder;., for tilfø-ring av denne væskede! 'til innretningen for rfrremstilling -:av tofasefluidet.

5...Anordning ifølge Herav -.4,, ,k a ir ;a ,k it -.e x .i ;-s e ..r ~t ved at ut.trekning-s.organene Ær innrettet vtil Å js.epar-.ere -væsken fra tof asef luidet ved å bringe itofasefl u.l d st rømme n i ;rotasjon., hvorved .separas jon .av ^væsken -oppnås -.ved ;hjeip -av sentrifugal-kraftens virkning ].på ■tof-asefluidet..

6. Anordning ifølge aet av-;de .foregående ;krav„ karakterisert -,ve<:>d ;at -væskekilden omf-ateter organer ,(-13) -for f lytendegj-øring :av en ,dél ?av gassf a sen ved «n -kjemisk -prosess.

7. Fremgangsmåte f or vtrykksettlng og .bef ordring ;av tét i .det vesentlige ga-.s;sf ormig .fluid gjennom et r.ør,, .k ;a :.r ra"* tt ~ ri-ser t ved ;at :den -omfatter følgende ,trinn: (a) utligning av trykket i det stort ;se.tt gassf.ormige :fluid til samme trykk som en væske som fluidet skal blandes med, (b) blanding av det trykkutlignete, idet vesentlige gassfor-mige fluid med væsken for å danne et tofasefluid omfat-tende en blanding av en gass og en væske, og samtidig sty-ring av strømningshastigheten til den blandete væske i forhold til gassens strømningshastighet for oppnåelse av nevnte tofasefluid, idet tilstrekkelig væske tilsettes slik at der frembringes et tofasefluid med et volumetrisk gass/væske-forhold som er i det vesentlige lik den maksimale verdi som kan pumpes ved hjelp av en pumpe som er istand til å pumpe og øke trykket i tofasefluidene, (c) pumping og øking av trykket i tofasefluidet fra trinn (b) med pumpen som er istand til å pumpe og øke trykket av tofasefluidene for frembringelse av et tofasefluid under trykk, og (d) befordring av det trykksatte tofasefluid fra trinn (c) gjennom røret.