NO171871B - Fremgangsmaate og system for styring av gass/vaeske-forholdet i en pumpe - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og et system for styring av gass/væske-forholdet i en pumpe for pumping av flerfase-fluidumblandinger.

Hevning av trykket i et ustabilisert fluidum med et varierende væske- og gassinnhold er fremdeles et betydelig problem, særlig under produksjon av hydrokarbonfluida fra et olje- og/eller gassfelt. Borehull- eller brønneffluentene fra en olje- og/eller gassproduksjonsbrønn kan inneholde råolje, naturgass, kondensater, vann og noen faste stoffer, såsom sand og salt. Særlig det varierende gass/væske-forhold for effluen-tene, som plutselig kan øke fra 0% til 100%, gjør pumpingen vanskelig. Vanligvis er bruk av en olje- og gass-separasjonsrekke (separation train) for å lette separat monofasepumping av gass-og væskefasene, ikke gjennomførlig på grunn av at det er meget kostbart, særlig for produksjonssystemer på havbunnen.

Tallrike forsøk er blitt gjort på å utføre pumping av flerfasefluida. For eksempel viser US-patent 3 936 214 en sentrifugalpumpe med en roterbar mantel som driver fluidum til ett oppsaml ingspunkt dersom det er væske, og til et annet oppsamlingspunkt dersom det er gass, slik at væsken og gassen uttappes via separate utløpsporter i pumpehuset. Ulemper ved den kjente flerfase-pumpekonstruksjon er dens kompliserte utforming og virkemåte.

DE offentliggjørelsesskrift 2 533 188 viser en pumpe for pumping av flerfase-fluidumblandinger, hvor en tilbakekoplingsledning strekker seg mellom pumpeutløpet og pumpeinnløpet. Væske resirkuleres kontinuerlig fra pumpeutløpet til pumpeinn-løpet via tilbakekoplingsledningen. En ulempe ved denne kjente pumpe er at væske resirkuleres via tilbakekoplingsledningen selv om væskeinnholdet i f lerfaseblandingen er tilstrekkelig høyt til å tillate flerfaseblandingen å pumpes uten resirkulasjon av væske.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system for styring av gass/væske-forholdet i en flerfasepumpe som overvinner ulempene ved de kjente pumper.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter for dette formål de trinn å uttrekke en valgt mengde væske fra en strøm-ningsledning som er beliggende nedstrøms av pumpen, og å mate den uttrukne væske tilbake til pumpens innløp via en tilbakekoplingsledning, og fremgangsmåten er kjennetegnet ved at den omfatter det ytterligere trinn å detektere gassinnholdet i væskeblandingen ved pumpeinnløpet, idet den uttrukne væske mates tilbake til pumpeinnløpet dersom det detekterte gassinnhold overskrider en forutbestemt verdi.

Systemet ifølge oppfinnelsen omfatter et væske-ekstraksjonsapparat som er koplet til en strømningsledning som er beliggende nedstrøms av pumpen, og en tilbakekoplingsledning som er beliggende mellom ekstraksjonsapparatet og pumpen for å mate væske fra ekstraksjonsapparatet tilbake til pumpeinnløpet, og systemet er kjennetegnet ved at det omfatter en anordning for deteksjon av gassinnholdet i fluidumblandingen ved pumpens innløp, idet væsken mates tilbake til pumpeinnløpet dersom gassinnholdet som detekteres av deteksjonsanordningen, overskrider en forutbestemt verdi.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser en foretrukket utførelse av systemet ifølge oppfinnelsen, og fig. 2 viser systemet i en pumpestasjon som drives ved hjelp av brønninn-sprøytingsgass.

Idet det henvises til fig. 1, er det der skjematisk vist en pumpe 1 som drives av en elektrisk motor 2. Elektrisk effekt tilføres til motoren 2 ved hjelp av en elektrisk kraft-kilde (ikke vist) via en elektrisk kabel 3.

Innløpet til pumpen 1 er koplet til en fluidumtilfør-selsrørledning 5., mens pumpens utløp er koplet til en langstrakt fluidumavløpsstrømningsledning 6. Et væskeuttrekkingsapparat 8 er anordnet i strømningsledningen 6 på et sted nær pumpens utløp. Ekstraksjonsapparatet 8 består av en beholder i hvilken små væskemengder uttrekkes og som på et sted nær sin bunn er koplet til en væsketilbakekoplingsledning 9. Tilbakekoplingsledningen 9 er ved sin andre ende koplet til fluidummateledningen 5. En strømreguleringsanordning 10 bestående av en struper eller ventil er anordnet i tilbakekoplingsledningen 9 for å styre strømmen av fluidum gjennom ledningen 9 som reaksjon på at en detektoranord-ning 12 detekterer et uakseptabelt høyt gassinnhold i fluidummateledningen 5.

Under drift av systemet pumpes en f lerf ase-f luidumblan-ding ved hjelp av pumpen fra fluidummateledningen 5 inn i fluidumavløps-strømningsledningen 6. En del av de væsker som utpumpes av pumpen 1, uttrekkes i ekstraksjonsapparatet 8 fra flerfasestrømmen i fluidumavløpsstrømningsledningen 6. Dersom detektoranordningen 12 detekterer et uakseptabelt høyt gassinnhold i fluidummateledningen 5, åpnes strømreguleringsanordningen 10 og væske strømmer fra uttrekkingsapparatet 8 via tilbakekoplingsledningen 9 til fluidummateledningen 5, slik at væskeinnholdet i flerfasefluidumet ved pumpens 1 innløp økes.

Dersom det ikke finnes noen væsker i de fluida som utpumpes av pumpen 1, hvilket kan inntreffe når en øvre del av brønnrøret er fullt av gass, for eksempel under pumpeoppstarting, kan pumpens utløpstrykk i noen tilfeller være lavere enn trykket i avløpsstrømningsledningen 6 frembrakt av den hydrostatiske høyde av væsken i strømningsledningen. I dette tilfelle vil fluidumene i ledningen 6 strømme tilbake til ekstraksjonsapparatet 8. Noen væsker vil da bli uttrukket og matet tilbake til pumpeinnløpet slik at et bedre pumpedifferensialtrykk tillates. Så snart differensialtrykket over pumpen er tilstrekkelig til å oppnå det nødvendige trykk i ledningen 6 for å overføre fluida, vil tilbakestrømmen stanse og normal drift vil inntreffe. På bakgrunn av ovenstående vil det innses at væsketilbakekoplingssystemet har den fordel at det er selvregulerende.

Det vil innses at dersom volumet av væskeekstraksjonsapparatet 8 er stort sammenliknet med volumet av fluidumresir-kulasjonskretsen som er dannet av tilbakekoplingsledningen 9, pumpen 1 og tilstøtende avsnitt av mateledningen 5 og avløps-strømningsledningen 6, kan en kontinuerlig resirkulasjon av væske via pumpen 1 og fluidumsirkulasjonskretsen finne sted mens 100% gass mates til mateledningen 5 og 100% gass uttappes fra ekstraksjonsapparatet 8 inn i avløpsstrømningsledningen 6.

Ved hjelp av et væsketilbakekoplingssystem ifølge oppfinnelsen er det således mulig å pumpe 100% gass gjennom en strømningsledning som benytter en flerfasepumpe som bare kan pumpe et flerfasefluidum som inneholder i det minste noe væske. Det vil innses at væskeekstraksjonsapparatet 8 kan bestå av en beholder som kan være koplet enten direkte til strømningsled-ningen 6 på et sted nær dens øvre ende og som eventuelt kan omfatte en viss lagerplass, som vist på tegningen, eller være koplet til strømningsledningen via et T-ledd.

Det vil videre innses at pumpen 1 kan være hvilken som helst type pumpe, såsom en rotasjonspumpe, en turbinpumpe eller en pumpe med positiv fortrengning. Motoren kan være hvilken som helst type motor, såsom en elektrisk motor, en hydraulisk motor eller en gassdrevet turbin.

Som vist på fig. 2, er væsketilbakekoplingssystemet ifølge oppfinnelsen særlig attraktivt for pumping av borehull-eller brønneffluenter fra en brønn i hvilken en gassløftingstek-nikk anvendes for å bringe brønneffluentene opp fra reservoaret 20 til brønnhodet 21. Innsprøytingsgass som injiseres via en innsprøytingsledning 22, benyttes til å drive en pumpemotor 23 bestående av en gassdrevet turbin. I brønnrøret 24 blandes gassen med brønneffluentene og forårsaker en kontinuerlig tilstede-værelse av gass i store kvantiteter i brønneffluentene som passerer gjennom pumpen 25. For å unngå eventuelle problemer som følge av pumpingen av en flerfase-gass-væske-blanding, er pumpen 25 utstyrt med et væskeekstraksjonsapparat 26 og en væsketilbake-koplingssløyfe 27. Ved bruk uttrekker væskeekstraksjonsapparatet

26 en del væske fra strømningsledningen 28, og dersom for mye gass detekteres i de effluenter som produseres fra brønnen, åpnes en ventil 29 i væsketilbakekoplingssløyfen 27, for å øke væskeinnholdet av de pumpede effluenter til en sådan verdi at en optimal ytelse av pumpen 25 oppnås. I den viste utførelse har pumpen 25 og pumpemotoren 23 en felles aksel 30, og de er sammen med ekstraksjonsapparatet 26 montert i et sylindrisk hus som er skjematisk fremstilt ved hjelp av en stiplet linje 31 og som er innført i en skålformet basis 37 for å muliggjøre lettvint gjenvinning eller opptaking av huset for vedlikehold eller reparasjon. De effluenter som produseres via strømnings- eller forbindelsesledningen 28 og stigerøret 32, separeres i en gass-væske-separatortank 33. Den separerte gass kan oppsplittes i en gasstrøm 34 for salg eller andre formål, og en annen gasstrøm 35 som ved hjelp av en gassløftings-kompressorstasjon 36 pumpes inn 1 gassinnsprøytingsledningen 22. Det vil innses at den på fig. 2 viste utførelse er særlig attraktiv dersom en gassløftingstek-nikk benyttes i en undervannsbrønn på et fjerntliggende sted. I dette tilfelle drives pumpemotoren 23 ved hjelp av innsprøy-tingsgassen, slik at ingen ytterligere effektoverføringsledning er nødvendig for å mate motoren. Væsketilbakekoplingssløyfen 27 sikrer en riktig drift av pumpen 25, mens gass-væske-separator-tanken 33 og gasskompressorstasjonen 36 kan være beliggende på en of f shore-plattf orm eller på land. På denne måte tilveiebringes et meget effektivt, omkostningseffektivt og pålitelig oljeproduk-sjonssystem.

Endelig vil det innses at væsketilbakekoplingssystemet ifølge oppfinnelsen er særlig attraktivt for anvendelse i et system for pumping av ustabiliserte brønneffluenter som omfatter et varierende gassinnhold, hvilket iblant kan overskride det maksimale gass/væske-forhold som pumpen kan tillate.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for styring av gass/væske-forholdet i en pumpe for pumping av flerfase-fluidumblandinger, hvilken fremgangsmåte omfatter de trinn å uttrekke en valgt mengde væske fra en strømningsledning som er beliggende nedstrøms av pumpen, og å mate den uttrukne væske tilbake til pumpens innløp via en tilbakekoplingsledning, KARAKTERISERT VED at den omfatter det ytterligere trinn å detektere gassinnholdet i væskeblandingen ved pumpeinnløpet, idet den uttrukne væske mates tilbake til pumpeinnløpet dersom det detekterte gassinnhold overskrider en forutbestemt verdi.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den pumpede fluidumblanding består av brønneffluenter som strømmer fra en oljeproduksjonsbrønn.

3. System for styring av gass/væske-forholdet i en pumpe (1; 25) for pumping av f lerf ase-f luidumblandinger, hvilket system omfatter et væske-ekstraksjonsapparat (8; 26) som er koplet til en strømningsledning (6; 28) som er beliggende nedstrøms av pumpen (1; 25), og en tilbakekoplingsledning (9) som er beliggende mellom ekstraksjonsapparatet (8; 26) og pumpen (1; 25) for å mate væske fra ekstraksjonsapparatet tilbake til pumpeinnløpet, KARAKTERISERT VED at det omfatter en anordning (12) for deteksjon av gassinnholdet i fluidumblandingen ved pumpens (1; 25) innløp, idet væsken mates tilbake til pumpeinnløpet dersom gassinnholdet som detekteres av deteksjonsanordningen (12), overskrider en forutbestemt verdi.

4. System ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at gassdetek-sjonsanordningen (12) styrer en strømreguleringsanordning (10) i tilbakekoplingsledningen (9).

5. System ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at strømregule-ringsanordningen (10) består av en ventil (29).

6. System ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at strømregule-ringsanordningen (10) består av en struper.

7. System ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at væskeekstraksjonsapparatet (8; 26) består av en beholder for lagring av en valgt væskemengde.

8. System ifølge krav 7, KARAKTERISERT VED at tilbakekoplingsledningen (9) er forbundet med beholderen på ét sted nær dennes bunn.

9. System ifølge krav 7, KARAKTERISERT VED at strømnings-ledningen (6; 28) er forbundet med beholderen på et sted nær dennes topp.