NO177509B - Mengdestyringsanordning med mengdemåler for væske - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en mengdestyringsanordning med mengdemåler for væske, særlig for kjemisk injeksjon i olje- og gassbrønner, omfattende et dobbeltvirkende, resiprokerende differensialstempel med en bistabil retningsventil for dirigering av medium til en av stempelets sider, og hvor anordningen består av en primærkrets for det medium som skal pumpes og en sekundær styrekrets.

Et anselig antall undervannsinnretninger og utstyr betjenes via kabler fra plattformen på overflaten. Disse s.k. navlestrengkablene (umbilicals) brukes til distribusjon og injeksjon av kjemikalier for oljeinstallasjoner. Navlestrengkablene går fra pumpesystemer som er anordnet på plattformen og ut til de enkelte oljebrønner, som kan ligge ca. 10-15 km fra selve plattformen. Det anvendes flere forskjellige typer kjemikalier, som krever separate strenger mellom plattformen og oljebrøn-nene. Disse utsettes for store påkjenninger både under legging og drift, og vil selv med relativt få olje- og gassbrønner kreve et stort antall kabler og dermed medføre store kostnader. Det er ikke uvanlig med opptil seks ulike kjemikalier som hver krever sin separate navlestrengkabel.

Et eksempel på slike stempelpumper er beskrevet i GB 1 221 136 og omfatter en primærkrets og en sekundærkrets, hvor sekundærkretsen driver stempelpumpen.

Det har hittil ikke vært anordnet slike pumpesystemer i nærheten av brønnene for å oppnå jevnere tilførsel av fluid spesielt ved små mengder.

Et ønske ved slike pumpesystemer er at de skal kunne redusere kostnadene ved legging og drift av navlestrengkabler og oppnå bedre kontroll med det injiserte volum av kjemikalie samt redusere vekten av plattforminstallert utstyr. Et videre ønske er som tidligere nevnt å kunne pumpe relativt små mengder kjemikalie.

En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en pumpeinnretning for distribusjon og injeksjon av kjemikalier for oljeinstallasjoner, hvor de ovennevnte ulemper unngås. Det er således en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en pumpeinnretning som drives av det medium som skal pumpes, og som reduserer antall navlestrengkabler mellom plattformen og brønnene, samt oppnår bedre kontroll med injisert volum av kjemikalie slik at svært små mengder kjemikalie kan injiseres.

Disse hensikter oppnås ved en pumpeinnretning av den innled-ningsvis nevnte art, som er kjennetegnet ved de trekk og fordeler som er angitt i de vedlagte krav.

Pumpeinnretningen ifølge oppfinnelsen er en dobbeltvirkende, resiprokerende differensialpumpe, som blir drevet av det injiserte medium. En mekanisk overføring fra stempler opererer en bistabil lekkasjefri 4/2 retningsventil, av f.eks. "shear seal" type. En sekundær, lukket hydraulisk krets har i sammenligning med stemplets primærside, øket volum og redusert trykk, og fungerer som kontrolIkrets. Ved hjelp av denne sekundærkretsen kontrolleres injisert mengde og det foretas en måling av denne. Det foregår således ingen struping av de injiserte kjemikalier gjennom trange dyser og som ofte vil være utsatt for tilstopping eller erosjon. Den nødvendige strupingen skjer indirekte i sekundærkretsen der trykket er redusert og væskestrømmen øket. Tilstopping eller erosjon av små dyser vil dermed unngås.

Ved oppfinnelsen er det med enkle midler oppnådd en utforming av en dobbeltvirkende, resiprokerende differensialstempelpumpe, som muliggjør en betydelig reduksjon i antall strenger i navlestrengkabler, idet pumpeinnretningen er anordnet i nærheten av oljebrønnene og drives av det medium som skal pumpes. Dette muliggjør blant annet enklere og sikrere drift av kjemisk injeksjonsutstyr plassert på plattformen, mindre forbruk av kjemikalier, og ikke minst bedre kontroll med injisert volum av kjemikalie.

Utformingen i henhold til oppfinnelsen gir også redusert vekt av plattforminnstallert utstyr, noe som er av stor betydning i forbindelse med olje- og gassinstallasjoner. Ved utformingen i henhold til oppfinnelsen er det også oppnådd en betydelig driftsikker innretning, idet pumpen anvender en lukket krets for styring av medium og elektrisk kraft anvendes bare for endring av fluidmengde, slik at pumpen ved kraftbortfall vil fortsette å fungere, men da med siste innstilte mengde.

Oppfinnelsens prinsipp består kort sagt i at deler av pumpeinnretningen er flyttet nærmere oljebrønnene slik at man både oppnår redusert vekt av plattforminstallert utstyr og redusert antall navlestrengkabler mellom plattform og brønn, samt at det kan pumpes relativt små mengder fluid, f.eks. helt ned til 0.5 l/h.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere ved hjelp av et utførelseseksempel som er fremstilt på tegningen, som viser i et rent skjematisk snittriss prinsippet for utformingen av oppfinnelsen.

Som det fremgår av figuren består pumpeinnretningen av en primærkrets 13 og en sekundærkrets 14. Pumpen er generelt betegnet med 1, mens differensialstemplene med forbindelses-stang og den bistabile retningsventil er henholdsvis betegnet med 2 og 3. På differensialstemplene er det videre anordnet tapper 15 for styring av en sleide 4 som igjen påvirker retningsventilen 3. Posisjonen til sleiden 4 angis av ende-posisjonsindikatorene 8.

Sekundærkretsen 14 er en lukket krets som omfatter en juster-bar strupeventil 5, en mengdemåler 6 og et ekspansjonskammer 7. Sekundærkretsen er fylt med f.eks. silikonolje eller lignende væske med høy viskositet og renhetsgrad for å hindre tilstopping og driftsforstyrrelser.

Kjemikalier som skal injiseres pumpes fra en overflateplassert pumpestasjon til en undervannsplassert pumpeenhet gjennom en ledning 9. Tilførte kjemikalier har et trykk som er 50-100 bar høyere enn trykket i injiseringspunktet. Dette trykket vil opptre i en ledning 10. Den bistabile 4/2 retningsventil 3, dirigerer kjemikalier til siden A som slik tegningen angir, driver pumpen. Kjemikalie fra siden B blir presset ut av sylinderen når stempelet på grunn av trykkforskjellen på 50-100 bar beveger seg fra A mot B. Rørledningen 9 og 10 er utstyrt med tilbakeslagsventiler slik at væske ikke risikerer å bli presset tilbake dersom drivtrykket skulle falle bort. Stemplet 2 beveger, ved avslutningen av hvert pumpeslag, sleiden 4 som flytter denne i den bistabile retningsventilen 3. Ventilen 3 er bistabil for at pumpen skal komme over vendepunktet.

Stempelets 2 hastighet og dermed injisert kjemikaliemengde reguleres ved hjelp av strupeventilen 5 i pumpens sekundærkrets 14. Væsken i sekundærkretsen 14 drives frem og tilbake mellom kammer 11 og 12. På grunn av differensialstempelet 2 får sekundærkretsen 14 redusert trykk og større volum enn primærkretsen 13. Dette gir gode muligheter for å kontrollere mengden av væske som strømmer, samtidig reduseres belastningen på komponentene. Måleren for væskemengde 6 som var anordnet i sekundærkretsen 14, kalibreres til å måle væskemengde i primærkretsen 13. Ekspansjonskammeret 7 sørger for å oppta volumendringer som et resultat av temperaturendringer, samt å etterfylle sekundærkretsen 14 ved eventuelle mindre lekkasjer. Sekundærkretsen 14 har et moderat overtrykk i forhold til omgivelsene.

Claims (6)

1. Mengdestyringsanordning med mengdemåler for væske, særlig for kjemisk injeksjon i olje- og gassbrønner, omfattende et dobbeltvirkende, resiprokerende differensialstempel med en bistabil retningsventil (3) for dirigering av medium til en av stempelets sider, og hvor anordningen består av en primærkrets (13) for det medium som skal pumpes og en sekundær styrekrets (14) , karakterisert ved at differensialstempelet drives av det medium som skal pumpes.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den sekundære styrekrets (14) er lukket, at stempelets (2) hastighet og dermed injisert kjemikaliemengde styres ved hjelp av en regulerbar strupeventil (5) i anordningens sekundærkrets (14), at sekundærkretsen (14) har et lavere trykk og større volum enn primærkretsen (13), og at det på motstående sider av stemplene er anordnet tapper (15), som ved avslutningen av hvert pumpeslag beveger en sleide (4), som flytter denne i den positivt bistabile retningsventil (3).

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at sekundærkretsen (14) har et ekspansjonskammer (7) for volumendringer som følge av temperaturendringer.

4. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at sekundærkretsen (14) har et overtrykk i forhold til omgivelsene.

5. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at sekundærkretsen (14) har en dobbeltvirkende måler (6) for væskemengde for måling og styring av væskemengden i primærkretsen (13).

6. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den kan pumpe mengder helt ned til 0,5 l/h.