NO20110309A1 - Fremgangsmate og system for undervannsbehandling av flerfasebronnavlopsvannsportkanaler - Google Patents

Abstract

En fremgangsmåte og system er beskrevet for undervannsbehandling av flerfasebrønnavløp omfattende naturgass og væske fra en hydrokarbonholdig undervannsformasjon, idet systemet (1) omfatter: en fluidseparasjonsbeholder (6) som er Forbundet med en nedstrøms ende av en flerfasebrønnavløpstransportkanal (7); en væskenivåsendersammenstilling (21,22) for overvåkning av gass-væske-grensesnittet (23) i fluidseparasjonsbeholderen (6); en væskeanriket fluidtransportsstrømningsrør (14) forbundet ved eller nær bunnen (13) av fluidseparasjonsbeholderen (6) og en gassanriket fluidtransportsstrømningsrør (12) koplet til eller nær en topp (11) av fluidseparasjonsbeholderen (6); en pumpe (17) koplet til en elektrisk motor (18), og et hurtig reagerende, variabel hastighet, driftssystem som er koplet til væskenivåreguleringsinnretningen som justerer pumpe- og motorhastighetssettpunkter innen 2 sekunder for å opprettholde væskenivået i beholderen ved et forhåndsbestemt settpunkt.

Description

Bakgrunnsteknikk

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og et system for undervannsbehandling av flerfasebrønnavløp.

US-patent 7,210,530 beskriver et fluidleveringssystem omfattende en vertikalt rettet væske/dampseparator og en stigerørsammenstilling som omfatter et flerfaseseparatorinnløp, et damputløp og et stigerør, samt en væskeutløpsport/-munning forbundet med en hydraulisk drevet sentrifugalpumpe. Ved å regulere pumpens driftshastighet kan nivået av den separerte væsken i separatoren bli regulert uten behov for reguleringsventiler. Den vertikale separatoren kan driftes ved lavt trykk og med store variasjoner i regulert væskenivå inne i separatoren, hvilket tillater at pumpen med forholdsvis langsom reaksjonstid kan regulere væskenivået fra lavtrykksbrønner som penetrerer lavtrykksreservoarer.

Det er et behov i feltet for én eller flere av følgende;

En hydraulisk pumpe med en responstid på mindre enn ca 20 sekunder, eller mindre enn ca 16 sekunder;

En hydraulisk pumpe kombinert med en differensial-trykkonverter for å regulere strømningshastigheten av væskestrømmen gjennom væskestrømningsrøret; og/eller

Et undervannsbehandlingssystem uten behov for et lavnivåstengningssystem for å beskytte pumpen mot mekanisk skade dersom separatoren blir tømt.

Sammendrag av oppfinnelsen

I følge oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for undervannsbehandling av flerfasebrønnavløp produsert fra en hydrokarbonholdig undervannsformasjon, idet fremgangsmåten omfatter;

- å arrangere en fluidseparasjonsbeholder ved eller nær sjøbunnen; - å få flerfasebrønnavløpene til å strømme fra formasjonen, gjennom en brønn og en undervannstransportkanal for flerfasebrønnavløp, til fluidseparasjonsbeholderen; - å separere blandingen inne i fluidseparasjonsbeholderen til anrikede væske-og gassfluidfraksjoner; - å overføre den anrikede væske- og gassfluidfraksjonen til overflatebeliggende behandlingsfasiliteter for råolje/gass gjennom separate strømningsrør; - å øke trykket inne i strømningsrøret for å overføre den anrikede væskefluidfraksjonen ved en pumpe hvor pumpehastigheten er justert avhengig av variasjon i grenseflatenivået for gass/væske inne i separasjonsbeholderen; - hvor pumpen er drevet av en elektrisk motor der hastigheten er regulert ved et hurtigreagerende, variabel hastighet, driftsystem.

Kort beskrivelse av tegningene

FIG. 1 viser skjematisk et undervannsbehandlingssystem ifølge oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

En væskenivåssender måler væskenivået i separasjonsbeholderen og sender nivåsignalet til en reguleringsinnretning som justerer settpunktet for pumpehastigheten i et kaskadearrangement for å opprettholde væskenivået ved et forhåndsbestemt settpunkt. Nivåreguleringsinnretningen er justert for å gi ekstremt rask handling for å håndtere nivåforstyrrelser grunnet forandringer i væskemateraten slik at pumpehastighetens settpunkt er nesten umiddelbart justert for å reagere på forandringer av væskenivået. Imidlertid gir nivåreguleringsinnretningen også stabil pumpehastighet når væskemateraten er stabil.

Den hurtigreagerende, variable hastighetsdriftssystemet mottar dets hastighetssettpunkt fra nivåreguleringsinnretningen og øker eller minsker pumpehastigheten innen 2 sekunder, kun begrenset av fysiske egenskapene til det spesifikke variable driftssystemet. Denne hurtigreagerende nivåreguleringsinnretning muliggjør bruk av kompakte separasjonssystemer da væskens grensesnittnivå nå kan bli opprettholdt innen snevre grenser.

Det er også foretrukket at pumpen er en gasstolerant eller er en multifasepumpe for å sikre at tilfeldig separatordrenering eller gass-surge kan tolereres når alvorlige væskemateforstyrrelser inntreffer som kan kreve en raskere pumpehastighetsreaksjon enn hva som er fysisk mulig ved det variable hastighetsdriftssystemet.

Det er videre foretrukket at:

- strømningsrøret for overføring av gassanriket fluidfraksjon er forbundet ved eller nær toppen av separatorbeholderen og at strømningsrøret for overføring av den gassanrikede fluidfraksjonen er forbundet ved eller nær bunnen av gravitasjonsseparatorbeholderen, at strømningsrøret for overføring av gassanriket fluidfraksjon er utstyrt med en væskeoverstrømningsventil som lukkes dersom væske trenger inn i ventilen, - separasjonsbeholderen og væskeoverstrømningsventilen er arrangert i en separatormodul som er fjernbart montert på en pumpestasjonsbase ved havbunnen og - pumpen og den elektriske pumpemotoren er montert i en pumpemodul som er fjernbart montert på pumpestasjonsbasen.

Videre, et innløp av en fluidresirkuleringskanal kan forbindes med den væskeanrikede fluidtransportkanalen i en posisjon nedstrøms av pumpen, og et utløp av fluidresirkuleringskanalen er forbundet med flerfasebrønnavløpstransportkanalen, hvilken kanal er utstyrt med en ventil som åpnes under oppstart av pumpen og som deretter lukkes.

Ifølge oppfinnelsen er det videre tilveiebrakt et system for undervannsbehandling av flerfasebrønnavløp omfattende naturgass og væske fra en hydrokarbonholdig undervannsformasjon, idet systemet omfatter: - en fluidseparasjonsbeholder som er koplet til en nedstrømsende av en transportkanal for flerfasebrønnavløp; - en væskenivåsendersammenstilling for overvåking av gass-væske-grensesnittet i fluidseparasjonsbeholderen; - en væskenivåreguleringsinnretning som mottar signal fra nivåsenderen og genererer en pumpehastighetssettpunkt for å regulere væskenivået til et forhåndsbestemt settpunkt; - en væskeanriket fluidtransportstrømningskanal koplet ved eller nær bunnen av fluidseparasjonsbeholderen og en gassanriket fluidtransportstrømningskanal koplet ved eller nær toppen av fluidseparasjonsbeholderen; - en pumpe forbundet med en elektrisk motor; - et hurtigreagerende, variabel hastighet driftssystem som er forbundet med væskenivåreguleringsinnretningen som regulerer pumpene og motorhastigheten så raskt som er fysisk mulig, innen 2 sekunder, for å oppnå pumpehastighetssettpunktet fra nivåreguleringsinnretningen.

Disse og andre trekk, utførelser og fordeler av fremgangsmåten og systemet ifølge oppfinnelsen er beskrevet i de tilhørende krav, sammendrag og den følgende detaljerte beskrivelse av en foretrukket utførelse fremstilt i den tilhørende tegning, idet henvisingstall er benyttet som refererer til tilsvarende henvisningstall vist i tegningen.

Figur 1:

Fig. 1 illustrerer et undervannsbehandlingssystem 1 ifølge oppfinnelsen omfattende en separasjonsmodul/-enhet 2 og en pumpemodul/-enhet 3 som er montert fjernbart på en base 4, som igjen er montert på havbunnen 5.

Separasjonsenheten 2 omfatter en gass/væske separasjonsbeholder 6 som er forbundet med en flerfasebrønnavløpsstrømningskanal 7 som er koplet gjennom en manifold 8 til et par undervannsgassbrønner 9 og 10 som produserer en flerfaseblandingsstrøm av naturgass, vann, kondensater og alternativt råolje fra en undervannsgassreservoar (ikke vist). Gass/væske-separasjonsbeholderen 6 er tilveiebrakt med et øvre utløp 11 for utslipp av en gassanriket fluidfraksjon inn i en gasstransportkanal 12 og med et nedre utløp 13 for utslipp av en væskeanriket fluidfraksjon inn i en væsketransportkanal 14. Gass- og væsketransportskanalene 12 og 14 omfatter vertikale stigerørsseksjoner 12A, 14A som er hengt opp under en flytende plattform 15 som flyter på vannoverflaten 16.

For å øke væskeproduksjonen og redusere mottrykket av den hydrostatiske væskekolonnen i den væskefylte stigerørseksjonen 14A på separasjonsbeholderen 6 omfatter pumpeenheten 3 en gasstolerant vaeskepumpe 17 som er drevet ev en elektrisk motor 18 som igjen er drevet gjennom en elektrisk kabel 19 ved en elektrisk kraftkilde 20 ved plattformen 15.

Den elektriske motoren 18 er utstyrt med et hurtigreagerende, variabelt hastighet, driftsystem som er koplet, som indikert av streket linje 24, til en sammenstilling av to væskenivåsendere 21 og 22 og en nivåreguleringsinnretning som overvåker væskenivået 23 i separasjonsbeholderen 6. Nivåreguleringsinnretningen gir hastighetssettpunktet til det hurtigreagerende, variabelt hastighet, driftsystemet. Nivåregulingsinnretningen vil øke hastigheten på motoren og pumpesammenstillingen 17, 18 innen 1 til 2 sekunder dersom væskenivået øker over dens settpunkt 21, og nivåreguleringsinnretningen vil redusere hastigheten av motoren og pumpesammenstillingen 17,18 innen 1 til 2 sekunder dersom væskenivået 23 faller under den forhåndsbestemte væskenivåreguleringsinnretnings settpunkt 21.

For å hindre væske å strømme inn i gasstransportkanalen 12 i tilfelle av en væske-surge er en væskeoverstrømningsventil 25 arrangert i gasstransportkanalen 12 i nærheten av det øvre gassutløpet 11, idet ventilen stenger seg selv av automatisk dersom en væske-surge trenger inn i ventilen.

Ved oppstart av pumpen 17 blir minst en fraksjon av den utslipte væsken fra det nedre væskeutløpet 13 sirkulert tilbake til flerfasebrønnavløpsstrømningskanalen 7 gjennom en væskeresirkuleringskanal 26, hvilken er utstyrt med en ventil 27 som er åpnet under pumpens oppstartfase og som deretter blir gradvis lukket. Ventilen 27 kan omfatte en konvensjonell undervannsstrupeventil og en på-av ventil som ikke trenger å være hurtigreagerende da feil ved regulering av gjenvinningsstrømningsraten ikke vil ha en ugunstig effekt på flerfasepumpen 17.

Derfor er en fordel med undervannsbehandlingssystemet ifølge oppfinnelsen at ventilene 25 og 27 kan være enkle på-av ventiler, hvilke ikke trenger noen kompleks dynamisk regulering av ventilåpningene og at den elektriske motoren 18 er den eneste undervannskomponenten som er dynamisk regulert av et hurtigreagerende, variabel hastighet, driftsystem som mottar dens hastighetssettpunkt fra en nivåreguleringsinnretning.

Modulkonstruksjonen av systemet 1 tillater erstatning, inspeksjon og/eller reparasjon av den fjembare pumpen og separatormodulene 3 og 2 ved å frakople innstikkingsskjøtene 30 og undervannskratfkabelkoplingen 31, for så å løfte pumpen og/eller separatormodulen 3,2 til en farkost ved vannoverflaten 16 for erstatningsinspeksjon og/eller reparasjon.

Det skal forstås at behandlingssystemet 1 ifølge oppfinnelsen kan bli installert ved bunnen 5 av et hav, sjø, innsjø og/eller elv og at uttrykket "under vann" som brukt i spesifikasjonen og de følgende kravene skulle bli tolket i stor utstrekning slik at det omfatter alle disse alternativene..

Claims (14)

1. Fremgangsmåte for undervannsbehandling av flerfasebrønnavløp produsert fra en hydrokarbonholdig undervannsformasjon,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: - arrangere en fluidseparatorbeholder ved eller nær sjøbunnen; - bevirke flerfasebrønnavløpene til å strømme fra formasjonen, gjennom en brønn og en undervanns flerfasebrønnavløpstransportkanal, til fluidseparasjonsbeholderen; - separere blandingen i fluidseparasjonsbeholderen til gass- og væskeanrikede fluidfraksjoner; - overføre væske- og gassanriket fraksjon til råolje/gass-behandlingsfasiliteter gjennom separate strømningslinjer; - øke trykket i strømningslinjen for overføring av den væskeanrikede fluidfraksjonen ved en pumpe der pumpehastigheten er justert i samsvar med variasjon av gass-væske-grensesnittnivået i separasjonsbeholderen; - hvor pumpen er dreven av en elektrisk motor der hastigheten er regulert ved et hurtigreagerende, variabelt hastighet, driftssystem som er forbundet med en væskenivåreguleringsinnretning som overvåker væskenivået i separasjonsbeholderen og som øker pumpehastigheten innen 2 sekunder dersom væskenivået øker over et forhåndsbestemt væskenivåsettpunkt og minsker pumpehastigheten innen 2 sekunder om væskenivået faller under det forhåndsbestemte væskenivåsettpunktet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor den hurtigreagerende, variable hastighet, driftsystem øker eller minsker pumpehastigheten i et kaskadearrangement innen 1 til 2 sekunder dersom væskenivået er under det forhåndsbestemte minimumsnivået eller over det forhåndsbestemte maksimumsnivået.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor pumpen er en gasstolerant fierfasepumpe.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, hvor pumpen er en positiv fortrengningspumpe.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, hvor pumpen er en dobbel skruepumpe.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor fluidseparasjonsbeholderen er en gravitasjonsseparasjonsbeholder, og strømningsrøret for overføring av den gassanrikede fiuidfraksjonen er forbundet ved eller nær toppen av gravitasjonsseparasjonsbeholderen, og strømningsrøret for overføring av den væskeanrikede fiuidfraksjonen er forbundet ved eller nær bunnen av gravitasjonsseparasjonsbeholderen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor fluidseparasjonsbeholderen er en kompakt, eksempelvis syklon, separasjonsbeholder, og strømningsrøret for overføring av den gassanrikede fiuidfraksjonen er forbundet ved eller nær toppen av gravitasjonsseparasjonsbeholderen, og strømningsrøret for overføring av den væskeanrikede fiuidfraksjonen er forbundet ved eller nær bunnen av gravitasjonsseparasjonsbeholderen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6, hvor strømningsrøret for overføring av den gassanrikede fiuidfraksjonen er utstyrt med en væskeoverstrømningsventil som er lukket dersom væske trenger inn i ventilen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, hvor separasjonsbeholderen og væskeoverstrømningsventilen er arrangerte i en separasjonsmodul som er fjernbart montert på en pumpestasjonsbase ved havbunnen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor pumpen og den elektriske pumpemotoren er montert inne i en pumpemodul som er fjernbart montert på pumpestasjonsbasen.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor et innløp av en fluidresirkulasjonskanal er forbundet med den væskeanrikede fluidtransportskanalen ved en posisjon nedstrøms av pumpen, og et utløp av fluidresirkulasjonskanalen er forbundet med flerfasebrønnavløpstransportkanalen, hvilken kanal er utstyrt med en ventil som åpnes under oppstart av pumpen og som deretter lukkes.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor væskeoverstrømnings- og pumpegjenvinningsventilen er senreagerende ventiler som er konfigurerte til å bli manøvrert mellom en helt åpen til en helt lukket posisjon i løpet av et tidsintervall på typisk rundt 20 sekunder.

13. System for undervannsbehandling av flerfasebrønnavløp omfattende naturgass og væske fra en undervanns hydrokarbonholdig formasjon, idet systemet omfatter: - en fluidseparasjonsbeholder som er forbundet med en nedstrøms ende av en flerfasebrønnavløpstransportkanal; - en væskenivåsendersammenstilling for overvåkning av gass-væske-grensesnittet i fluidseparasjonsbeholderen; - et væskeanriket fluidtransportstrømningsrør forbundet ved eller nær bunnen av fluidseparasjonsbeholderen og et gassanriket fluidtransportstrømningsrør forbundet ved eller nær en topp av fluidseparasjonsbeholderen; - en pumpe forbundet med en elektrisk motor; - et hurtigreagerende, variabel hastighet, driftssystem som er forbundet med en væskenivåreguleringsinnretning som tilveiebringer pumpe- og motorhastighetssettpunkt i et kaskadearrangement for å regulere nivået til et forhåndsbestemt settpunkt, og som er konfigurert for å bringe pumpe- og motorhastigheten til den designerte hastighetssettpunktet innen 2 sekunder.

14. System ifølge krav 13, hvor det hurtigreagerende, variabel hastighet, driftsystemet er konfigurert for å øke og minske pumpe- og motorhastigheten i et kaskadearrangement innen 1 til 2 sekunder for å oppnå hastighetssettpunktet tilveiebrakt av nivåreguleringsinnretningen.