NO20141349A1

NO20141349A1 - Multiphase fluid separation and pressure boosting system

Info

Publication number: NO20141349A1
Application number: NO20141349A
Authority: NO
Inventors: Giacomo Landi; John Daniel Friedemann
Original assignee: Vetco Gray Scandinavia As
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2016-05-11
Also published as: WO2016075018A1; NO338639B1

Abstract

Et undersjøisk trykkøkingssystem for flerfase brønnfluid, idet trykkøkingssystemet omfatter en dynamisk separator (12) og en trykkøkingsenhet (39, 41) koblet i aksiell rekke, idet trykkøkingsenheten er koblet til separatoren via et stasjonært flerfase overgangselement (13) innrettet for å føre en separert fluidfase (O; G) i kontinuerlig aksiell strømning fra separatoren til trykkøkingsenheten.A subsea pressure boost system for multiphase well fluid, the pressure increase system comprising a dynamic separator (12) and a pressure increase unit (39, 41) coupled in axial order, the pressure increase unit being connected to the separator via a stationary multiphase transition element (13) arranged to conduct a separated fluid phase (O; G) in continuous axial flow from the separator to the pressure increase unit.

Description

Separerings- og trykkøkingssystem for flerfasefluid Separation and pressure boosting system for multiphase fluid

Oppfinnelsens område Field of the invention

Foreliggende oppfinnelse vedrører et system som er innrettet for å øke trykket i et flerfasefluid. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen et system som er innrettet for å øke trykket i væske- og gassfasene som blir separert ut fra et flerfasefluid i prosessen med utvinning, behandling og transport av hydrokarbonfluid fra en undersjøisk brønn. The present invention relates to a system which is designed to increase the pressure in a multiphase fluid. More specifically, the invention relates to a system which is designed to increase the pressure in the liquid and gas phases which are separated from a multiphase fluid in the process of extraction, treatment and transport of hydrocarbon fluid from an underwater well.

Bakgrunn for oppfinnelsen og tidligere kjent teknikk Overføring av olje og gass fra en undersjøisk brønn til en mottaker på overflaten innebærer drift av pumper og kompressorer for å drive fluidet gjennom rørledninger som ofte kan være lang og gjennom lange stigerør fra havbunnen og opp til overflaten. Gasskompressorer, inkludert våttolerante eller våtgasskompressorer, kan håndtere væske bare i begrenset grad. Pumper på den annen side kan håndtere større volumer av gass i fluidet. Kapasiteten hos en flerfase fluidpumpe blir imidlertid betydelig redusert ved høyere gassvolumfraksjoner, på grunn av faseseparasjonseffekter. Bruk av separatorer i undersjøiske trykkøkingsstasjoner tillater at driften av pumper og kompressorer kan optimaliseres, slik at de arbeider nærmere det beste effektivitetspunkt. Background to the invention and prior art Transfer of oil and gas from an underwater well to a receiver on the surface involves the operation of pumps and compressors to drive the fluid through pipelines which can often be long and through long risers from the seabed up to the surface. Gas compressors, including wet tolerant or wet gas compressors, can handle liquids only to a limited extent. Pumps, on the other hand, can handle larger volumes of gas in the fluid. However, the capacity of a multiphase fluid pump is significantly reduced at higher gas volume fractions, due to phase separation effects. The use of separators in subsea booster stations allows the operation of pumps and compressors to be optimized, so that they work closer to the best efficiency point.

Separatorer brukt ved undersjøisk trykkøking kan inndeles i passive og aktive eller dynamiske separatorer. Den passive separatoren utnytter typisk tyngdekraften til å få den tyngre fraksjonen til å samle seg i et bunnområde i separatoren. Den dynamiske separatoren blir operert for å generere rotasjon i fluidet slik at den tyngre fraksjonen tvinges til å samle seg i et periferiområde i separatoren, som følge av sentrifugalkraft eller syklonvirkning. Separators used in subsea pressurization can be divided into passive and active or dynamic separators. The passive separator typically uses gravity to cause the heavier fraction to collect in a bottom area of the separator. The dynamic separator is operated to generate rotation in the fluid so that the heavier fraction is forced to collect in a peripheral area of the separator, as a result of centrifugal force or cyclone action.

I betraktning av at det kan være påkrevd med særskilte separatorer for å separere væsker/faststoffer, gass/væske og væske/væske f.eks., er det lett å innse at en undersjøisk trykkøkingsstasjon kan bli en relativt kompleks installasjon, inkludert separator (er), pumpe, kompressor, manifolder, rørkoblingsbroer/røropplegg og ventiler, som samlet danner et betydelig fotavtrykk på havbunnen. Considering that special separators may be required to separate liquids/solids, gas/liquid and liquid/liquid for example, it is easy to realize that a subsea pressure boosting station can become a relatively complex installation, including separator (is ), pump, compressor, manifolds, pipe connecting bridges/pipework and valves, which together form a significant footprint on the seabed.

Sammenfatning av oppfinnelsen Summary of the Invention

Det er et hovedmål med foreliggende oppfinnelse å skaffe et undersjøisk trykkøkingssystem av en mindre kompleks natur og som krever mindre plass og areal for installasjon. It is a main aim of the present invention to provide a subsea pressure boosting system of a less complex nature and which requires less space and area for installation.

Det er et mål med foreliggende oppfinnelse å skaffe et kompakt trykkøkingssystem som reduserer og forenkler utformingen av en undersjøisk trykkøkingsstasjon. It is an aim of the present invention to provide a compact pressure boosting system which reduces and simplifies the design of a submarine pressure boosting station.

Det er et annet mål med foreliggende oppfinnelse å skaffe et fleksibelt trykkøkingssystem ved å integrere komponenter for generering av kraft og strømning. It is another object of the present invention to provide a flexible pressure boosting system by integrating components for generating power and flow.

Det er enda et annet mål med foreliggende oppfinnelse å skaffe et undersjøisk trykkøkingssystem som lett lar seg utvide eller nedskalere ved å modularisere komponenter for separering og trykkøking. It is yet another object of the present invention to provide a subsea pressurization system that can be easily expanded or scaled down by modularizing separation and pressurization components.

I henhold til oppfinnelsen blir, kort sagt, minst ett av disse målene oppnådd i et undersjøisk trykkøkingssystem for flerfase brønnfluid, der trykkøkingssystemet omfatter en dynamisk separator og en trykkøkingsenhet koblet langs samme akse, idet trykkøkingsenheten blir koblet til separatoren via et stasjonært, flerfase overgangselement som er innrettet for å føre en separert fluidfase i kontinuerlig aksiell strømning fra separatoren til trykkøkingsenheten. According to the invention, in short, at least one of these objectives is achieved in a subsea pressure boosting system for multiphase well fluid, where the pressure boosting system comprises a dynamic separator and a pressure boosting unit connected along the same axis, the pressure boosting unit being connected to the separator via a stationary, multiphase transition element which is arranged to convey a separated fluid phase in continuous axial flow from the separator to the pressure boosting unit.

Én fordelaktig utførelse omfatter en dynamisk separator koblet aksielt til en helico-aksial pumpe og en våtgasskompressor via sammenkoblede stasjonære overgangselementer som tillater kontinuerlig aksiell strømning av en separert, lettere fluidfase gjennom alle sammenkoblede enheter. One advantageous embodiment comprises a dynamic separator axially coupled to a helico-axial pump and a wet gas compressor via coupled stationary transition elements which allow continuous axial flow of a separated, lighter fluid phase through all coupled units.

Integrering av en kraft- og strømningsmodul for å drive enhetene i systemet, sikrer at systemet blir kompakt. Integrating a power and flow module to drive the devices in the system ensures that the system will be compact.

Utførelser av det undersjøiske trykkøkingssystemet omfatter separator- og trykkøkingsenheter der minst én av disse omfatter en motor som er integrert i en kraft- og strømningsmodul. Embodiments of the subsea pressure boosting system comprise separator and pressure boosting units where at least one of these comprises a motor which is integrated into a power and flow module.

Kraft- og strømningsmodulen kan være integrert i trykkøkingsenheter slik som en trykkøkingspumpe eller en våttolerant gasskompressor. The power and flow module can be integrated into pressure boosting devices such as a pressure boosting pump or a wet tolerant gas compressor.

Nærmere bestemt er kraft- og strømningsmodulen en elektrisk drevet maskin som kan være realisert i forskjellige utførelser. Felles for alle utførelser er en integrert permanentmagnetmotor (PM), der permanentmagneter er montert i omkretsen av en rotor, mens elektromagneter og statorviklinger er montert på en stasjonær kapsling som omgir rotoren. More precisely, the power and flow module is an electrically driven machine that can be realized in different designs. Common to all versions is an integrated permanent magnet motor (PM), where permanent magnets are mounted around the circumference of a rotor, while electromagnets and stator windings are mounted on a stationary enclosure that surrounds the rotor.

Utførelser av oppfinnelsen omfatter en kraft- og strømningsmodul idet rotoren er utformet med radielle blad eller skovler som er festet til en sentral rotoraksel som er opplagret for rotasjon. Andre utførelser omfatter en rotor med skovler som er opplagret for rotasjon utenpå en stasjonær aksel. Embodiments of the invention include a power and flow module in that the rotor is designed with radial blades or vanes which are attached to a central rotor shaft which is stored for rotation. Other designs include a rotor with vanes that are mounted for rotation on a stationary shaft.

Rotoren er konstruert for å forflytte fluid aksielt gjennom kraft- og strømningsmodulen. Utførelser av oppfinnelsen omfatter en kraft- og strømningsmodul idet rotorskovlene har en stigningsvinkel (pitch angle) mot strømningsretningen og anvendes til å generere en i hovedsak aksiell strømning, uten noen betydelig radiell komponent, gjennom prosesseringsenheten. Andre utførelser omfatter en rotor konstruert til å tilføre en betydelig radiell komponent til strømningen gjennom prosesseringsenheten. The rotor is designed to move fluid axially through the power and flow module. Embodiments of the invention include a power and flow module in that the rotor blades have a pitch angle against the direction of flow and are used to generate an essentially axial flow, without any significant radial component, through the processing unit. Other embodiments include a rotor designed to add a significant radial component to the flow through the processing unit.

I én utførelse av det undersjøiske trykkøkingssystemet omfatter separatoren kraft- og strømningsmodulen drivmessig koblet til en skrue eller et skovlhjul som sørger for separering av fluidfaser ved hjelp av sentrifugalvirkning eller syklonvirkning. In one embodiment of the subsea pressurization system, the separator comprises the power and flow module drive-wise connected to a screw or a paddle wheel which provides for the separation of fluid phases by means of centrifugal action or cyclone action.

I en annen utførelse omfatter separatoren kraft- og strømningsmodulen integrert med en sylindrisk trommel som er utformet innvendig med vinger som tilfører en roterende bevegelse til strømningen gjennom trommelen. In another embodiment, the separator comprises the power and flow module integrated with a cylindrical drum which is internally designed with vanes which impart a rotary motion to the flow through the drum.

I enda en annen utførelse av separatoren danner kraft- og strømningsmodulen, som følge av en sammensatt kurvatur i de radielle skovlene, den rotasjonsbevegelsen i strømningen som kreves for å oppnå separering av fluidfaser ved sentrifugalvirkning. In yet another embodiment of the separator, the force and flow module forms, as a result of a compound curvature in the radial vanes, the rotational movement in the flow required to achieve the separation of fluid phases by centrifugal action.

I alle tilfellene kan prosesseringsenheten, når den virker som en separator, være innrettet for sideveis/radielt utløp av en tyngre fluidfase som blir ført fra den aksielle strømmen, mens en lettere fluidfase passerer gjennom prosesseringsenheten i aksiell retning. In all cases, the processing unit, when acting as a separator, can be arranged for lateral/radial discharge of a heavier fluid phase carried from the axial flow, while a lighter fluid phase passes through the processing unit in the axial direction.

Føring av de separerte fluidfasene fra og mellom enhetene kan oppnås ved hjelp av et stasjonært overgangselement som har interne passasjer samt oppstrøms og nedstrøms grensesnitt som passer sammen med de tilkoblede enhetene. Overgangselementet har typisk et oppstrøms grensesnitt som omfatter en ytre ringformet inngang for den tyngre fluidfasen og en sentral inngang, ringformet eller sirkulær, for den lettere fluidfasen radielt innenfor et ytre ringvolum. Grensesnittet nedstrøms har enten en ringformet utgang for tungfase fluid eller en sentral utgang for fluid av lettere fase. Passage of the separated fluid phases from and between the units can be achieved by means of a stationary transition element having internal passages as well as upstream and downstream interfaces that mate with the connected units. The transition element typically has an upstream interface comprising an outer annular inlet for the heavier fluid phase and a central inlet, annular or circular, for the lighter fluid phase radially within an outer annular volume. The downstream interface has either an annular outlet for heavy phase fluid or a central outlet for lighter phase fluid.

Kraft- og strømningsmodulen kan anvendes i en trykkøkingspumpe eller kompressor. I utførelser av trykkøkingssystemet blir kraft- og strømningsmodulen mangedoblet og danner en pakke med aksielt stablede PM-motorer og rotorer som blir operert for akselerering og komprimering av strømningen gjennom trykkøkingspumpe eller kompressor. Hver kraft- og strømningsmodul i den stablede konfigurasjonen kan drives separat og styres individuelt via dedikerte frekvensomformere (variable speed drives VSD), ett for hvert motortrinn/rotor. The power and flow module can be used in a pressure boosting pump or compressor. In booster system embodiments, the power and flow module is multiplied to form a package of axially stacked PM motors and rotors that are operated to accelerate and compress the flow through the booster pump or compressor. Each power and flow module in the stacked configuration can be driven separately and controlled individually via dedicated variable speed drives (VSDs), one for each motor stage/rotor.

Ytterligere fordeler samt fordelaktige særtrekk ved det undersjøiske trykkøkingssystemet i foreliggende oppfinnelse vil fremgå av følgende beskrivelse og de avhengige patentkravene. Further advantages as well as advantageous features of the underwater pressure boosting system in the present invention will be apparent from the following description and the dependent patent claims.

Kort beskrivelse av tegningsfigurene Brief description of the drawing figures

Ytterligere detaljer ved oppfinnelsen vil fremgå og bli forklart nedenfor med henvisning til de vedlagte skjematiske tegningene som illustrerer utførelser av oppfinnelsen. Tegningsfigurene viser følgende: Figur 1 er et lengdesnitt gjennom et sett med kraft- og strømningsmoduler som er tilpasset for innlemmelse i et undersjøisk trykkøkingssystem i henhold til foreliggende oppfinnelse, Figur 2 viser et tilsvarende lengdesnitt som illustrerer kraft- og strømningsmodulen brukt i en sentrifugalseparator, Figur 3 er et tilsvarende lengdesnitt som illustrerer kraft-og strømningsmodulen brukt i en trykkøkingspumpe, Figur 4 viser et tilsvarende lengdesnitt som illustrerer kraft- og strømningsmodulen brukt i en våtgasskompressor, Figurene 5a-5c illustrerer kraft- og strømningsmodulen anvendt i alternativt konfigurerte separatorer, Figur 6 er et lengdesnitt gjennom et integrert og kompakt trykkøkingssystem i henhold til foreliggende oppfinnelse, og Figur 7 er en skisse tilsvarende figur 6, som viser en alternativ utførelse av trykkøkingssystemet. Further details of the invention will appear and will be explained below with reference to the attached schematic drawings which illustrate embodiments of the invention. The drawing figures show the following: Figure 1 is a longitudinal section through a set of power and flow modules adapted for incorporation into a subsea pressure boosting system according to the present invention, Figure 2 shows a corresponding longitudinal section illustrating the power and flow module used in a centrifugal separator, Figure 3 is a corresponding longitudinal section illustrating the power and flow module used in a pressure boosting pump, Figure 4 shows a corresponding longitudinal section illustrating the power and flow module used in a wet gas compressor, Figures 5a-5c illustrate the power and flow module used in alternatively configured separators, Figure 6 is a longitudinal section through an integrated and compact pressure boosting system according to the present invention, and Figure 7 is a sketch corresponding to Figure 6, which shows an alternative embodiment of the pressure boosting system.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser Med henvisning til figur 1 er et sett av kraft- og strømningsmoduler 1 vist i lengdesnitt. Hver kraft- og strømningsmodul 1 omfatter en rotor 2 som er opplagret for rotasjon på en rotoraksel 3. Rotorene 2 kan være individuelt opplagret i radielle/aksielle lagre 4 utenpå en stasjonær rotoraksel og kan rotere om denne, uavhengig av andre rotorer i et sett med kraft- og strømningsmoduler. Disse lagrene 4 kan være av en type som får smøring fra prosessfluidet. Detailed description of preferred embodiments With reference to Figure 1, a set of power and flow modules 1 is shown in longitudinal section. Each power and flow module 1 comprises a rotor 2 which is supported for rotation on a rotor shaft 3. The rotors 2 can be individually supported in radial/axial bearings 4 outside a stationary rotor shaft and can rotate about this, independently of other rotors in a set of power and flow modules. These bearings 4 can be of a type that receives lubrication from the process fluid.

Rotorene kan alternativt være ikke-roterbart festet til en felles rotoraksel som er opplagret for å rotere i lagre som er innrettet i et lagerhus (ikke vist). Alternatively, the rotors may be non-rotatably attached to a common rotor shaft which is supported for rotation in bearings arranged in a bearing housing (not shown).

Hver av rotorene 2 omfatter et sett rotorblader eller rotorskovler 5 som rager i hovedsak radielt ut fra en rotorsenterakse C. I det minste noen av rotorskovlene 5 har en permanentmagnet 6 i den ytre, perifere enden av rotorskovlen. Permanentmagnetene 6 kan være integrert i et ringelement 7 som er forbundet med rotorskovlene i rotoromkretsen 8. Each of the rotors 2 comprises a set of rotor blades or rotor blades 5 which project essentially radially from a rotor center axis C. At least some of the rotor blades 5 have a permanent magnet 6 at the outer, peripheral end of the rotor blade. The permanent magnets 6 can be integrated into a ring element 7 which is connected to the rotor blades in the rotor area 8.

Rotoren 2 er omgitt av en kapsling 9 som har tilkoblings-midler, slik som flenser 10, for kobling til nærliggende kraft- og strømningsmoduler 1. Tetninger, ikke vist på tegningsfigurene, kan være innrettet etter behov i de møtende grensesnittene mellom kapslinger for sammenkoblede kraft- og strømningsmoduler. Montert i kapsling 9 er et sett med elektromagneter med tilhørende statorviklinger, på tegningene generelt merket med referansenummer 11. Elektromagnetene 11 danner en ytre ring rundt den indre ringen med permanentmagneter. Kapslingen 9 kan ha form av en sylinder. The rotor 2 is surrounded by an enclosure 9 which has connection means, such as flanges 10, for connection to nearby power and flow modules 1. Seals, not shown in the drawings, may be arranged as required in the meeting interfaces between enclosures for interconnected power - and flow modules. Mounted in housing 9 is a set of electromagnets with associated stator windings, in the drawings generally marked with reference number 11. The electromagnets 11 form an outer ring around the inner ring of permanent magnets. The enclosure 9 may have the shape of a cylinder.

Rotoren 2 blir på denne måten satt i rotasjon ved at permanentmagnetene beveger seg i det magnetiske feltet som blir generert når det sendes strøm gjennom statorviklingene for å aktivere elektromagnetene. The rotor 2 is thus set in rotation by the permanent magnets moving in the magnetic field which is generated when current is sent through the stator windings to activate the electromagnets.

Under rotasjon vil kraft- og strømningsmodulen 1 danne i hovedsak en aksiell strømning gjennom en ringformet strømningspassasje som er definert av rotoren eller rotorene i kraft- og strømningsmodulen eller settet av kraft- og strømningsmoduler. Rotorskovlene 5 er konstruert med en angrepsvinkel eller stigningsvinkel mot strømmen F og i forhold til senteraksen C. I et sett av kraft- og strømningsmoduler kan minst én av rotorene ha skovler med annen stigningsvinkel enn de andre rotorene i settet. Stigningsvinklene kan øke eller minske gradvis fra første til siste rotor i settet, for på denne måten å endre strømning og/eller trykk i fluidet. During rotation, the power and flow module 1 will form essentially an axial flow through an annular flow passage defined by the rotor or rotors in the power and flow module or set of power and flow modules. The rotor blades 5 are designed with an angle of attack or pitch angle to the flow F and in relation to the center axis C. In a set of power and flow modules, at least one of the rotors can have blades with a different pitch angle than the other rotors in the set. The pitch angles can increase or decrease gradually from the first to the last rotor in the set, in order to change the flow and/or pressure in the fluid in this way.

For ytterligere å behovstilpasse driften kan hver kraft- og strømningsmodul 1 i et sett av kraft- og strømningsmoduler ha sin individuelle kraftforsyning og styring via dedikerte frekvensomformere (VSD), som illustrert ved VSD-boksene på figur 1. To further adapt the operation to needs, each power and flow module 1 in a set of power and flow modules can have its individual power supply and control via dedicated frequency converters (VSD), as illustrated by the VSD boxes in figure 1.

Dersom det passer, kan kraft- og strømningsmodulen eller sett av kraft- og strømningsmoduler være innrettet til å omfatte kontraroterende rotorer, slik at hver rotor som roterer medurs følger på en rotor som roterer moturs. If appropriate, the power and flow module or set of power and flow modules may be arranged to include counter-rotating rotors, so that each rotor rotating clockwise follows a rotor rotating counter-clockwise.

Likedan, om det passer, kan hver kraft- og strømningsmodul være innrettet til å følge direkte på en foregående modul uten mellomliggende statorskovler mellom rotorskovlene til påfølgende kraft- og strømningsmoduler. Likewise, if appropriate, each power and flow module may be arranged to directly follow a preceding module without intervening stator blades between the rotor blades of subsequent power and flow modules.

Utførelser av kraft- og strømningsmodulen 1 kan modifiseres til å tilføre en radiell komponent i strømmen. For dette formålet kan modifiserte rotorskovler (se rotorskovlene 5' på figur 2) utformes med angrepsvinkel eller kurvatur radielt sett, idet rotorskovlene er krummet bakover i forhold til rotorens rotasjonsretning. I et sett av kraft- og strømningsmoduler kan noen av rotorene være konstruert til å generere i hovedsak aksiell strømning, mens andre rotorer er konstruert til å generere rotasjon i strømmen slik at strømmen blir utsatt for sentrifugalkraft og syklonvirkning. Embodiments of the force and flow module 1 can be modified to add a radial component to the flow. For this purpose, modified rotor blades (see the rotor blades 5' in Figure 2) can be designed with an angle of attack or curvature seen radially, the rotor blades being curved backwards in relation to the rotor's direction of rotation. In a set of power and flow modules, some of the rotors may be designed to generate essentially axial flow, while other rotors are designed to generate rotation in the flow so that the flow is subjected to centrifugal force and cyclonic action.

Figur 2 illustrerer kraft- og strømningsmodulen 1 implementert i en trykkøkingssystemenhet som virker som en separator 12. Merk at selv om tegningen på figur 2 kun viser to kraft- og strømningsmoduler, kan det virkelige antallet av kraft- og strømningsmoduler 1 være kun én, eller mangfoldige, som er tilpasset driftskravene. For eksempel kan separatoren 12 omfatte en oppstrøms gruppe med kraft- og strømningsmoduler konfigurert for generering av aksiell strømnings, mens en påfølgende og nedstrøms gruppe med kraft- og strømningsmoduler kan være konfigurert for å tilføre strømmen en roterende bevegelse ved hjelp av radielt kurvede eller dobbeltkurvede rotorskovler 5'. Figure 2 illustrates the power and flow module 1 implemented in a pressurization system unit acting as a separator 12. Note that although the drawing of Figure 2 shows only two power and flow modules, the actual number of power and flow modules 1 may be only one, or diverse, which are adapted to the operational requirements. For example, the separator 12 may comprise an upstream group of force and flow modules configured to generate axial flow, while a downstream group of force and flow modules may be configured to impart a rotary motion to the flow by means of radially curved or double-curved rotor blades 5'.

I separatoren 12 forårsaker den roterende bevegelsen som blir tilført strømmen at fluidfasene blir separert som følge av syklonvirkning når den tyngre fluidfasen blir drevet av sentrifugalkraften til å samle seg i et perifert område av den ringformede passasjen gjennom kraft- og strømningsmodulene. In the separator 12, the rotary motion imparted to the flow causes the fluid phases to be separated by cyclonic action as the heavier fluid phase is driven by the centrifugal force to accumulate in a peripheral area of the annular passage through the force and flow modules.

Et stasjonært overgangselement 13, koblet til nedstrøms ende av separatoren, sørger for passasjer 14 og 15 for å føre den tyngre fluidfasen 0 til et radielt eller sideveis utløp, samt for passasjer 16 og 17 for å dirigere den lettere fluidfasen G til et aksielt, sentralt utløp. I det oppstrøms grensesnittet har overgangselementet 13 en ringformet ytre inngang 18 for den tyngre fasen og en ringformet indre inngang 19 for den lettere fluidfasen. Inngangene 18 og 19 kan være skilt oppstrøms av en sylindrisk skillering 20. Et rørpasstykke 21 uten bevegelige deler kan være plassert mellom kraft- og strømningsmodulene 1 og overgangselementet 13, dersom det passer. A stationary transition element 13, connected to the downstream end of the separator, provides for passages 14 and 15 to lead the heavier fluid phase 0 to a radial or lateral outlet, and for passages 16 and 17 to direct the lighter fluid phase G to an axial, central expiration. In the upstream interface, the transition element 13 has an annular outer inlet 18 for the heavier phase and an annular inner inlet 19 for the lighter fluid phase. The inlets 18 and 19 can be separated upstream by a cylindrical partition 20. A pipe fitting 21 without moving parts can be placed between the power and flow modules 1 and the transition element 13, if suitable.

Kraft- og strømningsmodulen 1 kan være implementert i separatorenheter i andre og alternative konfigurasjoner. Med henvisning til figur 5a er det her illustrert en trykkøkingssystemenhet som virker som en separator 12', som omfatter en sylindrisk trommel 22 som kan rotere inne i en sylinder 23, der sylinderen 23 er stasjonær. Trommelen kan rotere i lagre 24 og 25 innrettet i endene av trommelen og sylinderen. Trommelen er installert i en flerfase fluidstrøm F og mottar blandede fluidfaser via en innløpsende 2 6 og har utløp av separerte fluidfaser 0, G gjennom en utløpsende 27. Separering av fluidfasene oppnås ved å tilføre en roterende bevegelse i fluidet når det passerer gjennom trommelen 22. The power and flow module 1 may be implemented in separator units in other and alternative configurations. With reference to figure 5a, there is illustrated here a pressure increasing system unit which acts as a separator 12', which comprises a cylindrical drum 22 which can rotate inside a cylinder 23, where the cylinder 23 is stationary. The drum can rotate in bearings 24 and 25 arranged at the ends of the drum and cylinder. The drum is installed in a multiphase fluid flow F and receives mixed fluid phases via an inlet end 2 6 and has an outlet of separated fluid phases 0, G through an outlet end 27. Separation of the fluid phases is achieved by introducing a rotary motion in the fluid as it passes through the drum 22.

Roterende bevegelse kan med fordel bli generert av én eller flere kraft- og strømningsmoduler 1 som er integrert i separatoren 12' og installert i fluidstrømmen gjennom separatoren. Nærmere bestemt er elektromagnetene 11 montert på den stasjonære sylinderen 23, mens permanentmagnetene 6 er montert på trommelen 22. Trommelen blir dermed satt i rotasjon ved at permanentmagnetene beveger seg i magnetfeltet som blir dannet når det føres strøm i statorviklingene for å aktivere elektromagnetene. Rotating movement can advantageously be generated by one or more power and flow modules 1 which are integrated in the separator 12' and installed in the fluid flow through the separator. More specifically, the electromagnets 11 are mounted on the stationary cylinder 23, while the permanent magnets 6 are mounted on the drum 22. The drum is thus set in rotation by the permanent magnets moving in the magnetic field that is formed when current is fed into the stator windings to activate the electromagnets.

Roterende bevegelse kan bli tilført strømmen via en eller flere vinger 28 som er innrettet slik at de peker innover fra trommelveggen og som løper hovedsakelig i lengderetningen av trommelen. Vingene 28 kan ha hvilket som helst passende tverrsnitt. De interne vingene kan være orientert i parallell med senteraksen i trommelen, som illustrert med den rette punktstreken på figur 5b. Vingene kan alternativt være orientert med en vinkel a i forhold til senteraksen, som illustrert med streken 28 på figur 5b. Vingene kan også være formet som en spiralkurve på innsiden av trommelflaten som illustrert med den kurvede punktstreken på figur 5b. Rotary motion can be imparted to the stream via one or more vanes 28 which are arranged so that they point inwards from the drum wall and which run mainly in the longitudinal direction of the drum. The wings 28 may have any suitable cross-section. The internal wings can be oriented parallel to the center axis of the drum, as illustrated by the straight dotted line in Figure 5b. The wings can alternatively be oriented at an angle a in relation to the central axis, as illustrated by the line 28 in Figure 5b. The wings can also be shaped like a spiral curve on the inside of the drum surface as illustrated by the curved dotted line in Figure 5b.

Enda en alternativ utførelse av kraft- og strømningsmodulen 1 i en trykkøkingssystemenhet som opererer som en separator, er beskrevet med henvisning til figur 5c. Separator 12" på figur 5c omfatter en stasjonær ytre sylinder 29 som omslutter en stasjonær indre sylinder eller trommel 30. Den indre trommelen 30 har en perforert vegg der åpninger eller slisser 31 er dannet for å tillate overføring av en tyngre fluidfase fra trommelen til et ringformet rom 32 definert mellom trommelen og den ytre sylinderen. Et sideveis utløp 33 er koblet til det ringformede rommet 32 i radiell retning. Yet another alternative embodiment of the power and flow module 1 in a pressure boosting system unit operating as a separator is described with reference to Figure 5c. Separator 12" in figure 5c comprises a stationary outer cylinder 29 which encloses a stationary inner cylinder or drum 30. The inner drum 30 has a perforated wall in which openings or slots 31 are formed to allow the transfer of a heavier fluid phase from the drum to an annular space 32 defined between the drum and the outer cylinder A lateral outlet 33 is connected to the annular space 32 in the radial direction.

En skrue 34 er opplagret for rotasjon inne i trommelen. Den innvendige skruen 34 har et radielt blad 35 som løper i spiral om en skrueaksel 36. Skrueakselen 36 er drivmessig forbunden med rotorakselen i én eller flere stablede kraft- og strømningsmoduler 1. Den enden av skruen som ikke er drevet, er opplagret i et lagerhus 37 montert i nedstrøms ende av separatoren. A screw 34 is stored for rotation inside the drum. The internal screw 34 has a radial blade 35 which runs in a spiral around a screw shaft 36. The screw shaft 36 is drive-connected to the rotor shaft in one or more stacked power and flow modules 1. The end of the screw that is not driven is stored in a storage housing 37 mounted at the downstream end of the separator.

Trykkøkingssystemenheten som opererer som en separator 12, 12' eller 12" kan være forbundet med en nedstrøms trykkøkingsenhet via et mellomliggende overgangselement slik som det stasjonære overgangselementet 13 på figur 2. Mens overgangselementet 13 som er vist på figur 2 er innrettet til å føre den tyngre fasen ut av den aksielle strømmen som fortsetter gjennom de sammenkoblede enhetene, finnes imidlertid et annet, alternativt overgangselement 13', se figur 3, som er innrettet til å føre den lettere fasen G ut av den aksielle strømmen, mens den tyngre fasen 0 fortsetter aksielt langs en ringformet passasje 38 inn i den påfølgende trykkøkingsenheten i rekken. The pressure boosting system unit operating as a separator 12, 12' or 12" may be connected to a downstream pressure boosting unit via an intermediate transition element such as the stationary transition element 13 of Figure 2. While the transition element 13 shown in Figure 2 is adapted to carry the heavier the phase out of the axial flow continuing through the interconnected units, however, there is another, alternative transition element 13', see figure 3, which is arranged to lead the lighter phase G out of the axial flow, while the heavier phase 0 continues axially along an annular passage 38 into the subsequent pressure boosting unit in the row.

Overgangselementet 13' kan være etterfulgt i The transition element 13' can be followed by i

strømningsretningen av en trykkøkingsenhet som er konfigurert til å operere som en trykkøkingspumpe 39. I trykkøkingspumpen 39 blir kraft- og strømningsmoduler 1 drevet til å akselerere fluidet, og dermed øke strømning og/eller trykk mot en the flow direction of a pressure boosting unit configured to operate as a pressure boosting pump 39. In the pressure boosting pump 39, power and flow modules 1 are driven to accelerate the fluid, thereby increasing flow and/or pressure towards a

utløpsende i trykkøkingspumpen. Et utløpselement og en radiell oppsamler 40 er koblet til nedstrøms ende av trykkøkingspumpen og fører strømmen ut av prosesslinjen. For så vidt kan utløps-elementet 40 avslutte den aksielle strømmen gjennom outlet end in the pressure boosting pump. An outlet element and a radial collector 40 are connected to the downstream end of the booster pump and lead the flow out of the process line. To that extent, the outlet element 40 can terminate the axial flow through

trykkøkingssystemet. the pressure boosting system.

Figur 4 illustrerer en modifisert kraft- og strømningsmodul 1' inkludert i en trykkøkingssystemenhet som virker som en våttolerant gasskompressor 41. Kraft- og strømningsmodulen 1' på figur 4 skiller seg fra kraft- og strømningsmodulen 1 når det gjelder formen på rotorskovlene. I stedet for at skovlene utformer rotoren 2 i kraft- og strømningsmodulen 1, omfatter rotoren 42 i kraft- og strømningsmodulen 1' et sett med stablede turbinhjul 43 som roterer om en aksel 44. Stasjonære overgangselementer 45 fører fluidet til det etterfølgende turbintrinnet. Figur 6 viser en utførelse av kraft- og strømningsmodulen 1, 1' i en betydelig integrert og kompakt utførelse av det undersjøiske trykkøkingssystemet. I utførelsen på figur 6 er en dynamisk separator 12 koblet aksielt til en våtgasskompressor 41 gjennom et sammenkoblende overgangselement 13. Separatoren 12 sørger for separering av fluidfasene ved syklonisk eller sentrifugal virkning drevet av rotorene 2 i et sett av integrerte kraft- og strømningsmoduler 1. En gassfase blir ført i aksiell retning gjennom overgangselementet 13 til det sentrale innløpet 4 6 i den våttolerante gasskompressoren 41, som komprimerer gassen ved sentrifugalvirkning drevet av rotorene 42 i et sett med integrerte kraft- og strømningsmoduler 1'. Figur 7 viser en annen utførelse av kraft- og Figure 4 illustrates a modified power and flow module 1' included in a pressure boosting system unit that acts as a wet tolerant gas compressor 41. The power and flow module 1' of Figure 4 differs from the power and flow module 1 in terms of the shape of the rotor blades. Instead of the vanes forming the rotor 2 in the power and flow module 1, the rotor 42 in the power and flow module 1' comprises a set of stacked turbine wheels 43 which rotate about a shaft 44. Stationary transition elements 45 lead the fluid to the subsequent turbine stage. Figure 6 shows an embodiment of the power and flow module 1, 1' in a significantly integrated and compact embodiment of the submarine pressure boosting system. In the embodiment in Figure 6, a dynamic separator 12 is axially connected to a wet gas compressor 41 through a connecting transition element 13. The separator 12 provides for the separation of the fluid phases by cyclonic or centrifugal action driven by the rotors 2 in a set of integrated power and flow modules 1. A gas phase is passed in the axial direction through the transition element 13 to the central inlet 46 of the wet-tolerant gas compressor 41, which compresses the gas by centrifugal action driven by the rotors 42 in a set of integrated power and flow modules 1'. Figure 7 shows another embodiment of power and

strømningsmodulen 1, 1' i en betydelig integrert og kompakt utførelse av det undersjøiske trykkøkingssystemet. I utførelsen på figur 7 er en dynamisk separator 12 koblet aksielt til en våtgasskompressor 41 gjennom et sammenkoblende overgangselement 13 og med en helico-aksial pumpe 39. Separatoren 12 utfører separering av fluidfaser ved syklonisk eller sentrifugal virkning som er drevet av rotorene 2 i et sett integrerte kraft- og strømningsmoduler 1. En lettere fase slik som en gassfase G blir ført i aksiell retning gjennom et overgangselement 13 og nedstrøms via den hule stasjonære rotorakselen 3 til det sentrale innløpet 46 i den våttolerante gasskompressoren 41, som komprimerer gassen ved sentrifugalpåvirkning drevet av rotorene 42 i et sett integrerte kraft- og strømningsmoduler 1'. Den tyngre fasen 0 the flow module 1, 1' in a significantly integrated and compact embodiment of the underwater pressure boosting system. In the embodiment in Figure 7, a dynamic separator 12 is axially connected to a wet gas compressor 41 through a connecting transition element 13 and with a helico-axial pump 39. The separator 12 performs the separation of fluid phases by cyclonic or centrifugal action which is driven by the rotors 2 in a set integrated power and flow modules 1. A lighter phase such as a gas phase G is passed axially through a transition element 13 and downstream via the hollow stationary rotor shaft 3 to the central inlet 46 of the wet-tolerant gas compressor 41, which compresses the gas by centrifugal action driven by the rotors 42 in a set of integrated power and flow modules 1'. The heavier phase 0

blir ført til pumpen og derpå sendt ut via den radielle oppsamleren 40. is taken to the pump and then sent out via the radial collector 40.

Det er blitt forklart ovenfor og illustrert på tegninger av eksempler på utførelser at et betydelig integrert og kompakt trykkøkingssystem for utvinning, behandling og transport av undersjøiske hydrokarbonbrønn-fluider kan oppnås ved utførelse av fremgangsmåtene som her er presentert. It has been explained above and illustrated in drawings of examples of embodiments that a significant integrated and compact pressure boosting system for extraction, treatment and transport of subsea hydrocarbon well fluids can be achieved by carrying out the methods presented here.

Det er likevel åpenbart at modifikasjoner av de beskrevne utførelsene er mulige uten å gå bort fra omfanget av og ånden i oppfinnelsen slik den er beskrevet ovenfor og definert i de vedlagte patentkravene. It is nevertheless obvious that modifications of the described embodiments are possible without departing from the scope and spirit of the invention as described above and defined in the attached patent claims.

Claims

1. Subsea pressure boosting system for multiphase well fluid, where the pressure boosting system comprises a dynamic separator (12, 12',

12") and a pressure-increasing unit (39, 41) connected in axial series, characterized in that the pressure-increasing unit is connected to the separator via a stationary multiphase transition element (13, 13') which is arranged to carry a separated fluid phase (0; G) in continuous axial flow from the separator to the booster unit.

2. The system according to claim 1, in that at least one of the separators (12, 12', 12") and the pressure increasing unit (39, 41) comprises a motor which is integrated in a power and flow module (1, 1').

3. System according to claim 2, in that the power and flow module (1, 1') is integrated in a pressure boosting pump (39) and/or in a wet-tolerant gas compressor (41).

4. System according to claim 2 or 3, in that the power and flow module (1, 1') is an electrically driven flow machine in which permanent magnets (6) are mounted on the periphery of a rotor (2, 22, 30, 42) while electromagnets (11) and stator windings are mounted on a stationary enclosure that encloses the rotor.

5. System according to claim 4, in that the rotor (2) in the power and flow module (1) comprises rotor blades (5) which are given a pitch angle against the direction of flow (F) and which serve to generate an essentially axial flow, without some significant radial component.

6. System according to claim 4, in that the rotor (2) in the power and flow module (1) comprises the rotor blades (5') which are curved backwards in relation to the direction of rotation, in order to add a significant radial component to the flow.

7. System according to claims 5 and 6, in that the rotor in the power and flow module comprises double-curved rotor blades.

8. System according to claim 4, in that the rotor (42) in the power and flow module (1') is a turbine wheel (43).

9. System according to any one of claims 5-7, wherein the power and flow module (1) in the dynamic separator (12") is operatively connected to a screw or paddle wheel (34) which is rotatably supported in a cylinder ( 30) which communicates with an external annular volume (32) where liquid through centrifugal action is forced through via slots (31) formed through the cylinder wall.

10. System according to any one of claims 5-7, in that the power and flow module (1) in the dynamic separator (12') is integrated with a cylindrical drum (22) which is internally designed with vanes (28) which impart a rotary motion to the flow through the drum.

11. System according to any preceding claim, comprising a stationary transition element (13, 13') arranged for connecting successively connected separator and pressure booster units, the transition element being internally designed with separate paths for lighter (G) and heavier ( O) fluid phases.

12. System according to claim 11, in that a lighter phase (G) is passed through the stationary multiphase transition element (13) via a central passage (17).

13. System according to claim 12, in that the central passage (17) is connected to an inlet in a centrifugal wet gas compressor (41).

14. System according to claim 11, wherein a heavier phase (0) is passed through the stationary multiphase transition element (13') via an annular passage (38).

15. System according to claim 14, in that the annular passage (38) leads to an inlet in a pressure boosting pump (39).

16. System according to any preceding claim, in that the separator and/or pressure boosting unit comprises a set of integrated power and flow modules (1, 1') arranged in sequence, and further in that each power and flow module (1, 1') is individually controlled via a dedicated frequency converter (VSD).

17. System according to claim 16, in that the set of power and flow modules (1, 1') comprises counter-rotating rotors, so that each rotor that rotates clockwise follows a rotor that rotates anti-clockwise.

18. System according to claim 16 or 17, in that each power and flow module (1) directly follows a preceding module without intermediate stator blades between the rotor blades in subsequent power and flow modules (1).

19. System according to any preceding claim, comprising a dynamic separator (12) axially connected to a helico-axial pump (39) and a wet gas compressor (41) via interconnecting stationary transition elements (13; 40) providing continuous axial flow of a separated lighter fluid phase (G) through all interconnected units.