NO311378B1 - Fremgangsmåte ved og anordning for utvinning av hydrokarboner i et underjordisk reservoar - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte ved utvinning av hydrokarboner i et underjordisk reservoar, hvor det tilveiebringes en produksjonsstrøm i en brønnboring, og produksjons-strømmen syklonsepareres i brønnboringen i seriekoplede syklonseparatorer.

Oppfinnelsen vedrører også en anordning til bruk ved utvinning av hydrokarboner i et underjordisk reservoar, innbefattende et produksjonsrør og i produksjonsrøret anordnede, seriekoplede syklonseparatorer for en produksjonsstrøm fra reservoaret.

Det er eksempelvis fra US 4296810 kjent å separere olje og vann i et brønnhull. Den anvendte separator er bygget opp med semipermeable membraner. Det utseparerte vannet, produsert vann, injiseres i en avfallssone over eller under produksjonssonen.

Fra US 4659343 er det kjent å separere karbondioksyd fra lette hydrokarboner ved hjelp av en membrananordning. Under separeringen gjennom den semipermeable membran fremkommer kondensat (hydrokarboner i væskeform) i kontakt med membranen. Disse (kondenserte) flytende hydrokarboner separeres fra gassene som ikke går gjennom membranen. Denne separasjon skjer ved hjelp av konvensjonell membranteknikk benyttet i tradisjonelle prosesser innen prosessindustrien.

Gravitasjonsseparering av hydrokarboner og vann nede i et brønnhull er eksempelvis kjent fra US 4766957. Det produserte vann går til en avfallssone og oljen går opp til overflaten.

US 4805697 beskriver reinjisering av produsert vann, frem-kommet ved en separering av hydrokarboner og vann i en sentrifugalseparator, av dynamisk eller statisk type, regulert som funksjon av hydrokarboninnholdet i det produserte vann.

Hulfiberseparasjon (hulfibrene er av semipermeabelt membran-materiale) er omtalt 1 US 5176725.

I NO B 172426 beskrives bruk av syklonseparatorer for separasjon av olje og vann nede i et brønnhull.

Fra US 4296810 er det kjent produksjon av olje, hvor olje og vann separeres nede i hullet. Det benyttes en separatoranord-ning med et filterelement hvor det benyttes semipermeable membraner.

Prosessering av en produksjonsstrøm nede i brønnhullet medfører store fordeler, særlig ved at man ikke behøver løfte, separere ut og fjerne produsertvannet.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en nedihulls prosess hvormed det muliggjøres levering av gass befridd for uønskede gasser ved overflaten, med mulighet for reinjisering av produsert vann og de utseparerte uønskede gasser i en avfallssone, slik at man unngår kostnadskrevende løfting etc. av uønskede produksjonsstrømandeler og unngår å måtte føre disse uønskede andeler tilbake til reservoaret gjennom egne reinjiserings/avfalls-brønner henholdsvis dumping i havet eller til atmosfæren.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det en fremgangsmåte som nevnt innledningsvis, kjennetegnet ved at syklonsepareringen gjennomføres ved at produksjonsstrømmen bringes til å strømme inn i en første av de seriekoplede syklonseparatorer og der separeres i en gasstrøm og en væskestrøm, at nevnte væske-strøm bringes til å strømme inn i en andre av de seriekoplede syklonseparatorer og der separeres i en kondensat-olje-fase og en vann-fase, og at gasstrømmen bringes til å strømme til en i brønnboringen plassert membraninnretning hvor uønskede gasser separeres ut fra gasstrømmen.

Det som særpreger oppfinnelsen er altså at man gjennomfører en syklonseparering i en første av seriekoplede syklonseparatorer og kjører væskestrømmen inn i en andre av de seriekoplede syklonseparatorer mens gasstrømmen går til en i brønnboringen plassert membraninnretning. Man bytter således ut syklonseparering med membranseparering.

Fordelaktig kan de utseparerte uønskede gasser oppløses i en væske, fortrinnsvis sjøvann, før reinjisering i en avfallssone, en reinjiseringssone eller til resipient.

Sjøvann satt under så høyt trykk nede i brønn/reservoar kan oppløse store mengder gass. Rejektet fra membranene kan

derfor inneholde små mengder gass sammen med H2S, CO2 som det ikke er økonomisk å separere videre og som igjen kan oppløses i sjøvannet gjennom et kammer som blander gass og sjøvann og oppløser restgassene for videre injeksjon i et avfalls-reservoar eller til videre fortynning og utslipp til resipient.

Oppfinnelsen vedrører også en anordning som nevnt innledningsvis, kjennetegnet ved at de seriekoplede syklonseparatorer innbefatter en første gass-væske-syklon-separator og en andre væske-væske-syklon-separator, idet den første syklonseparators væskeutløp er koplet til den andre syklonseparators innløp, og at det i produksjonsrøret er anordnet en membraninnretning hvis innløpsside er tilkoplet den første syklonseparators gassutløp, hvilken membraninnretning er utformet for utseparering av uønskede gasser fra gasstrømmen fra den første syklonseparator.

Ytterligere trekk ved anordningen vil gå frem av de uselv-stendige anordningskrav.

En fordel man oppnår med oppfinnelsen er å levere en gass og et kondensat som ferdige produkter klare til å gå direkte fra brønn til transportledninger og forbruker. Man unngår prosessplattform og store investeringer og dermed utslipp av C02 til luft og dermed C02~avgift, og senker krav til materialer (etter COg-fjerning) i brønn/havbunninstallasjon og transportledning. Det blir unødvendig å tilsette glykol/- metanol i transportledning, og man unngår gjenvinningsanlegg eller renseanlegg for metanol/glykol. Videre vil man unngå hydratdannelser i transportledning. Man kan tillate reinjek-sjon av en uøkonomisk gassandel i membranrejektet, idet gassen ikke går til atmosfæren.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor:

Fig. 1 viser et skjematisk riss av et brønnhull med

en anordning ifølge oppfinnelsen, med tilhørende

trykkdiagram,

fig. 2 viser et prosessdiagram for oppfinnelsen,

fig. 3 viser en flertrinns membran-innretning,

fig. 4 viser et syklonseparatoranlegg for separasjon av

gass/kondensat/vann, og

fig. 5 viser et horisontalsnitt etter linjen A-A i

fig. 4.

Det i fig. 1 skjematisk viste brønnhull 1 går gjennom en avfallssone 2 og en produksjonssone 3. I brønnhullet er det plassert en produksjonsrørstreng 4 avtettet i brønnhullet 1 med egnede pakninger 5-8. En nedre pakning 8 og en nedre mellompakning 7 avgrenser produksjonssonen, mens en øvre mellompakning 6 og en øvre pakning 5 avgrenser avfallssonen. Over nedre mellompakning 7 er det anordnet en fordelingsventil 9. Over øvre mellompakning 6 er det plassert en fordelingsventil 10.

I produksjonsstrengen 1, mellom nedre pakning 8 og nedre mellompakning 7 er det plassert et antall syklonseparatorer 11. I produksjonsstrengen 1, mellom de to mellompakningene 6 og 7, er det plassert et antall membraninnretninger 12.

Fra reservoaret (produksjonssonen 3) går gass og væske til ringrommet 13 og til syklonseparatorene 11, som antydet med pilene. Fra syklonseparatorene går separert gass og væske videre opp i produksjonsstrengen henholdsvis brønnhullet. Prosessen skal forklares nærmere under henvisning til fig. 2, samt figurene 3-5.

Fra gass/kondensat-reservoaret 3 går produksjonsstrømmen til syklonseparatorene lia. Som topp-rejekt går gass til fordel-ingsventilen 9 og derfra til membran-innretningene 12 hvor uønskede gasser H2S, CO2 og H2O utsepareres, mens tørr og ren gass går videre opp til overflaten. Bunnrejektet fra syklonseparatorene som er kondensat og vann i blanding, går til syklonseparatorene 11b, hvorfra det som topprejekt går kondensat og som bunnrejekt går produsert vann. Kondensatet ledes opp til overflaten. De utseparerte uønskede gasser og produsert vann går til resipient 13 og/eller til en pumpe 14 for reinjisering i avfallssonen 2. I prosessdiagrammet i fig. 2 er det også inntegnet en alternativ reinjiseringspumpe 15 i en avfallssone under produksjonssonen. Pumpen 14 (og 15) drives av et hydraulisk medium, som kan være sjøvann i det her forutsatte fralands brønnhull. Sjøvannet kan med fordel også som vist benyttes i en kjøler 16 for gassen.

Figurene 4 og 5 viser et eksempel på et syklonseparatoranlegg som kan benyttes ved gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Brønnhullet er her, som i fig. 1, betegnet med 1 og innbefatter en perforert vegg 17. Produksjonsrøret er, som i fig. 1, betegnet med 4.

Syklonseparatorene lla.b er plassert sentralt i et rørelement 18. I rommet mellom produksjonsrøret 4 og rørelementet 18 er det plassert seksjonerte kanaler 19, 20 og 21 for henholdsvis separert gass, kondensat 20 og produsert vann 21 (fig. 5). Innløpet til syklonseparatoren lia, som er en gass/væske-separator, er betegnet med 22 og er dekket av en sil 23. Syklonseparatoren 11b har et topputløp 24 for utseparert gass og munner i gasskanalen 19. Syklonseparatorens lia bunn-eller spissutløp 25 går via et fordelingsavsnitt 26 til syklonseparatoren 11b, gjennom ledningen 27 (fig. 4). Syklonseparatoren 11b er en kondensat/vann-separator. Topprejektet, kondensat, går gjennom ledningen 28 til kondensatkanalen 20, mens bunnrejektet, produsert vann, går til kanalen 21 ved 29.

I fig. 4 er det antydet nok en syklonseparator 11 a (nederst i figuren), for å vise at flere syklonseparatoranlegg som beskrevet, kan anordnes etter hverandre i rørelementet eller rørstrengen 18, i parallelldrift, som i fig. 2.

Fig. 3 viser et eksempel på en flertrinns-membran-innretning som kan benyttes ved gjennomføring av oppfinnelsen, det vil si for den del som vedrører membranseparering av uønskede gasser, her angitt som H2S, CO2 og H2O.

Ubehandlet, separert gass fra syklonseparatorene (lia i fig. 4) går gjennom ledningen 30 til en første membran 31. Derfra går renset gass gjennom ledningen 32 til en andre membran 33 for ytterligere rensing/separasjon. Ren gass tas ut gjennom ledningen 34 og går til ledningen 35, som fører renset gass fra en tredje membran 36. Denne membran skiller gass fra den CO2, H2S, H2O anrikede gass fra membranen 31. Den anrikede gassandelen med uønskede gasser føres som vist fra den første membran 31 til den tredje membran 36 gjennom en ledning 37. Fra den tredje membran 36 går ren gass til ledningen 35 og H2S, C02, H2O rik gass går til ledningen 38, som også tilføres utskilt uønsket gass fra den andre membran 33 gjennom ledningen 39.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte ved utvinning av hydrokarboner i et underjordisk reservoar, hvor det tilveiebringes en produksjons-strøm i en brønnboring, og produksjonsstrømmen syklonsepareres i brønnboringen i seriekoplede syklonseparatorer, karakterisert ved at syklonsepareringen gjennomføres ved at produksjonsstrømmen bringes til å strømme inn i en første av de seriekoplede syklonseparatorer og der separeres i en gasstrøm og en væskestrøm, at nevnte væske-strøm bringes til å strømme inn i en andre av de seriekoplede syklonseparatorer og der separeres i en kondensat-olje-fase og en vann-fase, og at gasstrømmen bringes til å strømme til en i brønnboringen plassert membraninnretning hvor uønskede gasser separeres ut fra gasstrømmen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at de utseparerte uønskede gasser reinjiseres i en avfallssone eller en reinjiseringssone.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at de utseparerte uønskede gasser oppløses i en væske, fortrinnsvis sjøvann, før reinjisering.

4. Anordning til bruk ved utvinning av hydrokarboner i et underjordisk reservoar, innbefattende et produksjonsrør og i produksjonsrøret anordnede, seriekoplede syklonseparatorer for en produksjonsstrøm fra reservoaret, karakterisert ved at de seriekoplede syklonseparatorer innbefatter en første gass-væske-syklon-separator (lia) og en andre væske-væske-syklonseparator (11b), idet den første syklonseparators (lia) væskeutløp er koplet til den andre syklonseparators (11b) innløp, og at det i produksjonsrøret er anordnet en membraninnretning (12) hvis innløpsside er tilkoplet den første syklonseparators (lia) gassutløp, hvilken membraninnretning (12) er utformet for utseparering av uønskede gasser fra gasstrømmen fra den første syklonseparator (lia).

5. Anordning ifølge krav 4,karakterisert ved at den er anordnet som en streng nede i brønnen, i reservoaret og havbunn eller mellom havbunnsinstallasjon og plattform/flyter/skip/bøye, hvor strengen kan trekkes opp med wireline, kveilrør eller som en del av produksjonsrøret.

6. Anordning ifølge krav 4,karakterisert ved at den er anordnet som en streng i et foringsrør, nedsatt som et brønnelement på havbunnen og som en del av havbunnsinstal-lasjonen .

7 . Anordning ifølge krav 4,karakterisert ved at den er anordnet som en streng i et stigerør eller tilsvarende på en plattform, i en lastebøye eller tilsvarende.