NO315990B1 - Fremgangsmate og system for injisering av gass i et reservoar - Google Patents

Description

TEKNISK OMRÅDE

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et system for injisering av gass i et reservoar.

Uttrykket "reservoar" er å betrakte som ethvert naturlig reservoar som eksisterer i naturen, særlig ethvert under-grunnsreservoar. Oljereservoarer så vel som vannreservoarer i jorden er inkludert. Særlig inkludert er reservoarer fra hvilken en naturressurs ekstraheres og som et resultat av en slik ekstrasjon underkastes en uønsket trykksenkning.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Oljeproduksjon inkluderer å ekstrahere olje fra et reservoar, normalt via én eller flere brønner.

Normalt blir naturgass og vann ekstrahert sammen med oljen og må separeres fra denne. Det er en rekke forskjellige løsninger vedrørende hvordan og på hvilket trinn gass og olje separeres fra oljen og hvordan man kan gjøre bruk av slik gass.

Når det gjelder håndteringen av gassen, blir denne tradisjonelt enten brent (flared), lagret og/eller transportert for videre bruk, eller reinjisert inn i reservoaret.

Brenning av gass tillates ikke i mange områder og vil trolig i den nære fremtid bli forbudt i de fleste områder av miljømessige årsaker.

Transport og/eller lagring av gassen krever bruk av en kompressor og et lagringsfartøy og/eller en rørledning for transport av denne. Særlig for anlegg "offshore" eller anlegg hvor mengden ekstrahert gass er lav, vil slike arrangement lide av lav kostnadseffektivitet.

Derfor vil re-injeksjon av gassen i mange tilfeller være den mest passende måte å håndtere den ekstraherte gassen på. Re-injisert gass vil også ha den positive effekt å bidra til å beholde trykket i reservoaret, noe som er positivt for ekstrasjonen av olje fra dette. Imidlertid vil tradisjonell re-injisering av gass kreve bruk av en kompressor og en separat injeksjonsbrønn. Kostnaden av slikt utstyr er ofte mye høyere enn verdien av gassen, og kan være en økonomisk barriere for utviklingen av marginale oljefelt.

Fra WO 93/01153 (Gudmundsson) er det kjent en fremgangsmåte for behandling av hydratdannende gasser for levering til en industriell eller bioteknisk prosess som tillater tilfreds-stillende lagring, transport og bruk av gassen uten bruk av rørledning eller umiddelbar transport av tankere eller tankbiler (side 2, linje 18-24). Dokumentet nevner reinjeksjon av gass inn i et naturlig reservoar. Imidlertid betraktes slik reinjisering å kreve ekstensiv behandling av gassen (se side 1, linje 18-20) og for å unngå slik reinjeksjon foreslås lagring og transport av gassen i form av et gasshydrat i en beholder. Dokumentet leder til den slutning at lagring og transport av et gasshydrat er et alternativ til injisering av gass tilbake inn i reservoaret.

HENSIKTEN MED OPPFINNELSEN

En hensikt med oppfinnelsen er å foreslå en fremgangsmåte ved hjelp av hvilken gass kan injiseres inn i et reservoar på en kostnadseffektiv og pålitelig måte, som er konkurransedyktig med fremgangsmåter ifølge kjent teknikk.

Det er også en hensikt med oppfinnelsen å foreslå et system ved hjelp av hvilket gass kan injiseres i et reservoar på en kostnadseffektiv og pålitelig måte.

KORTFATTET BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Hensikten med oppfinnelsen oppnås ved hjelp av den innledningsvis definerte fremgangsmåte, som er karakterisert ved at den omfatter trinnet å frembringe et gasshydrat ved å blande gassen og vann, vann/gass-forholdet velges slik at væskeaktig slurry bestående av vann og gasshydrat produseres og at slurryen injiseres inn i reservoaret.

Uttrykket "hydrat", som det benyttes i denne sammenheng, omfatter spesielle inkluderende sammensetninger med en krystallinstruktur kjent som klatrat. I en slik struktur blir gassmolekyler fysisk fanget inn eller engasjert i et ekspandert vanngitternettverk omfattende hydrogenbunnede vannmolekyler. Gassmolekylene, fortrinnsvis lette hydro-karbongassmolekyler og andre assosierte gasser, vil fysisk reagere med vannet ved høyere trykk og lave temperaturer for å danne islignende sammensetninger. Hydratpartiklene skal være av en slik karakter at de smelter og frigjør gassen og vannet når temperaturen er tilstrekkelig hevet. Derfor kan det oppnås en bibeholdelse eller til og med en økning av trykket i reservoaret som gassen/gasshydratet injiseres inn i.

Fortrinnsvis frembringes gasshydratet ved å blande gassen og vannet. Vann har den fordelen at det har egnede fysiske egenskaper for hydratgenerering, det er miljømessig harm-løst og også, i idet minste i forbindelse med offshoreanlegg, lett tilgjengelig.

Ifølge en utførelse av oppfinnelsen omfatter gassen naturgass som er blitt ekstrahert sammen med og separert fra olje fra et oljereservoar. I tilfelle reservoaret, som hydratet injiseres inn i, er det samme som nevnte oljereservoar, er det ikke bare et spørsmål om injisering av gass, men av re-injisering av den inn i reservoaret. Oppfinnelsen inkluderer re-injisering av gasshydratet inn i det samme reservoaret som det fra hvilket gassen opprinnelig ble ekstrahert fra.

I tilfellet av et reservoar lokalisert offshore, dvs. et offshoreanlegg, bør det benyttede vann omfatte sjøvann. Slikt vann har allerede fordelen av å ha en nokså lav temperatur og være lett tilgjengelig. Imidlertid kunne avkjølt produsert vann også benyttes i stedet for, eller som et tillegg til kaldt sjøvann. Vanntemperaturen bør være under omtrent 10°C, fortrinnsvis 5°C.

Fortrinnsvis velges vann-/gassforholdet slik at det frembringes en flytende slurry bestående av vann og gasshydrat og at nevnte slurry injiseres inn i olje-reservoaret. For naturgass og vann er det den foretrukne maksimale mengde gass omtrent 13 vekt%, idet vannmengden da er omtrent 87 vekt%. Dette er den øvre grense. Hvis natur-gasshydrater frembringes ved høyt trykk og lav temperatur, kan den øvre grense bli nådd. Frembringes hydrater nær hydratdannelses-kurven, vil mengden gass i hydratene være betraktelig lavere enn denne grensen. For å gjøre slurryen lett å pumpe under re-injeksjonen, kan overskuddsvann og/eller over-flateaktive kjemikalier adderes til hydratslurryen. Termoaktive midler kan også adderes til slurryen.

Hydratene kan frembringes fra omtrent 10 bar og høyere avhengig av temperaturen og gassblandingen. Saltvann vil heve hydratkurven og gjøre det vanskeligere å frembringe naturgasshydrater. Når hydratene frembringes, er de relativt stabile også ved atmosfæriske trykk, og de er metastabile for negative temperaturer, T<0°C.

Hydrater kan for eksempel produseres ved å injisere gassen inn i et vannfylt system, eller ved å injisere gass og vann samtidig i ethvert egnet system eller innretning. For eksempel kan gassen og vannet vannes i et venturi-rør (ejektor), som kan tillate et lavere operasjonstrykk i en første trinn-separator (for eksempel trefaseseparator for å separere olje, gass og vann). Andre mulige løsninger for faktisk å produsere hydrater er de nevnt i for eksempel den internasjonale patentsøknad WO 93/01153, Gudmundsson.

Hensikten med oppfinnelsen oppnås også ved hjelp av det innledningsvis definerte system, karakterisert ved at den omfatter en innretning (5) for å frembringe en slurry av gasshydrat og vann ved å blande gassen med vann, og en pumpe (12) for injisering av slurryen inn i reservoaret.

Følgelig er den gasshydratproduserende innretning innrettet til å blande gassen med vann for å frembringe gasshydrater, fortrinnsvis på en slik måte at det oppnås en lett pumpbar hydrat slurry.

I det minste i tilfellet med et offshoreanlegg, omfatter systemet organer, fortrinnsvis en pumpe eller lignende, for å levere sjøvann til den hydratproduserende innretning.

Normalt omfatter gassen naturgass ekstrahert sammen med oljen fra nevnte reservoar, og systemet omfatter en separator for å separere gassen fra oljen. Deretter vil gassen bli re-injisert inn i det samme reservoaret som den ble ekstrahert fra. Imidlertid dekker oppfinnelsen også det tilfellet hvor gassen injiseres inn i ethvert annet eller tilstøtende reservoar.

Systemet omfatter fortrinnsvis organer for å tilføre varmt vann, fortrinnsvis produksjonsvann eller ovenbords prosessvann, til gasshydratet som skal injiseres inn i reservoaret. Produksjonsvann er vann som er blitt ekstrahert sammen med oljen fra et oljereservoar og deretter separert fra oljen. Slikt vann vil øke slurryens injeksjonsevne ved å smelte hydratene, hvilket gjør det lettere å re-injisere slurryen uten blokkering eller tetting i re-injeksjonsbrønnen. Det varme vannet og hydratslurryen behøver ikke nødvendigvis å være i direkte kontakt med hverandre. For eksempel kan varmt vann, slik som produksjonsvann, ledes i et rør som danner et ringrom direkte utenfor røret for å lede hydratet til reservoaret og dermed varme de ytre områder av hydratet. Alternativt kan varmt vann ledes i det indre røret av slurryen i ringrommet. Ifølge ett aspekt av oppfinnelsen kan faktisk ethvert varmt medium (prosessvann, produksjonsvann, varmt kjølevann osv) benyttes med den hensikt å varme hydratslurryen like før denne injiseres inn i reservoaret. Følgelig bringes et medium av betraktelig høyere temperatur enn hydratslurryen inn i et varmevekslende forhold med nevnte slurry før injeksjon av denne inn i reservoaret.

I tilfellet av et offshoreanlegg for et offshorereservoar opererer den gasshydratproduserende innretning på et undersjøisk nivå ifølge en utførelse.

Ytterligere egenskaper og fordeler ved oppfinnelsen er inkludert i den etterfølgende detaljerte beskrivelse og i de vedføyde patentkrav.

KORTFATTET BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

I det etterfølgende blir oppfinnelsen beskrevet i ytterligere detalj med henvisning til tegningen hvor den eneste figur er et skjematisk diagram av systemet av oppfinnelsen ifølge en utførelse.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Figuren viser en første utførelse av systemet ifølge oppfinnelsen. Det er også vist eller indikert deler av et oljeutvinningsanlegg hvor systemet inngår i dette anlegget.

Anlegget omfatter en rekke brønner 1 som danner et såkalt produksjonstre og ved hjelp av hvilket olje utvinnes fra et reservoar eller hulrom (ikke vist). Gass, vann og annet partikkelformet materiale, så som sand, blir normalt også utvunnet som et biprodukt til oljen.

Brønnene 1 er via en rørledning 2 eller lignende knyttet til en første separator 3, som i denne utførelsen er en trefaseseparator for å separere olje, vann og gass fra hverandre. Fortrinnsvis er separatoren en gravitetsseparator, men det er å forstå at også andre typer separatorer kan benyttes i stedet for eller som et tillegg til den ene vist i denne utførelse. For eksempel kan en separator for å separere faste partikler, så som sand fra den utvunnede olje også inkluderes i trefaseseparatoren, som da blir en firefaseseparator, eller separat oppstrøms trefaseseparatoren.

Fra trefaseseparatoren blir gassen ledet via et rør 4 til en gasshydratproduserende innretning 5. Ingen kompressor behøves. Innretningen 5 omfatter et kar som gassen injiseres i. Inne i karet er det et høyt trykk (over atmosfærisk trykk). Vann introduseres også i karet. Innretningen 5 omfatter fortrinnsvis et venturi-rør for å blande gass og vann, som vist på figuren. Innretningen 5 er arrangert på et undersjøisk nivå eller på et ovenbords nivå, og vannet er sjøvann som pumpes inn i karet ved hjelp av en pumpe 6. I samsvar med resultatene av nylig utført forskning og utvikling, blir derfor et naturgasshydrat dannet ved å injisere gassen inn i et vannfylt system, her karet 5. For å kontrollere betingelsene i karet bør et kontrollsystem for vann-/gassforholdet (ikke vist) inkludert trykk- og/eller temperatursensorer, gass og vannstrømningsmålere, og kontroilapparatur for å kontrollere mengden av introdusert vann osv., inngå i det inventive system. Vann-/gassforholdet bør være slik at en gasshydrat-vannslurry dannes i innretningen 5.

Selv om oppfinnelsen kan benyttes i alle typer oljefelt, landbaserte så vel som offshorefelt, er den særlig fordelaktig for offshorefelt, hvor sjøvann er lett tilgjengelig og hvor re-injeksjon av gassen inn i oljereservoaret foretrekkes i stedet for brenning eller lagring og ytterligere eksport via shipping eller rørledninger. Offshore kan separatoren 3 og innretningen 5 enten arrangeres ovenbords på plattformen eller på et undersjøisk nivå. Oppfinnelsen inkluderer begge alternativer.

Ovenbords arrangement resulterer i ingen undersjøisk produsering. Det påkrevde trykk for å generere hydratet, mellom 30 og 60 bar for normal sjøvannstemperatur, kan da benyttes i første trinn gravitetsseparator 3. Gassen fra ytterligere separatorer på plattformen kan da benyttes som drivstoffgass på den siste.

For undersjøisk arrangement av innretningen 5 blir separatoren 3 og pumpen 6 fortrinnsvis arrangert på et undersjøisk nivå i tillegg. Det er da sannsynligvis behov for en underjøisk pumpe for å pumpe olje fra separatoren 3 til ovenbords. Derfor har en slik pumpe 7 blitt indikert i figuren. Sjøvannet for injeksjon kan oppnås lokalt ved den undersjøiske installasjon eller transporteres fra ovenbords, hvilket tillater forbehandling av vannet. Slik forbehandling kan fortrinnsvis inkludere tillegg av overflate-aktive kjemikalier for å forbedre pumpbarheten av hydratet, fjerning av oksygen fra vannet, tilsetning av biocider osv. Vannet kan også tilsettes et termoaktivt middel, så som metanol. Følgelig omfatter det inventive system organer eller innretninger (ikke vist) for slik forbehandling av vann.

Fra separatoren 5 blir separert produksjonsvann, som er varmere enn sjøvannet, ledet via et rør 8 til en kombinert vann-hydratinjeksjonsinnretning 10 ved hjelp av en pumpe 9. Hydratslurryen dannet i den hydratproduserende innretning 5 blir også ledet via rør 11 ved hjelp av en pumpe 12, til in j eks j ons innretningen 10.

Injeksjonsinnretningen 10 kan være innrettet på en rekke måter. Her foreslås det at den omfatter et første rør 13 og et andre rør 14 som er generelt koaksiale og definerer en indre strømningsvei for hydratslurryen og en ytre ringformet strømningsvei for produksjonsvannet. Det varmere produksjonsvannet bidrar til smelting av slurryen like før denne går inn i reservoaret. Som et supplement eller erstatning for midlene 8, 9, 10 for å tillate produksjonsvannet å varme hydratslurryen, kan systemet omfatte ethvert egnet middel for å tillate ethvert varmt medium, så som varmet kjølevann eller ethvert annet medium som allerede er i bruk i et oljeutvinningsanlegg eller system, å utveksle varme med hydratslurryen. Kjemikalier eller midler for å smelte hydratet kan også tilsettes hydratslurryen i området for eller nedstrøms pumpen 12. Eksempel på et slikt middel er salt, metanol eller glykol.

Alternativt blandes slurryen med produksjonsvannet. Imidlertid kan blanding med produksjonsvann resultere i utskillelse av sulfatstein eller belegg og hydratsmelting nær toppen av injeksjonbrønnen. En løsning på problemet med belegget er å ha en sulfatfjerningsenhet inkludert i systemet. Alternativt, eller som et supplement, kan et, i og for seg kjent, belegghemmende middel introduseres i systemet i hvilket slurryen og produksjonsvannet blandes. Systemet omfatter derved ethvert egnet organ for å tilsette et slikt hemmende middel.

Olje separert fra gassen og produksjonsvannet i separatoren 3 blir videre transportert via ett eller flere rør 15 til en ovenbords plattform eller hele veien til land hvor den tas hånd om videre. Normalt er det behov for en rekke ytterligere separatorer (ikke vist) for videre separasjon av restgass og restvann et eller annet sted nedstrøms den første separator 3. Slike ytterligere separatorer blir typisk plassert på plattformen i dagens anlegg, men kan like gjerne plasseres på et undersjøisk nivå i fremtiden.

Ovenfor er oppfinnelsen beskrevet ved et eksempel. En rekke alternative utførelser vil derfor være nærliggende for en fagmann på området, imidlertid uten å gå utover omfanget av oppfinnelsen som definert i de vedføyde patentkrav understøttet av beskrivelsen og tegningene.

For eksempel kan smelting av hydratslurryen begynne så snart slurryen har passert injeksjonspumpen 12 for å fremme effektiv injeksjon av gassen og vannet for å unngå tiltetting. En rekke måter å varme opp slurryen på er åpenbare for fagfolk på området uten å gå utover omfanget av oppfinnelsen.

Formasjonen som hydratslurryen injiseres inn i kan være ethvert naturlig reservoar, slik som et vannreservoar lokalisert på et nivå over et oljereservoar fra hvilket gassen er blitt utvunnet. Det kan også være ethvert hydrokarbonreservoar, inkludert et olje- og/eller et gassreservoar.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte for injisering av gass i et reservoar i naturen, karakterisert ved at den omfatter trinnet å frembringe et gasshydrat ved å blande gassen og vann, vann/gass-forholdet velges slik at væskeaktig slurry bestående av vann og gasshydrat produseres og at slurryen injiseres inn i reservoaret.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at slurryen oppvarmes ved bruk av et varmemedium, fortrinnsvis produksjonsvann eller prosessvann, slik at slurryen smelter før den injiseres inn i reservoaret.

3. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-2, karakterisert ved at gassen omfatter naturgass.

4. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at gassen omfatter naturgass som er blitt utvunnet sammen med og separert fra olje fra et oljereservoar.

5. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-4, karakterisert ved at reservoaret er et offshorereservoar og at vannet er sjøvann.

6. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-4, karakterisert ved at i det minste ett overflateaktivt middel tilsettes vannet som blandes med gassen.

7. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-6, karakterisert ved at reservoaret er et offshore-reservoar og at frembringelsen av gasshydratet uføres på et undersjøisk nivå.

8. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-7, karakterisert ved at hydratet dannes ved å injisere gassen inn i et vannfylt system.

9. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-8, karakterisert ved at reservoaret som gassen injiseres i er et oljereservoar.

10. System for å injisere en gass inn i et reservoar, karakterisert ved at den omfatter en innretning (5) for å frembringe en slurry av gasshydrat og vann ved å blande gassen med vann, og en pumpe (12) for injisering av slurryen inn i reservoaret.

11. System ifølge krav 10, karakterisert ved at den omfatter midler for å varme slurryen ved hjelp av et varmemedium, fortrinnsvis produksjonsvann eller prosessvann, arrangert nedstrøms pumpen (12), slik at slurryen smelter før den injiseres inn i reservoaret.

12. System ifølge ethvert av kravene 10-11, karakterisert ved at gassen omfatter naturgass utvunnet sammen med olje fra et oljereservoar, og at den omfatter en separator (3) for å separere gassen fra oljen.

13. System ifølge krav 12, karakterisert ved at det omfatter et organ (4) for å lede gassen fra separatoren til den gasshydratproduserende innretning (5).

14. System ifølge ethvert av kravene 10-13, karakterisert ved at det omfatter organer (8, 9) for å tilføre produksjonsvann til gasshydratet som skal injiseres i reservoaret, idet nevnte produksjonsvann er blitt utvunnet sammen med olje fra et oljereservoar og deretter separert fra oljen.

15. System ifølge ethvert av kravene 10-14, karakterisert ved at reservoaret er et offshorereservoar og at innretningen (5) for frembringelse av gasshydratet opererer på et undersjøisk nivå.

16. System ifølge ethvert av kravene 10-15, karakterisert ved at reservoaret som gassen injiseres i er et oljereservoar.