NO316428B1 - Fremgangsmåte ved separasjon, utlöpsarrangement for en separator og fremgangsmåte for å orientere utlöpsarrangementet - Google Patents

Description

1

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved separasjon ifølge ingressen til krav 1, et utløpsarrangement for en separator ifølge ingressen til krav 4, en fremgangsmåte for å orientere utløpsarrangementet ifølge ingressen til krav 12 og en anordning for orientering av utløpsarrangementent ifølge ingressen til krav 13 Oppfinnelsen er bestemt for bruk ved separasjon av vann og olje Spesielt vedrører oppfinnelsen et utløpsarrangement for en horisontal gravitasjonsseparator med et stort lengde-diameter forhold Særlig vedrører oppfinnelsen en nedihullsseparator for plassering i en underjordisk brønn

Separasjon av brønnfluider blir vanligvis utført ved bruk av en 3 fase gravitasjonsseparator på plattform Beholderne har typisk et diameter til lengdeforhold i området fra 1 3 til 1 5 Separatoren er vanligvis delvis fylt med gass, slik at man har to grenseflater, en gass-væske grenseflate og en vann-olje grenseflate Vann og olje tas ut ved bruk av et passe høytliggende vertikalt orientert rør med en virvelbryter Rørene er typisk anbrakt i beholderens nedre del ved motsatt ende av fluidinnløpet En overløpsplate brukes ofte for å isolere vannfasen fra oljeutløpet I dette tilfellet holdes olje-vann grenseflaten lavere enn høyden til overløpsplaten slik at kun oljefasen vil strømme over

I et horisontalt rør eller en beholder blir olje og vann separert ved hjelp av gravitasjon på grunn av tetthetsforskj ellen mellom de to fasene, slik at det dannes en lettere fase og en tyngre fase Det må opprettholdes en lagdelt strømning for å kunne separere væskefasene Strømningstverrsnittet er dimensjonert med hensyn til fluidhastighet og vannkutt Det kan produseres ren olje og rent vann dersom oppholdstiden er tilstrekkelig høy, slik at små dråper kan overføres fra de kontinuerlige fasene Oljedråpene vil stige opp fra vannfasen og dersom de har tilstrekkelig oppholdstid tid, vil de nå grenseflaten mellom olje og vann Vanndråper i oljefasen vil bunnfelle og til slutt nå grenseflaten Akkumulerte dråper av vann og olje vil danne et tett sjikt i grensefJateområdet hvor det skjer en koalesenng Dersom oppholdstiden er tilstrekkelig, vil det tette sjiktet til slutt brytes opp

Gass kan separeres fra brønnfluidet ved bruk av en eller flere syklon separatorer Vannet kan i tilegg bh finrenset ved bruk av hydrosykloner I et flertrinns separasjonssystem bestående av slike separatorer, er hovedhensikten med en gravitasjonsseparator å tilveiebringe en ren oljefase Det kan best oppnås ved å bruke en lang, slank separatorgeometn for derved å maksimalisere olje-vann grenseflaten, hvor koalesenngen av dråpene skjer Videre vil avstanden til olje-vann grenseflaten, over hvilken dråpene må bunnfelles/stige, reduseres

En nedihulls olje-vann gravitasjonsseparator hvor separasjonen skjer i et avsnitt av produksjonsrøret i en horisontal brønn, slik som vist i WO 98/41304, er en separator med et meget høyt lengde til diameter forhold En separator av denne typen vil typisk ha en lengde på ca 100 m mens diameteren er den samme som for et produksjonsrør, for eksempel 9 <3>/«", 10 3A" eller 13 altså et diameter-lengde forhold på 1 300 ul 1 400

En stor olje-vann grenseflate og tilstrekkelig oppholdstid er ikke alene tilstrekkelig for å oppnå en ren oljefase og vannfase ved utløpet av separatoren Det er av avgjørende betydning at separasjonen av olje og vann kan skje uten at noen av fasene bin* forurenset av hverandre når de tas ut av separatoren

Siden utløpet har en Uten diameter, vil dette lett kunne påvirke olje-vann grenseflaten og derved resultere i inntrengning av vann i oljefasen og olje i vannfasen

Det foreligger et forslag til en separator beskrevet i norsk patentsøknad 2000 0900 Denne søknaden ble innlevert før den foreliggende, men publisert etter Den viser en separator der vannfasen kan tas gradvis ut av separatorkammeret, men der oljefasen transporteres samlet gjennom hele separatorkammeret Det vil derved bh umulig å kontrollere uttaket av de to fasene tilstrekkelig nøyaktig

Det er derfor et formål ved den foreliggende oppfinnelse å sørge for at hver fase fordeles al nktig utløp uten at olje-vanngrenseflaten forstyrres og fasene gjenblandes Siden væskene befinner seg i en separert tilstand allerede flere meter før enden av separatoren, bør hver av fasene hentes gradvis ut over en viss avstand før separatorens endevegg Ved et slikt gradvis uttak av separerte fluider vil oppholdstiden for den gjenværende væsken i separatoren bh forlenget, og mindre olje- og vanndråper tillates å migrere til olje- hhv vannfasen Dette oppnås ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ved de trekk som fremgår av de kjennetegnende trekk i krav 1 og ved anordningen ifølge oppfinnelsen ved de trekk som fremgår av den kjennetegnende delen av krav 4

Ved et utløpsarrangement av den typen som den foreliggende oppfinnelse vedrører er det viktig at separatoren blir orientert nktig, slik at utløpsåpningene for olje blir vendende oppover og utløpsåpningene for vann blir vendende nedover Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det derfor tilveiebrakt en fremgangsmåte og en anordning for å oppnå dette Fremgangsmåten er kjennetegnet ved de kjennetegnende trekk i krav 12 og anordningen er kjennetegnet ved de kjennetegnende trekk i krav 13 Når olje og vann fjernes fra separatoren over en viss strekning, bin- påvirkningene på grenseflaten mindre Det blir lettere å unngå å trekke ut væske i området nær grenseflaten Nær grenseflaten vil ofte mindre, dispergerte dråper av den motsatte fasen befinne seg, dvs vanndråper i oljefasen og oljedråper i vannfasen Disse dråpene vil gis mer tid til å koalesere og migrere til den fasen som de tilhører

Utløpsarrangementet ifølge den foreliggende oppfinnelse tar også sikte på å fa en slik utforming at olje og vann tas gradvis ut i radiell retning fra den øvre og den nedre delen av separatorhuset, nær separatorveggen

Ved anordningen ifølge oppfinnelsen er olje- hhv vannutløpet fordelt over en viss aksiell distanse ved separatorens nedstrøms ende

Ved en slik anordning kan ren olje og rent vann oppsamles så tidlig som mulig når det blir tilgjengelig og deretter transporteres ut av separatoren via utløpsrøret Forstyrrelsene som påføres væskefasene blir minimal når olje og vann fjernes over en lengre strekning Ved å utforme uttaksshsser eller hull med avtakende tverrsnittsareal i nedstrøms retning vil hastigheten på væsken inne i utløpsrøret øke i nedstrøms retning Fortrinnsvis bør akselerasjonen være lineær Når den rene oljen og vannet bringes ut med en høyere hastighet enn den midlere bulkhastigheten i separatoren, øker den totale retensjonstiden og mindre dråper vil lettere kunne koalesere og migrere

Tyngere faste partikler vil få tid til å synke til bunns i separatoren, mens lettere partikler vil bæres med væskefasene Ved anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse unngår man også at faste partikler samler seg nær utløpet og tetter dette igjen Ved å trekke vann ut nær bunnen av separatoren vil væskestrørnmen også trekke med seg faste partikler nær bunnen og transportere disse ut sammen med vannet

I det etterfølgende skal oppfinnelsen forklares ved hjelp av et utførelseseksempel av et utløpsarrangement og en separator i henhold til den foreliggende oppfinnelse under henvisning til de medfølgende tegninger, der

figur 1 er en perspektivskisse som viser en utløpsanordmng i henhold til foreliggende oppfinnelse,

figur 2 er et snitt i lengderetningen av en del av en separator ifølge den foreliggende oppfinnelse, lnnbefattetet utløpsanordningen vist i figur 1,

figur 3a-c er snitt langs linjene henholdsvis A-A, B-B og C-C i fig 2,

figur 4 viser en separator utstyrt med styremidler for orientering av separatoren,

figur 5 viser en styrehylse for bruk ved orientering av separatoren og figur 6 viser en detalj av en tannkrans som er en del av styremidlene

I figurene 2, 3a, b og c er det vist et langsgående snitt gjennom en del av en væskevæske separator ifølge den foreliggende oppfinnelse og innbefattende utløpsarrangementet vist i figur 1 Separatoren har et stort lengde til diameter forhold

Separatoren består av en separatorvegg 1, som rørformet omslutter et separatorkammer 20 Inne i separatorkammeret 20 er det anordnet et utløpsarrangement 2

Utløpsarrangementet 2 er plassert langs separatorkammerets 20 lengdeakse og strekker seg over en lengde på for eksempel 2-4 meter ved separatorens nedstrøms ende

Utløpsarrangementet 2 har en ytre ende 21 som vender i oppstrøms retning og en indre ende 22 som er tilknyttet transportkanaler utenfor separatoren (ikke vist) Utløpsarrangementet omfatter videre en ytre vegg 23, som danner et rør med omtrent likt tverrsnitt over utløpsarrangementets 2 lengde Mellom separatorveggen 1 og den ytre veggen 23 er det definert et nngrom 10 I den ytre veggen 23 er det utformet første lnnløpsåpninger 4a ved den ytre veggens 23 ene side og andre innløpsåpnmger 4b ved den ytre veggens 23 motsatte side Som vist for åpningene 4a i figur, har åpningene 4a og 4b et avtagende tverrsnitt fra utløpsarrangementets 2 ytre ende 21 til indre ende 22 I det viste utførelseseksempelet er dette gjort ved å redusere bredden til den lnnenforhggende åpningen 4a, 4b i forhold til den utenforliggende åpningen 4a, 4b

Konsentrisk med den ytre veggen 23 er det i utløpsarrangementet 2 anordnet en indre vegg 5, som også strekker seg rørformet med sirkulært tverrsnitt langs separatorens lengdeakse Mellom den ytre veggen 23 og den indre veggen 5 er det definert et nngrom 32

Som vist i figur 3a, er det mellom den ytre veggen 23 og den indre veggen 5 anordnet fire langsgående vegger 24,25, 26 og 27, som strekker seg over størsteparten av utløpsarrangementets 2 lengde Mellom veggene 24 og 25 den ytre veggen 23 og den indre veggen 5 er det definert en kanal 3a Mellom veggene 25 og 26 den ytre veggen 23 og den indre veggen 5 er det definert en kanal 7 Mellom veggene 26 og 27 den ytre veggen 23 og den indre veggen 5 er det definert en kanal 3b Mellom veggene 27 og 24 den ytre veggen 23 og den indre veggen 5 er det definert en kanal 6

Nær den ytre enden 21 går veggene 24,25, 26 og 27 over i en kon 28 Nær den indre enden 22 går veggene 24, 25,26 og 27 over i to langsgående vegger 29 og 30 (se figur 3b), som strekker seg mellom den ytre veggen 23 og den indre veggen 5 På oversiden av veggene 29 og 30 og mellom den ytre veggen 23 og den indre veggen 5 er det definert en kanal 12 På undersiden av veggene 29 og 30 og mellom den ytre veggen 23 og den indre veggen 5 er det definert en kanal 11

Veggene 24,25,26 og 27 og veggene 29 og 30 har alle skjæringspunkt i separatorens lengdeakse

Enda nærmere den indre enden 22 bøyer veggene 29 og 30 oppad og går sammen i en skråvegg 13 Skråveggen 13 stenger kanalen 12 på oversiden av veggene 29 og 30

1 den delen av den ytre veggen 23 som ligger utenfor kanalene 6 og 7 er det utformet et antall åpninger 33, slik at nngrommet 10 står i fri kommunikasjon med kanalene 6 og 7 Det tilgjengelige separatorkammeret for å utføre separasjon utenfor utløpsarrangementet 2 er derfor kombinasjonen av nngrommet 10 og kanalene 6 og 7, som står i

fluidforbindelse med hverandre Veggpartiene av den ytre veggen 23 utenfor kanalene 6 og 7 har i pnnsippet ingen annen hensikt enn å sørge for at utløpsarrangementet oppnår større stivhet

Like utenfor skråveggen 13 er det i nngrommet 10 anordnet et antall pakninger 8, som danner en væsketett avslutning av separatorkammeret 20

I den ytre veggen 23 er det mellom pakningene 8 og skråveggen 13 utformet en åpning 9 Denne åpningen 9 setter kanalen 3a i forbmdelse med et nngrom 34 innenfor pakningene 8 og mellom separatorveggen 1 og den ytre veggen 23 Etter skråveggen 13 er det definert et nngrom 32 mellom den ytre veggen 23 og den indre veggen 5

Innenfor den rørformede indre veggen 5 er det definert en kanal 35

Virkemåten til separatoren og utløpsarrangementet ifølge oppfinnelsen skal nå forklares

Vann og olje strømmer mn mot utløpsarrangementet 2 fra venstre i figur 2 Vannet og oljen er da allerede stort sett fullstendig separert Oljen antydet med piler 36 vil legge seg øverst i separatoren og strømme inn gjennom åpningene 4a på oversiden av den ytre veggen 23 Vannet som er antydet med piler 37 vil legge seg nederst i separatoren og strømme inn gjennom åpningene 4b på undersiden av den ytre veggen 23

Det vil bh et lokalt hastighetsfall på væskefasene ved den ytre enden 21 på grunn av konen 28, som danner en innsnevring av tverrsnittet

Oljen vil strømme videre gjennom kanalen 3a med økende hastighet ettersom den nærmer seg den indre enden 22 av utløpsarrangementet 2 Størsteparten av oljen vil strømme inn i kanalen 3a gjennom åpningene 4a nærmest den ytre enden 21 av utløpsarrangementet og i minkende grad nær den indre enden 22 Videre fortsetter oljen gjennom kanalen 3a og kanalen 12 og ut gjennom åpningen 9 og over i nngrommet 34, hvorfra den transporteres til overflaten

På samme måte vil vannet strømme videre gjennom kanalen 3b med økende hastighet ettersom den nærmer seg den indre enden 22 av utløpsarrangementet 2 Størsteparten av vannet vil strømme inn i kanalen 3b gjennom åpningene 4b nærmest den ytre enden 21 av utløpsarrangementet og i minkende grad nær den indre enden 22 Vannet strømmer fra kanalen 3b over i kanalen 11 Like etter skråveggen 13 tillates vannet å fylle hele nngrommet 32 Herfra kan vannet transporteres til overflaten eller det kan, ved hjelp av en ikke vist pumpe føres tilbake via kanalen 35 for injeksjon i formasjonen Dersom injeksjon ikke er aktuelt kan dette røret erstattes av skillevegger

Ved et utløpsarrangement av den ovennevnte typen er det viktig at dette blir onentert riktig i separatoren, slik at åpningene 4a blir vendende oppover og åpningene 4b bhr vendende nedover Selv om utløpsarrangementet kan tåle et visst avvik fra dette, vil utløpsarrangementets funksjon forringes med et større avvik fra denne onentenngen Nedenfor skal det besknves et utførelseseksempel ifølge den foreliggende oppfinnelse for å oppnå nkug onentenng av utløpsarrangementet

I figurene 4 og 5 er det vist anordninger for å onentere utløpsarrangementet ifølge figurene 1-3 Figur 4 viser en separator ifølge den foreliggende oppfinnelse Ytterst er separatorveggen 1 vist Innenfor denne er utløpsarrangementet 2 plassert Utløpsarrangementets ende 22 vender til venstre i figuren Her er flere åpninger 9 vist Kanalen 35 i røret 5 er også vist

Utenpå separatoren er det anordnet låsemutre 40 og 41 for en ikke vist pakning Det er også anordnet en tannkrans 42 utstyrt med en nøkkel 43 Nøkkelen 43 er en kile som kan forflyttes langs tannkransens 42 omkrets og låses til denne Dette kan for eksempel realiseres ved at nøkkelen 43 kan plasseres i et av flere spor i nngen 42 I tilknytning til tannkransen 42 er det også anordnet en låsenng 56 for å låse tannkransen 42 til separatoren

I figur 6 er tannkransen 42 med kile 43 og kilespor 57 vist i detalj Kilesporene er plassert med et vinkelintervall på for eksempel 5°

I figur 5 er det vist en styrehylse 50 Styrehylsen 50 er rundt sin omkrets utstyrt med et kilebelte 51 Dette kilebeltet 51 kan være av en konvensjonell oppbygning og er innrettet til å sette styrehylsen 50 fast i fonngsrøret (ikke vist) Ved sine ene ende 52 er styrehylsen 50 kuttet på skrå, slik at det dannes en styrekant 53 og 54 Styrekantene 53 og 54 strekker seg mn mot et styrespor 55, som strekker seg over en lengde av styrehylsen

Når separatoren skal settes i brønnen, føres først styrehylsen 50 ned i hullet, med enden 52 vendende opp, ti den når et horisontalt parti av brønnen hvor det er ønskelig å plassere separatoren Når dette stedet er nådd aktiveres kilebeltet 51, slik at styrehylsen settes fast mot fonngsrøret Deretter føres et overvåknings verktøy av i og for seg kjent type ned i brønnen for å registrere i hvilken retning sporet 55 er blitt orientert Denne målingen bestemmer hvor nøkkelen 43 skal plasseres langs tannkransens 42 omkrets

Nøkkelen plasseres så i samme vinkel i forhold til lnnløpsåpmngene 4a som sporet 55 danner i forhold til retningen opp Separatoren føres så ned i brønnen Nøkkelen 43 treffer en av styrekantene 52, 53 Etter hvert som separatoren føres mn i styrehylsen bevirker styrekanten 52 eller 53 at separatoren roterer inntil nøkkelen 43 flukter med sporet 55 Når nøkkelen 43 føres inn i sporet 55 er separatoren nktig orientert Til slutt fikseres separatoren ved hjelp av ikke viste, i og for seg kjente, midler, og øvrige nødvendige rør kobles til denne

I stedet for at nøkkelen er plassert på separatoren og styreflatene med styresporet er anordnet på en styrehylse er det også mulig å utstyre separatoren med styreflater og styrespor og sette en innretning med en nøkkel fast i f6nngsrøret

Claims (13)

1 Fremgangsmåte ved separasjon av olje og vann ved hjelp av en to-fase væske/væske-separator, der olje- og vannfasen separeres over minst en del av et separatorkammers lengde fra en oppstrøms ende til en nedstrøms ende av separatorkammeret, karakterisert ved at olje-og vannfasen gradvis taes ut over en lengde av separatorkammeret, hvilken lengde strekker seg i det vesentligste helt ned ni separatorkammerets nedstrøms ende, at uttaket av olje- og vannfasen skjer symmetrisk om separatorkammerets lengdeakse og at hver av fasene føres separat ut av separatorkammeret

2 Fremgangsmåte i henhold hl krav 1, karakterisert ved at hver av fasene taes ut med en tilnærmet hk mengde fordelt over utløpsarrangementet lengde

3 Fremgangsmåte i henhold til ett av kravene 1 eller 2, karakterisert ved at oppsamlede faste partikler føres ut av separatorkammeret sammen med den separerte vannfasen

4 Utløpsarrangement for en separator for separasjon av olje og vann, der separatoren omfatter et separatorkammer med en oppstrøms ende og en nedstrøms ende, idet utløpsarrangementet omfatter en oljeutløpsinnretning (4a), som står i kommunikasjon med en oljeutløpskanal (3a, 12) og en vannutløpsinnretning (4b), som står i kommunikasjon med en vannutløpskanal (3b, 11), der vannutløpsinnretmngen er plassert i en øvre del av separatorkammeret og oljeutløpsinnretmngen er plassert i en nedre del av separatorkammeret, karakterisert ved at olje- og vannutløpsinnretmngene (4a, 4b) strekker seg over en lengde av separatorkammeret og har utløpsåpmnger som er fordelt over denne lengden, hvilken lengde strekker seg i det vesentlige helt ned til separatorkammerets nedstrøms ende, at olje- og vannutløpsinnrerningene (4a, 4b) er anordnet hovedsakelig symmetrisk i forhold til hverandre om separatorkammerets lengdeakse og at oljeutløpinnretmngen (4a) befinner seg nær separatorkammerets (20) øvre begrensning og at vannutløpsmnretmngen (4b) befinner seg nær separatorkammerets (20) nedre begrensning

5 Utløpsarrangement ifølge krav 4, karakterisert ved a t olje- hhv vannutløpsmnretmngene (4a, 4b) omfatter åpninger med gradvis minkende tverrsnittsareal fra den oppstrøms enden til den nedstrøms enden av separatoren

6 Utløpsarrangement ifølge ett av kravene 4 - 6, karakterisert v e d at oljeutløpskanalen (3a, 12) og vannutløpskanalen (3b, 11) er definert av en ytre vegg (23) og mmst én langsgående vegg (24,25, 26,27)

7 Utløpsarrangement ifølge krav 6, karakterisert ved at oljeutløpskanalen (3a, 12) er definert av en første del av et nngrom (32) mellom den ytre veggen (23) og en indre vegg (5) og at vannutløpskanalen (3b, 11) er definert av en andre del av et nngrom (32) mellom den ytre veggen (23) og den indre veggen (5)

8 Utløpsarrangement ifølge krav 7, karakterisert ved at mmst en pakning (8) er anordnet mellom separatorveggen (1) og den ytre veggen (23), for å danne en væsketett avslutning av separatorkammeret (20)

9 Utløpsarrangement ifølge krav 8, karakterisert ved at oljeutløpskanalen (3a, 12) står i kommunikasjon med et nngrom (34) nedstrøms av pakningen (8), definert mellom separatorveggen (1) og den ytre veggen (23), og at vannutløpskanalen (3b, 11) står i kommunikasjon med et nngrom (32) nedstrøms av pakningen (8), definert mellom den ytre veggen (23) og den indre veggen (5)

10 Utløpsarrangement ifølge krav 7, karakterisert ved en kanal (35) definert innenfor den indre veggen (5), hvilken kanal er innrettet til å transportere vann for vanninjeksjon

11 Utløpsarrangement ifølge ett av de foregående krav 4-10, karakterisert ved at utløpsåpmngene i olje-h h v vannutløpsmnretnmgene (4a, 4b) er fordelt over en lengde på 2 - 4 meter

12 Fremgangsmåte for å onentere utløpsarrangementet ifølge ett av kravene 4-111 et borehull, karakterisert ved at en styremnretmng føres ned i hullet og settes fast i hullet, at et måleverktøy føres ned i hullet for å registrere onentenngen til de første styremidler på styreinnretningen, at andre styremidler, korresponderende med de første styremidler, på separatoren innstilles i overenstemmelse med de første styremidlers onentenng, at separatoren med utløpsarrangementet føres ned i hullet og at separatoren, når første og andre styremidler kommer i kontakt med hverandre, roteres til en forhåndsbestemt onentenng

13 Anordmng for onentenng av utløpsarrangementet ifølge ett av kravene 4-13, karakterisert ved at den omfatter en styreinnretmng (50) med en styrekant (55), som strekker seg i skruelinje langs hullets akse, og en ring (42) utstyrt med aksielle spor rundt penfenen, at styreinnretningen (50) er utstyrt med fastsettelsesmnretmnger (51) for å sette fast styremnretnmgen (50) i et fénngsrør i hullet, at separatoren omfatter en kile (43) som er innrettet til å løpe langs styrekanten (55), slik at når de første og andre styremidler (43,55) kommer i kontakt med hverandre roteres separatoren til en forhåndsbestemt onentenng og at de aksielle sporene hver er innrettet til å motta kilen (43)