NO319807B1 - Gravitasjonsseparatoranordning for nedihulls-separasjon av bronnfluider, samt fremgangsmate for nedihulls gravitasjonsseparasjon av bronnfluider. - Google Patents

Abstract

Separatoranordning for nedihulls-separasjon av brønnfluider omfattende minst to separatorceller, hvor hver separatorcelle omfatter et separatorhus. Separatorhuset har vegger (9, 10, 15,16) som seg imellom avgrenser et separatorkammer (17). Ut fra separatorkammeret er det et vannutløp (8) og et hydrokarbonutløp (7), og inn i separatorkammeret er det et brønnstrøminnløp (13, 14), som står i forbindelse med et ringrom i borehullet utenfor separatorhuset. En vannstrømningsledning (21) står i forbindelse med vannutløpet (8) fra de minst to separatorcellene; og en hydrokarbonstrømningsledning (23) står i forbindelse med hydrokarbonutløpet (7) for å gi parallell drift av nevnte separatorceller. Det er også beskrevet en fremgangsmåte for å separere brønnstrøm fra ulike soner uavhengig av hverandre.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en gravitasjonsseparatoranordning for nedihulls separasjon av brønnfluider og en fremgangsmåte for nedihulls gravitasjonsseparasjon av brønnfluider.

Oppfinnelsen vedrører spesielt, men ikke utelukkende, motstrømsseparasjon.

Ved produksjon av hydrokarboner fra underjordiske brønner vil det bli produsert vann i tillegg til hydrokarbonene. Vannet har vanligvis en høyere tetthet enn hydrokarbonene og har derfor en tendens til å samle seg i den nedre del av borehullet, og det vil dannes et lagdelt strømningsmønster. Vann vil også som et resultat av tyngdekraften, strømme ved lavere hastighet enn hydrokarbonene i skrå brønner. I enkelte seksjoner av brønnen kan det til og med strømme nedover.

De fleste brønner vil sent i sin produksjonsperiode se en økning i vannproduksjonen. Eldre felt produserer derfor typisk mer vann enn hydrokarboner. Følgelig er én av industriens største utfordringer det å håndtere disse enorme mengder produsert vann.

Et spesielt utfordrende aspekt ved dette problemet er det faktum at de fleste av disse elder brønner ikke kan bære kostnadene ved ny boring eller en full brønnoverhaling. Rimelige modifiseringer ville derfor være den ideelle løsning. De fleste av disse brønner har ingen horisontale partier, med den følge at nedihulls horisontal separasjon basert på naturlig fall ikke kan gjennomføres. Et separasjonssystem som kan anvendes i en awiksbrønn ville derfor være av stor interesse.

Det eksisterer to viktige tidligere kjente fremgangsmåter for nedihulls separasjon:

• det syklonbaserte system, som har vært kjent ganske lenge, har så langt vært en begrenset kommersiell suksess på grunn av tvilsom driftssikkerhet, og • separatorsystemer basert på naturlig fall, hvor lavgjennomstrømningssystemer, dobbeltvirkende pumpesystemer (Dual Action Pumping System (DÅPS)) som håndterer mindre enn 200 m<3>/d, har vært prøvet ut med blandede resultater, mens høygjennomstrømningssystemer ennå ikke har fått noen kommersiell anvendelse.

Det er kjent to typer fallseparatorsystemer for høy gjennomstrømning: Horisontalseparatoren til Norsk Hydro, beskrevet i WO 98/41304, og skråbrønnseparatoren til Schlumberger, beskrevet i GB 2 326 895, i tillegg til en avart av denne tilhørende ABB, beskrevet i norsk patentsøknad 2000 0900.

Det grunnleggende konsept bak det nedihulls separasjonssystem som beskrives i WO 98/41304, er å regulere gjennomstrømningsmengden av formasjonsfiuid i en horisontal seksjon av brønnen til et slikt nivå at man oppnår lagdeling. Den utskilte oljen får strømme fritt til overflaten, forutsatt tilstrekkelig bunnhullstrykk (ellers kan gassløft eller andre kunstige løftemetoder benyttes). En brønnpumpe brukes til å injisere det utskilte vann i et egnet område.

De nedihulls separasjonssystemer basert på naturlig fall ifølge GB 2 326 895 og NO 2000 0900 egner seg for skrå borehull. Systemet ifølge GB 2 326 895 ligner det i WO 98/41304, med det unntak at det foreslår to utløpsrør, hvor ett tar oljen og det andre det utskilte vann. En føler plassert nær utløpsåpningene vil bli brukt til å regulere utstrømningsmengden. Sammenlignet med WO 98/41304 hevdes det at dette system fungerer ved hellinger på 0 - 50 grader. Systemet ifølge NO 2000 0900 hevdes også å fungere i skråbrønner hvor den tunge fluidkomponent (vann) får skilles ut av det innkommende fluid gjennom åpninger i et rør inn i en andre kanal utformet mellom utsiden av dette rør og brønnforingen.

Slike systemer vil fordre lagdelte strømningsmønstre i separasjonskammeret for å kunne virke. Olje, som er letter enn vann, vil strømme oppover i det øverste lag og nå frem til oljeutløpet. Vann vil strømme ved lavere hastighet eller strømme i motstrøms retning inne i separasjonskammeret (avhengig av vinkelen og samlet gjennomstrømningsmengde) og fanges opp av vannutløpet eller dreneringsåpningene. Den høyest tillatte slippehastighet mellom olje og vann er en kritisk parameter når det gjelder å bestemme den total kapasitet for et slikt system. Når denne slippehastighet overstiger en viss maksimumsverdi, vil fluidene blandes på nytt ved grenseflaten, og separasjonen vil bryte sammen.

Fordelen ligger imidlertid i evnen til å fungere i et skrått borehull.

US 6080312 representerer et eksempel på hydrosyklonseparatorer. Denne publikasjonen viser parallellkoblede hydrosyklonseparatorer. Slike separatorer er vesentlig forskjellige fra gravitasjonsseparatorer, idet virkemåten er helt annerledes. I en syklonseparator blir de ulike fiuidfasene slynget kraftig. Under denne prosessen blir fasene først kraftig blandet og deretter tvunget til å separeres. Det spiller således ingen rolle hvordan fasene eksisterer før de kommer inn i separatoren. Om de allerede foreligger i en homogen blanding eller til en viss grad allerede er separert, har ingen innvirkning på syklonseparatorens funksjon.

Syklonseparatorer har også andre ulemper. De fungerer bedre jo større diameteren er. I et brønnhull vil diameteren være sterkt avgrenset. Funksjonen vil også være uavhengig av separatorens orientering, d.v.s. om den er loddrett eller skråstilt. En gravitasjonsseparator kan skråstilles og derved separere mer effektivt på tross av liten diameter. Syklonseparatoren er betydelig mer komplisert. Det er derfor større fare for at det oppstår en feilfunksjon. Det å trekke opp igjen en separator fra brønnen for å reparere eller erstatte denne med en ny, er veldig kostbart. Ved en gravitasjonsseparator er risikoen for dette betydelig redusert.

En gravitasjonsseparator kan innstilles for ulike vannkutt (d.v.s. forholdet mellom vann og olje). Derved kan separatoren "tunes" til å separere mest mulig effektivt for det vannkuttet som foreligger i den aktuelle sonen der separatoren er plassert.

Ved sammenstillingen av hydrosyklonseparatorer som vist i US 6080312 blir en slik tuning svært vanskelig. Dette fordi alle innløpene fra de ulike sonene leder inn i samme langstrakte kammer. Det blir derfor en blanding av fluider fra de ulike sonene. I den foreliggende oppfinnelse er separatorene adskilt fra hverandre som helt klart definerte celler. Det foregår derfor ingen blanding av fluider fra de ulike sonene etter at disse er strømmet inn i sine respektive separatorceller gjennom innløpene.

Den foreliggende oppfinnelse tar sikte på å utnytte det faktum at brønnfluider ikke er fullstendig blandet i brønnen, men på sett og vis er forhåndseparert ved at for eksempel vann og olje foreligger i lommer. Ved å la brønnfluidene strømme forholdsvis forsiktig inn i separatoren vil ikke fluidene blandes fullstendig med hverandre. Separeringen i gravitasjonsseparatoren vil da kunne skje raskere og med bedre resultat enn om fluidene ble fullstendig blandet før separeringen. Dette kan man ikke oppnå i en syklonseparator.

Nærværende søker har i løpet av våren/sommeren 2001 gjennomført undersøkelser med det formål å etablere en ny nedihulls separasjonsanordning som for eksempel kunne

egne seg til modifikasjon av gamle våtbrønner.

Følgende kriterier ble lagt som grunnlag for et mulig nedihulls separasjonssystem for modifikasjon av slike gamle våtbrønner:

1. Ingen krav om ny boring.

2. Må passe inn i standard foringsrørmål: 7" (ca. 178 mm) og 9 <s>/g" (ca. 229 mm).

3. Må virke i skrå brønner.

4. Om mulig, unngå roterende utstyr (pumpe, kompressor) i brønnen.

5. Separerte faser (hydrokarboner og vann) ledes til overflaten, alternativt ledes vann til en underjordisk lavtrykksformasjon uten bruk av pumpe.

6. Minimalt med overvåkning og regulering nede i brønnen (for enkelhets skyld).

7. Separerte faser er rene nok til å ledes utenom 1.- og 2.-trinnsseparatorene på overflaten.

8. Fungerer ved alle vannfraksjoner.

9. Aksepterer høye gjennomstrømningsmengder (typisk over 2000 m<3>/dag).

Det finnes i dag ingen nedihulls separasjonsteknologi som oppfyller disse kriterier. Syklonbasert, nedihulls separasjonsteknologi vil ikke oppfylle kriterier nr. 7 og 8. Systemer basert på naturlig fall og liten gjennomstrømningsmengde vil ikke oppfylle kriterier nr. 5 og 9. Nedihulls horisontal separasjon (høy gjennomstrømningsmengde) vil ikke oppfylle kriterium nr. 3. Roterende separatorer under utvikling vil ikke oppfylle kriterium nr. 4. Fallbaserte systemer for skrå hull vil ikke oppfylle kriterium nr. 9 (se nedenfor).

Følgelig eksisterer det et behov for å fylle disse hullene i teknologien, siden tilbakemeldinger fra markedet indikerer at det finnes et stort behov for denne type installasjon.

Ut fra dette bestemte man seg for å gjennomføre en teknisk evaluering av motstrømsseparasjonsprinsippet (Counter-current Separation (CS) principle) (lignende det som beskrives i GB 2 326 895 og NO 2000 0900), som er avhengig av et skrått borehull for å virke. Systemet er basert på separasjon gjennom naturlig fall, men skiller seg fra WO 98/41304 ved at vann ledes i motsatt retning av oljen. Tyngdekraften vil få vannet til å samle seg i bunnen av brønnen, hvor det er anordnet et utløpsrør eller pumpe for å deponere dette til overflaten eller i en injeksjonssone. Sammenlignet med WO 98/41304 vil det forekomme en betydelig slippehastighet mellom olje- og vannfasene. Forsøk har vist at dette vil være en begrensende faktor for den totale kapasitet i et slikt system.

Forsøkene viste at for å være effektiv, ville gjennomstrømningshastigheten i borehullet måtte reduseres til omkring 10 - 20 % av utløpshastigheten fra en normal høygjennomstrømningsbrønn. Følgelig vil separatorene ifølge GB 2 326 895 og NO 2000 0900 kun være av nytte for brønner med lavere gjennomstrømning.

For å overvinne denne begrensningen foreskriver den foreliggende oppfinnelse en separatoranordning omfattende minst to separatorceller, hvor hver separatorcelle omfatter et separatorhus, idet nevnte separatorhus har vegger som seg imellom avgrenser et separatorkammer; et vannutløp og et hydrokarbonutløp fra nevnte separatorkatnmer; et brønnstrøminnløp til kammeret, hvilket står i forbindelse med et ringrom i borehullet utenfor separatorhuset; en vannstrømningsledning som står i forbindelse med nevnte vannutløp fra nevnte minst to separatorceller; og en hydrokarbonstrømningsledning som står i forbindelse med nevnte hydrokarbonutløp, for å gi parallell drift av nevnte separatorceller.

Det foreslås i et andre aspekt en fremgangsmåte for å separere brønnfluider fra ulike soner uavhengig av hverandre, idet hydrokarbonproduserende soner i et borehull sperres av, brønnfluider trekkes ut av en respektiv formasjon grensende til sonene, brønnfluid som strømmer inn i de respektive soner, separeres i vann og hydrokarboner i nedihulls separatorer, idet separering av brønnfluider fra de respektive soner skjer uavhengig av hverandre.

Separeringen kan finne sted i et skrått parti av brønnen og/eller et horisontalt parti av brønnen.

Oppfinnelsen som angitt i de etterfølgende krav vil gi én eller flere av følgende fordeler:

• Økt samlet gjennomstrømningskapasitet.

• De ulike celler kan stilles inn for å håndtere ulike vannfraksjoner (water cut - WC), ettersom de øvre celler sannsynligvis vil håndtere lavere vannfraksjoner enn de

nedre enheter.

• Økt samlet virkningsgrad, siden de øvre celler vil motta mer ren olje og mindre vann, mens de lavere celler har mer rent vann og mindre olje å fjerne. • Kan knyttes sammen med regulering i innstrømningssonen for å få en bedre tømming av reservoaret.

• Hver celle kan tilpasses for ulike innstrømningstrykk langs borehullet.

Én spesielt interessant fordel ved et slikt system er å kunne bruke reguleringsventilene i hver separasjonscelle til regulering i innstrømningssonen. Dette vil kreve at hver seksjon av brønnen som skal tømmes for seg, må isoleres fra de andre ved hjelp av pakninger. Hovedfordelen ved et slikt system er at det oppnås en kombinasjon av både balansert og optimal reservoartømming og forbedret separatorfunksjon.

For å få en indikasjon på mulighetene forbundet med CS-celler, ble det satt i gang et enkelt forsøk.

Et rør med en lengde på 7,9 meter og en diameter på 100 mm ble utformet med en innløpsanordning i midtpartiet. Samlerør for olje og vann ble inkludert i hovedrøret. Røret kunne vippes til ulike vinkler. En blanding av olje og vann ble ført inn i midtpartiet. Separering og motstrøm ville finne sted som beskrevet ovenfor. Olje-/vannsystemet bestod av Exxol D80 (en avaromatisert parafin) og ferskvann.

Følgende parameter ble variert under forsøket:

• Separasjonsforsøk ble utført ved vinkler på mellom 4 og 47 grader.

• Gjennomstrømningsmengdene ble økt helt til det ikke kunne skje noen separering på grunn av emulsjonsdannelse som en følge av oppløsningen av grenseflaten mellom

olje og vann.

• Vannfraksjonen varierte fra 27 til 79 %.

Følgende observasjoner ble gjort:

• Høye gjennomstrømningsmengder ga opphav til flere emulsjoner.

• SeparasjonsefTektiviteten var minst ved inversjonspunktet (ca. 50% WC).

• Det ble påvist et hopp i grenseflatenivået ved overflatehastigheter på mellom 0,015 og 0,02 m/s. • Tilsetning av emulsjonsnedbryter ga en økning i den største gjennomstrømningsmengden som kunne oppnås før separeringen opphørte.

Forsøket viste at:

• Det kunne oppnås en høyere separasjonskapasitet for strømmer hvor olje utgjorde grunnfasen (lav WC), sammenlignet med strømmer hvor vann utgjorde grunnfasen

(høy WC).

• Den totale separasjonskapasitet lot til å være ganske konstant for WC over inversjonspunktet (i området med lav WC)

• Separasjonskapasiteten økte med økende helling, opp til ca. 36 grader.

• Regulering av grenseflaten mellom olje og vann var vanskeligere ved høye vinkler. • Separasjonskapasiteten øktes gjennom bruk av emulsjonsnedbryter (omtrent dobbelt hastighet ved 7 grader).

Det ble beregnet en maksimal samlet gjennomstrømningsmengde (olje + vann) for

en 9 <5>/g" fdringsrørseparator (ID 222 mm) på grunnlag av separeringsforsøket.

Følgende konklusjoner kan trekkes av disse forsøk:

• Separasjon kan oppnås innenfor et bredt spekter av vinkler, men vinkler på mer enn 5-10 grader og mindre enn 35 -40 grader ser ut til å være de gunstigste for

motstrømsseparasj on.

• Separasjonseffektiviteten ser ut til å være 50% lavere over inversjonspunktet (i området med høy WC) enn under. • Den totale separasjonskapasitet er for lav til å bruke en frittstående enhet i en brønn med stor gjennomstrømningsmengde.

• Aktiv nivåregulering er nødvendig for å kunne oppnå god produktkvalitet.

• Virkningen av bedre separering under brønnforhold kan illustreres gjennom den 100% økning av virkningsgraden ved 7 grader og bruk av emulsjonsnedbryter.

Den foreliggende oppfinnelse legger også til rette for utnyttelse av den forseparering som har funnet sted utenfor separatorkammeret før innstrømming i separatoren, idet blanding av den separerte, motstrøms olje/vannstrøm med det innkommende fluid forhindres, hvilket således reduserer strømningsforstyrrelser til et minimum og øker virkningsgraden.

Selv om den foreliggende oppfinnelse i hovedsak retter seg mot separatorer og fremgangsmåter for separering i en skrå brønn, vil i det minste noen utførelser av oppfinnelsen også kunne benyttes for horisontale brønner.

Oppfinnelsen vil nedenfor bli beskrevet nærmere i en utførelse av oppfinnelsen, under henvisning til de ledsagende tegninger, hvor: Figur 1 viser et snitt gjennom et borehull med en separator som skal brukes i sammenheng med den foreliggende oppfinnelse; Figurer 2a - 2d viser den nedre del av separatoren på figur 1; Figur 2a viser den nedre del i same tverrsnitt som på figur 1; Figur 2b viser et tverrsnitt langs G - G på figur 2a; Figur 2c viser den nedre del av separatoren i et lengdesnitt på tvers av lengdesnittet på figur 2a, langs B - B på figur 2d; Figur 2d viser et tverrsnitt langs C - C på figur 2a; Figurer 3a - 3d viser den øvre del av separatoren på figur 1; Figur 3 a viser den øvre del i same tverrsnitt som på figur 1; Figur 3b viser et tverrsnitt langs F - F på figur 3 a; Figur 3c viser øvre del av separatoren i et lengdesnitt på tvers av lengdesnittet på figur 3a, langs B - B på figur 3d; Figur 3d viser et tverrsnitt langs H - H på figur 2a; Figurer 4a - 4d viser midtpartiet av separatoren på figur 1; Figur 4a viser midtpartiet i same projeksjon som på figur 1; Figur 4b viser et tverrsnitt langs D - D på figur 4a; Figur 4c viser et lengdesnitt langs B - B på figur 4d; Figur 4d viser et tverrsnitt langs E - E på figur 4a;

Figur 5a viser en detaljtegning av venstresiden av figur 2c; og

Figur 5b viser et tverrsnitt langs C - C på figur 5a.

Nedenfor benyttes uttrykket hydrokarboner for det ønskede fluid fra formasjonen. Dette omfatter i hvert fall olje, men kan også omfatte en mindre mengde gass eller kondensat.

Figur 1 viser skjematisk en utførelse av en separatorcelle ifølge den foreliggende oppfinnelse for motstrøms separasjon i et skrått borehull. Brønnen bores gjennom et hydrokarbonførende lag (produksjonssone 1). Som vist på figur 1, og som er tilfelle i mange situasjoner, avgrenser et foringsrør 2 brønnen fra produksjonssonen 1. Det lages perforeringer gjennom foringsrørveggen (ikke vist) for å la reservoarfluider strømme inn i brønnen. Over og under produksjonssonen 1 er det plassert pakninger 3,4. Pakningene 3,4 isolerer den del av brønnen som går gjennom produksjonssonen 1 og kan plasseres andre steder enn det som vises på figur 1. Det lages typisk flere perforeringsslisser langs fdringsrøret 2 mellom pakninger 3 og 4. Innstrømningsmengden vil derfor bli fordelt over dette partiet. Andre partier av det perforerte fdringsrør kan isoleres med pakninger på lignende vis.

I de tilfeller hvor separatoren befinner seg i en åpen, uforet brønnseksjon, kan pakninger isolere mot bergoverflaten i det åpne hull. I enkelte tilfeller kan man installere en sandsikt for å forhindre at faste bestanddeler følger med den innkommende strøm. Den videre beskrivelsen vil imidlertid kun ta for seg det forede alternativ, siden funksjonsbeskrivelsen vil være den samme.

Siden innstrømmen fordeles over en lang seksjon utenfor separatoren, er innstrømningsmengden per lengdeenhet liten, og det vil skje en forseparering av fluidene under påvirkning av tyngdekraften. Det letteste fluid, nærmere bestemt hydrokarbonfluidet, vil bevege seg oppover og samle seg i den øverste del av ringrommet mellom separasjonskammeret og foringsrøret 2 og i området mot pakningen 4. Den tyngre fraksjon, dvs. vannet, vil bevege seg nedover og samle seg i den nederste del av ringrommet mellom separasjonskammeret og foringsrøret 2 og i området mot pakningen 3.

Separatoren har en første innløpsåpning 13 i en øvre vegg 9 og en andre innløpsåpning 14 i en nedre vegg 10. Justeringen av innløpsåpningene 13 og 14 til en øvre 13 og eri nedre 14 åpning er viktig for å kunne dra fordel av den forseparering av brønnfluider som finner sted i ringrommet mellom foringsrøret 2 og separatoren. Hydrokarbonrikt fluid vil ha en tendens til å samle seg i den øvre del av den avsperrede sone mellom pakningene 3 og 4, og vannrikt fluid vil ha en tendens til å samle seg i den nedre del av denne sone. Det hydrokarbonrike fluid vil dermed strømme inn gjennom den øvre innløpsåpning 13, og det vannrike fluid vil strømme inn gjennom den nedre innløpsåpning 14. Separatoren har en nedre endevegg 15 og en øvre endevegg 16 som sammen med den øvre vegg 9 og den nedre vegg 10 omslutter separasjonskammeret 17. I utførelsen som er vist på figur 1, er det anordnet et utløpsrør 7 nær den øvre vegg 9 og den øvre endevegg 16. Utløpsrøret 7 har som formål å lede hydrokarbonene ut av separatoren. Tilsvarende er det anordnet et utløpsrør 8 nær den nedre vegg 10 og den nedre endevegg 15. Utløpsrøret 8 har som formål å lede vannet ut av separatoren. Hydrokarbonutløpsrøret 7 er anordnet nær separatorens øvre vegg 9 for å fange opp hydrokarbonene som samler seg opp nær denne vegg. Vannutløpsrøret 8 er anordnet nær separatorens nedre vegg 10 for å fange opp vannet som samler seg opp nær denne vegg.

De to utløpsrør 7,8 er fortrinnsvis innrettet til å fange opp henholdsvis hydrokarboner og vann langs en lengde av røret som er forsynt med henholdsvis åpninger 11 og 12. Åpningene 11 og 12 har fortrinnsvis et åpningsareal som avtar mot henholdsvis den øvre endevegg 16 og den nedre endevegg 15, slik at henholdsvis hydrokarboner og vann trekkes ut i mindre og mindre mengder langs lengden av utløpsrørene 7, 8 for å muliggjøre koalesens av de mindre dråper i området mot endeveggene 15 og 16. Utløpsrørene har fortrinnsvis en utforming som beskrives i detalj i norsk patentsøknad nr. 2000 1954 (motsvarer PCT/NO01/00156) fra nærværende søker.

Separasjonen av hydrokarbonene og vannet vil bli styrt av tyngdekraften og viskositetskreftene i fluidet. Endelig koalesens av dispergerte oljedråper vil finne sted i vannsøylen over den nedre endevegg 15. Tilsvarende vil de dispergerte vanndråper koalesere og synke i oljesøylen nær den øvre endevegg 16.

Separatoren kan deles (skjønt ikke nødvendigvis fysisk) inn i tre deler:

• En nedre del 18 som omfatter den nedre endevegg 15, vannutløpsrøret 8 og de deler av den øvre vegg 9 og den nedre vegg 10 som befinner seg nærmest den nedre endevegg 15; • en øvre del 19 som omfatter den øvre endevegg 16, hydrokarbonutløpsrøret 7 og de deler av den øvre vegg 9 og den nedre vegg 10 som befinner seg nærmest den øvre endevegg 16; • og et midtparti 20 som omfatter innløpsåpningene 13,14 og de deler av den øvre og nedre vegg 9,10 som befinner seg nær innløpsåpningene 13,14.

Separatoren vil nå bli beskrevet i nærmere detalj under henvisning til figurer 2a - 2d, 3a

-3d og 4a-4d.

Figurer 2a - 2d viser den nedre del 18 av separatoren. På figur 2a er den nedre del 18 vist i samme tverrsnitt som på figur 1. Dette viser de deler av den øvre vegg 9 og den nedre vegg 10 som befinner seg nærmest den nedre endevegg IS, inneholdende vannutløpsrøret 8. Vannutløpsrøret 8 er forbundet med et vannstrømningsrør 21 gjennom en reguleringsventil 36 og et overgangsrør 22 som setter vannutløpsrøret 8 i fluidforbindelse med vannstrømningsrøret 21. Vannstrømningsrøret 21 strekker seg gjennom lengden av separatoren, som vist på for eksempel figur 1. Figur 2b viser et tverrsnitt langs G - G på figur 2a. Dette tverrsnitt viser vannstrømningsrøret 21 og vannutløpsrøret 8, i tillegg til et hydrokarbonstrømningsrør 23 som også strekker seg gjennom lengden av separatoren parallelt med vannstrømningsrøret 21.

Som også kan sees på figur 2b, danner den øvre vegg 9 og den nedre vegg 10 sammen en sylinder. Den øvre vegg 9 går ned til vannstrømningsrøret 21 og hydrokarbonstrømningsrøret 23, og den nedre vegg 10 går opp til de to rør 21 og 23.1 praksis er den øvre og nedre vegg 9 og 10 laget fullstendig i rørform.

Figur 2d viser et tverrsnitt langs C - C på figur 2a og viser vannstrømningsrøret 21 og hydrokarbonstrømningsrøret 23 plassert i separatorkammeret 17.

På figur 2c er det vist et lengdesnitt av den nedre del 18 av separatoren, på tvers av lengdesnittet på figur 2a, langs B - B på figur 2d. Her er både vannstrømningsrøret 21 og hydrokarbonstrømningsrøret 23 synlige. En del av vannutløpsrøret 8 og overgangsrøret 22 er også synlig mellom 21 og 23.

Som kan sees på figurer 2a og 2c, er vannstrømningsrøret 21 forbundet med et forbindelseskammer 24 som ligger bak separatorens endevegg IS. Hydrokarbonstrømningsrøret 23 er forbundet med en rørbøy 25 som går gjennom forbindelseskammeret 24. Enden av rørbøyen 25 som ligger lengst vekk fra hydrokarbonstrømningsrøret 23, befinner seg midt i forbindelseskammeret 24. Forbindelseskammeret 24 og rørbøyen 25 er beregnet på kopling til et forbindelseskammer 24' og en rørbøy 25' i en andre separator som befinner seg under den nedre del 18.

Den øvre del 19 blir beskrevet under henvisning til figurer 3a - d. Den øvre del 19 ligner den nedre del 18, med det unntak at den er orientert slik at hydrokarbonutløpsrøret 7 befinner seg nær den øvre vegg 9, mens vannutløpsrøret befinner seg nær den nedre vegg 10 i den nedre del 18. Figur 3a viser den øvre del 19 i samme tverrsnitt som på figur 1. Dette viser de deler av den øvre vegg 9 og den nedre vegg 10 som befinner seg nærmest den øvre endevegg 16, inneholdende hydrokarbonsutløpsrøret 7. Hydrokarbonutløpsrøret 7 er forbundet med hydrokarbonstrømningsrøret 23 gjennom en reguleringsventil 37 og et overgangsrør 26 som forbinder hydrokarbonutløpsrøret 7 med hydrokarbonstrømningsrøret 23. Hydrokarbonstrømningsrøret 23 strekker seg gjennom lengden av separatoren, som forklart tidligere. Figur 3b viser et tverrsnitt langs F - F på figur 3a. Dette tverrsnitt viser vannstrømningsrøret 21, hydrokarbonstrømningsrøret 23 og hydrokarbonutløpsrøret 7. Figur 3d viser et tverrsnitt langs H - H på figur 2a, og viser vannstrømningsrøret 21, hydrokarbonstrømningsrøret 23 og hydrokarbonutløpsrøret 7, i tillegg til overgangsrøret 26, plassert i separatorkammeret 17. Figur 3c viser et lengdesnitt gjennom den øvre del 19 av separatoren på tvers av lengdesnittet på figur 3a, langs B - B på figur 3d. Her er både vannstrømningsrøret 21 og hydrokarbonstrømningsrøret 23 synlige. Hydrokarbonutløpsrøret 7, reguleringsventil 37 og overgangsrøret 26 er også synlige, og dekker til dels rør 21 og 23.

Som kan sees på figurer 3a og 3c, er vannstrømningsrøret 21 forbundet med et forbindelseskammer 27 som befinner seg bak separatorens øvre endevegg 16. Hydrokarbonstrømningsrøret 23 er forbundet med en rørbøy 28 som passerer gjennom forbindelseskammeret 27. Enden av rørbøyen 28 lengst fra den øvre endevegg 16 befinner seg midt i forbindelseskammeret 27. Forbindelseskammeret 27 og rørbøyen 28 er tenkt koplet til et forbindelseskammer 27' og en rørbøy 28' i en andre separator som befinner seg over den øvre del 19, på lignende vis som beskrevet for forbindelseskammeret for den nedre del.

Idet det henvises til figurer 4a - 4d, vil det bli gitt en beskrivelse av midtpartiet 20.

Figur 4a viser midtpartiet i samme projeksjon som på figur 1. Innløpsåpningene 13 og 14 fra brønnringrommet til separatorkammeret 17 er vist. Nær innløpsåpningene 13 og

14 er det anbrakt ledeplater 29, 30, 31 og 32. Disse er ment å skulle hindre den innkommende brønnstrøm i å forstyrre de fluider som allerede befinner seg inne i separatoren, for å forhindre ny sammenblanding av de allerede delvis separerte faser. Figur 4b viser et tverrsnitt langs D - D på figur 4a. Åpningene 13 og 14, ledeplatene 30 og 32 og vann- og hydrokarboristrøniningsrørene 21 og 23 er vist. Figur 4d viser et tverrsnitt langs E - E på figur 4a. Her er også ledeplatene 30 og 32 og vann- og hydrokarbonslxømningsrørene 21 og 23 vist. Figur 4c viser et lengdesnitt langs B - B på figur 4d. Vann- og

hydrokarbonstrømningsrørene 21 og 23 er vist. I tillegg vises åpning 14 og ledeplatene 31 og 32. Som kan sees på figur 4c, er ledeplatene 31 og 32 i realiteten én plate i hvilken det er utformet en åpning som tilsvarer åpning 14. Innløpsarrangementet er meget enkelt. Under forsøk viste det seg å være meget viktig å inkludere ledeplatene for å beskytte den motstrømsseparerte strøm mot det innkommende fluid. Innløpsåpningene 13 og 14 kan imidlertid ha ulik form og også bestå av flere atskilte åpninger i samme område.

Som vist på Figur 4a, er det plassert en første nivåmåler 33 under innløpsåpningene 13, 14 for å måle vannfasens høyeste nivå, og en andre nivåmåler 34 er plassert over innløpsåpningene 13,14 for å måle hydrokarbonfasens laveste nivå. Dersom vannfasens høyeste nivå overstiger den første nivåmåler 33, vil uttaket av vann gjennom vannutløpsrøret 8 (vist på figur 1) måtte økes, og/eller uttaket av hydrokarboner gjennom hydrokarbonutløpsrøret 7 (vist på figur 1) vil måtte reduseres. Om hydrokarbonfasens laveste nivå derimot faller under den andre nivåmåler 34, vil uttaket av hydrokarboner gjennom hydrokarbonutløpsrøret måtte økes og/eller uttaket av vann gjennom vannutløpsrøret vil måtte reduseres.

Regulering av utstrømningsmengden foretas fortrinnsvis ved hjelp av de stillbare ventiler 36,37 ved de to utløp, på grunnlag av grenseflatenivået for olje og vann i separatorkammerets midtparti. Det å fordele strømningsmengden mellom de enkelte separatorer gjøres fortrinnsvis ved å justere utløpsstrømmen fra hver separator slik at den håndterer en bestemt andel av den totale innløpsmengde.

Forbindelsen mellom to separatorer ifølge den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet under henvisning til figurer 5 a og 5b.

Som kan sees på figur 5a, som faktisk viser det samme som venstre side av figur 2c, er vannstrømningsrøret 21 i den høyre separator og vannstrømningsrøret 21' i den venstre separator koplet til henholdsvis forbindelseskammer 24 og 24'. Forbindelseskamrene har samme indre og ytre diameter som separatorene, og er i realiteten en integrert del av de respektive separatorvegger 9,10. De to forbindelseskamre 24 og 24' er forbundet med hverandre ved hjelp av en utvendig muffe 35 med høyre og venstre gjenger som går i inngrep med tilsvarende gjenger på utsiden av vegger 9,10,9', 10'. Forbindelseskamrene 24 og 24' trekkes dermed sammen gjennom dreining av muffen 35. En kileanordning (ikke vist) vil sikre at de to separatorenheter orienteres rotasjonsmessig riktig ved sammenpasning. Hydrokarbonstrømningsrøret 23 i den høyre separator og hydrokarbonstrømningsrøret 23' i den venstre separator er forbundet med henholdsvis rørbøy 25 og 25'. De mot hverandre vendende ender av rørbøyene 25 og 25' befinner seg midt i forbindelseskammeret 24,24', som vist i tverrsnittet på figur 5b langs C-C. Rørbøyen 25 strekker seg et lite stykke inn i forbindelseskammeret 24', slik at rørbøyene 25 og 25' overlapper hverandre. Rørbøyen 25 har i tillegg en større diameter enn rørbøyen 25<*>, slik at rørbøyene 25 og 25' passer sammen i en tett, konsentrisk hann-/hunnkopling.

Et hvilket som helst antall separatorer ifølge den foreliggende oppfinnelse kan forbindes med hverandre som vist. Dermed kan separatorene separere brønnfluider fra ulike soner av brønnen. Vannstrømningsrørene og hydrokarbonstrømningsrørene vil løpe kontinuerlig gjennom de med hverandre forbundne separatorer, noe som vil bidra til fasenes strømning gjennom å tilføre fluid gjennom henholdsvis overgangsrør 22 og 26. På denne måten kan et hvilket som helst antall separatorer koples fysisk sammen etter hverandre, samtidig som de driftsmessig er parallellkoplet.

Separatorhuset er et lukket kammer. Innløpene ligger i topp og bunn langs en vertikal linje. Denne orientering gjør det mulig for forseparerte hydrokarboner å strømme inn i separatorkammeret gjennom den øvre innløpsåpning 13 og forseparert vann å strømme inn i separatorkammeret gjennom den nedre innløpsåpning 14. Separatoren må være utstyrt med en orienteringsanordning for å sikre at hydrokarboninnløpet befinner seg i toppen og vanninnløpet i bunnen.

For å kunne bruke en separator ifølge oppfinnelsen i en horisontal del av brønnen, vil innløpsåpningen kunne plasseres i én ende av separatoren og utløpsåpningene i den motsatte ende av separatoren. Anordningen ville innebære en medstrøms ordning av fasene, i motsetning til en motstrøms ordning.

For å gjøre separatoren praktisk å installere og sikre enkel håndtering på boredekket, karakteriseres konstruksjonen fortrinnsvis av følgende: Hver separatorcelle (CS-celle) lages i en standard størrelse og utførelse (slik at

totalkapasiteten vil være summen av enhetene).

Konstruert for å passe sammen med de mest vanlige av standard foringsrørdiametere. • Maksimal lengde skal holdes innenfor de maksimale mål som er praktiske å håndtere (12 -14 m). • Det skal brukes koplingstyper som sikrer at CS-cellene koples sammen med samme rotasjonsoirentering; fortrinnsvis tippunion ved hver separatorseksjon,

rotasjonsoirentering av hver seksjon ved hjelp av en kileanordning.

• En anordning for å orientere enheten i borehullet på en slik måte at oljeinnløpet fremkommer i toppen og vanninnløpet i bunnen; fortrinnsvis pakning med kile og

CS-celle med orienteringsslisse.

• Robust og enkel konstruksjon etter vanlige standarder for boreutstyr. Énledersystem for dataoverføring for overvåkning og styring. Kjedekopling av ventiler og følere ved hjelp av forbindelsesledninger fra én enhet til den neste.

Claims (21)

1. Gravitasjonsseparatoranordning for nedihulls-separasjon av brønnfluider, karakterisert ved at anordningen omfatter: minst to separatorceller, hvor hver separatorcelle omfatter et separatorhus, idet nevnte separatorhus har vegger (9,10,15,16) som seg imellom avgrenser et separatorkammer (17); et vannutløp (8) og et hydrokarbonutløp (7) fra nevnte separatorkammer (17); et brønnstrøminnløp (13,14) til kammeret (17), hvilket står i forbindelse med et ringrom i borehullet utenfor separatorhuset; en vannstrømningsledning (21) som står i forbindelse med nevnte vannutløp (8) fra nevnte minst to separatorceller; og en hydrokarbonstrømningsledning (23) som står i forbindelse med nevnte hydrokarbonutløp (7) for å gi parallell drift av nevnte separatorceller.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte separatorceller fysisk er koplet sammen ende mot ende.

3. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at nevnte vannstrømningsledning (21) og nevnte hydrokarbonstrømningsledning (23) befinner seg innenfor nevnte vegger (9,10,15,16).

4. Anordning som angitt i et hvilket som helst av krav 1-3, karakterisert v e d at vannstrømningsledningen (21) og hydrokarbonstrømningsledningen (23) står i forbindelse med henholdsvis vannutløpene (8) og hydrokarbonutløpene (7) gjennom respektive reguleringsventiler (36, 37).

5. Anordning som angitt i ett av krav 1-4, karakterisert ved at separatorene er motstrømsseparatorer.

6. Anordning som angitt i ett av krav 1-5, karakterisert ved at separatoranordningen plasseres i et borehull som er delt inn i minst to soner ved å sperre av nevnte soner med pakninger (3; 4), idet nevnte minst to soner overfører brønnfluid til forskjellige separatorceller eller et annet sett med separatorceller.

7. Anordning som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at brønnstrøminnløpet (13,14) er plassert et godt stykke fra nevnte vannutløp (8) og nevnte hydrokarbonutløp (7).

8. Anordning som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at separatoren befinner seg i et skrått parti av borehullet, at separatorhusets vegger omfatter en nedre endevegg (15) og en øvre endevegg (16), og en øvre vegg (9) og en nedre vegg (10), idet nevnte øvre vegg (9) og nevnte nedre vegg (10) strekker seg mellom nevnte nedre endevegg (15) og nevnte øvre endevegg (16), hvor vannutløpet (8) er plassert nær nevnte nedre vegg (10) og hydrokarbonutløpet (7) er plassert nær nevnte øvre vegg (9).

9. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved at vannutløpet (8) befinner seg nær nevnte nedre endevegg (15) og hydrokarbonutløpet (7) befinner seg nær nevnte øvre endevegg (16).

10. Anordning som angitt i et hvilket som helst av krav 8-9, karakterisert ved at et øvre brønnstrøminnløp (13) er utformet i den øvre vegg (9) og et nedre brønnstrøminnløp (14) er utformet i nevnte nedre vegg (10).

11. Anordning som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved atbrønnstrøminnløpetomfatterledeplater(29,30, 31,32) for å hindre strømmen av brønnfluider som strømmer inn i separatorkammeret (17), i å forstyrre de fluider som allerede befinner seg inne i separatorkammeret (17).

12. Anordning som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den videre omfatter minst én nivåmåler (33, 34) nær nevnte brønnstrøminnløp (13,14), eventuelt en første nivåmåler (33) på en første side av nevnte brønnstrøminnløp (13,14) og en andre nivåmåler (34) på en andre side av nevnte brønnstrøminnløp (13,14), idet nevnte andre side befinner seg ved et høyere nivå enn den første side.

13. Anordning som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at separatorhuset er forsynt med en første pakning (3) som befinner seg på en første side av nevnte brønnstrøminnløp (13,14), og en andre pakning (4) som befinner seg på en andre side av nevnte brønnstrøminnløp (13,14), hvor nevnte pakninger (3,4) sperrer av en sone av ringrommet i området rundt separatorhuset, idet nevnte sone står i forbindelse med separatorkammeret (17) gjennom nevnte brønnstrøminnløp (13,14).

14. Anordning som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at vannutløpet (8) og hydrokarbonutløpet (7) omfatter en rekke utløpsåpninger (11,12) fordelt langs en lengde av separatorkammeret (17) og dimensjonert slik at de mottar en minskende mengde pr. lengdeenhet mot den nedstrøms ende.

15. Anordning som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det strekker seg en vannstjrømningsledning (21) og en hydrokarbonstrøniningsledning (23) gjennom nevnte separatorkammer (17), hvor nevnte vannutløp (8) står i forbindelse med nevnte vannstrømningsledning (21) og nevnte hydrokarbonutløp (7) står i forbindelse med nevnte hydrokarbonstrømningsledning (23).

16. Anordning som angitt i krav 15, karakterisert ved at nevnte vannstrørnningsledning (21) er et rør.

17. Anordning som angitt i krav 15, karakterisert ved at nevnte hyckokarbonstrømnmgsledning (23) er et rør.

18. Anordning som angitt i ett av krav 15-17, karakterisert ved at nevnte vannstrørrmingsledning (21) og nevnte hydrokarbonstrømningsledning (23), i det minste i én av sine ender, ender i en forbindelsesdel, idet nevnte forbindelsesdel er tilpasset for kopling til en forbindelsesdel i ytterligere en separatoranordning.

19. Anordning som angitt i krav 18, karakterisert ved at nevnte forbindelsesdel omfatter et forbindelseskammer (24, 24'), idet én av nevnte vannstrømningsledning (21) eller nevnte hydrokarbonstørmningsledning (23) står i forbindelse med nevnte forbindelseskammer (24, 24'); og en rørdel (25,25'), hvor den andre av nevnte vannstrømningsledning (21) eller nevnte hydrokarbonstrømnmgsledning (23) står i forbindelse med nevnte rørdel (25, 25').

20. Fremgangsmåte for nedihulls gravitasjonsseparasjon av brønnfluider, karakterisert ved at hydrokarbonproduserende soner i et borehull sperres av, brønnfluider trekkes ut av en respektiv formasjon grensende til sonene, brønnfluid som strømmer inn i de respektive soner, separeres i vann og hydrokarboner i nedihulls separatorer, idet separering av brønnfluider fra de respektive soner skjer uavhengig av hverandre.

21. Fremgangsmåte som angitt i krav 20, karakterisert ved at de respektive separatorer plasseres i de respektive soner og isoleres fra hverandre ved hjelp av pakninger.