NO322794B1 - Undervannsutstyr for injisering av ravann - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører undervannsutstyr for injisering av råvann til injisering av sjøvann i en oljeførende formasjon, og nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen undervannsutstyr for injisering av råvann, omfattende en pumpe som under bruk står på sjøbunnen og er forbundet med en injiseringsstreng for en oljeførende formasjon og et filter forbundet med et innløp til pumpen, der filteret er åpent mot sjøen og er innrettet til å fjerne partikler fra sjøvannet som trekkes gjennom av pumpen.

Det foreligger et behov for nye teknikker for å redusere omkostningene ved leting og produksjon i oljefelt til havs som f.eks. i Nordsjøen. Siden olje oppdages i stadig dypere vann, vil omkostningene og den risiko som er knyttet til faste plattformer som bærer produksjonsutstyr øke. Derfor vil alt som kan gjøres for å redusere mengden av utstyr som må bæres over havflaten være meget nyttig.

Det er vanlig praksis å injisere sjøvann i undervanns oljeførende formasjoner for å bidra til prosessen med å drive ut olje fra formasjonen og opprettholde trykket i formasjonen. I alminnelighet er en oljeproduksjonsplattform utstyrt med behandlingsanlegg som tilfø-res sjøvann der dette er samlet fra område nær ved sjøbunnen. Behandlingsanlegget omfatter som regel i rekkefølge et grovt filter i form av et gitter, et fint filter, som regel en sandmasse, en klorineringsenhet, en oksygenutdrivende enhet og en deoksygenerende enhet. Vannet blir klorbehandlet for å unngå biologisk aktivitet og blir avluftet for å hindre hurtig korrosjon av rør som benyttes til å føre det behandlede vann til en injiseringsstreng som fører ned til undervannsformasjonen. De forskjellige enheter til behand-ling av sjøvann er tunge og plasskrevende og anbringelse av disse over havflaten skaper et betydelig problem, særlig på dypt vann.

Til belysning av den kjente teknikk vises det til EP-0423964-A1, GB-1535591 og WO 94/29222.

WO 94/29222 beskriver et system for injisering av sjøvann der de forskjellige behand-lingsenheter er montert på sjøbunnen. I det beskrevne system er en pumpe som er forbundet med en injiseringsstreng anbragt i en omhylning med vegger som er porøse. Pumpen drives for å trekke sjøvann gjennom den porøse vegg, og det er truffet foran-staltninger for å klorbehandle vannet idet det passerer gjennom veggen. Partikler som skilles ut fra sjøvannet når det passerer gjennom veggen, vil bygge seg opp på veggens utside, men det antas at virveldannelser i sjøvannet vil være tilstrekkelig til å hindre at det filter som dannes av veggen blir tilstoppet.

Utførelsen som er beskrevet i WO 94/29222 har fordeler i form av enkel oppbygning, men konsentrasjonen av partikler i sjøvannet ved sjøbunnen vil være tilstrekkelig høy til i visse perioder med virveldannelser å gjøre det vanskelig å forutsi filterets yteevne. I betraktning av ornkostningene som oppstår for et installert system av denne type er det å foretrekke bruk av kjente og utprøvde filtreringssystemer som har en direktevirkende mekanisme for å fjerne de partikler som er skilt ut fra det pumpede sjøvann.

Det er tilgjengelig et filter som på en effektiv måte skiller både mineralpartikler som f.eks. sand og organiske partikler som har nøytral oppdrift. Det kjente system innbefatter en ejéktormekanisme som periodisk settes i drift for å drive ut partikler som er skilt ut fra systemet. Bruk av dette system under forholdene på sjøbunnen betraktes som til-fredsstillende når det gjelder ytelse, men det er store bekymringer om langtidsdriften for ejektorsystemet for partiklene i betraktning av at det ventes at store mengder partikler kan bli skilt ut og at ejektorsystemet derfor må settes i drift med regelmessige mellom-rom f. eks. mange ganger hver dag.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å komme frem til et undervanns injise-ringssystem med et filter som opphever eller sterkt reduserer de problemer som er omhandlet ovenfor.

Ifølge oppfinnelsen kjennetegnes det innledningsvis nevnte undervannsutstyr ved at filteret omfatter en skråttstilt bunnfeller med rør anbragt slik at partikler som skilles ut fra sjøvannet gjennom flyter gjennom filteret og blir ført ut til sjøbunnen.

Ytterligere utførelsesformer av undervannsutstyret fremgår av de vedlagte krav 2-8.

Ifølge oppfinnelsen kan således en stor samling enkeltvise bunnfellingsrør kan anbrin-ges på en anordning som også innbefatter pumpen og ytterligere filtreringsutstyr som er innrettet til å fjerne partikler med nøytral oppdrift. Strømningshastigheten gjennom hvert rør kan være tilstrekkelig lav til å sikre at en meget høy prosentandel av mineralpartikler drives ut fra røret og derfor ikke bidrar til belastning på ytterligere filtreringsutstyr som hovedsakelig er anordnet for å fjerne partikler med nøytral oppdrift.

Bunnfellere med skråttstilte rør er velkjente og ble ført innført i 1940-årene. De benyttes f.eks. i vannbehandlingsanlegg for å skille ut koagulert/flokkulert materiale fra behand-let vann. I de velkjente bunnfellere med rør blir utskilte partikler ført til en utmatningsmekanisme. Under forhold på sjøbunnen vil en slik utmatningsmekanisme trekke med seg de mulige problemer som er omhandlet ovenfor når det gjelder de tilgjengelige fil-trerings- og utmatningsmekanismer. Foreliggende oppfinnelse er først og fremst basert på den antagelse at bunnfellere med rør er velegnede til å skille ut de meget variable konsentrasjoner av mineralpartikler som oppstår i sjøvann nær ved sjøbunnen og for det annet den antagelse at ved å sørge for at rørene blir riktig plassert vil utskilte partikler kunne samles under rørene inntil det oppstår virvlende tilstander som resulterer i at partiklene blir spredd. Ved ganske enkelt å sørge for at sjøvannets innløpsende/partiklenes utløpsende av rørene ligger i tilstrekkelig høyde over sjøbunnen for å hindre at disse en-der blir gravet ned i sand som hoper seg opp, sikres pålitelig kontinuerlig drift.

Rørene i bunnfelleren er fortrinnsvis dannet som en samling av på hverandre liggende korrugerte plater der korrugeringene på sammenstøtende plater er forskjøvet og festet til hverandre.

Injiseringsutstyret omfatter en ramme som bærer pumpen og danner et deksel som be-skytter utstyret mot fallende gjenstander der den rørutstyrte bunnfelleren er i form av en sats med rør som er fordelt under kanten av dekselet.

Nedstrømendene av rørene kan være forbundet med et grenrør som er tilsluttet pumpens innløp, og det finnes anordninger som skal hindre marint liv i å komme inn i grenrøret. Marint liv kan motvirkes ved klorbehandling av vannet i grenrøret. Den langsomme strøm gjennom hvert rør unngår den irreverserbare næringstilførsel til sjødyr som er i stand til å svømme mot strømmen og ut av utstyret gjennom sjøvannsinnløps-/partikkel-utløpsenden av røret. En enkel anordning som f.eks. et nett kan være anbragt over opp-strømendene av røret for å hindre alle andre enn små sjødyr å komme inn. I tillegg eller som et alternativ kan rørene vibreres f.eks. ved at rørene kobles til en vibrerende kom-ponent som pumpen. Slike vibrasjoner vil bidra til selvrensing av partikler fra rørene.

Et hjelpefilter er fortrinnsvis anbragt mellom pumpen og den rørutstyrte bunnfelleren for å fjerne partikler som har nøytral oppdrift, og hjelpefilteret kan være utstyrt med anordning for periodisk avgivelse av opphopninger av partikler til det omgivende sjøvann.

En utførelse av foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet som eksempel under hen-visning til tegningene, der: fig. 1 skjematisk og i perspektiv viser undervannsutstyr for injisering ifølge foreliggende oppfinnelse;

fig. 2 viser skjematisk en del av en bunnfeller med rør som er anbragt i utførelsen på fig. i;

fig. 3 og 4 viser alternative utførelser for sammensetning av delene til bunnfelleren på fig. 2;

fig. 5 viser et snitt gjennom et rør som benyttes for å måle effektiviteten ved en bunnfeller som har den form som er vist på fig. 2;

fig. 6 er et diagram som sammenligner yteevnen for røret på fig. 2 med et rør som har sirkulært tverrsnitt; og

fig. 7 er et diagram som viser yteevnen for røret på fig. 5 når det har forskjellige lengder.

På fig. 1 omfatter den viste konstruksjon en ramme av rør som har utadrettede ben 1, en rektangulær fot 2 og vertikale ben 3. Benene er forbundet med undersiden av et deksel 4 som tjener til å beskytte utstyret mot fallende gjenstander.

Rammen bærer en pumpe S som har et innløp forbundet med en innløpssil 6 som på sin side har et innløp 7 forbundet med et grenrør (ikke vist) under dekselet 4. Silen 6 er innrettet til å fjerne partikler med nøytral oppdrift i det gjennomstrømmende sjøvann, og partiklene blir periodisk fjernet med en utmatningsanordning 8 gjennom et utløpsmunn-stykke 9. Grenrøret under dekselet 4 er forbundet med nedstrømendene av en bunnfeller med rør som har seks rørsatser 10 anbragt under kantene av dekselet 4.

Bunnfelleren med rør fjerner en stor del av mineralpartiklene som kan finnes i det sjø-vann som injiseringsutstyret er senket ned i. Partikler med nøytral oppdrift vil naturlig-vis passere uhindret gjennom rørene i bunnfelleren, men disse vil bli fjernet av silen 6 og periodisk ført ut gjennom munnstykket 9. Resultatet av dette er at forventet levetid for silen og det tilhørende injiseringsutstyr i høy grad vil bli forlenget sammenlignet med et system som ikke har noen bunnfeller med rør.

Rørsatsene kan fremstilles på en hvilken som helst hensiktsmessig måte. Forsøk har imidlertid vist at en særlig høy yteevne kan oppnås ved bruk av en bunnfeller som er fremstilt som vist på fig. 2. Som vist på fig. 2, er korrugerte plater 11,12,13 og 14 stab-let på hverandre med korrugeringene forskjøvet og sveiset sammen der en av sveisene f.eks. befinner seg ved det punkt som er angitt med henvisningstallet 15.

Korrugeringene kan ha en hvilken som helst egnet geometrisk form f.eks. svarende til en sinusbølge der formålet er å gjøre bredden på hvert rør størst mulig, mens høyden redu-seres, og med størst antall rør pakket pr. volumenhet og allikevel med bibehold av et strømningstverrsnitt som kan godtas. Sammensetning av rørsatsene av korrugerte plater som ligger på hverandre resulterer i en meget robust konstruksjon som allikevel er enkel å fremstille.

Som vist på fig. 3, kan forbindelsene mellom sammenstøtende korrugeringer utføres ved sveising av et fremspring lt6 som er utformet på en korrugert plate i et spor som er utformet på den tilstøtende korrugerte plate. Som et alternativ til utførelsen på fig. 3 kunne fremspringet 16 på en plate innføres i et spor som er dannet mellom to fremspring 17 i avstand fra hverandre på den tilstøtende plate som vist på fig. 4.

Fig. 5 viser et tverrsnitt av et rør som er dannet ved sammenkobling av to materialbånd skåret fra en plate av korrugert plast der hvert bånd har en bredde svarende til en "bølge-lengde" for en stort sett sinusformet bølge. Hver korrugering har en topp-til-topp høyde på 1,8 cm og en bølgelengde på 7,5 cm slik at rørets bredde blir 7,5 cm og dybden 3,6 cm. Med denne utforming dannes det et forholdsvis begrenset hurtig avsmalnende parti ved hver side av røret og dette kunne muligens føre til et problem hvis partiklene bygget seg opp i dette området, men problemet kan overvinnes ved å benytte utformingen på fig. 4. Alle forsøk som omhandles nedenfor ble imidlertid utført på grunnlag av en konstruksjon som den fig. 5 viser.

Forsøk ble utført med rør med tverrsnitt som vist på fig. 5 og lengder på 1,0 m og 1,8 m. Rørene ble skråttstilt i 45° i horisontalplanet og ble drevet med forskjellige strømnings-hastigheter. Rørene ble prøvet for å bestemme deres yteevne når det gjelder å skille ut kiselsand og Accrington Blue-partikler med et størrelsesområde fra 63 til 90 og fra 90 til 106 x IO"<6> m. Vann ble sirkulert gjennom rørene, og vannet hadde en faststoffkonsentra-sjon på 5,0 g pr. liter og ble kraftig omrørt.

Det ble også utført forsøk med rør som har sirkulært tverrsnitt med en innvendig diame-ter på 4,3 cm. Disse ble benyttet for å danne et grunnlag til sammenligning av yteevnen for vanlige bunnfellere med rør og de som har rør som vist på fig. 5.

Fig. 5 er en oppregning av virkningsgraden ved fjernelse i forhold til strømningshastig-het for det sirkulære rør (nedre kurve) og røret på fig. 5 (øvre kurve) der begge rør var 1 m langt. Resultatene viser at virkningsgraden ved fjernelse faller betydelig ved strøm-ningshastigheter over 0,25 m<3> pr. time og faller meget hurtig ved strømningshastigheter mellom 0,25 og 0,3 m<3> pr. time når det gjelder det rørformede tverrsnitt.

Det antas at den langt bedre yteevne for røret ifølge fig. 5 skyldes det forholdsvis store forhold mellom fuktet omkrets og tverrsnittet og det bunnfellingsområdet som dannes i tverrsnittet på fig. 5 sammenlignet med et sirkulært tverrsnitt. Særlig har røret som er vist på fig. 5 en bunnfellingsdybde på bare 3,6 cm, mens bunnfellingsdybden på røret med sirkulært tverrsnitt er ekvivalent til et tverrsnitt på 4,3 cm. En kortere bunnfellingsdybde reduserer den bunnfellingstid som er nødvendig og øker dermed tilbøyeligheten til bunnfelling når det gjelder partikler som har lave bunnfellingshastigheter.

Fig. 7 viser den relative yteevne for to rør som begge har tverrsnittet fra fig. 5, men der ett har en lengde på 1 m (nedre kurve) og det andre har en lengde på 1,8 m (øvre kurve). Disse resultater viser klart at et lenger rør fører til en betydelig forbedring av virkningsgraden for fjernelse. Det skal påpekes at for et rør med tverrsnittet på fig. 5 og en lengde på 1,8 m, er virkningsgraden for fjernelse av partikler mer enn 90% når røret har en lengde på 1,8 m og røret drives med en strømningshastighet på høyst 0,40 m3 pr. time.

Lengre rør gir ikke bare et større og lengre utfellingsområde, men de overvinner også det problem som er knyttet til endring av partikkelbanene på grunn av økende strøm-ningshastigheter. Dette viste seg klart ved betraktning av uklarheten i vannet i røret som var 1,8 m langt, idet vannet som virket forholdsvis uklart over en avstand på 1 m fra rø-rets innløp var temmelig klart når det nærmet seg rørets utløp.

På grunnlag av de ovenstående resultater vil et undervanns filtreringsutstyr med gjen-nomstrømning på 200 m<3> pr. time og en minste virkningsgrad på 90% for fjernelse av partikler, kreve 500 rør med et tverrsnitt som vist på fig. 5 og en lengde på 1,8 m. En virkningsgrad når det gjelder fjernelse på 99% kunne oppnås med 1000 rør. Det kan være tilrådelig å anordne en ledeplate eller en skjermanordning ved rørenes innløp for å utligne strømmer som skyldes virveldannelser i sjøen.

Claims (8)

1. Undervannsutstyr for injisering av råvann, omfattende en pumpe som under bruk står på sjøbunnen og er forbundet med en injiseringsstreng for en oljeførende formasjon og et filter forbundet med et innløp til pumpen, der filteret er åpent mot sjøen og er innrettet til å fjerne partikler fra sjøvannet som trekkes gjennom av pumpen, karakterisert ved at filteret omfatter en skråttstilt bunnfeller med rør anbragt slik at partikler som skilles ut fra sjøvannet flyter gjennom filteret og blir ført ut til sjøbunnen.

2. Undervannsutstyr som angitt i krav 1, karakterisert v e d at rørene er dannet som en sats med på hverandre liggende korrugerte plater med korrugeringene for sammenstøtende plater forskjøvet i forhold til og forbundet med hverandre.

3. Undervannsutstyr som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert v e d at pumpen og bunnfelleren med rør er anbragt på en ramme med et deksel for å beskytte utstyret mot fallende gjenstander, der bunnfelleren med rør er i form av rør-satser som er fordelt under kantene av dekselet.

4. Undervannsutstyr som angitt et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at nedstrømendene av rørene er forbundet med et grenrør som er forbundet med pumpens innløp der det finnes anordninger som skal hindre marint liv i å trenge inn i grenrøret.

5. Undervannsutstyr som angitt i krav 4, karakterisert v e d at det innbefatter anordning for klorbehandling av vannet i grenrøret for å motvirke marint liv.

6. Undervannsutstyr som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det omfatter et nett som hindrer adgang for marint liv til oppstrømendene av rørene.

7. Undervannsutstyr som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det omfatter anordning for vibrering av den rørutstyrte bunnfelleren.

8. Undervannsutstyr som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det omfatter et hjelpefilter anbragt mellom pumpeinnløpet og den rørutstyrte bunnfelleren, hvilket hjelpefilter er innrettet til å fjerne partikler som har nøytral oppdrift og har anordning for periodisk angivelseutmatning av partikkelopphopninger.