NO324077B1 - Pumpeenhet av skruetypen for behandling av fluider i flere faser - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en pumpeenhet av skruetypen for behandling av fluider i flere faser. Især refereres det til en pumpeenhet av skrutype som kan brukes ved utvinning av oljefelt og som derfor må kunne behandle blandinger samtidig i flere faser og som vesentlig består av råolje i væskefasen og dens medfølgende gasser.

Et problem består vesentlig i at nåværende oljefelt ikke utnyttes fullt ut. Faktisk blir bare felt som er økonomisk lønnsomme og som er av en viss størrelse, sammen med produkter av god kvalitet utnyttet, og andre felt som ikke er økonomisk lønnsomme anses som "marginale felt".

Marginale felt befinner seg vanligvis på vanskelige områder på land eller på undersjøiske områder med middels dybde.

Utvinningen av marginale felt anses å være avgjørende i den internasjonale oljeindustrien i nær fremtid. Dette aspekt gjelder især undersjøiske felt, siden olje-forskningen utføres spesielt på dette området.

I erkjennelse av det vil det især henvises til en pumpeenhet som kan brukes for utvinning av råolje fra undersjøiske felt.

Imidlertid vil det fremgå at oppfinnelsen også kan brukes på andre områder, f.eks. i et oljefelt på land, og især i vanskelige omgivelser.

For å hjelpe til å forstå oppfinnelsen, skal det bemerkes at de konvensjonelle teknikker for utvinning av råolje fra et oljefelt krever at det utvunnede fluid fra brøn-nene først separeres nær brønnhodet til de respektive væske- og gasskomponenter som deretter sendes ved hjelp av rør eller tankbåter til et oljebehandlingssenter. Oljebe-handlingssenteret befinner seg vanligvis på land eller på en produksjonsrigg og derfor i en avstand fra brønnen som kan være betydelig.

Det vil fremgå at dette gjør bearbeidingen av utvinningen og etterfølgende behandling av råoljen ytterst kostbar og innebærer, som allerede nevnt, at mange felt anses som marginale felt og derfor ikke utvinnes på grunn av de høye kostnader som dette innebærer.

Imidlertid har en ny produksjonsteknikk blitt utviklet i de senere år som består av utvinning og transport av flerfaseblandingen som utvinnes av brønnene, til bearbei-dingssentrene hvor den behandles. Dette innebærer en vesentlig minsking av kostnader som innebærer at mange felt som tidligere ble ansett for å være marginale nå blir økonomisk lønnsomme.

For å implementere den nevnte produksjonsteknikk har det blitt utviklet pumpeenheter som kan utføre fremtrykking av væskene og komprimering av gassene.

For å belyse de tekniske problemer i forbindelse med samtidig pumping og komprimering av væske og gass i samme maskin, vil det bli gitt en beskrivelse av en del av en typisk konvensjonell pumpeenhet for flerfaseblandinger, under henvisning til fig. 1, hvor enheten som helhet er benevnt ved nummer 11.

Enheten 11 er beregnet for pumping av flerfaseblandinger i undersjøiske anvendelser i en vertikal konfigurasjon.

Pumpeenheten 11 er av skruetypen og består av et hus 12, hvor det er to skruer

14 som griper inn i hverandre.

Hver av skruene 14 er forsynt med en sylindrisk forlengelse 16 som strekker seg inn i et hus 18. I denne konfigurasjon virker huset 18, som også virker som en understøttelse, også som en tank for smøreoljen. Forlengelsene 16 er forsynt med tetninger 20 og radiale, aksial lagre 22 som er forbundet til et skyvelager 24.

I enden av hver forlengelse 16 er det tilveiebrakt et drev 26 som synkroniserer bevegelsen av de to skruer 14. Hver av de sylindriske forlengelser 16 dreier en smøre-pumpe 30 ved hjelp av en kopling 28. Det finnes to typer pumper 30 for å garantere pumpeenhetens 11 drift.

Pumpene 30 suger opp oljen i huset 18 og holder det i sirkulering i en tilsvarende smørekrets som ikke er vist av klarhetsgrunner. Smørekretsen har en forbindelse 32 for levering til en veksler (ikke vist) og en forbindelse 34 for retur fra tetning-ene og lagringene som befinner seg nær skruene 14.

Imidlertid er disse konvensjonelle pumpeenhetene meget upålitelige. Dette er vesentlig forårsaket av smørepumpene 30 som, hvis de ikke virker, setter hele pumpeenheten 11 ut av funksjon.

En annen faktor som kan oppstå når pumpeenheten ikke fungerer, er koplinge-ne 28 som også kan utsettes for feil eller sammenbrudd.

Det vil fremgå at disse ulempene må begrenses så meget som mulig siden vedlikeholdet av disse vanskelig kan utføres på steder under vann, eller kan bare utføres med betydelig vanskelighet og alltid til høye kostnader.

Det vil også fremgå at en feil av denne type kunne innebære risiko for produk-sjonsstopp.

Det er derfor et formål med oppfinnelsen å eliminere de tekniske ulemper som beskrevet ovenfor, ved å tilveiebringe en pumpeenhet av skruetype for behandling av fluider i flere faser, som er svært pålitelig, især på et området som slike pumpeenheter er brukt.

Det er videre et annet formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en pumpeenhet som er vesentlig økonomisk.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en pumpeenhet for behandling av fluider i flere faser som er vesentlig enkel og pålitelig.

Ifølge oppfinnelsen oppnås disse formål med en pumpeenhet av skruetypen for behandling av fluider i flere faser omfattende et pumpekammer hvor det er minst to skruer, idet en av skruene er en drivskrue og som bærer i sin ene ende minst et første drev som griper inn i minst et andre drev, som står i forbindelse med en drivskrue, hvor forbindelsen mellom skruene gjør det mulig å pumpe en blanding av væske og gass fra minst ett innløp til minst ett utløp, hvor det første og andre drev er inneholdt i et hus som er anbrakt på dem og som er forsynt med minst ett første gjennomgående hull, gjennom hvilket olje kan bli innført i huset, og minst ett andre gjennomgående hull gjennom hvilket smøreoljen kan tømmes ut, slik at huset, sammen med drevene danner en tannhjulspumpe som kan holde smøreoljen i pumpeenheten i sirkulasjon, kjennetegnet ved at pumpekammeret omfatter et utvendig hus som rommer et innvendig hus som er forbundet til det utvendige hus ved hjelp av flenser mellom det innvendige hus og det utvendige hus, hvor det er dannet minst et forsyningskammer som blandingen kan trenge inn i via minst et innløp, idet det minst ene forsyningskammer er forbundet til pumpekammeret inne i det innvendige hus, hvor sistnevnte igjen er forbundet ved hjelp av minst et gjennomgående hull til minst et forsyningskammer som er forsynt med minst et utløp, gjennom hvilket, etter å ha blitt behandlet av pumpeenheten, nevnte blanding transporteres til et leveringsrør.

Fordelaktige utførelsesformer er angitt i de uselvstendige krav.

Det vil således fremgå at trekkene ved oppfinnelsen består i å ha frembrakt en kompakt konstruksjon for å romme systemet og dets funksjon for pumping av olje som er beregnet for smøring av maskinen.

På denne måte er det mulig blant annet å eliminere pumpekomponenter, f.eks. smørepumper og tilsvarende tetninger, og således eliminere komponenter som tidligere var kritisk for systemets pålitelighet som helhet.

Andre egenskaper og fordeler ved pumpeenheten for behandling av fluider i flere faser ifølge oppfinnelsen, vil fremgå av den følgende beskrivelse og ved hjelp av et ikke-begrensende eksempel, og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvor: fig. 1 er et langsgående snittriss av en pumpeenhet av skruetypen for behandling av fluider i flere faser, ifølge kjent teknikk, fig. 2 er et langsgående snittriss av en pumpeenhet ifølge oppfinnelsen, fig. 3 er et langsgående snittriss av en detalj av pumpeenheten på fig. 2, fig. 4 er et forstørret snittriss, langs linjen IV-IV på fig. 3, og fig. 5 er et langsgående snittriss av en annen utførelse av detaljen av pumpeenheten ifølge oppfinnelsen vist på fig. 3.

De forannevnte figurer viser en pumpeenhet for behandling av fluider i flere faser, generelt benevnt ved nummer 51.

Pumpeenheten 51 omfatter et utvendig hus 52 hvor det er tilveiebrakt et innvendig hus 54 som er forbundet til det utvendige hus 52 ved hjelp av to ringformede flenser 56.

Det innvendige hus 54 sammen med flensene 56 danner fire kamre som er forbundet til hverandre.

To sideliggende tilførselskamre 58 er ringformede og er inneholdt mellom huset 52 og huset 54. Hver av sistnevnte er forsynt med et inntak 60 som en blanding bestående av væske og gass kan trenge inn gjennom inn i kamrene 58.

Kammeret 58 står i forbindelse med et pumpekammer 62 inne i huset 54 og er forbundet ved hjelp av et sentralt, gjennomgående hull 54 til et leveringskammer 66, som er sentralt og også er ringformet.

Kammeret 66 er i sin tur forsynt med et utløp 68 som etter behandlingen av pumpeenheten 51, sender blandingen til et leveringsrør (ikke vist).

Inne i kammeret 62 er det en drivskrue 70a og en drivskrue 70b. Hver av skruene 70a, 70b har to deler som strekker seg fra hver av de to endene mot midten med skrueformede gjenger orientert i motsatte retninger i forhold til hverandre og som griper inn i tilsvarende gjenger i den andre skruen 70b, 70a. På denne måte blir det kompensert for de aksiale belastninger på skruene 70a, 70b når pumpeenheten 51 er i drift, og den resulterende aksiale belastning blir meget begrenset eller null.

De to skruer 70a, 70b strekker seg vesentlig langs hele lengden av kammeret 62 og har sylindriske deler 72a, 72b, 74a, 74b ved sine egne ender, som de dreies og bæres av.

Delene 72a, 72b er hver satt inn med tetninger 76a, 76b i et gjennomgående hull i en første plate 78 som lukker en ende av huset 52. De samme ender 72a, 72b er også båret av lagre 80a, 80b som er satt inn i gjennomgående hull i en andre plate 82 som er integrert med huset 52 og med den første plate 78. Lagrene 80a, 80b er av den radiale, aksiale type og forbundet til en ring 81a, 81b som låser deres translasjon i en aksial retning.

Med den andre plate 82 er det integrert en tredje plate 84 som er forsynt med et gjennomgående hull som delen 72a passerer gjennom med en ytterligere tetning 86 anbrakt derimellom. Integrert med platen 84 er det et hus 88 som danner et kammer 90. Kammeret 90 rommer en kopling 92 som for det første er forbundet til en elektrisk motor (som ikke er vist for enkelthets skyld), og for det andre til delen 72a av drivskruen. Den elektriske motor blir vanligvis forsynt ved hjelp av en elektrisk kabel (ikke vist) fra en fast stasjon på land eller på en rigg.

På den motsatte side er huset 52 lukket ved hjelp av en plate 94 som er forsynt med gjennomgående hull som delene 74a, 74b av skruene 70a, 70b passerer gjennom med tetninger 96a, 96b derimellom.

Integrert med platen 94 er det ytterligere en plate 98 som også er forsynt med to gjennomgående hull hvor det er to lagre 100a, 100b. Lagrene 100a, 100b er også av den radiale, aksiale type og er hver forbundet til et trykklager 102a, 102b innsatt på delene 74a, 74b som hindrer translasjon i skruenes 70a, 70b aksiale retning. Faktisk er hver av trykklagrene 102a, 102b forsynt med en flens mot hvilken det er plassert et trykklager 104a, 104b som er båret av en annen plate 106, som har en kant som er

brettet slik at den danner en skulder for lagrene 104a, 104b.

På enden av hver av delene 74a, 74b er det tannede drev 108a, 108b som griper inn i hverandre. Drevene 108a, 108b er inneholdt i et hus 110, som er integrert med platen 106. Huset 10 består av et bokslignende legeme 110a som er lukket ved hjelp av et deksel 110b.

Drevet 108a, som er sporet på delen 74a av drivskruen 70a, overfører bevegelsen til drevet 108b og dreier følgelig drivskruen 70b, i fase med drivskruen 70a.

I tillegg er huset 110 forsynt med to gjennomgående hull 112, 114 på motsatte sider og som er symmetrisk, og som smøreoljen for alle elementene i pumpeenheten 51 kan føres gjennom eller ut av. På denne måte utgjør huset 110 sammen med drevene 108a, 108b en pumpe som aktiveres av den elektriske motor på pumpeenheten 51.

Pumpeenheten 51 for behandling av fluider i flere faser, ifølge oppfinnelsen, fungerer vesentlig som følger: Pumpeenheten 51 er vanligvis installert i en vertikal stilling med den elektriske motor anbrakt øverst.

Blandingen som skal behandles trenger inn i kammeret 58 via åpningene 60. Derfrå blir den ført inn i pumpekammeret 62 nær endene av de to skruer 70a, 70b. I kammeret 62, ført av skruene 70a og 70b, følger blandingen en bane lik den som er vist med pilene F, og trenger inn i leveringskammeret 66 etter å ha blitt ført gjennom hullet 64. Fra kammeret 66 blir fluidet ført til leveringsrøret (ikke vist), via åpningen 68.

Skruene 70a, 70b dreies av den elektriske motor. Faktisk dreier den elektriske motor drivskruen 70a. Denne dreier i sin tur skruen 70b via drevene 108a, 108b som garanterer bevegelse i skruenes fase.

Samtidig trykksetter drevene 108a og 108b smøreoljen som transporteres inn i smørekretsen og således virker som en pumpe.

En annen utførelse av pumpeenheten for bearbeiding av fluider i flere faser ifølge oppfinnelsen er vist på fig. 5, hvor samme referansenummer indikerer elementer som er like eller lignende.

I utførelsen vist på fig. 5, er drevene 108a og 108b forsynt med tverrgående spor 116 som separerer i hver av de drevene 108a, 108b, to tannede deler som hver er forbundet til tilsvarende del av det annet drev 108b, 108a.

I utførelsen på fig. 5 er sporet 116 anbrakt sentralt på drevene 108a, 108b, men det vil fremgå at andre utførelser av sporet 116 kan tilveiebringes nær en av endene av drevene, slik at pumpen som utgjøres av drevene 108a, 108b, sammen med huset 110, kan forsyne den ønskede mengde olje.

Det vil fremgå at huset 110 er forsynt med gjennomgående hull 112, 114 som i denne utførelse imidlertid er anbrakt ved de tannede deler som er forbundet til hverandre, og som vender mot huset 110.

På denne måte utgjør bare en del av drevene 108a, 108b, dvs. den som er nærliggende huset 110, sammen med selve huset 110, drivpumpen for smøring av elementene i pumpeenheten ifølge oppfinnelsen. På denne måte er det mulig å begren-se oljens strømningshastighet som sirkulerer i smørekretsen for pumpeenheten 51.

Ifølge en foretrukket utførelse er det inne i sporene 116 i drevene 108a, 108b, en tetning 118 som hindrer refluks av oljen fra det ene høytrykksområdet inne i huset 110 til det andre området med et lavere trykk.

Det er blitt funnet i praksis at pumpeenheten av skrutypen for behandling av fluider i flere faser ifølge oppfinnelsen især er fordelaktig på grunn av den økte pålitelighet som tilveiebringes ved eliminering av komponenter, f.eks. smørepumper og tilsvarende koplinger.

Disse egenskaper gjør at den beskrevne pumpeenhet oppnår en pålitelig bruk og lang levetid i de mest varierende og krevende omgivelser, både under vann og på land.

Claims (7)

1. Pumpeenhet (51) av skruetypen for behandling av fluider i flere faser omfattende et pumpekammer (62) hvor det er minst to skruer (70a, 70b), idet en av skruene (70a) er en drivskrue og som bærer i sin ene ende minst et første drev (108a) som griper inn i minst et andre drev (108b), som står i forbindelse med en drivskrue (70b), hvor forbindelsen mellom skruene (70a, 70b) gjør det mulig å pumpe en blanding av væske og gass fra minst ett innløp (60) til minst ett utløp (68), hvor det første og andre drev (108a, 108b) er inneholdt i et hus (110) som er anbrakt på dem og som er forsynt med minst ett første gjennomgående hull (112), gjennom hvilket olje kan bli innført i huset (110), og minst ett andre gjennomgående hull (114) gjennom hvilket smøreoljen kan tømmes ut, slik at huset (110), sammen med drevene (108a, 108b) danner en tannhjulspumpe som kan holde smøreoljen i pumpeenheten (51) i sirkulasjon,karakterisert vedat pumpekammeret (62) omfatter et utvendig hus (52) som rommer et innvendig hus (54) som er forbundet til det utvendige hus (52) ved hjelp av flenser (56) mellom det innvendige hus (52) og det utvendige hus (54), hvor det er dannet minst et forsyningskammer (58) som blandingen kan trenge inn i via minst et innløp (60), idet det minst ene forsyningskammer (58) er forbundet til pumpekammeret (62) inne i det innvendige hus (54), hvor sistnevnte igjen er forbundet ved hjelp av minst et gjennomgående hull (64) til minst et forsyningskammer (66) som er forsynt med minst et utløp (68), gjennom hvilket, etter å ha blitt behandlet av pumpeenheten (51), nevnte blanding transporteres til et leveringsrør.

2. Pumpeenhet (51) ifølge krav 1,karakterisert vedat skruene (70a, 70b) strekker seg vesentlig langs hele lengden av pumpekammeret (62) og har i sine ender sylindriske deler (72a, 72b, 74a, 74b) ved hjelp av hvilke de bæres og dreies.

3. Pumpeenhet (51) ifølge krav 1,karakterisert vedat de gjennomgående hull (112, 114) er tilveiebrakt i motstående ender av huset (110).

4. Pumpeenhet (51) ifølge krav 1,karakterisert vedat drevene (108a, 108b) er forsynt med minst et tverrgående spor (116) som skiller fra hverandre to tannede deler som hver er forbundet til tilsvarende del av det andre drev.

5. Pumpeenhet (51) ifølge krav 4,karakterisert vedat de gjennomgående hull (112, 114), som smøreoljen kan sendes gjennom eller tømmes ut av, er anbrakt ved de tannede deler av de nevnte drev (108a, 108b), som er forbundet til hverandre, formet av det tverrgående spor (116) som vender mot huset (110), slik at bare disse sistnevnte deler utgjør tannhjulspumpen.

6. Pumpeenhet (51) ifølge krav 4,karakterisert vedat de tverrgående spor (116) av drevene (108a, 108b) innvendig er forsynt med minst et tetning (118) som hindrer refluks av oljen' fra et høytrykksområde inne i huset (110) til et annet område med et lavere trykk.

7. Pumpeenhet (51) ifølge krav 1,karakterisert vedat det nevnte hus (110) består av et bokslignende legeme (110a) som er lukket ved hjelp av et deksel (110b).