NO324806B1

NO324806B1 - Underwater Gas Compressor

Info

Publication number: NO324806B1
Application number: NO20043636A
Authority: NO
Inventors: Harald Underbakke
Original assignee: Statoil Asa
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2007-12-10
Also published as: NO20043636L; NO20043636D0

Description

Oppfinnelsens område Field of the invention

Den foreliggende oppfinnelse vedrører undervanns gasstransport gjennom rørledninger. Nærmere bestemt vedrører den foreliggende oppfinnelse en undervanns gasskompressor for understøttelse av gasstransport gjennom en undervanns gassrørledning, idet gasskompressoren drives av en sammenstilling som består av en tilkoblet vannturbin som drives av et bølgekraftverk. The present invention relates to underwater gas transport through pipelines. More specifically, the present invention relates to an underwater gas compressor for supporting gas transport through an underwater gas pipeline, the gas compressor being driven by an assembly consisting of a connected water turbine that is driven by a wave power plant.

Oppfinnelsens bakgrunn og kjent teknikk Background of the invention and prior art

For undervanns gassrørledninger som typisk fører gass fra undervanns gassfelt til land eller en installasjon, er det kjent at ettersom brønntrykket i gassreservoaret avtar vil også den drivende kraft for transport av gassen gjennom undervanns gassrørledningen fra undervannsfeltet avta. For å forlenge produksjonslevetiden for gassfeltet og få ut mer gassreserver, er det ønskelig å understøtte gasstrømningen gjennom rørledningen, særlig ved slutten av gassfeltets produksjonslevetid. Det er kjent at en gasskompressor kan benyttes for å understøtte gasstransporten gjennom en undervanns gassrørledning. For å benytte en gasskompressor må denne forsynes med kraft for å kunne opereres. For underwater gas pipelines that typically carry gas from an underwater gas field to land or an installation, it is known that as the well pressure in the gas reservoir decreases, the driving force for transporting the gas through the underwater gas pipeline from the underwater field will also decrease. In order to extend the production life of the gas field and extract more gas reserves, it is desirable to support the gas flow through the pipeline, especially at the end of the gas field's production life. It is known that a gas compressor can be used to support gas transport through an underwater gas pipeline. To use a gas compressor, it must be supplied with power in order to operate.

For gassfelt som ligger langt fra land eller overflateinstallasjoner ville det være fordelaktig med teknologi for å understøtte gasstransport uten tilførsel av kraft fra land eller en overflateinstallasjon, og fordelaktig uten anvendelse av elektrisk kraft. For gas fields located far from land or surface installations, it would be advantageous to have technology to support gas transport without the supply of power from land or a surface installation, and advantageously without the use of electrical power.

I patentlitteraturen finnes en del relevant bakgrunnsteknikk, for eksempel følgende patentpublikasjoner: US 4413956 som vedrører en bølgedrevet vannpumpe, US 4326840 som også vedrører en bølgedrevet vannpumpe, DE 19633590 Al som vedrører en bølgedrevet undervanns elektrogenerator, US 5179837 som vedrører bølgedrevne flyteenheter i overflaten, i serie for stegvis trykksetting av et fluid som anvendes for kraftgenerering med turbiner, elektriske generatorer eller annet, GB 2084259 A som vedrører et bølgeaktivert kraftanordningssystem med vannturbingenerator, og GB 2033488 A som vedrører et bølgedrevet kraftverk med vannturbingenerator som er anordnet i en luftlomme i et undervannshus. In the patent literature there is some relevant background technology, for example the following patent publications: US 4413956 which relates to a wave-driven water pump, US 4326840 which also relates to a wave-driven water pump, DE 19633590 Al which relates to a wave-driven underwater electrogenerator, US 5179837 which relates to wave-driven floating units in the surface, in series for incremental pressurization of a fluid used for power generation with turbines, electric generators or otherwise, GB 2084259 A relating to a wave-activated power device system with a water turbine generator, and GB 2033488 A relating to a wave-driven power plant with a water turbine generator arranged in an air pocket in an underwater housing .

De ovennevnte publikasjoner beskriver teknologi som kan anvendes til å drive en generator som igjen bør antas å kunne drive en elektrisk drevet eller elektrohydraulisk drevet gasskompressor, men slik drift av en gasskompressor er ikke spesifikt indikert. Det fremgår heller ikke i noen av de nevnte publikasjoner noe om at en gasskompressor kan opereres under vann for å understøtte gasstransport gjennom en undervanns gassrør-lending, uten anvendelse av en generator. Fra patentpublikasjonene CA 1 172 940, The above-mentioned publications describe technology that can be used to drive a generator which in turn should be assumed to be able to drive an electrically driven or electrohydraulic driven gas compressor, but such operation of a gas compressor is not specifically indicated. Nor does it appear in any of the aforementioned publications that a gas compressor can be operated underwater to support gas transport through an underwater gas pipe landing, without the use of a generator. From patent publications CA 1,172,940,

US 5,708,305 og GB 194,918, finnes lære som kan gjøre det nærliggende for fagpersonen å koble sammen et bølgekraftverk, en vannturbin og en undervanns gasskompressor, uten anvendelse av en generator. Fra patentpublikasjonene GB 189804311 A og US 4,754,157 kan ytterligere veiledning finnes, for hvorledes en undervanns gasskompressor kan anordnes. Nevnte publikasjoner inneholder imidlertid lite veiledning om reservekraft og vanninjeksjon. US 5,708,305 and GB 194,918, there are teachings which can make it easy for the person skilled in the art to connect a wave power plant, a water turbine and an underwater gas compressor, without the use of a generator. From the patent publications GB 189804311 A and US 4,754,157 further guidance can be found for how an underwater gas compressor can be arranged. However, the aforementioned publications contain little guidance on reserve power and water injection.

Av hensyn til utstyrsbehov og driftssikkerhet er det behov for en gasskompressor som ikke drives med elektrisk kraft, verken direkte eller indirekte. Due to equipment needs and operational reliability, there is a need for a gas compressor that is not driven by electricity, either directly or indirectly.

Oppsummering av oppfinnelsen Summary of the invention

Med den foreliggende oppfinnelse imøtekommes det ovennevnte behov, ved at det tilveiebringes en undervanns gasskompressor for understøttelse av gasstransport gjennom en undervanns gassrørledning, idet gasskompressoren drives av en sammenstilling som består av en tilkoblet vannturbin som drives av et bølgekraftverk kjennetegnet ved at bølgekraftverket omfatter et flyteelement som er koblet med en line til et effektstempel anordnet i nedsenket posisjon, med forankring til havbunnen, hvorav kun flyteelementet er anordnet i overflateposisjon, et fartøy er tilkoblet sammenstillingen, for levering av høytrykksvann til vannturbinen ved behov, og en ledning er anordnet fra sammenstillingens ledning med vann under høyt trykk til en vanninjeksjonsbrønn, for levering av høytrykksvann til vanninjeksjonsbrønnen. With the present invention, the above-mentioned need is met by providing an underwater gas compressor for supporting gas transport through an underwater gas pipeline, the gas compressor being driven by an assembly consisting of a connected water turbine that is driven by a wave power plant characterized by the wave power plant comprising a floating element which is connected by a line to a power piston arranged in a submerged position, anchored to the seabed, of which only the floating element is arranged in a surface position, a vessel is connected to the assembly, for the delivery of high-pressure water to the water turbine if needed, and a line is arranged from the assembly's line with water under high pressure to a water injection well, for the delivery of high pressure water to the water injection well.

Tegning Drawing

Oppfinnelsen illustreres med én tegning, idet The invention is illustrated with one drawing, in that

Figur 1 er en skjematisk illustrasjon av hvorledes undervanns gasskompressoren ifølge oppfinnelsen i en utførelsesform er anordnet med vannturbin og bølgekraftverk som energigiver for drift. Figure 1 is a schematic illustration of how the underwater gas compressor according to the invention in one embodiment is arranged with a water turbine and a wave power plant as an energy source for operation.

Detaljert beskrivelse Detailed description

Det refereres til Figur 1 som er et skjematisk snitt av en gasskompressor 1 med gassinnløp 2 og gassutløp 3, idet gasskompressoren er koblet direkte på akslingen til en vannturbin 4 som er utstyrt med et vanninnløp 5 og et vannutløp 6.1 den illustrerte utførelsesform er gasskompressoren og vannturbinen anordnet på samme aksling 7, med mekaniske tetninger 8 og aksial- og radiallagre 9. Alternativt kan det anordnes en girforbindelse mellom vannturbinen og gasskompressoren, istedenfor akslingen illustrert på Fig. 1. Lagrene kan f.eks. være væskesmurte glidelagre, f.eks. med smøring og kjøling ved hjelp av en mekanisk sirkulasjonspumpe 27 integrert som en del av akslingen. Smøremediet kan f.eks. sirkuleres gjennom en trykktank som er illustrert ved 10, med f.eks. koblinger mot innkommende vanntrykk 11 og gasstrykket 12 samt en nivåhøyde på f.eks. 5 meter over kompressorens og vannturbinens senterlinje. Trykktanken 10 kan være anordnet med eller uten membran mellom væskefase og gassfase avhengig av løselighetsegenskapene. Det kan være fordelaktig å benytte MEG (monoetylenglykol) som smøremiddel, da MEG ofte likevel kreves injisert for hydratinhibitering slik at samme tilførselsledning kan benyttes for etterfylling 26, eventuelt kan det benyttes olje. Vannturbinen blir tilført vann under trykk fra en tilkoblet ledning 13 med innretninger 14, 15 for regulering. Ledningen 13 er koblet til et effektstempel 16, idet effektstempelet utgjør en del av et regulært bølgekraftverk. Vann ledes inn gjennom en sil 28 til effektstempelet, settes under relativt høyt trykk ved hjelp av energi opptatt av bølgekraftverket, hvorpå vannet føres ut i ledningen 13 for levering til vannturbinen 4 for generering av drivende kraft for å operere gasskompressoren 1. Over effektstempelet 16 i bølgekraftverket er det anordnet ett eller flere flyteelementer 17 med forankring gjennom vaier eller relativt uelastisk line 18 til effektstempelet 16. Effektstempelet er innfestet mot bunnen ved hjelp av et anker 19, tilkoblet med en vaier eller en line 20, fortrinnsvis med et kompensasjonsstempel 21, en passende stiv og elastisk forankring eller lignende for å kompensere for tidevannseffekter. Bølgekraftverket som er illustrert på Figur 1 kan f.eks. bestå av 1000 parallelle enheter (1000 x) av typen som er skissert på figuren. I tilknytning til gasskompressoren og innretningene for å tilveiebringe energi for drift derav, er det anordnet innretninger for reservekraft. Innretningene for reservekraft inkluderer et overflatefartøy 25 eller lignende i de perioder bølgeforekomsten er utilstrekkelig, eventuelt også et høytrykksresefvoar for vann som fordelaktig kan være i form av en elastisk ballong (ikke illustrert) som ved hjelp av elastisk sammentrekning presser vann inn mot vannturbinen etter behov. Et høytrykksreservoar for gass (ikke illustrert) kan anordnes nær vannturbinen, fra hvilket høytrykksreservoar gass kan leveres til rørledningen ved et trykk tilstrekkelig til å strømme uten trykkøkning via kompressoren. Høytrykksreservoaret kan være et satellittfelt til hovedfeltet. Bølgekraftverket dimensjoneres ut fra en forventet bølgehøydefordeling, men mangel på kraft fra bølgekraftverket vil kunne forekomme på grunn av manglende bølgeforekomst eller eventuell utilgjengelighet av bølgekraftverket. Reference is made to Figure 1 which is a schematic section of a gas compressor 1 with gas inlet 2 and gas outlet 3, the gas compressor being connected directly to the shaft of a water turbine 4 which is equipped with a water inlet 5 and a water outlet 6.1 the illustrated embodiment is the gas compressor and the water turbine arranged on the same shaft 7, with mechanical seals 8 and axial and radial bearings 9. Alternatively, a gear connection can be arranged between the water turbine and the gas compressor, instead of the shaft illustrated in Fig. 1. The bearings can e.g. be fluid-lubricated sliding bearings, e.g. with lubrication and cooling by means of a mechanical circulation pump 27 integrated as part of the shaft. The lubricant can e.g. is circulated through a pressure tank which is illustrated at 10, with e.g. connections against incoming water pressure 11 and gas pressure 12 as well as a level height of e.g. 5 meters above the center line of the compressor and water turbine. The pressure tank 10 can be arranged with or without a membrane between the liquid phase and the gas phase, depending on the solubility properties. It can be advantageous to use MEG (monoethylene glycol) as a lubricant, as MEG is often still required to be injected for hydrate inhibition so that the same supply line can be used for top-up 26, or oil can be used. The water turbine is supplied with water under pressure from a connected line 13 with devices 14, 15 for regulation. The line 13 is connected to a power piston 16, the power piston forming part of a regular wave power plant. Water is introduced through a strainer 28 to the power piston, is put under relatively high pressure with the help of energy captured by the wave power plant, after which the water is led out into the line 13 for delivery to the water turbine 4 for generating driving force to operate the gas compressor 1. Above the power piston 16 in the wave power plant, one or more floating elements 17 are arranged with anchorage through a wire or relatively inelastic line 18 to the effect piston 16. The effect piston is attached to the bottom by means of an anchor 19, connected with a wire or a line 20, preferably with a compensation piston 21, a suitable rigid and elastic anchorage or similar to compensate for tidal effects. The wave power plant illustrated in Figure 1 can e.g. consist of 1000 parallel units (1000 x) of the type outlined in the figure. In connection with the gas compressor and the devices for providing energy for its operation, there are devices for reserve power. The devices for reserve power include a surface vessel 25 or similar during the periods when the wave occurrence is insufficient, possibly also a high-pressure reserve for water which can advantageously be in the form of an elastic balloon (not illustrated) which, by means of elastic contraction, pushes water towards the water turbine as needed. A high pressure reservoir of gas (not illustrated) may be provided near the water turbine, from which high pressure reservoir gas may be supplied to the pipeline at a pressure sufficient to flow without pressure increase via the compressor. The high pressure reservoir can be a satellite field to the main field. The wave power plant is dimensioned based on an expected wave height distribution, but a lack of power from the wave power plant may occur due to a lack of wave occurrence or possible unavailability of the wave power plant.

Den skisserte utførelsesform er bare én av mange mulige varianter, imidlertid forefinnes alltid de tekniske særpreg ved oppfinnelsen, hvilke fremgår av krav 1. The outlined embodiment is only one of many possible variants, however, the technical features of the invention are always present, which appear in claim 1.

For økt fleksibilitet kan det fordelaktig anordnes girutveksling mellom vannturbinen og gasskompressoren. For increased flexibility, a gear exchange can advantageously be arranged between the water turbine and the gas compressor.

Opplagring av akslinger kan f.eks. være med nålelagre eller kulelagre istedenfor oljesmurte glidelagre. Det vil antageligvis være nødvendig med et eget smøresystem, men dersom det kan tilveiebringes opplagrings- og tetningssystemer som kan operere vedlikeholdsfritt og kostnadseffektivt over lang til vil slikt utstyr være nærliggende å benytte. Storage of axles can e.g. be with needle bearings or ball bearings instead of oil-lubricated sliding bearings. It will probably be necessary to have a separate lubrication system, but if storage and sealing systems can be provided that can operate maintenance-free and cost-effectively for a long time, such equipment will be readily available.

Utformingen av bølgekraftverket kan variere, og det er intet i veien for å benytte tidligere kjente utførelsesformer av bølgekraftverk, slik det for eksempel er illustrert i de innledningsvis nevnte patentpublikasjoner under omtalen av kjent teknikk. Bølgekraftverket må imidlertid være av en utførelsesform som kan anvendes på det aktuelle vanndyp. The design of the wave power plant can vary, and there is nothing to prevent using previously known embodiments of wave power plants, as illustrated, for example, in the initially mentioned patent publications under the mention of prior art. However, the wave power plant must be of a design that can be used at the relevant water depth.

Bølgekraftverket kan også suppleres av et strømkraftverk av de for tiden kjente typer. Således kan det benyttes kombinasjoner av bølgekraftverk og strømkraftverk. En slik kombinasjon kan være fordelaktig ved at maksimal energi kan tas ut fra havet nær gasskompressoren. For eksempel vil golfstrømmen kunne være en aktuell leverandør av kraft eller reservekraft på mange steder som kan være aktuelle for implementering av oppfinnelsen i norske farvann. The wave power plant can also be supplemented by a current power plant of the currently known types. Thus, combinations of wave power plants and current power plants can be used. Such a combination can be advantageous in that maximum energy can be extracted from the sea close to the gas compressor. For example, the gulf stream could be a current supplier of power or reserve power in many places that could be relevant for the implementation of the invention in Norwegian waters.

Bølgekraftverket og strømkraftverket er fortrinnsvis utformet slik at det ikke skal være til hinder for skipstrafikken. Eksempelvis bør dimensjoneringen være slik at The wave power plant and the current power plant are preferably designed so that they do not obstruct ship traffic. For example, the dimensioning should be such that

flyteelementene av plast eller annet egnet materiale kan bli påkjørt av fartøy og truffet av isfjell uten at det fremkommer noen skade. Innretningene som på figuren er illustrert som en utførelsesform av et bølgekraftverk er fordelaktig tilstrekkelig horisontalforankret til å hindre at vind og strøm trekker flyteelementene under overflaten. Forankringen for bølgekraftverket/strømkraftverket er fordelaktig anordnet som spredt forankring med tilstrekkelig stivhet til at bølgebevegelser og/eller strøm opptas tilnærmet fullstendig, men med tilstrekkelig elastisitet og posisjonsopprettende kraft til å gi etter for tidevannsforskjeller og kollisjoner. the floating elements made of plastic or other suitable material can be hit by vessels and hit by icebergs without any damage occurring. The devices illustrated in the figure as an embodiment of a wave power plant are advantageously sufficiently horizontally anchored to prevent wind and current pulling the floating elements below the surface. The anchorage for the wave power plant/current power plant is advantageously arranged as a spread anchorage with sufficient stiffness to absorb wave movements and/or current almost completely, but with sufficient elasticity and position-establishing force to yield to tidal differences and collisions.

I henhold til oppfinnelsen er det for levering av høytrykksvann til en vanninjek-sjonsbrønn anordnet en ledning 23 fra sammenstillingens ledning 13 med vann under høyt trykk til en vanninjeksjonsbrønn 22. According to the invention, a line 23 from the assembly's line 13 with water under high pressure to a water injection well 22 is arranged for the delivery of high-pressure water to a water injection well.

Claims

1. Underwater gas compressor (1) for supporting gas transport through an underwater gas pipeline (2,3), the gas compressor (1) being driven by an assembly consisting of a connected water turbine (4) which is driven by a wave power plant (13,16,17 , 18,

19,20), characterized in that the wave power plant comprises a floating element (17) which is connected by a line (18) to an effect piston (16) arranged in a submerged position, with anchoring (19,20) to the seabed, of which only the floating element is arranged in a surface position, a vessel (25) is connected to (24) the assembly, for the supply of high-pressure water to the water turbine when needed, and a line (23) is arranged from the assembly's line (13) with water under high pressure to a water injection well (22), for the supply of high-pressure water to the water injection well.

2. Underwater gas compressor according to claim 1, characterized by the gas compressor and the water turbine being arranged on a common shaft (7).

3. Underwater gas compressor according to claim 1, characterized in that the gas compressor and the water turbine are arranged on separate shafts with an intermediate gear exchange.

4. Underwater gas compressor according to claim 1, characterized in that approx. 1000 parallel wave power plant units are arranged, connected approx. 5 water turbines and gas compressors, with a total power requirement of approx. 30 megawatts.

5. Underwater gas compressor according to claim 1, characterized in that a device for reserve power is provided.

6. Underwater gas compressor according to claim 1, characterized in that an elastic balloon is connected to the water intake of the water turbine, to be filled with water under pressure, to deliver water under pressure to the water turbine when needed.

7. Underwater gas compressor according to claim 1, characterized by the fact that a high-pressure gas reservoir is connected, so that gas with sufficient pressure can be delivered to the pipeline when required.

8. Underwater gas compressor according to claim 1, characterized in that a current power plant is arranged in addition to a wave power plant.

9. Underwater gas compressor according to claim 1, characterized in that the floating elements (17) are made of a reinforced polymer material.

10. Underwater gas compressor according to claim 1, characterized in that a compensation piston (21) or another compensation device is arranged in the anchoring of the wave power plant, to compensate for tidal differences.

11. Underwater gas compressor according to claim 1, characterized in that the anchorage for the wave power plant is arranged as a spread anchorage with sufficient rigidity to absorb wave movements and/or current almost completely, but with sufficient elasticity and position-establishing force to yield to tidal differences and collisions.

12. Underwater gas compressor according to claim 1, characterized in that the wave power plant is dimensioned so that ships and icebergs can collide with said elements without damage occurring, as only the floating elements are arranged in a surface position.