NO324806B1 - Undervannsgasskompressor - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

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.

Oppfinnelsens bakgrunn og kjent teknikk

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 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.

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.

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,

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.

Av hensyn til utstyrsbehov og driftssikkerhet er det behov for en gasskompressor som ikke drives med elektrisk kraft, verken direkte eller indirekte.

Oppsummering av oppfinnelsen

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.

Tegning

Oppfinnelsen illustreres med én tegning, idet

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.

Detaljert beskrivelse

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.

Den skisserte utførelsesform er bare én av mange mulige varianter, imidlertid forefinnes alltid de tekniske særpreg ved oppfinnelsen, hvilke fremgår av krav 1.

For økt fleksibilitet kan det fordelaktig anordnes girutveksling mellom vannturbinen og gasskompressoren.

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.

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.

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.

Bølgekraftverket og strømkraftverket er fortrinnsvis utformet slik at det ikke skal være til hinder for skipstrafikken. Eksempelvis bør dimensjoneringen være slik at

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.

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.

Claims (12)

1. Undervanns gasskompressor (1) for understøttelse av gasstransport gjennom en undervanns gassrørledning (2,3), idet gasskompressoren (1) drives av en sammenstilling som består av en tilkoblet vannturbin (4) som drives av et bølgekraftverk (13,16,17, 18,

19,20), karakterisert ved at bølgekraftverket omfatter et flyteelement (17) som er koblet med en line (18) til et effektstempel (16) anordnet i nedsenket posisjon, med forankring (19,20) til havbunnen, hvorav kun flyteelementet er anordnet i overflateposisjon, et fartøy (25) er tilkoblet (24) sammenstillingen, for levering av høytrykksvann til vannturbinen ved behov, og en ledning (23) er anordnet fra sammenstillingens ledning (13) med vann under høyt trykk til en vanninjeksjonsbrønn (22), for levering av høytrykksvann til vanninjeksjonsbrønnen.

2. Undervanns gasskompressor ifølge krav 1, karakterisert ved gasskompressoren og vannturbinen er anordnet på en felles aksel (7).

3. Undervanns gasskompressor ifølge krav 1, karakterisert ved at gasskompressoren og vannturbinen er anordnet på separate akslinger med mellomliggende girutveksling.

4. Undervanns gasskompressor ifølge krav 1, karakterisert ved at ca. 1000 parallelle bølgekraftverkenheter er anordnet, tilkoblet ca. 5 vannturbiner og gasskompressorer, med totalt kraftbehov ca. 30 megawatt.

5. Undervanns gasskompressor ifølge krav 1, karakterisert ved at en innretning for reservekraft er anordnet.

6. Undervanns gasskompressor ifølge krav 1, karakterisert ved at en elastisk ballong er tilkoblet vanninntaket til vannturbinen, for å fylles med vann under trykk, for å levere vann under trykk til vannturbinen ved behov.

7. Undervanns gasskompressor ifølge krav 1, karakterisert ved at et høytrykks gassreservoar er tilkoblet, slik at gass med tilstrekkelig trykk kan leveres til rørledningen ved behov.

8. Undervanns gasskompressor ifølge krav 1, karakterisert ved at et strømkraftverk er anordnet i tillegg til et bølgekraftverk.

9. Undervanns gasskompressor ifølge krav 1, karakterisert ved at flyteelementene (17) er fremstilt av et forsterket polymermateriale.

10. Undervanns gasskompressor ifølge krav 1, karakterisert ved at et kompensasjonsstempel (21) eller en annen kompensasjonsanordning er anordnet i forankringen til bølgekraftverket, for å kompensere for tidevannsforskjeller.

11. Undervanns gasskompressor ifølge krav 1, karakterisert ved at forankringen for bølgekraftverket er 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.

12. Undervanns gasskompressor ifølge krav 1, karakterisert ved at bølgekraftverket er dimensjonert således at skip og isfjell kan kollidere med nevnte elementer uten at skade oppstår, idet kun flyteelementene er anordnet i overflateposisjon.