NO328938B1 - Separatorinnretning og fremgangsmate for foring av gass forbi en vaeskepumpe i et produksjonssystem - Google Patents

Abstract

Det er beskrevet en separatorinnretning i et multifaseproduksjonssystem, som omfatter en lukket separatorbeholder (1) som har en topp og en bunn, et inntak (2) for produksjons fluider på et innløpsnivå, og minst ett utløp (3) for i det minste delvis separert væske på et nivå lavere enn innløpsnivået, idet beholderutløpet kan kobles til en væskepumpe (5) innrettet nedstrøms for beholderen. En gassakkumulator (7) er innrettet for å føre forbi pumpen (5), der gassakkumulatoren (7) har en innløpsende som kan kobles til et øverste område av beholderen og en utløpsende som kan kobles til en utløpsende av pumpen for strømningsforbindelse mellom beholderen og utløpssiden av pumpen, idet gassakkumulatoren (7) i et område nær dennes innløpsende er koblet til en tilførsel av injeksjons væske som kan reguleres via en ventil (10) til å bli injisert i utløpssiden av pumpen via gassakkumulatoren. En fremgangsmåte for å føre gass forbi en væskepumpe (5) i et multifaseproduksjonssystem er også beskrevet.

Description

Separatorinnretning og fremgangsmåte for føring av gass forbi en væskepumpe i et produksjonssystem

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører innretninger i multifase-produksjonssystemer som har lavt gassinnhold, og mer spesifikt til en separatorinnretning og en fremgangsmåte for å separere gass fra et produksjonsfluid, slik som et brønnfluid, og tilbakeføre gassen til det i det minste delvis separerte fluidet på utløpssiden av en væskepumpe.

Applikasjonsområder for foreliggende oppfinnelse er typisk, men ikke utelukkende, i et offshoreanlegg, slik som et undersjøisk anlegg eller et landbasert anlegg, for utvinning av og/eller prosessering av brønnfluid fra en hydrokarbonproduserende brønn.

Bakgrunn for oppfinnelsen og beskrivelse av kjent teknikk Separatorer blir i stor utstrekning brukt i hydrokarbon-produksjon og beregnet til å separere produksjonsfluider i deres bestanddeler av olje, gass og/eller vann. De virker i utgangspunktet etter prinsippet om at de tre komponentene har ulik egenvekt, noe som fører til en lagdeling med gass i et øverste område, olje i et midtre område og vann i et bunnområde av en separatorbeholder eller tank, dersom fluidene passerer sakte gjennom separatoren.

Foreliggende oppfinnelse er nyttig spesielt ved hydrokarbon-produksjon på oljefelter der det foreligger lavt gassinnhold i produksjonsfluidene, eller som en del av et separasjonssystem brukt ved produksjon av brønnfluider som normalt ikke inne-holder gass. I bruk sørger foreliggende oppfinnelse for tømming av gass dersom gass foreligger på grunn av for eksempel drift utenfor spesifisert område, eller transienter, og/eller på grunn av at systemtrykket blir redusert. Slike situasjoner kan raskt oppstå i et rent (ikke-komprimerbart) væskesystem, som følge av f.eks. et innestengt og isolert volum som blir ned-kjølt, hvilket leder til reduksjon av trykk og temperatur, fulgt av en gassfrigjøringssituasjon.

Målet er å unngå fri gass i fluidet som passerer gjennom en væskepumpe som blir brukt til å mate produksjonsfluidene, slik som brønnfluider, til et mottakeranlegg. Den fri gassen vil ellers redusere virkningen av pumpen, dvs. dennes evne til å levere differensialtrykk. Fri gass kan akkumulere i separatoren og måtte fjernes. Et konvensjonelt gassutløp med direkte rørledning, slik som et stigerør, til et mottakeranlegg vil ikke kunne virke i dette tilfellet, på grunn av to ting: først, og på grunn av strømningsraten, vil gassen bli avkjølt i gass-stigerøret, hvilket kan føre til at det dannes hydrater i gass-stigerøret, og dernest på grunn av væskeansamling i gass-stigerøret forårsaket lav strømningshastighet som kan danne en væskeplugg i gass-stigerøret.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Et mål med foreliggende oppfinnelse er altså å unngå enhver fri gass som sannsynligvis vil bli frigjort som følge av at gass finnes oppløst i den separerte væsken.

Dette målet blir nådd ved hjelp av separatorinnretningen og fremgangsmåten som er definert i de uavhengige kravene. Fordelaktige utførelser av oppfinnelsen er definert i de avhengige kravene.

I korthet er det beskrevet en separatorinnretning i et multifaseproduksjonssystem som har lavt gassinnhold, typisk lavere enn 1 %, som omfatter en lukket separatorbeholder med en topp og en bunn, et innløp for produksjonsfluider på et innløpsnivå og minst ett utløp for i det minste delvis separert væske på et nivå lavere enn innløpsnivået. Separatorbeholderutløpet kan kobles til en væskepumpe innrettet nedstrøms for beholderen. Separatoren er karakterisert ved en gassakkumulator som fører forbi pumpen, der gassakkumulatoren har en innløpsende som kan kobles til et øverste område eller punkt i beholderen og et utløp som kan kobles til en utløpsside av pumpen for strømningsforbindelse mellom beholderen og utløpssiden av pumpen, idet gassakkumulatoren i et område nær innløpsenden er koblet til en tilførsel av injeksjonsvæske som kan reguleres via en ventil til å bli injisert i utløpssiden av pumpen via gassakkumulatoren.

I en foretrukket utførelse er gassakkumulatoren utformet som en trykkbeholder som omfatter et isolert volum mellom separatoren og pumpeutløpet, idet akkumulatoren er innrettet på skrå fra en nedre innløpsende til en øvre utløpsende.

Med fordel kan en første ventil oppstrøms for gassakkumulatoren tjene til å isolere gassakkumulatoren fra beholderen, og en andre ventil nedstrøms for gassakkumulatoren tjene til å isolere gassakkumulatoren fra utløpssiden av pumpen. Den første og den andre ventilen er regulerbar for å veksle gassakkumulatoren mellom skyllemodus og akkumuleringsmodus.

Fordelaktige utførelser av oppfinnelsen inkluderer f.eks. en gassakkumulator som omfatter en rørseksjon eller rørlengde formet som et rett rørstykke eller en spiralform, eller en gassakkumulator som omfatter et antall individuelle rørseksjon-er innrettet side ved side. En annen utførelse ser for seg en gassakkumulator som omfatter et antall individuelle rørseksjon-er ordnet i en bunt. En manifoldstruktur kan bli innrettet for å fordele injeksjonsvæsken til gassakkumulatoren.

Tilsvarende er det angitt en fremgangsmåte for å føre gass forbi en væskepumpe i et multifase-produksjonssystem med lavt

gassinnhold, som omfatter trinnet med lagdeling av fluidkompon-enter i en separatorbeholder fra hvilken en i det minste delvis separert væske blir transportert via pumpen. Fremgangsmåten er karakterisert ved følgende trinn:

- innretning av en gassakkumulator med en innløpsende i strømningsforbindelse med et øverste område eller punkt av separatorbeholderen og en utløpsende i strømningsforbindelse med en utløpsside av pumpen; - isolering av gassakkumulatoren fra utløpssiden av pumpen i akkumuleringsmodus, samt - uttaking av akkumulert gass fra gassakkumulatoren til utløps-siden av pumpen ved å injisere en injeksjonsvæske inn i gassakkumulatoren i en skyllemodus.

I en foretrukket utførelse omfatter fremgangsmåten trinnet med injisering av væsken i gassakkumulatoren i et område nær inn-løpsenden av gassakkumulatoren. Et hydraulisk fluid, hydratinhibitor eller diesel, f.eks., kan brukes som injeksjonsvæske.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser av foreliggende oppfinnelse

En separatorinnretning og fremgangsmåte i et multifase produksjonssystem som har et lavt gassinnhold, typisk mindre enn 1 %, er nærmere forklart nedenfor med henvisning til den vedlagte skjematiske tegningen, Fig. 1. Med henvisning til tegningen angir altså referansenummer 1 en separatorbeholder innrettet for separering eller stratifisering av brønnfluider i disses bestanddeler, typisk olje, gass og vann. De typisk uprosesserte brønnfluidene blir ført inn i beholderen via et innløp 2 innrettet i et øvre nivå. Prosessert væske, typisk olje, blir ført ut via et utløp 3 innrettet på et midlere nivå. I en bunn av beholderen 1, er det innrettet et ekstra utløp 4 for utføring av produksjonsvann som samler seg i et bunnområde av beholderen 1. Utløpet 3 er koblet til innløpssiden av en pumpe 5 som blir drevet for transport av separert væske via en strømningsledning 6 på utløpssiden av pumpen 5. Pilen F indikerer strømningsretningen fra systemet.

I henhold til oppfinnelsen, og for å unngå fri gass i væskepumpen 5, er det innrettet en gassakkumulator 7 for å føre gass forbi pumpen 5. Gassakkumulatoren 7 er fortrinnsvis utført som en rørseksjon som illustrert på figuren. Gassakkumulatoren 7 har en innløpsende som kan kobles til et øverste område eller toppunkt i beholderen 1. En første ventil 8 er innrettet i denne forbindelsen og skiftbar til å tillate strømningsfor-bindelse fra beholderen til gassakkumulatoren når ventil 8 står i åpen stilling. Gassakkumulatoren 7 har i tillegg en utløps-ende som kan kobles til utløpssiden av pumpen 5. En andre ventil 9 er innrettet i denne forbindelsen og skiftbar til å tillate strømningsforbindelse med utløpssiden av pumpen når ventil 9 står i åpen stilling. Med fordel kan gassakkumulatoren 7 være innrettet i skrå stilling fra en nedre innløpsende til en øvre utløpsende.

I et område nær innløpsenden er gassakkumulatoren 7 koblet til en væsketilførsel via en tredje ventil 10. Ventilen 10 kan reguleres til å føre væske inn i gassakkumulatoren 7. Ventilen 10 for å innføre væske under trykk kan være en regulerings-ventil eller en isolasjonsventil i kombinasjon med en pumpe. Væsken det gjelder vil typisk være metanol eller diesel f.eks., som kan bli injisert fra en tilførsel som er innrettet på et mottakeranlegg, dersom det passer.

Systemet kan veksles mellom akkumuleringsmodus og skyllemodus slik det nå vil bli forklart. Under drift vil gass som blir utviklet i beholder 1 stige opp via åpen ventil 8 og inn i gassakkumulatoren 7. Den oppstigende gassen blir fanget i gassakkumulatoren av ventilen 9 som har vært vekslet til stengt stilling og dermed isolere gassakkumulatoren 7 fra utløpssiden av pumpen 5 i akkumuleringsmodus. Med forhåndsinnstilte tids-intervaller, eller basert på gassdetektering, blir ventil 8 stengt og på denne måten isolerer gassakkumulatoren 7 fra beholderen 1. Ventiler 9 og 10 blir så begge vekslet til åpen stilling for å gi strømningsforbindelse med utløpssiden av pumpen 5 i skyllemodus. Væske under trykk skyller så gjennom gassakkumulatoren til utløpssiden av pumpen og trekker enhver gass som har samlet seg i gassakkumulatoren inn i rørledningen 6 nedstrøms for pumpen 5.

Systemet blir så vekslet tilbake til akkumuleringsmodus ved å stenge ventilene 9 og 10 og veksle ventil 8 til åpen stilling. Enhver gjenværende væske i gassakkumulatoren 7 vil etter hvert sive gjennom ventil 8 inn i separatorbeholderen 1.

Frie gassvolumer i pumpen blir dermed unngått ved hjelp av separering og akkumulering av gass oppstrøms for pumpen, og gjeninnføring av gassen i produksjonsfluidet nedstrøms for pumpen ved hjelp av væskeinjisering.

Gunstige modifikasjoner

Selv om den er konstruert som et rett rørseksjon i den illustrerte utførelsen, kan gassakkumulatoren realiseres i andre konfigurasjoner.

For eksempel kan gassakkumulatoren 7 i tilfelle det kreves en større gassoppsamlingskapasitet, konstrueres i form av en spiral, og den kan alternativt settes sammen av et antall individuelle rør innrettet i en bunt, eller innrettet i en side-ved-side-struktur.

I de to siste tilfellene kan skyllevæske bli injisert i gassakkumulatoren via en manifoldstruktur. I begge tilfeller kan gassakkumulatoren være vertikal eller nær horisontal, eller innrettet i enhver skråstilling mellom vertikal og nær horisontal orientering. Videre kan andre plasseringer av ventilene 9 og 10 enn de som er vist på figuren være mulig.

Produksjonsfluidene som entrer separatorbeholderen kan være en blanding av brønnfluider som beskrevet ovenfor som et eksempel. Det kan imidlertid også være hvilken som helst annen slags blanding av fluider som trenger å separeres, alt etter den aktuelle anvendelsen.

Væskepumpen slik den er beskrevet ovenfor kan være en énfase-pumpe slik som en sentrifugalpumpe. Betegnelsen væskepumpe må også forstås i vid mening, som omfattende alle slags væskefrem-førende maskiner.

Foreliggende oppfinnelse er definert i de vedlagte patent-kravene og omfatter alle her nevnte modifikasjoner i tillegg til hvilke som helst ikke nevnte varianter som vil være åpenbart tenkbare ut fra denne beskrivelsen for en fagperson innen det foreliggende feltet.

Claims (11)

1. Separatorinnretning i et multifase produksjonssystem, som omfatter en lukket separatorbeholder (1) som har en topp og en bunn, et innløp (2) for produksjonsfluider på et innløpsnivå og minst ett utløp (3) for i det minste delvis separert væske ved et lavere utløpsnivå, idet beholderutløpet kan kobles til en væskepumpe (5) innrettet nedstrøms for beholderen, karakterisert ved en gassakkumulator (7) som fører forbi pumpen (5), der gassakkumulatoren (7) har en innløpsende som kan kobles til et øverste område av beholderen og en utløpsende som kan kobles til en utløpsside av pumpen for strømningsforbind-else mellom beholderen og utløpssiden av pumpen, idet gassakkumulatoren (7) i et område nær dennes innløpsende er koblet til en tilførsel av injeksjonsvæske som kan reguleres via en ventil (10) til å bli injisert i utløpssiden av pumpen via gassakkumulatoren.

2. Innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at gassakkumulatoren er en trykkbeholder som omfatter et isolert volum mellom separatoren og pumpeutløpet, idet akkumulatoren er innrettet i skråstilling fra en nedre innløpsende til en øvre utløpsende.

3. Innretning i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved en første ventil (8) oppstrøms for gassakkumulatoren som tjener til å isolere gassakkumulatoren (7) fra beholderen (1), og en andre ventil (9) nedstrøms for gassakkumulatoren som tjener til å isolere gassakkumulatoren (7) fra utløpssiden av pumpen (5), idet den første og andre ventilen er regulerbar for å veksle gassakkumulatoren mellom skyllemodus og akkumuleringsmodus.

4. Innretning i henhold til hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at gassakkumulatoren omfatter en rørseksjon formet som et rett rørstykke.

5. Innretning i henhold til krav 4, karakterisert ved at gassakkumulatoren omfatter en rørseksjon formet som en spiral.

6. Innretning i henhold til hvilket som helst av kravene 1 til 4, karakterisert ved at gassakkumulatoren omfatter et antall individuelle rørseksjoner innrettet i en side-ved-side-struktur.

7. Innretning i henhold til krav 6, karakterisert ved at gassakkumulatoren omfatter et antall individuelle rørseksjoner plassert i en bunt.

8. Innretning i henhold til krav 6 eller 7, karakterisert ved en manifoldstruktur som fordeler injeksjonsvæsken til gassakkumulatoren .

9. Fremgangsmåte for å føre gass forbi en væskepumpe (5) i et multifase produksjonssystem som omfatter trinnet med lagdeling av fluidekomponenter i en separatorbeholder (1) fra hvilken i det minste delvis separert væske blir transportert via pumpen (5), karakterisert ved følgende trinn: - innretning av en gassakkumulator (7) med en innløpsende i strømningsforbindelse med et øverste område i separatorbeholderen og en utløpsende i strømningsforbindelse med en utløpsside av pumpen; - isolering av gassakkumulatoren fra utløpssiden av pumpen i akkumuleringsmodus, samt - uttaking av akkumulert gass fra gassakkumulatoren til utløps-siden av pumpen ved å injisere en injeksjonsvæske inn i gassakkumulatoren i en skyllemodus.

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 9, karakterisert ved trinnet med injisering av væsken i gassakkumulatoren i et område nær innløpsenden av gassakkumulatoren.

11. Fremgangsmåte i henhold til krav 10, karakterisert ved at minst én av et hydraulisk fluid, en hydratinhibitor, eller diesel, blir brukt som injiseringsvæske.