NO329284B1

NO329284B1 - Sammenstilling og fremgangsmate for produksjon av gass eller gass og kondensat/olje

Info

Publication number: NO329284B1
Application number: NO20080105A
Authority: NO
Inventors: Harald Underbakke
Original assignee: Statoilhydro Asa
Priority date: 2008-01-07
Filing date: 2008-01-07
Publication date: 2010-09-27
Also published as: EA201001091A1; US20110024127A1; AU2008345750B2; GB201012701D0; CA2711376C; WO2009088294A1; GB2470305B; BRPI0821626A2; EA016743B1; US8534364B2; AU2008345750A1; DK178457B1; BRPI0821626A8; BRPI0821626B1; DK200900994A; CA2711376A1; GB2470305A; NO20080105L

Abstract

Undervannsplassert sammenstilling for produksjon av gass eller gass og kondensat/olje fra et undersjøisk gassholdig reservoar, idet minst én produksjonsbrønn er anordnet fra havbunnen til en produksjonssone og minst én vanninjeksjonsbrønn er anordnet fra havbunnen til en injeksjonssone. Sammenstillingen særpreges ved at den omfatter: en trykkøkende enhet koblet til utløpet fra produksjonsbrønnen, for å øke trykket i en produksjonsstrøm fra produksjonsbrønnen, og en vannturbin som er koblet til og driver den trykkøkende enhet, hvilken vannturbin har et innløp for vann med høyt hydrostatisk trykk i henhold til vannturbinens plassering og et utløp koblet til vanninjeksjonsbrønnens innløp, idet vannturbinen drives av og tar ut minst en del av den hydrostatiske energi fra vannet som derved leveres med et lavere trykk til vanninjeksjonsbrønnen, slik at vann som derved leveres til vanninjeksjonsbrønnen har et lavere trykk enn det hydrostatiske trykk ved vanninjeksjonsbrønnens innløp. Fremgangsmåte med anvendelse av sammenstillingen.

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører produksjon av gass eller gass og kondensat/olje fra et undersjøisk gassholdig reservoar. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en sammenstilling og en fremgangsmåte for produksjon av gass eller gass og kondensat/olje fra et undersjøisk gassholdig reservoar hvor gasstrykket er lavt.

Oppfinnelsens bakgrunn og kjent teknikk

I et gassholdig reservoar kan trykket falle relativt raskt, hvilket medfører avtagende produksjon. Etter en tids produksjon kan trykket i det gassholdige reservoar ha falt til å bli lavere enn vanntrykket ved havbunnen over reservoaret. Derved blir det mulig å injisere vann i reservoarets nedre vannholdige deler, uten noen injeksjonspumpe eller annen trykkstøtte, men kun ved å anordne en injeksjonsbrønn som vannet kan strømme gjennom på grunn av høyt hydrostatiske trykk ved havbunnen, ved injeksjonsbrønnens innløp.

For å understøtte produksjonsstrømmen av gass fra et gassreservoar, er det kjent å anordne en gasskompressor ved utløpet av produksjonsbrønnen, enten på havbunnen eller på en overflateinstallasjon. Gasskompressorer er normalt elektrisk drevne. For gassholdige reservoarer med kondensat/olje kan det eventuelt installeres flerfasemaskiner eller -pumper, hvilke typisk er elektrisk drevne.

I patentpublikasjon RU2109930 er det beskrevet en fremgangsmåte for utvikling av gassreserver under kontinentalsokkelen. Fremgangsmåten tar sikte på å unngå anvendelse av en trykkøkende kompressorstasjon med kompresjon av gass før videre transport. Videre er det et siktemål å redusere kostnadene for utvikling av reservoaret til et kommersielt nivå. Ved et beregnet tidspunkt, settes injeksjonsbrønner i drift for å opprettholde trykket ved pumpeløs injeksjon av sjøvann i reservoarbrønnene, ved å gjøre bruk av vannkolonnens trykk mellom havoverflaten og brønnhodenivået. Vanninjeksjonen uten pumping gjør bruk av trykkhøyden i vannkolonnen mellom havets overflate og brønnhodets nivå ved havbunnen. Fordelen ifølge læren i nevnte publikasjon er utvikling av feltet med reduserte kapitalkostnader på grunn av levering av gass til gassrørledninger uten bruk av kompressorer og vedlikehold av reservoartrykket uten pumping. Mulighet for installasjon av hydrauliske turbiner i injeksjonsbrønner er nevnt, for produksjon av elektrisitet.

Patentpublikasjon US 4848471 beskriver et system for transport av en ubehandlet brønnstrøm som omfatter en flerfaset, flerkomponentblanding over lange distanser fra én eller flere brønner til en endestasjon.

I patentpublikasjon WO 02/33218 Al er det beskrevet framgangsmåter og arrangementer for behandling av fluid. Nærmere bestemt er det beskrevet fremgangsmåter og arrangementer for å gjøre bruk av energien i vann som strømmer ut fra et høytrykksreservoar. For gassproduksjon og gass/kondensat/oljeproduksjon fra felter med lavt og stadig avtakende trykk, er det derimot behov for fremgangsmåter og sammenstillinger som kan tilføre energi til gasstrømmen eller gass/kondensat/oljestrømmen for å opprettholde produksjonen, samt bidra til å opprettholde trykket i reservoaret ettersom reservoartrykket synker. Siktemålet med den foreliggende oppfinnelse er å imøtekomme nevnte behov.

Oppsummering av oppfinnelsen

Med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en undervannsplassert sammenstilling for produksjon av gass eller gass og kondensat/olje fra et undersjøisk gassholdig reservoar, idet minst én produksjonsbrønn er anordnet fra havbunnen til en produksjonssone og minst én vanninjeksjonsbrønn er anordnet fra havbunnen til en injeksjonssone. Sammenstillingen særpreges ved at den omfatter: en trykkøkende enhet koblet til utløpet fra produksjonsbrønnen, for å øke trykket i en produksjonsstrøm fra produksjonsbrønnen, og

en vannturbin som er koblet til og driver den trykkøkende enhet, hvilken vannturbin har et innløp for vann med høyt hydrostatisk trykk i henhold til vannturbinens plassering og et utløp koblet til vanninjeksjonsbrønnens innløp, idet vannturbinen drives av og tar ut minst en del av den hydrostatiske energi fra vannet som derved leveres med et lavere trykk til vanninjeksjonsbrønnen, slik at vann som derved leveres til vanninjeksjonsbrønnen har et lavere trykk enn det hydrostatiske trykk rundt vanninjeksjonsbrønnens innløp.

For gassproduksjon er den trykkøkende enhet en gasskompressor, for produksjon av gass og kondensat/olje er den trykkøkende enhet en flerfasemaskin/- pumpe. Vanninjeksjonsbrønnen kan være anordnet til et annet reservoar enn produksjonsbrønnen. Den trykkøkende enhet og vannturbinen er fordelaktig anordnet på en felles aksling, hvilket er fordelaktig av hensyn til virkningsgrad og kostnader. I en alternativ utførelse er den trykkøkende enhet og vannturbinen koblet sammen via en girutveksling, hvilket er fordelaktig av hensyn til drift. I en fordelaktig utførelse er vannturbinen og den trykkøkende enhet koblet sammen hydraulisk, for eksempel via en hydraulisk sløyfe drevet direkte eller indirekte av vannturbinen, hvorved vannturbinen og den trykkøkende enhet kan plasseres lengre fra hverandre, og det kan oppnås driftsfordeler. Derved kan for eksempel vannturbinen anordnes på et lavere nivå enn den trykkøkende enhet, og vannturbinen kan enklere være koblet på en vanninjeksjonsbrønn til et annet reservoar. Den trykkøkende enhet og vannturbinen er typisk plassert på havbunnen, ved utløpet fra produksjonsbrønnen. I en fordelaktig utførelse av oppfinnelsen, særlig aktuell for små havdyp, er den trykkøkende enhet og vannturbinen anordnet i en fordypning i havbunnen, ved utløpet fra produksjonsbrønnen, hvilket fordelaktig øker trykkhøyden for vannturbinen og derved effekten.

Med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes også en fremgangsmåte for produksjon av gass eller gass og kondensat/olje fra et undersjøisk gassholdig reservoar, idet minst én produksjonsbrønn er anordnet fra havbunnen til en produksjonssone og minst én vanninjeksjonsbrønn er anordnet fra havbunnen til en injeksjonssone, med anvendelse av sammenstillingen ifølge oppfinnelsen. Fremgangsmåten særpreges ved at den omfatter: å øke trykket i en produksjonsstrøm fra produksjonsbrønnen ved hjelp av en trykkøkende enhet koblet til utløpet fra produksjonsbrønnen, og

å injisere vann gjennom injeksjonsbrønnen til injeksjonssonen, for å opprettholde trykk i reservoaret, hvorved en vannturbin er koblet til vanninjeksjonsbrønnens innløp, hvilken vannturbin er koblet til og driver den trykkøkende enhet, idet vannturbinen har et innløp for vann med høyt hydrostatisk trykk i henhold til vannturbinens plassering og et utløp koblet til vanninjeksjonsbrønnens innløp, idet vannturbinen drives av og tar ut minst en del av den hydrostatiske energi fra vannet som derved leveres med et lavere trykk til vanninjeksjonsbrønnen, slik at vann som derved leveres til vanninjeksjonsbrønnen har et lavere trykk enn det hydrostatiske trykk rundt vanninjeksjonsbrønnens innløp.

Med at vannturbinen drives av og tar ut minst en del av den hydrostatiske energi fra vannet som derved leveres med et lavere trykk til vanninjeksjonsbrønnen, menes det at fortrinnsvis hele trykkhøyden ved vannturbinens plassering tas ut, slik at trykket i vann levert fra vannturbinen til vanninjeksjonsbrønnen er lik ca 1 atmosfære. Hele trykkhøyden, minus tap, blir derved anvendt til trykkøkning i den trykkøkende enhet, mens vann strømmer inn i injeksjonssonen gjennom vanninjeksjonsbrønnen ved hjelp av trykkhøyden eller fallhøyden fra vanninjeksjonsbrønnens innløp til injeksjonssonen i reservoaret. Slik utøvelse av oppfinnelsen er mulig straks trykket i injeksjonssonen er lavere enn trykkhøyden eller fallhøyden fra vanninjeksjonsbrønnens innløp til injeksjonssonen, korrigert for trykktap i brønn og injeksjonssone. Imidlertid faller trykket i et gassreservoar eller et gassholdig reservoar gradvis, og oppfinnelsen er anvendbar og skiller seg vesentlig fra det tidligere kjente så lenge minst en del av den hydrostatiske energi kan anvendes som tilsiktet. Nærmere bestemt må trykket i injeksjonssonen være lavere enn leveringstrykket fra vannturbinen pluss trykk-/fallhøyden i vanninjeksjonsbrønnen, korrigert for trykktap.

Med at vannturbinen har et innløp for vann med høyt hydrostatisk trykk i henhold til vannturbinens plassering, menes det at innløpet tilfører vann med trykk likt med eller i hovedsak likt med det hydrostatiske vanntrykk der vannturbinen er plassert, det vi si på havbunnen, i en fordypning i havbunnen eller på en undervannsinstallasjon. På innløpet er det fordelaktig anordnet et filter for å hindre plugging av injeksjonsbrønnen, og innløpet er ikke nødvendigvis i form av en ledning som strekker seg en distanse ut fra vannturbinen.

Figurer

Den foreliggende oppfinnelse illustreres ved hjelp av to figurer, hvorav

Figur 1 illustrerer en sammenstilling ifølge oppfinnelsen, og

Figur 2 illustrerer en alternativ sammenstilling ifølge oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse

Det henvises til Figur 1 som illustrerer en undervannsplassert sammenstilling 1 ifølge oppfinnelsen for produksjon av gass eller gass og kondensat fra et undersjøisk reservoar 2, idet minst én produksjonsbrønn 3 er anordnet fra havbunnen 4 til en produksjonssone 5 og minst én vanninjeksjonsbrønn 6 er anordnet fra havbunnen 4 til en injeksjonssone 7. Sammenstillingen 1 omfatter en trykkøkende enhet 8, i form av en kompressor, koblet til utløpet fra produksjonsbrønnen, og en vannturbin 9 som er koblet til og driver kompressoren. Kompressoren 8 og vannturbinen 9 er begge plassert på havbunnen og enhetene er koblet sammen med en felles aksling. Vannturbinen 9 har et innløp 10 og et utløp 11 koblet til vanninjeksjonsbrønnens innløp. På innløpet 10 til vannturbinen er det anordnet et filter 12. Vannturbinen drives av og tar ut minst en del av den hydrostatiske energi fra vannet som strømmer gjennom vannturbinen, hvorved vann med et lavere trykk leveres til vanninjeksjonsbrønnen, slik at vann som derved leveres til vanninjeksjonsbrønnen har et lavere trykk enn det hydrostatiske trykk rundt vanninjeksjonsbrønnens innløp. En rørledning 13 er koblet til kompressoren 8, for videre transport av komprimert gass.

Det henvises videre til Figur 2 som illustrerer en alternativ undervannsplassert sammenstilling 1 ifølge oppfinnelsen. Den alternative sammenstilling er forskjellig fra sammenstillingen illustrert på Figur 1 ved at kompressoren 8 og vannturbinen 9 er plassert i en fordypning på havbunnen, og anordningen av nevnte enheter og koblingen mellom dem er vertikal, idet vannturbinen er anordnet nederst.

Ved å anvende en trykkøkende enhet som direkte, via en girutveksling eller hydraulisk, drives av vannturbinen, unngås problemene med elektrisk isolasjonsmotstand og forringelse derav, hvilket er et stort problem for elektrisk drevne trykkøkende enheter.

Fordelaktig er vannturbinen og den trykkøkende enhet montert på en felles aksling og konstruert således at turtallet ligger under akslingens første bøyekritiske svingemodus.

Ved at vannturbinens utløp er koblet til vanninjeksjonsbrønnen unngås problemer med mekanisk roterende akseltetning mot sjø og mulige utslipp av hydrokarboner derved. Innløpstrykket til vanninjeksjonsbrønnen er likt med utløpstrykket fra vannturbinen, og lavere enn omliggende hydrostatisk trykk.

Fordelaktig blir både vannturbinen og den trykkøkende enhet konstruert med produktsmurte lagre, det vil si henholdsvis vann og gass/kondensat/olje, hvilket forenkler designen. Alternativt er sammenstillingen utstyrt med oljesmurte lagre eller glykolsmurte lagre, hvilket er fordelaktig når vanntrykket inn på turbinen er lavere enn trykket i produksjonsstrømmen inn til kompressor eller flerfasemaskin. I den alternative lagerutførelse kan det være behov for en kombinert smøre- og sperrevæske mellom turbin og kompressor/flerfasemaskin, slik det er vist i patentsøknad NO 2004 3636.

Det er fordelaktig anordnet ventiler, koblinger og telemetri for å styre injeksjonsraten og effekten av den trykkøkende enhet. Eksempelvis kan det anordnes en ventil på utløpet fra vannturbinen eller i injeksjonsbrønnen.

Videre kan det anordnes en avstengningsventil eller tilbakeslagsventil i innløpet til injeksjonsbrønnen, eventuelt nede i injeksjonsbrønnen, for å hindre utstrømning fra injeksjonsbrønnen dersom trykket i injeksjonssonen ennå ikke er tilstrekkelig lavt for å utøve oppfinnelsen. Eventuelt kan det anordnes en pumpe for å fylle vanninjeksjonsbrønnen med vann før oppstart, hvilket er fordelaktig dersom trykket i injeksjonssonen er tilnærmet likt trykket ved havbunnen, eller dersom lengre tids avstengning kan medføre fare for at vanninjeksjonsbrønnen fylles med gass som strømmer inn fra produksjonssonen. I en utførelse omfatter sammenstillingen ifølge oppfinnelsen et innløp til vanninjeksjonsbrønnen utenom vannturbinen, eventuelt med en pumpe anordnet, hvilken pumpe eventuelt kan fylle injeksjonsbrønnen med vann i tillegg til å fungere som en injeksjonspumpe, for å kunne starte vanninjeksjon tidligere, det vil si før trykket i injeksjonssonen har falt tilstrekkelig til at en del av den hydrostatiske energi kan tas ut med vannturbinen for å drive den trykkøkende enhet.

Oppfinnelsen omfatter også en utførelsesform med en separator anordnet med tilkobling til produksjonsbrønnen, med nedstrøms plassert pumpe og kompressor hvilke begge drives av vannturbinen.

Vanninjeksjonen utøves fordelaktig i henhold til normal praksis, hvilket vil si at produsert volum erstattes for å opprettholde reservoartrykk, mens vanngjennomslag til produserende brønner eller utilsiktet tetting av reservoarsoner unngås.

Claims

1. Undervannsplassert sammenstilling (1) for produksjon av gass eller gass og kondensat/olje fra et undersjøisk gassholdig reservoar (2), idet minst én produksjonsbrønn (3) er anordnet fra havbunnen (4) til en produksjonssone (5) og minst én vanninjeksjonsbrønn (6) er anordnet fra havbunnen (4) til en injeksjonssone (7), karakterisert ved at sammenstillingen (1) omfatter en trykkøkende enhet (8) koblet til utløpet fra produksjonsbrønnen (3), for å øke trykket i en produksjonsstrøm fra produksjonsbrønnen (3), og en vannturbin (9) som er koblet til og driver den trykkøkende enhet (8), hvilken vannturbin (9) har et innløp (10) for fritt, ovenforliggende vann med høyt hydrostatisk trykk i henhold til vannturbinens (9) plassering og et utløp (11) koblet til vanninjeksjonsbrønnens (6) innløp, idet vannturbinen (9) drives av og tar ut minst en del av den hydrostatiske energi fra vannet som derved leveres med et lavere trykk til vanninjeksjonsbrønnen (6), slik at vann som derved leveres til vanninjeksjonsbrønnen (6) har et lavere trykk enn det hydrostatiske trykk rundt vanninjeksjonsbrønnens (6) innløp.

2. Sammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at den trykkøkende enhet (8) er en gasskompressor.

3. Sammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at den trykkøkende enhet (8) er en flerfasemaskin/-pumpe

4. Sammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at den trykkøkende enhet (8) og vannturbinen (9) er anordnet på en felles aksling.

5. Sammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at den trykkøkende enhet (8) og vannturbinen (9) er plassert på havbunnen, ved utløpet fra produksjonsbrønnen (3).

6. Sammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at den trykkøkende enhet (8) og vannturbinen (9) er anordnet i en fordypning i havbunnen (4), ved utløpet fra produksjonsbrønnen (3).

7. Fremgangsmåte for produksjon av gass eller gass og kondensat/olje fra et undersjøisk gassholdig reservoar (2), idet minst én produksjonsbrønn (3) er anordnet fra havbunnen (4) til en produksjonssone (5) og minst én vanninjeksjonsbrønn (6) er anordnet fra havbunnen (4) til en injeksjonssone (7), med anvendelse av sammenstillingen (1) ifølge krav 1, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter: å øke trykket i en produksjonsstrøm fra produksjonsbrønnen (3) ved hjelp av en trykkøkende enhet (8) koblet til utløpet fra produksjonsbrønnen (3), og å injisere vann gjennom injeksjonsbrønnen (6) til injeksjonssonen (7), for å opprettholde trykk i reservoaret (2), hvorved en vannturbin (9) er koblet til vanninjeksjonsbrønnens (6) innløp, hvilken vannturbin (9) er koblet til og driver den trykkøkende enhet, idet vannturbinen (9) har et innløp (10) for fritt, ovenforliggende vann med høyt hydrostatisk trykk i henhold til vannturbinens (9) plassering og et utløp (11) koblet til vanninjeksjonsbrønnens (6) innløp, idet vannturbinen (9) drives av og tar ut minst en del av den hydrostatiske energi fra vannet som derved leveres med et lavere trykk til vanninjeksjonsbrønnen (6), slik at vann som derved leveres til vanninjeksjonsbrønnen (6) har et lavere trykk enn det hydrostatiske trykk rundt vanninjeksjonsbrønnens (6) innløp.