NO329392B1 - Trykkreduserende turbin med stromgenerator anordnet i en bronnstrom - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen angår en undervanns strømgenerator med trykkreduksjonsenhet som har en lukket turbin og generator, som med flenser på innløpssiden (4) og utløpssiden (5) av turbinen tilkoples et rørsystem i en brønnstrøm. Turbinen har to tannhjul (6 og 7) i inngrep med hverandre, montert på tvers av brønnstrømmen. En avlederplate (8) ved brønnstrøminnløpet deler brønnstrømmen og halvparten av brønnstrømmen ledes mot yttersidene av de to tannhjulene (6, 7) og drive tannhjulene med motsatt rotasjon. En elektrisk generator (16) får tilført det samlede dreiemoment via en aksling (10) som er opplagret til et rullelager (12) og koplet til en magnetkopling (15). Enheten konstrueres for å gi et stort trykkfall, og kan frakoples rørsystemet og trekkes til overflaten.

Description

TRYKKREDUSERENDE TURBIN MED STRØMGENERATOR ANORDNET I EN BRØNN-STRØM

Oppfinnelsen angår en anordning ved trykkreduserende turbin tilknyttet en strømge-nerator og anordnet i en brønnstrøm slik det er angitt i det medfølgende krav 1.

Oppfinnelsen erstatter en trykkreduksjonsventil som inngår i et produksjons- rør-system for en undervannsinstallasjon, eller en produksjonsmstallasjon til havs, eventuelt i en installasjon på land. Turbinen skal gi et ønsket trykkfall i hyd roka rbon-strømmen, samtidig som strømningsenergien blir omgjort til elektrisk energi ved at turbinen driver en elektrisk generator.

Elektrisk energi distribueres til undervannsinstallasjoner via høyspente strømkabler fra gassturbiner på en fast installasjon, så som en plattform. Ved introduksjon av nye funksjoner på eksisterende undervannsinstallasjoner kan det ofte bli utilstrekkelig strømforsyning fra produksjonsanlegget.

Kostnadene ved å legge undervannskabler er store. Integrasjon av en ny strømkabel for en eksisterende undervannsinstallasjon kan bli vanskelig og for omfattende til å forsvare denne i forhold til behovet. Batteripakker kan benyttes der kraftbehovet er forholdsvis lite, men er ikke en tilfredsstillende løsning for drift av mer energikrevende utstyr. Strømgeneratoren kan også fungere i kombinasjon med en batteripakke for å lade denne.

I en overflateapplikasjon vil miljøaspektet ved teknikken være viktig. Når elektrisk energi produseres fra tilgjengelig energi fra brønnstrømmen, vil dette redusere behovet for å produsere strøm via gassturbin på en installasjon og dermed reduseres ut-slipp til omgivelsene.

Fra patenthtteraturen hitsettes som bakgrunnsteknikk:

- US 2008/047753 Al beskriver en nedihulls strømgenerator, som innbefatter en turbin med innløps- og utløpskanal for brønnstrømmen, et svinghjul som er koplet til turbinen og en nedihulls strømgenerator med magnetkoplmg. - NO 323.524 Bl omhandler en nedihulls innretning i flere utførelsesformer plassert i en sidekanal i forbindelse med et produksjonsrør i en brønn. Formålet er å generere elektrisitet til nedihulls utstyr. Oppfinnelsen har forskjellig bruksområde, nedihulls applikasjon, og omformer brønnstrøms- energi til elektrisitet gjennom et annet prin-sipp enn den omsøkte oppfinnelsen, forøvrig samme oppfinnelse som er omfattet av nedenstående patent. - NO 315.577 Bl beskriver en nedihulls turbin / strømgeneratorkombinasjon lukket i et hus som er koplet inn i brønnstrømmen via en tverrforskjøvet sidekanal, med per-manentmagnet og en energiomformer med forbindelse til en elektrisitetsforsymngsen-het.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste en av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe tilveie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i etterfølgende patentkrav.

Det er en oppgave med oppfinnelsen å omdanne brønnstrømsenergi til elektrisk energi og i tillegg frembringe et trykkfall i oljestrømmen. Oppfinnelsen er tenkt benyttet som en erstatning for, eventuelt et supplement til en trykkreduksjonsventil (eng. choke).

Systemet kan være et supplement på eldre undervannsinstallasjoner ved innføring av utstyr som krever ekstra energi, og man ønsker å unngå å installere nye forsynings-kabler fra produksjonsplattformen.

Som eksempel er oljeoppstrømmen til BP - Amoco Norges ULA-felt benyttet, der en

tretti bars oppstrøm av vannblandet olje holder 1300 C på dekket etter fraseparasjon av omkring 80 % vann, stigende til omkring 90 % i år 2010. En fluidstrøm på omkring 1000 tonn/time med tretti bars trykk tilsvarer en fallhøyde på mer enn to hundre me-ter. Denne varme olje-/vannstrømmen iblandet sedimenter vil kreve store slitasje-egenskaper for en roterende turbin.

Oppfinnelsen er en turbin med kraftoverføring til en generator via en kopling. Turbinen integreres ved å kople en rørseksjon på et egnet sted i et undervanns produksjonssys-tem, slik at brønnstrømmen ledes gjennom turbinen, alternativt integreres turbinen i et rørsystem på overflaten.

Isolasjonsventiler og undervannskoplinger i grensesnittet mellom turbinen og rør-systemet kan ha forskjellig utforming. Disse elementene inngår i systemløsningen av operasjonelle hensyn, men er ikke en del av oppfinnelsen. Isolasjonsventiler blir benyttet for å stenge av rørforbindelsene i forbindelse med at enheten installeres eller trekkes til overflaten for utskifting.

En batteripakke er integrert i systemet for å gi strøm når enheten ikke produserer strøm. Enheten er konstruert spesielt for bruk i en brønnstrøm. Konstruksjonen opti-maliseres for sikker drift fremfor optimal produksjon.

Oppfinnelsen vedrører mer spesifikt en anordning ved trykkreduserende turbin tilknyttet en strømgenerator og anordnet i en brønnstrøm, hvor et turbinhus er forsynt med et innløp og et utløp hvor det er tilveiebrakt flenser som er innrettet til å kunne tilkoples et rørsystem i en brønnstrøm, kjennetegnet ved at

to tannhjul som er i inngrep med hverandre, er anordnet i turbinhuset og er montert på tvers av brønnstrømmen;

en avlederplate anordnet ved innløpet deler brønnstrømmen, slik at brønn-strømmen ledes mot yttersidene av de to tannhjulene og driver tannhjulene med motsatt rotasjon; og

en elektrisk generator får tilført det samlede dreiemoment via en kopling som er forbundet med en aksling som er tilknyttet et av tannhjulene og er opplagret i et rullelager.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 -3 viser ulike ris og snitt av den kombinerte enheten; Fig. IA og IB viser lengde- og tverrsnitt av en enhet bestående av en turbin forbundet

med en elektrisk generator;

Fig. 2A og 2B viser komponentenes utside; og

Fig. 3 viser en perspektivskisse av enheten.

På figurene vises et arrangement av en enhet bestående av en turbin anordnet i et turbinhus 1 og forbundet med en elektrisk generator i en kapsling 2 via en magnetkopling i et koplingshus 3. Enheten er montert inn på en rørseksjon via flenser ved henholdsvis et innløp 4 og et utløp 5 på turbinhuset 1. Rørseksjonen med turbin- og generatorenhet utstyres med et arrangement for til- og fråkopling i forbindelse med installasjon eller demontering/trekking av utstyret. Tilkoplingspunktene på det øvrige rørsystemet utstyres med et koplingssystem og isolasjonsventiler.

Turbinen består av to tannhjul 6, 7 som monteres med en akseretning på tvers av innløpet 4 til turbinen. Brønnstrømmen deles av en avlederplate 8 i innløpet 4 slik at væsken ledes mot yttersidene av de to tannhjulene 6, 7 i mellomrommet mellom ten-nene og turbinhuset 1, og tannhjulene 6, 7 drives rundt med motsatt rotasjon. Når brønnstrømmen kommer ut fra tannhjulene 6, 7, styres de to brønnstrømmene via en strømningsplate 9 mot utløpssiden 5 av turbinen.

Tannhjulene 6, 7 går i inngrep med hverandre på midten, og det samlede dreiemomentet overføres til en opplagret turbinaksling 10 tilknyttet det ene tannhjulet 7 i den ene enden og en ytre del 11 av magnetkoplingen i den andre enden. Som det fremgår av figur IB, er utløpets 5 strømningsplate 9 utstyrt med flere ventilasjonsåpninger for å unngå trykkoppbygging og ansamling av partikler når tannhjulene 6, 7 fører væske inn i området i midten av turbinen, der tannhjulene går i inngrep med hverandre. Un-dertrykk på nedstrømssiden bidrar til at væsken suges ut gjennom åpningene i midten av strømningsplaten 9 og blander seg med den øvrige væsken som passerer turbin-hjulene.

Turbinakslingen 10 er opplagret i et rullelager 12. En labyrinttetning 13 benyttes for å unngå at væske lekker inn i koplingshuset 3 langs utsiden av turbinakslingen 10 og rullelageret 12. Væske og partikler som kommer inn i koplingshuset 3, kan dreneres via en rørforbindelse 14 fra koplingshuset 3 til turbinens utløp 5.

Magnetkoplmgens ytre del 11 overfører dreiemomentet til en indre del 15 som står i forbindelse med en generatoraksling 14 som driver den elektriske generatoren 16 montert i en trykkompensert kapsling 2 formålstjenlig fylt med silikonolje. Magnetkoplingen sikrer at generatorhuset i form av kapslingen 2 er skilt fra turbinen 1 og koplingshuset 2 uten bruk av dynamiske tetninger.

Enheten konstrueres for å gi et stort trykkfall, og er et alternativ til en trykkreduksjonsventil (eng. choke) i et brønnstrømsrørsystem.

Enheten kan frakoples rørsystemet og trekkes til overflaten.

Elektriske penetratorer 17 installeres på kapslingen 2, og kabler (ikke vist) føres ut til en ekstern kraftforsynings- og kontrollenhet (ikke vist).

Det blir utstrakt bruk av keramikk i konstruksjonen for å motstå slitasje.

Generatoren 16 blir dimensjonert og tilpasset hvert enkelt prosjekt. Sammen med batteripakke skal den kunne gi strøm til typisk å kjøre ventilaktuatorer.

Claims (1)

1. Anordning ved trykkreduserende turbin tilknyttet en strømgenerator (16) og anordnet i en brønnstrøm, hvor et turbinhus (1) er forsynt med et innløp (4) og et utløp (5) hvor det er tilveiebrakt flenser er innrettet til å kunne tilkoples et rørsystem i en brønnstrøm, karakterisert ved at

to tannhjul (6, 7) som er i inngrep med hverandre, er anordnet i turbinhuset (1) og er montert på tvers av brønnstrømmen;

en avlederplate (8) anordnet ved innløpet (4) deler brønnstrømmen, slik at brønnstrømmen ledes mot yttersidene av de to tannhjulene (6, 7) og driver tannhjulene (6, 7) med motsatt rotasjon; og

en elektrisk generator (16) får tilført det samlede dreiemoment via en kopling som er forbundet med en aksling (10) som er tilknyttet et av tannhjulene (7) og er opplagret i et rullelager (12).