NO330025B1 - Undervanns produksjonsanlegg, fremgangsmate for a rense en undervannsbronn og fremgangsmate for a styre stromningen i et hydrokarbonproduksjonssystem - Google Patents

Abstract

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en anordning for å overføre fluid fra en subsea produserende modul (8) til en subsea mottagende modul (9) innbefattende en strupeventil (3) i en hovedstrømningsbane (7) for fluidet. En bypasslinje (2) er arrangert parallelt med strupeventilen (3) og bypasslinjen (2) er koblet til hovedstrømningsbanen (7) med en bypasskopling (1).

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en undervanns rørledning. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en omløpsledning for omløp av en strupeventil i en undervannsinstallasjon.

Oppfinnelsens bakgrunn og kjent teknikk

I en undervannsinstallasjon er flere brønner eller ventiltrær koblet sammen i en manifold. Brønntrykkene er forskjellige, og for å overføre olje og gass til den felles manifold, må trykket være nokså likt. Derfor installeres en strupeventil mellom hvert ventiltre og manifolden for å justere og styre trykket.

Det er standard prosedyre å utføre renseoperasjoner i et ventiltre som et grunnlag for idriftsettelse. Tradisjonelt gjøres renseoperasjonen gjennom en strupeventil. Produktet fra rensingen kan være fluider med ulik viskositet, og det kan omfatte ulike typer og dimensjoner av fremmedlegemer, eksempelvis sand og slam, etc. Dette komplekse renseproduktet omfattende fremmedlegemer gir en vesentlig fare for feilfunksjon og blokkering når det transporteres gjennom strupeventilen. Det har vært et behov eller ønske fra oljeoperatørselskapene at strupeventilen skal designes for å kunne håndtere denne renseoperasjonen. På den annen side kan eller vil ingen leverandør av strupeventiler gi en garanti for at strupeventilen kan tolerere dette, ettersom det er nær umulig å vite hvilke fremmedlegemer som vil strømme gjennom ventilen, og dimensjonene på fremmedlegemene. Noen strupeventiler kan ha en design som kan beskytte de indre deler mer enn for andre strupeventiler. Men det vil alltid være en fare for blokkering av justeringsportene.

Kravene til strupeventilen er annerledes i produksjonens første fase enn senere. På grunn av høyt trykk i den første produksjonsfasen, er god styrbarhet av strupeventilen et typisk krav i denne fase. I senere produksjonsfaser vil trykket avta og strupeventilen bør da ha egenskaper som sikrer maksimal strømning. Både god styrbarhet og maksimal strømning er trekk som er ønsket av oljeoperatørene, men slike trekk er ikke tilgjengelig for strupeventiler i dagens marked.

Løsningen har derfor vært å erstatte strupeventilen med god styrbarhet anvendt i den første fase med en annen strupeventil som gir maksimal strømning for de senere faser. Prosedyren for utskifting er kompleks og medfører bruk av for eksempel en ROV (fjernstyrt undervannsfarkost) og dessuten nedstengning av installasjonen under utskiftningen.

WO 2006041820 beskriver en anordning for trykkontroll og håndtering av borekaks. Det er imidlertid vesensforskjeller på systemer for boring og systemer for produksjon. Det har overordnet betydning at under boring vil fluidet som returneres til enhver tid inneholde store mengder borekaks. Dette har den leie tendensen at det sliter veldig på alle mekaniske komponenter. Disse må derfor være av en spesielt robust type for å kunne stå imot denne slitasjen uten å bryte sammen.

Imidlertid er det to forhold som reduserer slitasjen. For det første er vanligvis trykket i returen ikke så veldig høyt. Dette medfører at det i liten grad er behov for å stupe trykket og en eventuell chokeventil har derfor en forholdsvis liten innsnevring. Ved produksjon vil det imidlertid ofte være behov for å strupe trykket i langt større grad og chokeventilen vil derfor ha en betydelig kraftigere innsnevring. Dessuten er strømningsmengden og hastigheten større enn ved boring. Partikler i strømmen vil derfor i betydelig grad slite på chokeventilen.

For det andre foregår boringen over et forholdsvis begrenset tidsrom, gjerne noen få måneder mens produksjonen gjerne skal gå over flere år. Jo lengre tidsrom, jo større er sjansen for at chokeventilen må skiftes ut.

Disse forhold medfører at en fagmann på området neppe ville skjele til boresystemer når han skal løse et problem ved et produksjonssystem. Å kjøre borevæsken i en bypass vil i liten grad medføre problemer. Det å kjøre en produksjonsstrøm utenfor chokeventilen er betydelig mer radikalt og bryter med de konvensjoner man hittil har fulgt.

Det er dessuten obligatorisk i WO 2006041820 med blant annet en gass-separtorseksjon, en vibrasjonsseparator og en degasser, for at teknikken beskrevet i her skal fungere. Ombygging til bruk under vann er derfor ikke nærliggende for en fagmann på området.

WO 2008/070643 beskriver et bøyelastesystem for å overføre hydrokarboner fra en brønn til et flytende fartøy. I den foreliggende oppfinnelse befinner stupeventilen seg imidlertid mellom et undervanns ventiltre og en undervanns manifold. I WO 2008/070643 må det selvsagt befinne seg en eller annen form for ventil i bøyen, både for å stenge av tilførselen når bøyen er koblet fra det flytende fartøyet og for å redusere trykket i hydrokarbonene fra bøyen til et trykk som systemet om bord i fartøyet kan håndtere. Således befinner alle ventiler og ledninger som er beskrevet i ovennevnte publikasjon seg i bøyen. Det er ingen grunn for fagmannen å plassere noen av disse på havbunnen, spesielt ikke mellom ventiltreet og manifolden.

US 2008/029269 ligger noe nærmere den foreliggende oppfinnelse. Her er det i hvert fall vist en stupeventil ment for samme bruk som i den foreliggende oppfinnelse.

Imidlertid har ikke denne strupeventilen noen omløpsledning. Omløpet som er beskrevet her styrer ikke strømmen forbi strupeventilen, men tjener til å sirkulere strøm fra stigerøret (som er forbundet til ventiltreet via en BOP) ned i brønnen. Dette omløpet kan ikke frakte noen fluidstrøm fra brønnen og inn i transportledningen, som man må anta er forbundet med manifolden.

Med omløpet ifølge den foreliggende søknad er det mulig å utføre minst deler av rengjøringen av brønnen uten å måtte forbinde en BOP og et stigerør til ventiltreet. For å betjene BOP'en må et flytende vedlikeholdsfartøy være forbundet med stigerøret til enhver tid. Således vi den foreliggende oppfinnelse spare både betydelige kostnader og tid. Det er også mulig å benytte omløpet til regulær produksjonsstrøm dersom det ikke er ønskelig å strupe brønnstrømmen. Ingenting av dette er mulig med US 2008/029269, i hvert fall ikke uten å måtte ha BOP'en, stigerøret og det flytende fartøyet tilkoblet, og dette er svært lite hensiktsmessig.

US 2008/000529 beskriver et såkalt HIPPS-system. Det er et system laget for å beskytte nedstrøms utstyr mot det høye trykket fra brønnene. Imidlertid er det ikke vist hvordan trykket fra brønnene justeres individuelt. Det er vist isolasjonsventiler, men isolasjonsventilene er vanligvis ikke i stand til å strupe brønnstrømmen; de kan kun innstilles i enten helt åpne eller helt lukkede posisjoner. Således må hver brønn nødvendigvis måtte ha en egen strupeventil, som kan begrense trykket fra hver brønn. Denne er verken vist eller beskrevet. HIPPS-systemet er derfor et system som kommer i tillegg til en strupeventil mellom ventiltreet og manifolden.

Videre inneholder HIPPS-systemet ingen strupeventiler. Ventilene er h.h.v. barriereventiler og omløpsventiler. Ingen av disse er tilpasset for å fungere som stupeventiler.

Videre er omløpsledningen en trangere linje enn hovedstrømningslinjene, noe som betyr at den vil virke som en restriksjon på strømningen, i motsetning til omløpsledningen ifølge den foreliggende oppfinnelse, som vil frakte strømmen uhindret (selv sammenlignet med en helt åpen strupeventil).

I tillegg har omløpsledningen i til hensikt å blø ut overtrykk i systemet. Derfor åpnes omløpsventilene i sekvens, slik at under avblødningsprosessen vil ikke de to omløpsventilene være åpne samtidig; hensikten med dette er å blø ut overtrykket på en kontrollert måte. Dette betyr også at svært små mengder hydrokarboner fraktes gjennom omløpsventilene.

Oppsummering av oppfinnelsen

Det er derfor et behov for en oppfinnelse som tilveiebringer en løsning på de ovennevnte problemer vedrørende fluid inneholdende fremmedlegemer, hvilket fluid strømmer gjennom en strupeventil med risiko for feilfunksjon og blokkering, og de ulike påkrevde trekk i ulike faser av produksjonen fra en undervannsinstallasjon.

Det ovennevnte behov imøtekommes med den foreliggende oppfinnelse, slik den er definert i de tilhørende patentkrav.

Dette oppnås ved at oppfinnelsen i en første utførelse tilveiebringer en innretning for overføring av fluid fra en undervanns produksjonsmodul til en undervanns mottaksmodul omfattende en strupeventil i en hovedstrømningslinje for fluidet. En omløpsledning er anordnet parallelt med strupeventilen og omløpsledningen er koblet til hovedstrømningslinjen ved en omløpskobling, for å kunne lede produksjonsfluid rundt strupeventilen fra ventiltreet til manifolden. Dette forhindrer blokkering og feilfunksjon av strupeventilen, og unngår behovet for erstatning av ødelagte strupeventiler som kan oppstå dersom fluidet føres gjennom strupeventilen og ikke gjennom omløpsledningen. Dette fjerner også problemet med å skifte ut strupeventilene i henhold til strømningsmengden av fluid og produksjonsfasen.

I en foretrukket utførelse er omløpskoblingen er i stand til å åpne og stenge adkomsten fra hovedstrømningslinjen til omløpet.

I en utførelse av oppfinnelsen er omløpskoblingen en toveis ventil som i en første posisjon åpner adkomsten til strupeventilen og stenger adkomsten til omløpet, og i en andre posisjon åpner adkomsten til omløpet og stenger adkomsten til strupeventilen. Dette medfører at restriksjonene på strupeventiler vedrørende motsatt strømning av fluid ikke lenger er et problem.

I en ytterligere utførelse er omløpskoblingen tilpasset til å overføre fluid i begge retninger i omløpsledningen for å tilveiebringe en strømningsvei for både produksjon og injeksjon av fluid.

I enda en utførelse av oppfinnelsen er omløpsledningen en integrert del av konnektorblokken som også omfatter strupeventilen. Derved kan installasjon og utskifting gjøres mer effektivt.

I en annen utførelse av oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte for å rense en undervannsbrønn og produksjonsmodul, idet undervanns produksjonsmodulen produserer et fluid overført gjennom en hovedstrømningslinje og en strupeventil. Produksjonsmodulen produserer et rensefluid omfattende fremmedlegemer (debris) under rensing og rensefluidet overføres gjennom hovedstrømningslinjen. En omløpskobling leder rensefluidet gjennom en omløpsledning anordnet parallelt med strupeventilen fra ventiltreet til manifolden for å hindre feilfunksjon og blokkering av strupeventilen på grunn av at fluidet omfatter fremmedlegemer.

I ent ytterligere aspekt ved oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte for styre strømningen i et hydrokarbonproduksjonssystem omfattende en undervanns produksjonsmodul (8) operativt koblet til en undervannsbrønn, en undervanns mottaksmodul (9) og en hovedstrømningslinje (7) inkludert en strupeventil (3) som er anordnet i hovedstrømningslinjen mellom et undervanns ventiltre i produksjonsmodulen og en manifold i mottaksmodulen, for strømningsmessig å koble sammen produksjonsmodulen og mottaksmodulen. Dette aspekter er kjennetegnet ved at i en situasjon med et trykk i brønnen høyere enn trykket nødvendig for å levere en tilsiktet produksjonsstrømningsmengde, blir strupeventilen strupet for å begrense strømningsmengden til en tilsiktet strømningsmengde; og ved en situasjon når en maksimal strømningsmengde er ønskelig, blir en omløpsledning åpnet for å lede strømningen utenom strupeventilen fra ventiltreet til manifolden.

Figur

Oppfinnelsen beskrives mer detaljert nedenfor, med henvisning til figuren som illustrerer oppfinnelsen ved hjelp av eksempler.

Figur 1 er en skjematisk illustrasjon av oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Slik det vises på fig. 1 har en rørledning 7, en hovedstrømningslinje, en kobling til et såkalt juletre eller ventiltre, eller en undervannsbrønn 8 i en ende, og rørledningen 7 er koblet til en manifold 9 i den andre ende. En strupeventil 3 for å styre strømningen gjennom rørledningen 7 er koblet mellom de to koblinger 8,9. Også noen ytterligere elementer vist på fig. 1. Slike elementer kan være et strømningsmeter 4, sandsensor 5 og injeksjonsledning 6. Sensorer for trykk, PP og temperatur PT, er også innført i ledningen 7. Ved regulær drift av systemet som er vist på fig. 1, strømmer fluid fra undervannsbrønnen gjennom strupeventilen 3 til manifolden. Ved en renseoperasjon av undervannsbrønnen eller ventiltreet 8 kan ikke strupeventilen håndtere fremmedlegemene i fluidet. Derfor er en omløpsledning 2 implementert som en tilleggslinje, kalt en omløpsledning 2, parallelt med strupeventilen 3 for å hindre at strupeventilen 3 skades av fremmedlegemer. Omløpsledningen 2 er koblet til rørledningen 7 med en omløpskobling 1. Omløpskoblingen 1 har en styrefunksjon som retter strømningen i omløpsledningen 2 eller gjennom strupeventilen 3 i henhold til operasjonen som utføres. Under en renseoperasjon vil prosessproduktet som ofte inneholder fremmedlegemer (debris) strømme gjennom omløpsledningen 2 i stedet for strupeventilen 3 (som ved kjent teknikk), det vil si at fremmedlegemene ikke vil være i kontakt med strupeventilen 3 under renseoperasjonen og systemet tillater renseoperasjoner gjennom ventiltreet på en mye sikrere måte enn ved tidligere kjente teknikker. Således unngås en potensiell feilfunksjon for strupeventilen 3 og derved en kompleks og kostbar utskifting av en ødelagt strupeventil. En omløpsledning 2 vil typisk være laget av samme materiale som rørledningen 7 eller være integrert i konnektorblokken som forbinder ventiltreet med manifolden. Omløpsledningen 2 er fordelaktig montert i undervannsinstallasjonen samtidig som de andre komponentene i installasjonen.

I tillegg til å bruke omløpsledningen 2 til overføring av renseprodukter, har omløpsledningen 2 en spesiell funksjon for perioder med høy produksjon. I en undervannsbrønn kan produksjonen være høy eller lav. I perioder med høy produksjon vil det være fordelaktig å tilveiebringe så høy strømning som mulig i rørledningen 7. Uten omløpsledningen 2 vil fluidet strømme gjennom strupeventilen 3 som vil gi et stort trykkfall og maksimal strømning vil ikke oppnås. Ved å la fluidet strømme gjennom omløpsledningen 2 i perioder med høy produksjon oppnås et minimalt trykkfall sammenlignet med strømning gjennom strupeventilen og maksimal strømningsmengde kan oppnås. Følgelig kan oljeutvinningen økes i perioder med høy produksjon. Omløpsledningen 2 gir også god styrbarhet av strupeventilen 3 under de første faser samtidig som den gir maksimal strømning i senere produksjonsfaser fra brønnen, uten behov for å erstatte strupeventilen 3 med en annen strupeventil 3 med andre egenskaper. Omløpsledningen gir et neglisjerbart trykkfall over strupeventilen 3 og følgelig kan ventiltreet opereres med høyere produksjonsrater enn strupeventilen er designet for.

En ytterligere funksjon av omløpsledningen 2 er at den kan anordnes til å overføre fluid i begge retninger, til og fra ventiltreet. Således kan det samme ventiltre brukes for både produksjon og injeksjon. Reversert fluidstrøm (injeksjon) gjennom en strupeventil 3 har mange begrensninger, men med bruk av omløpsledningen er ikke begrensningene et problem lenger.

I sum kan anordning av en omløpsledning 2 parallelt med en strupeventil 3, i henhold til den foreliggende oppfinnelse, gi en stor kostnadsbesparelse vedrørende oljeutvinning, installasjon, utskifting og vedlikehold. Farene for skader og feilfunksjon på strupeventilen 3 under en renseoperasjon reduseres vesentlig.

Claims (8)

1. Undervanns produksjonsanlegg, omfattende en undervanns produksjonsmodul (8) operativt koblet til en undervannsbrønn, en undervanns mottaksmodul (9) og en hovedstrømningslinje (7), inkludert en undervanns produksjonsstrupeventil (3) som er anordnet i hovedstrømningslinjen (7) mellom et undervanns ventiltre i produksjonsmodulen og en undervanns manifold i mottaksmodulen, for strømningsmessig å koble sammen produksjonsmodulen og mottaksmodulen,karakterisert vedat en omløpsledning (2) er anordnet parallelt med strupeventilen (3) og omløpsledningen (2) er koblet til hovedstrømningslinjen (7) ved en omløpskobling (1), for å kunne lede produksjonsfluid rundt strupeventilen fra ventiltreet til manifolden.

2. Produksjonsanlegg ifølge krav 1,karakterisert vedat omløpskoblingen er i stand til å åpne og stenge adkomsten fra hovedstrømningslinjen til omløpet.

3. Produksjonsanlegg ifølge krav 2,karakterisert vedat omløpskoblingen er en toveis ventil som i en første posisjon åpner adkomsten til strupeventilen og stenger adkomsten til omløpet, og i en andre posisjon åpner adkomsten til omløpet og stenger adkomsten til strupeventilen.

4. Produksjonsanlegg ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat omløpskoblingen (1) er tilpasset til å overføre fluid i begge retninger i omløpsledningen (2) for å tilveiebringe en strømningsvei for både produksjon og injeksjon av fluid.

5. Produksjonsanlegg ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat omløpsledningen monteres i den undervanns installasjonen samtidig med at den undervanns produksjonsmodulen og den undervanns mottaksmodulen installeres.

6. Produksjonsanlegg ifølge krav 5,karakterisert vedat omløpsledningen er en integrert del av konnektorblokken som også omfatter strupeventilen.

7. Fremgangsmåte for å rense en undervannsbrønn og en undervanns produksjonsmodul (8) i et hydrokarbonproduksjonssystem, idet undervanns produksjonsmodulen (8) er tilpasset til å produsere et fluid overført fra et undervanns ventiltre gjennom en hovedstrømningslinje (7), inkludert en strupeventil (3), til en undervanns manifold,karakterisertved at under en renseoperasjon åpnes en omløpskobling (1) for å lede produsert fluid og/eller behandlingsfluidet fra brønnen til et omløp rundt strupeventilen (3) fra ventiltreet til manifolden, for å hindre feilfunksjon og blokkering av strupeventilen (3) på grunn av at fluidet omfatter fremmedlegemer.

8. Fremgangsmåte for styre strømningen i et hydrokarbonproduksjonssystem omfattende en undervanns produksjonsmodul (8) operativt koblet til en undervannsbrønn, en undervanns mottaksmodul (9) og en hovedstrømningslinje (7) inkludert en strupeventil (3) som er anordnet i hovedstrømningslinjen mellom et undervanns ventiltre i produksjonsmodulen og en manifold i mottaksmodulen, for strømningsmessig å koble sammen produksjonsmodulen og mottaksmodulen,karakterisert vedat ved en situasjon med et trykk i brønnen høyere enn trykket nødvendig for å levere en tilsiktet produksjonsstrømningsmengde, blir strupeventilen strupet for å begrense strømningsmengden til en tilsiktet strømningsmengde; og ved en situasjon når en maksimal strømningsmengde er ønskelig, blir en omløpsledning åpnet for å lede strømningen utenom strupeventilen fra ventiltreet til manifolden.