NO331433B1

NO331433B1 - Undersjoisk produksjonssystem

Info

Publication number: NO331433B1
Application number: NO20030600A
Authority: NO
Inventors: Paal J Nilsen; Jarle Michaelsen
Original assignee: Vetco Gray Scandinavia As
Priority date: 2002-02-11
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2011-12-27
Also published as: GB2385009B; US7175748B2; US7906003B2; GB0302831D0; BR0300843B1; GB2385009A; US20030150731A1; NO20030600D0; NO20030600L; US20070144908A1; BR0300843A

Abstract

Undersjøisk system for prosessering av brønnfluid som har en undersjøisk separator for brønnfluid for separasjon av tyngre og lettere komponenter av brønnfluid, som retter de lettere komponentene til å strømme til et prosesseringsanlegg på overflaten. En strupeventil er anbrakt nedstrøms separatoren for begrensning av strømningshastigheten av brønnfluid fra den undersjøiske brønnen. Separatoren har et sylindrisk kammer, med en lengde på minst ti ganger sin egen diameter. En koalesensenhet med et flertall av rør hvor et elektrisk potensial er påført, er anbrakt i kammeret, for å forårsake at vanndråper i brønnfluidet som strømmer gjennom rørene koaleserer til større dråper. En dielektroforese-enhet i kammeret, med et par av bølgeformete plater plassert nært hverandre, hvor platene er utstyrt med et elektrisk potensial for å tvinge vanndråpene i brønnfluidet inn i forhåndsbestemte passasjedeler mellom platene for å danne seksjoner av væske med høyt vanninnhold. Omløpsventiler tillater tilbakespyling hos en av separatorene, mens andre fortsetter å bli drevet.

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelsen angår prosesseringssystemer for brønnfluid, og spesielt undersjøiske systemer.

Bakgrunn

Olje- og gassbrønner produserer vanligvis et brønnfluid som krever separasjon for å fjerne formasjonsvann fra strømningene. Hos undersjøiske brønner skjer separasjonen vanligvis på en produksjonsplattform eller -fartøy. Dette krever vanligvis pumping av brønnfluidet inkludert formasjonsvannet til produksjonsanlegget på overflaten. Ved dypvannsinstallasjoner ned mot dybder på hundrevis eller tusenvis meter, er energien som kreves for å pumpe vannet omfattende.

Plassering av undersjøiske separasjonsenheter er foreslått og utprøvd i minst ett tilfelle. Omgivelsene for en undersjøisk separasjonsenhet og en overflateenhet er ulike, på grunn av de høye hydrostatiske kreftene som påtvinges separasjonsbeholderne. Selv om beholderne kan lages sterkere, resulterer dette i en større størrelse og vekt. Større størrelser og vektøkning øker vanskelighetene med å anvende enhetene. Separatorer krever vanligvis også vedlikehold på grunn av sandakkumulering og mineralavsetninger på komponentene. Med en gang anlegget er installert undersjøisk, blir vedlikehold vanskelig på grunn av dybden. Videre vil avstenging av et separasjonssystem for vedlikehold vanligvis kreve avstenging av brønnstrømmen, noe som er dyrt.

GB 2242373 beskriver et produksjonsanlegg for brønnfluider omfattende en undersjøisk separator som separerer brønnfluidet i tyngre og lettere komponenter. De lettere komponentene bringes til overflaten. Det er anbrakt en strupeventil nedstrøms separatoren som begrenser strømningsraten av fluidene opp til overflaten.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Systemet ifølge oppfinnelsen omfatter et antall separatorer for separasjon av tyngre og lettere komponenter hos brønnfluidet, hvor hver av separatorene har et utløp for tyngre komponenter og et utløp for lettere komponenter. En pumpe har et inntak koblet til hvert av utløpene for tyngre komponenter. En utløpsledning er koblet til et utløp hos pumpa og fører til en utløpsplass for pumping av de tyngre komponentene til utløpsplassen. Omløpsledninger er koblet mellom utløpet til pumpa og utløpene for tyngre komponenter hos separatorene. Når omløpsventiler i omløpsledningene aktiveres, forårsaker dette at minst noen av de tyngre komponentene som pumpes av pumpa strømmer tilbake til utløpet for de tyngre komponentene hos en av separatorene for tilbakeskylling mens de tyngre komponentene fra de andre separatorene fortsetter å strømme gjennom den andre ledningen for tyngre komponenter til innløpet hos pumpa.

Omfanget av oppfinnelsen fremgår av de etterfølgende patentkrav.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

Fig 1 er et skjema over et produksjonssystem for en brønnhodesammenstilling.

Fig. 2 er et skjematisk delriss av en av separatorene vist i fig. 1.

Fig. 3 er et forstørret skjematisk delriss av separatoren i fig. 2, tatt langs linja 3-3 i fig. 2, og viser koalesens-separatordelen. Fig. 4 er et forstørret skjematisk riss av en dielektroforese-separasjonsdel av separatoren i fig. 2. Fig. 5 er et forstørret skjematisk delriss av separatoren i fig. 2, tatt langs linja 5-5 i fig. 2, som viser dielektroforese-separasjonsdelen.

Detaljert beskrivelse av en utførelse av oppfinnelsen

Fig. 1 viser skjematisk et undersjøisk prosesseringssystem for ulike brønner 11 i et felt. Det undersjøiske prosesseringssystemet separerer vann og sand. Systemet omfatter et flertall separatorer 251. En enkelt separator 251 kan utnyttes med hver undersjøisk brønnsammenstilling 11, eller mer enn en brønn 11 kan mate inn i en separator 251. Separator 251, som vist i fig. 2, omfatter en horisontal beholder 253 som er plassert på sjøbunnen. Generelt vil større vanndybder kreve et høyere trykk på brønnhodet med tilsvarende lavere faktiske gassvolum når separasjonen skjer på sjøbunnen. Mindre gassvolum er fordelaktig for olje/vann-separasjon fordi færre gassbobler vil bevege seg vertikalt og forstyrre det horisontale strømningsmønsteret generert av oljen og vannet som strømmer gjennom separatorbeholderen 253. Den lave gassprosenten tillater også at flere av separatorbeholderne kan utnyttes til olje/vann-separasjon.

I tillegg til temaet nevnt ovenfor vil høyere trykk i seg selv påvirke separasjonen i separatorbeholderen 253. Innledende resultater viser at separasjonen oppstår enklere ved høyere trykk. Dette kan skyldes det faktum at høye trykk forårsaker at fraksjonen av flytende hydrokarboner blir lettere, og dermed øker tetthetsdifferansen mellom vann og olje. Oljefraksjonen blir lettere fordi lettere hydrokarbonfraksjoner kondenserer ved høyere trykk, og dersom dette kombineres med de tyngre fraksjonene, kan kombinasjonen redusere den totale tettheten til den flytende hydrokarbonfasen. Separatorbeholder 253 er utformet til å motstå høye eksterne trykk som skyldes svært dypt vann. Konservativt design tillater heller ikke reduksjon av den planlagte trykkdifferansen på grunn av indre trykk. Vanligvis vil mindre diametre gi tynnere veggtykkelse for samme eksterne trykk. For eksempel krever en sylinder med 2,8 meter i diameter en veggtykkelse på 140 millimeter for å motstå et valgt trykk. En sylinder med 2,5 meter i diameter vil motstå det samme trykket med en veggtykkelse på 25 mm. Følgelig har separatoren 251 en relativt liten diameter, fortrinnsvis ikke mer enn 1/10 av sin lengde.

Separatoren 251 kan være av ulike typer for separasjon av vann og olje. I denne utførelsesformen anvender separatoren 251 en koalesensenhet 259. Koalesensenheten 259 har et flertall passasjer 261 i seg. Fig. 3 viser det store antallet av separate passasjer 261 plassert inne i beholderrørene. Et elektrostatisk felt påføres blandingen av olje og vann ved rørene eller passasjene 261. Ved å utsette blandingen av vann og olje for et elektrostatisk felt, vil de dipolare vanndråpene i oljefasen orienteres på en måte som gjør at de kolliderer eller koaleserer med hverandre. Dette forårsaker at vanndråpene vokser til større dråper. Generelt vil større dråper bevege seg og separeres raskere enn mindre dråper. Følgelig skjer en første separasjon av vann og olje i koalesensenheten 259. Dette reduserer den nødvendige oppholdstiden for å få vanninnholdet ut av oljen som produseres, for med dette å tillate at separatorbeholderen 253 kan ha en redusert diameter/størrelse.

Som vist i fig. 3 rutes en fortrinnsvis lav spenning levert undersjøisk, gjennom lavspenningsledere 263 til det indre av separatorbeholderen 253. Et flertall av transformatorer 265 transformerer den lave spenningen til høyspenning som kreves for å fremskaffe et elektrostatisk felt. Den samme lavspenningskraftforsyningen utnyttes til andre funksjoner, slik som drift av solenoider og sensorene brukt i styringen av hver undersjøisk brønn 11.

Dersom koalesensenhet 259 ikke er tilstrekkelig til å nå det ønskete vanninnholdet, kan et andre trinn anvendes. Et andre trinn kan være en annen koalesensenhet 259 eller det kan være en enhet av en annen type, slik som en dielektroforese-enhet 267. Enheten 267 bruker også et elektrostatisk felt, imidlertid er feltet konfigurert til å tvinge vanndråpene inn i utpekte seksjoner av separatoren og dermed danne vannstrømmer. Elektrodeplatene 269, som vist i fig. 2 og 5 har bølgeform. Elektrodeplatene 269 er tettsittende med mellomrom og er arrangert med de konstriktive delene slik at to daler er adskilt av de utvidete delene hvorved to topper er plassert med mellomrom ovenfor hverandre. Platene 269 tvinger vanndråpene til å bevege seg mot den sterkere delen av det elektrostatiske feltet med sterkere feltgradienter. Kreftene som er pålagt av gradientfeltet er i størrelsesorden to til fem ganger større enn tyngdekraften. Dette fenomenet brukes til å lede vanndråpene inn i disse forhåndsbestemte seksjonene hvor de danner kontinuerlige seksjoner av vann for bruk i separasjon. Dielektroforese-enheten 267 reduserer tida som normalt behøves for en normal tyngdekraft-separator.

Det henvises igjen til fig. 2, hvor en skillevegg 271 strekker seg oppover fra separatorbeholderen 253 nær dennes nedstrøms-ende. Skilleveggen 271 deler en seksjon for oppsamling av høye vannkonsentrasjoner. Et vannutløp 273 er plassert oppstrøms skilleveggen 271. Innløpet for olje og vann 255 er plassert på den øvre siden av oppstrøms-enden av separatorbeholderen 253. Oljeutløpet 257 er plassert på nedstrøms-enden av separatorbeholderen 253 på den nedre siden.

Det henvises igjen til fig. 1, hvor en strupeventil 275 er anbrakt nedstrøms et oljeutløp 257. Strupeventilen 275 er en vanlig anordning som fremskaffer en variabel munning for å øke trykket oppstrøms og minske strømmen. En av strupeventilene 275 er vanligvis plassert på treet på hver av de undersjøiske brønnene 11. Strupeventilen 275 er justert til å danne et høyere trykk inne i separatoren 251 for å fremme separasjonen, som nevnt ovenfor.

En rørledningsovergang (flow line jumper) 277 i strømningsledningen kobler strupeventilen 275 til manifolden 279. Strupeventilen 275 kan lages som en del av rørledningsovergangen i strømningsledningen 277 slik at den senkes og installeres med rørledningsovergangen 277. Alternativt kan strupeventilen 275 monteres på manifolden 279.

Manifolden 279 er en vanlig enhet som har et par ledninger 281 og 283 som fører til overflaten for levering av den separerte oljen og innblandet gass i denne. Alle de ulike separatorene 251 fører til manifolden 279.

Det separerte vannutløpet 273 er koblet til en strømningsledning 284, som fører til en ventilmodul 285. De ulike strømningsledningene 284 forbindes til hverandre i modulen 285, hvor den kombinerte strømmen føres til en inntaksrørledning 286 hos en undersjøisk pumpe 287. Strømningsledningene 281 og 283 fører tilbake til en prosesseringsenhet på overflaten for transport av oljen. Vannpumpa 287 tømmer ut gjennom en ledning 288 til en vortex separator 289. Vortex separatoren 289 har et utløp 291 som fører tilbake til en injeksjonsbrønn for å injisere det separerte vannet. Produksjonen er en blanding av vann, og i mange tilfeller sand, som er produsert fra formasjonen. Det høye innholdet av sand strømmer gjennom utløpsrøret 291. Det frie vannet 293 strømmer tilbake til en andre separator 295 som fører til en strømningsledning 297 for injisering i brønnen. Den andre vortex separatoren 295 separerer all gjenværende olje fra vannet og leverer oljen gjennom ledningen 296 tilbake til manifolden 279 for sammenblanding med de andre oljene som er produsert gjennom ledningene 281 og 283. På samme måte filtreres all olje utvasket fra sanden og sandoppsamlingsbeholderen 292 og returneres via ledning 298 til manifold-ledning 283. Vortex separatoren 289 separerer på denne måten sand fra væske, mens vortex separatoren 295 separerer gjenværende olje fra vannet.

En ventil 301 er koblet til en ledning 303 som fører fra utløpet av pumpa 287. Ledningen 303 forgrener seg til separate ledninger, hver koblet til en av ledningene 284 som fører fra en av separatorene 251. Hver ledning har en ventil 305. Åpning av ventilene 301 og 305 gjør at vannet strømmer tilbake gjennom en av vannutløpsledningene 284 til vannutløpet 273 for tilbakespyling. Sand og andre avleiringer akkumuleres i den undersjøiske separasjonsbeholderen 253. Denne sanden og/eller avleiringene fjernes fra separatoren 251 ved tilbakespylingsinjeksjonen gjennom ledningen 284. Injeksjonen av vann danner turbulens inne i separatorbeholderen 253 for å forårsake at sanden og de andre avleiringene strømmer ut med den produserte oljen til manifold-ledningene 281 og 283.

Oppfinnelsen har betydelige fordeler. Plasseringen av strupeventilen nedstrøms separatoren tillater høyere operasjonstrykk i separatoren. Kombinasjonen av en koalesensenhet og en dielektroforese-enhet hos separatorer med en liten diameter fremskaffer en kompakt undersjøisk prosesseringsenhet. Tilbakespylingsmuligheten reduserer vedlikehold.

Claims

1. System for prosessering av brønnfluid, omfattende: første og andre separatorer (251) for separasjon av tyngre og lettere komponenter hos brønnfluid, hvor hver av separatorene (251) har et utløp (273) for tyngre komponenter og et utløp (257) for lettere komponenter; en ledning (277) for lettere komponenter koblet til utløpet (257) for lettere komponenter for hver av separatorene (251) for levering av lettere komponenter til et prosesseringsanlegg; første og andre ledninger (284) for tyngre komponenter koblet til de respektive utløpene (273) for tyngre komponenter hos den første og andre separatoren (251); en pumpe (287) med et inntak koblet til hvert av utløpene (273) for tyngre komponenter; en utløpsledning (288) koblet til et utløp på pumpa (287) og som fører til en utløpsplass for pumping av de tyngre komponentene til utløpsplassen;karakterisert vedførste og andre omløpsledninger (303) koblet mellom utløpet til pumpa (287) og selektivt til de første og andre utløpene (273) for tyngre komponenter hos separatorene (251); og en første og andre omløpsventil (305) henholdsvis i den første og andre omløpsledningen (303), slik at åpningen av den første omløpsventilen og lukking av den andre omløpsventilen forårsaker at i det minste noen av de tyngre komponentene blir pumpet av pumpa for å strømme tilbake til utløpet for de tyngre komponentene hos den første separatoren for tilbakeskylling mens de tyngre komponentene fra den andre separatoren fortsetter å strømme gjennom den andre ledningen for tyngre komponenter til innløpet på pumpa.

2. System i samsvar med patentkrav 1, ytterligere omfattende en strupeventil (275) anbrakt nedstrøms hver av separatorene (251) for begrensning av strøm ni ngsraten gjennom separatorene.

3. System i samsvar med patentkrav 1, hvor hver av separatorene omfatter: et sylindrisk kammer (253); en koalesensenhet (259) i kammeret, med et flertall rør (261) hvor et elektrisk potensial påføres for å forårsake at vanndråper i brønnfluidet som strømmer gjennom rørene koaleserer til større dråper; og en dielektroforese-enhet (267) i kammeret, med et par av bølgeformete plater (269) plassert nært hverandre, hvor platene er utstyrt med et elektrisk potensial for å tvinge vanndråpene i brønnfluidet inn i forhåndsbestemte passasjedeler mellom platene for å danne seksjoner av væske med høyt vanninnhold.

4. System i samsvar med patentkrav 3, hvor dielektroforese-enheten (267) er anbrakt nedstrøms koalesensenheten (259) inne i separatoren (251).

5. Fremgangsmåte for prosessering av brønnfluid fra første og andre brønner (11), omfattende: (a) separere tyngre og lettere komponenter av brønnfluid som strømmer fra den første brønnen (lia) med en første separator (251a); (b) separere tyngre og lettere komponenter av brønnfluid som strømmer fra den andre brønnen (11b) med en andre separator (251b); (c) levere de lettere komponentene fra hver av separatorene til et prosesseringsanlegg; (d) levere de tyngre komponentene fra et utløp for tyngre komponenter fra hver av separatorene til en pumpe (287); (e) levere de tyngre komponentene med pumpen til en utløpsplass;karakterisert ved

(0 selektivt forårsake at minst en del av de tyngre komponentene blir pumpet tilbake av pumpen til utløpet (273a) for de tyngre komponentene hos den første separatoren for å tilbakespyle den første separatoren mens tyngre komponenter fortsettes å mottas fra utløpet (273b) for de tyngre komponentene hos den andre separatoren.

6. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 5, ytterligere omfattende: stanse trinn f) og forårsake at minst en del av de tyngre komponentene pumpes tilbake av pumpa (287) til utløpet (273b) for de tyngre komponentene hos den andre separatoren (251b) for å tilbakeskylle den andre separatoren mens tyngre komponenter fortsettes å mottas fra utløpet (273a) for de tyngre komponentene hos den første separatoren (251a).

7. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 5 eller 6, ytterligere omfattende: å plassere en strupeventil (275) nedstrøms i forhold til hver separator (251) og begrense strømningsraten gjennom separatorene med strupeventilene.

8. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 5 til 7, hvor trinnene a) og b) omfatter: påføre et elektrisk potensial på et flertall av rør (261) for å forårsake at vanndråper i brønnfluidet som strømmer gjennom rørene skal koalesere til større dråper; og påføre et elektrisk potensial på et par bølgeformete plater (269) plassert nært hverandre for å tvinge vanndråpene i brønnfluidet inn i forhåndsbestemte passasjedeler mellom platene (269) for å danne seksjoner av væske med høyt vanninnhold.

9. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 8, hvor rørene (261) er anbrakt oppstrøms platene (269).