NO332541B1

NO332541B1 - Procedure for controlling an underwater cyclone separator

Info

Publication number: NO332541B1
Application number: NO20083073A
Authority: NO
Inventors: Geir Inge Olsen; Steinar Øyulvstad
Original assignee: Aker Subsea As
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2012-10-15
Also published as: NO20083073L; WO2010005312A1

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å håndtere en syklonseparator i et undervanns prosesseringssystem i samsvar med ingressen til det etterfølgende krav 1. The present invention relates to a method for handling a cyclone separator in an underwater processing system in accordance with the preamble of the subsequent claim 1.

Forholdene i et undervanns prosesseringsmiljø er svært forskjellige fra de som er opplevd i et overflate-prosessystem eller et landbasert prosessystem. The conditions in a subsea processing environment are very different from those experienced in a surface processing system or a land-based processing system.

Undervanns produksjonssystemer Underwater production systems

De siste to tiårene har undervanns produksjonssystemer vært i utstrakt bruk for å produsere olje og gass fra dypvannsfelt der flytende produksjonsenheter som plattformer og FPSO'er er det mest økonomiske og teknisk gjennomførbare valget. Undervanns juletrær (ventiltrær) og transporterende forbindelseslinjer tas i bruk for å transportere gassen og oljen fra brønnhodet og til den mottagende plattformen. Produksjonssystemet optimaliseres ofte med hensyn på det faste høye nivået på produksjonsraten, som ofte finner sted tidlig i feltets levetid. I feltets senere levetid vil avtagende reservoartrykk og økende væskeinnhold, hovedsakelig på grunn av vannproduksjon, begrense produksjon av hydrokarboner. I tillegg kan det være at produksjonsfasilitetene ikke er i stand til å behandle det produserte vannet uten kostbare modifikasjoner. Når videre produksjon ikke er økonomisk eller gjennomførbar vil produksjonen bli avsluttet. Over the past two decades, subsea production systems have been widely used to produce oil and gas from deepwater fields where floating production units such as platforms and FPSOs are the most economical and technically feasible choice. Underwater Christmas trees (valve trees) and transporting connection lines are used to transport the gas and oil from the wellhead to the receiving platform. The production system is often optimized with regard to the fixed high level of the production rate, which often takes place early in the life of the field. In the later life of the field, decreasing reservoir pressure and increasing liquid content, mainly due to water production, will limit production of hydrocarbons. In addition, the production facilities may not be able to treat the produced water without costly modifications. When further production is not economical or feasible, production will be terminated.

Undervannspumper og undervanns separasionssvstemer Underwater pumps and underwater separation systems

En måte å forlenge feltets levetid og å øke det akkumulerte produksjonsvolumet av gass og olje er å unngå flaskehalsene som blir introdusert med den økte vannproduksjonen. Ved å skille vann fra hydrokarbonstrømningen i et separasjonssystem lokalisert på havbunnen, kan trykkfallet i de nedstrøms forbindelsesledningene og stigerørene reduseres og det er ikke noe behov for økt vannbehandlingskapasitet ved overflateenheten. Det separerte vannet fra undervanns separasjonssystemet kan reinjiseres inn i et reservoar for lagring, eller reinjiseres tilbake inn i reservoaret og brukes som trykkstøtte i reservoaret for den pågående gass/oljeproduksjonen. One way to extend the life of the field and to increase the accumulated production volume of gas and oil is to avoid the bottlenecks introduced with the increased water production. By separating water from the hydrocarbon flow in a separation system located on the seabed, the pressure drop in the downstream connecting lines and risers can be reduced and there is no need for increased water treatment capacity at the surface unit. The separated water from the subsea separation system can be reinjected into a reservoir for storage, or reinjected back into the reservoir and used as pressure support in the reservoir for the ongoing gas/oil production.

Vanninjeksjon i hydrokarbon reservoarer Water injection in hydrocarbon reservoirs

Vanninjeksjon i hydrokarbonreservoarer assosieres ofte med strenge krav. Én fordel med å reinjisere det produserte vannet tilbake inn i hydrokarbonreservoaret er at faren for å forurense reservoaret med for eksempel oksygen og bakterier er lav. Imidlertid, for ikke å tette igjen reservoaret, bør mengden av faststoffpartikler og oljedråper i det produserte vannet minimiseres. Water injection into hydrocarbon reservoirs is often associated with strict requirements. One advantage of re-injecting the produced water back into the hydrocarbon reservoir is that the risk of contaminating the reservoir with, for example, oxygen and bacteria is low. However, in order not to clog the reservoir, the amount of solid particles and oil droplets in the produced water should be minimized.

Fjerning av sand fra det produserte vannet gjøres hovedsakelig ved å la faststoffpartiklene legge seg i separatoren. Sanden som har lagt seg kan senere fjernes i en partivis operasjon og utskilles inn i hydrokarbonrørlinjen for transport til et mottaksanlegg på overflaten. Imidlertid vil de minste sandpartiklene ikke sette seg i separatoren, og anvendelse av sandsykloner kan være nødvendig for å fjerne disse fra det produserte vannet. I syklonene dreneres sandpartiklene med høyere tetthet gjennom underløpet til syklonen og lagres for senere fjerning eller reinjiseres direkte inn i hydrokarbonstrømningen. Vannet som er fritt for faststoff vil forlate syklonen gjennom overløp-utløpet. Removal of sand from the produced water is mainly done by allowing the solid particles to settle in the separator. The settled sand can later be removed in a batch operation and separated into the hydrocarbon pipeline for transport to a surface receiving facility. However, the smallest sand particles will not settle in the separator, and the use of sand cyclones may be necessary to remove these from the produced water. In the cyclones, the higher density sand particles are drained through the underflow of the cyclone and stored for later removal or reinjected directly into the hydrocarbon flow. The water that is free of solids will leave the cyclone through the overflow outlet.

På samme måte som de mindre sandpartiklene, vil mindre oljedråper også følge vannutløpet i separatoren. Her kan også sykloner tas i bruk for å fjerne denne oljen fra det produserte vannet i et finrensesteg. In the same way as the smaller sand particles, smaller oil droplets will also follow the water outlet in the separator. Cyclones can also be used here to remove this oil from the produced water in a fine cleaning step.

Væske- væske sykloner Liquid-liquid cyclones

Væske-væske sykloner er i utstrakt bruk i olje- og gassindustrien. Denne typen sykloner er en prosessanordning som brukes til å separere væsker med forskjellig tetthet. Syklonseparasjon brukes til å rense vann ved å fjerne oljedråper. Disse væske-væske syklonene kalles noen ganger for oljeutskillere. Liquid-liquid cyclones are widely used in the oil and gas industry. This type of cyclone is a process device used to separate liquids of different densities. Cyclone separation is used to purify water by removing oil droplets. These liquid-liquid cyclones are sometimes called oil separators.

En syklonseparator vil normalt ha en sylindrisk seksjon ved toppen der væske blir matet tangentialt, og en konisk base. Vinkelen, og dermed lengden av den koniske seksjonen, spiller en rolle i å bestemme karakteristikkene for drift. A cyclone separator will normally have a cylindrical section at the top where liquid is fed tangentially, and a conical base. The angle, and thus the length of the conical section, plays a role in determining the characteristics of operation.

En syklon har to utganger i aksen: den mindre på bunnen (underløp eller avvisning) og en større ved toppen (overløp eller aksept). Underløpet er vanligvis den tettere eller tykkere fraksjonen, mens overløpet er den lettere eller mer fluide fraksjonen. I en typisk væske-væske syklonseparator, tatt i bruk i et undervanns prosessystem, vil den lettere fasen være oljefasen, som vil utgjøre overløpet, mens den tettere fasen vil være vannfasen, som vil utgjøre underløpet. A cyclone has two outputs in the axis: the smaller one at the bottom (underflow or rejection) and a larger one at the top (overflow or acceptance). The underflow is usually the denser or thicker fraction, while the overflow is the lighter or more fluid fraction. In a typical liquid-liquid cyclone separator, adopted in a subsea process system, the lighter phase will be the oil phase, which will constitute the overflow, while the denser phase will be the water phase, which will constitute the underflow.

Internt motvirkes sentrifugalkraft av resistansen til væsken, med den effekt at større eller tettere dråper transporteres til veggen for sluttelig utførsel ved avvisningssiden (underløp) med en begrenset mengde av væske, mens de finere, eller mindre tette dråpene, forblir i væsken og går ut ved overløpssiden gjennom et rør som strekker seg noe inn i syklonens legeme ved sentrum. Internally, centrifugal force is counteracted by the resistance of the liquid, with the effect that larger or denser droplets are transported to the wall for final discharge at the rejection side (underflow) with a limited amount of liquid, while the finer, or less dense droplets, remain in the liquid and exit at the overflow side through a pipe which extends somewhat into the body of the cyclone at the centre.

Det er iboende i konstruksjonen av syklonen at kun én av de to fasene fra syklonen kan være den rensede fasen, vanligvis vil dette være den tettere vannfasen. En ren vannfase som underløp fra syklonen oppnås kun ved å tillate raten av overløp fra syklonen å være større enn raten av olje som kommer inn i syklonen, dvs. oljen i overløpet vil inneholde en fraksjon av vann. Dette flow-splittforholdet kontrolleres ved å justere trykkforholdet mellom inntak og overløp og inntak og underløp. It is inherent in the design of the cyclone that only one of the two phases from the cyclone can be the purified phase, usually this will be the denser water phase. A pure water phase as underflow from the cyclone is only achieved by allowing the rate of overflow from the cyclone to be greater than the rate of oil entering the cyclone, ie the oil in the overflow will contain a fraction of water. This flow-split ratio is controlled by adjusting the pressure ratio between intake and overflow and intake and underflow.

Som det brukes heri, inkluderer termen "en syklonseparator" også en anordning med flere sykloner anordnet for parallell drift. As used herein, the term "a cyclone separator" also includes a device having multiple cyclones arranged for parallel operation.

Trykktapet gjennom en syklonseparator kan ofte kreve at både overløpet og underløpet trykksettes. I en typisk undervannskonfigurasjon vil overløpet som inneholder den lettere fasen trykksettes for transport tilbake inn i hydrokarbonstrømningen. The pressure loss through a cyclone separator can often require that both the overflow and the underflow be pressurized. In a typical subsea configuration, the overflow containing the lighter phase will be pressurized for transport back into the hydrocarbon stream.

Undervannspumper Submersible pumps

Undervannspumper har blitt mer og mer populære for økende produksjon fra undervannsbrønner. Disse pumpene kan enten settes direkte inn i brønnstrømmen, ofte i form av en multifasepumpe, eller være en del av et undervanns prosessystem. Submersible pumps have become more and more popular for increasing production from subsea wells. These pumps can either be inserted directly into the well stream, often in the form of a multiphase pump, or be part of an underwater process system.

Dersom væsken er separert fra gassen, kan typisk rotordynamiske pumper, som en sentrifugalbasert pumpe, tas i bruk for å skyve væsken gjennom et dedisert strømningslinjesystem til den mottagende overflateenheten. Sentrifugalbaserte pumper kan også tas i bruk for å reinjisere separert produsert vann tilbake inn i reservoaret. If the liquid is separated from the gas, typically rotordynamic pumps, such as a centrifugal pump, can be used to push the liquid through a dedicated flow line system to the receiving surface unit. Centrifugal-based pumps can also be used to reinject separated produced water back into the reservoir.

Ettersom noe gass kan blåse ut fra væsken mellom en separator og pumpen på grunn av trykktap, må en sentrifugalbasert pumpe tolerere noe gass. Tester har vist at noe gass (opp till0-15%) kan være tilstede i væsken uten for mye reduksjon av ytelse. As some gas can blow out from the liquid between a separator and the pump due to pressure loss, a centrifugal pump must tolerate some gas. Tests have shown that some gas (up to 0-15%) can be present in the liquid without too much reduction in performance.

WO 03/033871 beskriver et reguleringssystem som ved hjelp av strømkontrollventiler og gass/olje/vann-sensorer tar sikte på å oppnå en optimal undervannsseparasjon av gass, olje og vann. Olje- og vannpumper brukes WO 03/033871 describes a regulation system which, by means of flow control valves and gas/oil/water sensors, aims to achieve an optimal underwater separation of gas, oil and water. Oil and water pumps are used

for å pumpe væskene ut av separatorutløpene for overløpet og underløpet og for eventuell resirkulasjon av vannet tilbake til separatoren. Pumpene har separate driveenheter og pumperatene justeres uavhengig av hverandre ved å regulere turtallet på driveenheten. to pump the liquids out of the separator outlets for the overflow and underflow and for possible recirculation of the water back to the separator. The pumps have separate drive units and the pump rates are adjusted independently of each other by regulating the speed of the drive unit.

W094/18432 viser til et undervannsseparatorsystem som bruker én WO94/18432 refers to an underwater separator system using one

pumpe, en såkalt "dual stream pump" som består to pumpekamre, et for vann og et for olje, hvor hvert kammer har separat inngang og utgang og blir drevet av en felles motorenhet. Denne publikasjonen oppviser imidlertid ikke noen løsning på kontroll av strømningsratene eller hvordan man kan få en optimal strømningsdeling for separatoren. pump, a so-called "dual stream pump" which consists of two pump chambers, one for water and one for oil, where each chamber has a separate inlet and outlet and is driven by a common motor unit. However, this publication does not present any solution for controlling the flow rates or how to obtain an optimal flow split for the separator.

Undervannspumper er underlagt svært strenge krav på grunn av kravet om null utslipp av produsert væske til omgivelsene. Dessuten øker bruken av elektriske motorer, strømforsyningssystemer og trykk-kabinetter kompleksiteten og sårbarheten til utstyret. En annen utfordring er at pumpene og strømforsyning til pumpene må være svært pålitelige ettersom en feil vil kreve en svært kostbar reparasjonsoperasjon og vil forårsake en vesentlig forsinkelse før produksjon kan gjenopptas. Til og med om en enklere type motor brukes, som en hydraulisk drevet motor, vil reparasjon fremdeles være svært kostbart. En hydraulisk motor er ikke foretrukket på grunn av potensiell lekkasje av hydrauliske væsker. Som en konsekvens av dette brukes vanligvis en elektrisk motor til å drive pumper og andre typer roterende utstyr. På grunn av de ovenfornevnte vanskelighetene er det et ønske om å være avhengig av så få elementer som mulig for å oppnå produksjon fra brønnen. Det er derfor et ønske om å ha så få pumper og motorer som mulig installert, spesielt om driften av pumpene er avhengig av hverandre slik at feil i én pumpe eller dens motor vil forårsake avstengning av den andre pumpen. Submersible pumps are subject to very strict requirements due to the requirement for zero discharge of produced liquid into the environment. In addition, the use of electric motors, power supply systems and pressure enclosures increases the complexity and vulnerability of the equipment. Another challenge is that the pumps and power supply to the pumps must be highly reliable as a failure will require a very expensive repair operation and will cause a significant delay before production can resume. Even if a simpler type of motor is used, such as a hydraulically driven motor, repair will still be very expensive. A hydraulic motor is not preferred due to potential leakage of hydraulic fluids. As a consequence, an electric motor is usually used to drive pumps and other types of rotating equipment. Due to the above-mentioned difficulties, there is a desire to depend on as few elements as possible to achieve production from the well. It is therefore desirable to have as few pumps and motors as possible installed, especially if the operation of the pumps is dependent on each other so that failure of one pump or its motor will cause the other pump to shut down.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en måte å redusere kompleksiteten av et pumpesystem ved å ta i bruk én motor til samtidig å drive to eller flere pumper, slik dette er definert i den kjennetegnende delen av det etterfølgende krav 1. The present invention provides a way to reduce the complexity of a pumping system by using one motor to simultaneously drive two or more pumps, as defined in the characterizing part of the following claim 1.

Dette vil spesielt være gunstig om pumpene må drives sammen og der begge strømninger er proporsjonale med hverandre. Dette vil i de fleste omstendigheter være tilfelle i det ovenfor beskrevne væske-væske-separator syklonsystemet. Pumpene kan være koblet til motoren gjennom den samme akselen, eller ved bruk av et girkassesystem som tillater hastighetsforskjeller mellom de to pumpene. De to pumpene kan også lokaliseres inne i det samme pumpekabinettet og dele den samme rotoren. Dette betyr at to kamre er separert av en mekanisk forsegling og har separate inntak og uttak. This will be especially beneficial if the pumps must be operated together and where both flows are proportional to each other. This will in most circumstances be the case in the liquid-liquid-separator cyclone system described above. The pumps can be connected to the motor through the same shaft, or using a gearbox system that allows speed differences between the two pumps. The two pumps can also be located inside the same pump housing and share the same rotor. This means that two chambers are separated by a mechanical seal and have separate inlets and outlets.

Et undervanns prosessystem er vanligvis forbundet med et trinn med separasjon fulgt av trykksetting av oljefasen, gassfasen eller vannfasen eller en hvilken som helst kombinasjon av de separerte væskefasene. Til forskjell fra overflatesystemer eller et landbasert prosessystem, er i et undervannsmiljø muligheten til å dirigere nyttevæskestrømmer til en lavtrykksdel av prosessystemet begrenset. Avvisningsstrømmen fra en syklonseparator, som normalt vil være strupt til et lavtrykksystem, vil i et undervannssystem måtte trykksettes til hydrokarbonvæsketrykket. A subsea process system usually involves a step of separation followed by pressurization of the oil phase, the gas phase or the water phase or any combination of the separated liquid phases. Unlike surface systems or a land-based process system, in a subsea environment the ability to direct utility fluid flows to a low-pressure part of the process system is limited. The reject flow from a cyclone separator, which would normally be throttled to a low-pressure system, would have to be pressurized to the hydrocarbon liquid pressure in an underwater system.

Undervanns prosessering er ogsåkarakterisertav høye pålitelighetskrav for prosessutstyr, på grunn av kostnadene forbundet med vedlikehold. Det er derfor et motiv i en undervannsapplikasjon å ta i bruk ett rotasjonsutstyr for flere oppgaver for å kunne øke den generelle systemtilgjengeligheten. Underwater processing is also characterized by high reliability requirements for processing equipment, due to the costs associated with maintenance. It is therefore a motive in an underwater application to use one rotating equipment for several tasks in order to be able to increase the general system availability.

Foreliggende oppfinnelse tar derfor i bruk to pumper drevet av den samme motoren til å pumpe overløpet av en væske-væske syklon til ett sted og til å pumpe underløpet av den samme væske-væske syklonen til et annet sted. The present invention therefore uses two pumps driven by the same motor to pump the overflow of a liquid-liquid cyclone to one location and to pump the underflow of the same liquid-liquid cyclone to another location.

Trykktapet gjennom en separatorsyklon er vanligvis proporsjonalt med kvadratroten av strømningsmengden. Dette gjelder både underløpet og overløpet. Derfor kan et trykkforhold over syklonseparatoren opprettholdes innen et egnet område med variasjon av pumpenes rotasjonshastighet. Videre optimalisering av trykkforholdet kan oppnås ved å ta i bruk strømningsregulatorer lokalisert på enten det ene eller det andre pumpeinntaket eller på enten det ene eller det andre pumpeutløpet, for å regulere forholdet mellom overløpet og underløpet av væske-væske syklonen. The pressure loss through a separator cyclone is usually proportional to the square root of the flow rate. This applies to both the underflow and the overflow. Therefore, a pressure ratio across the cyclone separator can be maintained within a suitable range by varying the rotation speed of the pumps. Further optimization of the pressure ratio can be achieved by using flow regulators located on either one or the other pump inlet or on either one or the other pump outlet, to regulate the ratio between the overflow and the underflow of the liquid-liquid cyclone.

De to pumpene kan dele den samme akselen som motoren. Pumpene kan drives med den samme hastigheten eller i forskjellig hastigheter, hvis en girkasse er tatt i bruk. The two pumps can share the same shaft as the motor. The pumps can be operated at the same speed or at different speeds, if a gearbox is used.

Pumpene kan alternativt gis en størrelse slik at de har en deplasementsforhold tilpasset til å oppnå separasjon i separatorsyklonen for alle driftsforhold. Alternatively, the pumps can be sized so that they have a displacement ratio adapted to achieve separation in the separator cyclone for all operating conditions.

De to pumpene kan dele det samme kabinettet og muligens også rotoren, der mekaniske forseglinger og separate inntak og utløp skiller de to strømningene. The two pumps may share the same housing and possibly also the rotor, where mechanical seals and separate inlets and outlets separate the two flows.

Foreliggende oppfinnelse har fordelene av å redusere antallet av sårbare komponenter, og derved reduserer behovet for vedlikehold, reduserer kompleksiteten av systemet ved å redusere antallet motorer, strømforsyning og kontrollkabler og variable hastighetskontrollere på overflaten, øker tilgjengeligheten til de forskjellige komponentene, og tilveiebringer en fullt synkron kjøring av pumpene med redusert behov for et komplisert elektronisk kontrollsystem. The present invention has the advantages of reducing the number of vulnerable components, thereby reducing the need for maintenance, reducing the complexity of the system by reducing the number of motors, power supply and control cables and variable speed controllers on the surface, increasing the availability of the various components, and providing a fully synchronous running the pumps with reduced need for a complicated electronic control system.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i detalj med hensyn på to forskjellige utførelsesformer, der Figur 1 viser en enkel skisse av et undervanns separatorsystem i en første utførelsesform, inkludert bruken av foreliggende oppfinnelse, og Figur 2 viser et mer sofistikert system for undervanns separasjon i en andre utførelsesform, inkludert bruken av foreliggende oppfinnelse. The invention will now be described in detail with regard to two different embodiments, where Figure 1 shows a simple sketch of an underwater separator system in a first embodiment, including the use of the present invention, and Figure 2 shows a more sophisticated system for underwater separation in a second embodiment, including the use of the present invention.

I figur 1 er det vist en brønnstrøm 1, som inneholder en blanding av vann og olje (den kan også til en viss grad inneholde faststoffer i form av sand og gass, men for enkelhets skyld vil brønnstrømmen behandles som kun vann og olje). Figure 1 shows a well stream 1, which contains a mixture of water and oil (it may also contain solids in the form of sand and gas to a certain extent, but for the sake of simplicity the well stream will be treated as only water and oil).

Brønnstrømmen ledes til en gravitasjonsseparator 2.1 gravitasjonsseparatoren 2 tillates brønnvæsken å legge seg slik at olje flyter oppover og vann synker ned. Når strømmen når utløpsenden av separatoren 2, vil mesteparten av disse komponentene ha separert seg i to lag, olje på toppen og vann ved bunnen. Oljefasen (som til en viss grad fremdeles kan inneholde en fraksjon av vann) frigis til en oljeeksportlinje 3, som strekker seg til et overflateanlegg eller til kysten. The well flow is led to a gravity separator 2.1 gravity separator 2 the well fluid is allowed to settle so that oil flows upwards and water sinks down. When the stream reaches the outlet end of the separator 2, most of these components will have separated into two layers, oil at the top and water at the bottom. The oil phase (which to some extent may still contain a fraction of water) is released to an oil export line 3, which extends to a surface facility or to the coast.

Vannfasen ledes gjennom en linje 4 til en væske-væske syklonseparator 5. Funksjonen til syklonseparatoren 5 vil være velkjent for en fagperson, så en detaljert forklaring av hvordan den virker er ikke nødvendig. Formålet med syklonseparatoren er å fjerne så mye olje fra vannet som realistisk er mulig. Hvis vannet reinjiseres bør det være mer eller mindre fritt for olje. Dersom det inneholder for mye olje vil små oljedråper samle seg inn i større dråper, som kan tilstoppe formasjonsporer. Eventuelt kan denne tilstoppingen hindre vann i å komme inn i formasjonen og til slutt kan ikke formasjonen brukes til vanninjisering. Dersom vannet skal fjernes på andre måter vil det allikevel være en fordel at det inneholder så lite olje som mulig, slik at behovet for behandling av vannet blir redusert. Syklonseparatoren 5 har et overløp 6, der den lettere fasen går ut, og et underløp 7, der den tyngre fasen går ut. Mesteparten av oljen vil gå ut gjennom overløpet og mesteparten av vannet gjennom underløpet. For å kunne sikre at underløpet hovedsakelig ikke inneholder olje er det nødvendig å akseptere at overløpet inneholder en vesentlig mengde av vann. Vanninnholdet kan være så mye som 50% eller mer. The water phase is led through a line 4 to a liquid-liquid cyclone separator 5. The function of the cyclone separator 5 will be well known to a person skilled in the art, so a detailed explanation of how it works is not necessary. The purpose of the cyclone separator is to remove as much oil from the water as is realistically possible. If the water is re-injected, it should be more or less free of oil. If it contains too much oil, small oil droplets will collect into larger droplets, which can clog formation pores. Possibly this clogging can prevent water from entering the formation and ultimately the formation cannot be used for water injection. If the water is to be removed by other means, it will still be an advantage that it contains as little oil as possible, so that the need for treatment of the water is reduced. The cyclone separator 5 has an overflow 6, where the lighter phase exits, and an underflow 7, where the heavier phase exits. Most of the oil will exit through the overflow and most of the water through the underflow. In order to ensure that the underflow mainly does not contain oil, it is necessary to accept that the overflow contains a significant amount of water. The water content can be as much as 50% or more.

Ytelsen til syklonseparatorer er i stor grad avhengig av trykket, og dermed utstrømninger, ved overløps- og underløpsutløpene. Trykkforholdet til en syklonseparator er definert som følger: The performance of cyclone separators is largely dependent on the pressure, and thus outflows, at the overflow and underflow outlets. The pressure ratio of a cyclone separator is defined as follows:

Der P| er trykket ved innstrømningen inn i separatoren, P0er trykket ved overløpet og Pu er trykket ved underløpet. There P| is the pressure at the inflow into the separator, P0 is the pressure at the overflow and Pu is the pressure at the underflow.

Flow-splitten til en syklonseparator er definert som følger: The flow split of a cyclone separator is defined as follows:

Der Qoer strømningsraten ved overløpet og Qier strømningsraten ved innstrømningen. Where Qo is the flow rate at the overflow and Qi is the flow rate at the inflow.

For å justere ytelsen til syklonseparatoren 5 og ha så lite olje som mulig i underløpet (vannfasen), justeres trykkforholdet ved hjelp av en underløpspumpe 8 og en overløpspumpe 9. Forholdet mellom pumperatene til disse to pumpene 8, 9 bestemmer flow-splitten til syklonseparatoren, dvs. jo høyere pumperaten til overløpspumpen 9 er relativt til underløpspumpen 8; jo mer vann vil være medrevet i oljen. Den relative pumperaten til pumpene 8, 9 er derfor tilpasset til et forhold der syklonseparasjonen fjerner praktisk talt all oljen fra vannfasen, men fremdeles begrenser vanninnholdet av overløpet til en rimelig mengde. Dette vil sikre at praktisk talt all oljen produsert av brønnen blir innhentet og vannet, som skal injiseres eller på annen måte deponeres, er mer eller mindre rent vann. In order to adjust the performance of the cyclone separator 5 and have as little oil as possible in the underflow (water phase), the pressure ratio is adjusted using an underflow pump 8 and an overflow pump 9. The ratio between the pump rates of these two pumps 8, 9 determines the flow split of the cyclone separator, i.e. the higher the pumping rate of the overflow pump 9 relative to the underflow pump 8; the more water will be entrained in the oil. The relative pumping rate of the pumps 8, 9 is therefore adapted to a situation where the cyclone separation removes practically all the oil from the water phase, but still limits the water content of the overflow to a reasonable amount. This will ensure that practically all the oil produced by the well is recovered and the water, which is to be injected or otherwise deposited, is more or less pure water.

Den åpenbare løsningen på dette ville være å bruke separate pumper drevet av separate motorer, som deretter enkelt kan individuelt justeres til å sette den ønskede flow-splitten. I foreliggende oppfinnelse vil pumpene være drevet av kun én motor 10. Dette betyr at pumpene 8, 9 vil måtte ha et forhåndssatt pumperate-forhold, som korresponderer med den ønskede flow-splitten. Overløpet vil være vesentlig mindre enn underløpet, så overløpspumpen 9 har en tilsvarende mindre kapasitet enn underløpspumpen. Dette kan oppnås, f.eks. ved å designe overløpspumpen med et mindre fortrengningsvolum, gire overløpspumpen til en lavere rotasjonshastighet eller en kombinasjon av disse. The obvious solution to this would be to use separate pumps driven by separate motors, which can then be easily individually adjusted to set the desired flow split. In the present invention, the pumps will be driven by only one motor 10. This means that the pumps 8, 9 will have to have a preset pump rate ratio, which corresponds to the desired flow split. The overflow will be significantly smaller than the underflow, so the overflow pump 9 has a correspondingly smaller capacity than the underflow pump. This can be achieved, e.g. by designing the overflow pump with a smaller displacement volume, gearing the overflow pump to a lower rotational speed or a combination of these.

Vannet fra underløpspumpen 9 mates fortrinnsvis til en linje 11 for reinjisering inn i en grunnformasjon eller alternativt slippes ut i havet, forutsatt at renhetskravet på stedet er oppfylt. Det er også et alternativ å eksportere vannet til et eksternt anlegg for fjerning eller endelig behandling. The water from the underflow pump 9 is preferably fed to a line 11 for re-injection into a foundation formation or alternatively discharged into the sea, provided that the cleanliness requirement on the site is met. It is also an option to export the water to an external facility for removal or final treatment.

Overløpet kanaliseres via en linje 12 til eksportlinjen 3 og blandes med oljen fra gravitasjonsseparatoren 2. The overflow is channeled via a line 12 to the export line 3 and mixed with the oil from the gravity separator 2.

Linjen 12 kan inkludere en strømningsregulator 13, som kan brukes til å begrense strømningen fra overløpspumpen 9 hvis det forhåndssatte pumperateforholdet til pumpene 8, 9 ikke er presist nok valgt eller vannet tatt fra gravitasjonsseparatoren 2 forandrer seg over tid. Å begrense strømningen fra overløpspumpen 9 vil øke mottrykket ved overløpet og dermed forandre flow-splitten til syklonseparatoren 5. Strømningsregulatoren 13 kan til å begynne med settes til en spesifikk strupingsinnstilling, slik at strømningen fra overløpspumpen kan justeres både opp og ned. Strømningsregulatoren kan også plasseres før inntaket av overløpspumpen 9 eller før inntaket eller etter utløpet til underløpspumpen 8. Det er også tenkelig å ha en strømningsregulator både i strømningsbanen til overløpspumpen 9 og underløpspumpen 8. Dette vil øke justeringsmulighetene. The line 12 may include a flow regulator 13, which may be used to limit the flow from the overflow pump 9 if the preset pump rate ratio of the pumps 8, 9 is not selected precisely enough or the water taken from the gravity separator 2 changes over time. Limiting the flow from the overflow pump 9 will increase the back pressure at the overflow and thus change the flow split of the cyclone separator 5. The flow regulator 13 can initially be set to a specific throttling setting, so that the flow from the overflow pump can be adjusted both up and down. The flow regulator can also be placed before the intake of the overflow pump 9 or before the intake or after the outlet of the underflow pump 8. It is also conceivable to have a flow regulator both in the flow path of the overflow pump 9 and the underflow pump 8. This will increase the adjustment possibilities.

Figur 2 viser en andre utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, hvor en sandfjerningsenhet 14 også er inkludert. Dette systemet innbefatter også en mulighet for resirkulering av vann. Basisfunksjonen til denne utførelsesformen er den samme som for utførelsesformen i figur 1 og vil ikke bli repetert. Figure 2 shows a second embodiment of the present invention, where a sand removal unit 14 is also included. This system also includes an option for water recycling. The basic function of this embodiment is the same as that of the embodiment in Figure 1 and will not be repeated.

Selv om noe sand blir fjernet i gravitasjonsseparatoren 2, som indikert ved henvisningstall 15, vil strømningen 4 fra gravitasjonsseparatoren 2 fremdeles inneholde noe sand. Det er ønskelig å fjerne denne i det vesentligste før strømmen kommer inn i syklonseparatoren 5. Som en konsekvens av dette settes en sandutskillingsenhet 14 som inneholder et antall sykloner inn i linjen 4. Overløpet 16 fra sandutskillingsenheten 14 inneholder i bunn og grunn kun væske. Sand (medrevet av væsken) går ut gjennom linje 17 til eksportlinjen 3, for å kunne fjernes fra oljen i et senere stadium. Even if some sand is removed in the gravity separator 2, as indicated by reference number 15, the flow 4 from the gravity separator 2 will still contain some sand. It is desirable to remove this essentially before the flow enters the cyclone separator 5. As a consequence of this, a sand separation unit 14 containing a number of cyclones is inserted into the line 4. The overflow 16 from the sand separation unit 14 basically contains only liquid. Sand (entrained by the liquid) goes out through line 17 to export line 3, to be removed from the oil at a later stage.

En resirkulasjonslinje for vann 20 forgrener seg fra reinjiseringslinjen 11 og fører tilbake til inntaket til gravitasjonsseparatoren 2. En strømningsregulator 21 er inkludert i linjen 20. Linjen 20 forgrener seg til en linje 18, som fører til sandutskillingsenheten 14. En ventil 19 er inkludert i linjen 18. En ventil 22 er inkludert i linjen 20 mellom forgreningspunktet til linjen 18 og gravitasjonsseparatoren 2. A water recirculation line 20 branches from the reinjection line 11 and leads back to the intake of the gravity separator 2. A flow regulator 21 is included in the line 20. The line 20 branches to a line 18, which leads to the sand separation unit 14. A valve 19 is included in the line 18. A valve 22 is included in the line 20 between the branch point of the line 18 and the gravity separator 2.

Ved oppstart av systemet, settes det i resirkuleringsmodus. Dette betyr at i det minste noe av vannet fra underløpspumpen 8 omdirigeres tilbake inn i linje 20 og gjennom en åpen ventil 22 til gravitasjonsseparatoren 2. Når sirkulasjonen har nådd en ønsket strømningsrate og er stabil, stenges ventil 22 slik at det separerte vannet ledes inn i reinjiseringslinjen 11. Resirkulasjon brukes også dersom innstrømningen til syklonseparatoren via linje 16 er så lav, og som konsekvens av dette at den ønskede pumperaten er så lav, at motoren ikke er i stand til å kjøre på en korresponderende lav hastighet. I et slikt tilfelle returneres en andel av vannet til inntaket av syklonseparatoren 5, via avsanderen 14 som vist eller direkte via en linje ikke vist. På denne måten vil innstrømningen til syklonseparatoren 5 økes og motoren tillates å kjøre på en høyere hastighet. When starting the system, it is put into recycle mode. This means that at least some of the water from the underflow pump 8 is redirected back into line 20 and through an open valve 22 to the gravity separator 2. When the circulation has reached a desired flow rate and is stable, valve 22 is closed so that the separated water is directed into the reinjection line 11. Recirculation is also used if the inflow to the cyclone separator via line 16 is so low, and as a consequence of this that the desired pumping rate is so low, that the engine is not able to run at a correspondingly low speed. In such a case, a proportion of the water is returned to the intake of the cyclone separator 5, via the sander 14 as shown or directly via a line not shown. In this way, the inflow to the cyclone separator 5 will be increased and the engine will be allowed to run at a higher speed.

Fra tid til annen må sandutskillingsenheten 14 tømmes for sand som har samlet seg på bunnen av enheten. For å kunne gjøre dette, åpnes ventilen 19 for å tillate at vann fra underløpspumpen 8 strømmer inn i sandutskillingsenheten 14. Dette vannet skyller sanden inn i linjen 17 og inn i eksportlinjen 3. Effektiviteten av utskyllingen kan reguleres av strømningsregulatoren 21 i linjen 20. From time to time, the sand separation unit 14 must be emptied of sand that has collected at the bottom of the unit. In order to do this, the valve 19 is opened to allow water from the underflow pump 8 to flow into the sand separation unit 14. This water flushes the sand into line 17 and into the export line 3. The effectiveness of the flushing can be regulated by the flow regulator 21 in line 20.

Det er åpenbart at brønnstrømmen også kan inneholde noe gass, enten i væskeform eller i gassfase. Systemet ifølge den foreliggende oppfinnelse er i stand til å behandle denne gassen opp til en maksimal prosentandel, avhengig av typen av hydrosyklonseparator og pumper som brukes. Gassen vil i stor grad separeres ut fra strømningen sammen med oljen. It is obvious that the well flow can also contain some gas, either in liquid form or in gas phase. The system according to the present invention is capable of treating this gas up to a maximum percentage, depending on the type of hydrocyclone separator and pumps used. The gas will largely be separated from the flow together with the oil.

Selv om syklonseparatoren er vist ovenfor som å utgjøre et ekstra separasjonssteg etter en gravitasjonsseparator, er det tenkelig at syklonseparatoren kan brukes i et første separasjonssteg eller som det eneste separasjonssteget. Although the cyclone separator is shown above as constituting an additional separation step after a gravity separator, it is conceivable that the cyclone separator can be used in a first separation step or as the only separation step.

Claims

1. Method for controlling an underwater cyclone separator (5) in an underwater processing system for underwater separation, wherein said cyclone separator (5) is adapted to separate hydrocarbons from water, and includes directing a predominantly water-containing liquid into the inlet (4) of the cyclone separator ( 5), extract a stream containing the essential part of the hydrocarbons from an overflow (6) from the cyclone separator (5) and mainly water from an underflow (7) from the cyclone separator (5), where the overflow (6) and the underflow (7) become individually pressurized by pumps (8, 9), the ratio between the pumping rates of the pumps (8, 9) determines the flow-split of the cyclone separator (5), characterized in that the individually pressurizing pumps (8, 9) are driven by a common motor (10) and that the ratio between the pump rates is set to correspond to a selected pressure ratio which corresponds to the selected flow division for the cyclone separator (5).

2. Method according to claim 1, characterized in that the coupling of the pumps (8, 9) to the motor (10) is done through the same shaft or through a gearbox either between the pumps or between the pumps and the motor.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the overflow rate is adjusted by a flow regulator (13) in the overflow (6).

4. Method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that part of the pressurized underflow (7) is recycled to upstream of the cyclone separator (5).

5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that mainly water-containing liquid is directed to the cyclone separator (5) from a gravity separator (2).

6. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the mainly water-containing liquid is directed to the cyclone separator (5) from a sand separation unit (14).

7. Method according to claim 6, characterized in that the sand separation unit (14) is flushed with water from the underflow (7) of the cyclone separator (5).

8. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the water from the underflow (7) of the cyclone separator (5) is reinjected into an underground formation.

9. Method according to any one of the preceding claims 1-7, characterized in that the water from the underflow (7) of the cyclone separator (5) is released into the sea.

10. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least two cyclone separators (5) are connected in a serial configuration, and that the separators are controlled and pressurized by pumps driven by the same engine