NO333244B1 - Roterende trykkreduksjonsturbin med tannhjul for bronnstrom med hydraulisk kraftoverforing for drift av stromgenerator - Google Patents
Roterende trykkreduksjonsturbin med tannhjul for bronnstrom med hydraulisk kraftoverforing for drift av stromgenerator Download PDFInfo
- Publication number
- NO333244B1 NO333244B1 NO20093508A NO20093508A NO333244B1 NO 333244 B1 NO333244 B1 NO 333244B1 NO 20093508 A NO20093508 A NO 20093508A NO 20093508 A NO20093508 A NO 20093508A NO 333244 B1 NO333244 B1 NO 333244B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- turbine
- underwater
- hydraulic
- pressure reduction
- pump
- Prior art date
Links
- 230000009467 reduction Effects 0.000 title claims abstract description 37
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 7
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 8
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 15
- 239000002360 explosive Substances 0.000 abstract description 4
- 239000010720 hydraulic oil Substances 0.000 abstract description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 22
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 19
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 5
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- RLQJEEJISHYWON-UHFFFAOYSA-N flonicamid Chemical compound FC(F)(F)C1=CC=NC=C1C(=O)NCC#N RLQJEEJISHYWON-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 230000009469 supplementation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
- E21B41/0085—Adaptations of electric power generating means for use in boreholes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2220/00—Application
- F05B2220/60—Application making use of surplus or waste energy
- F05B2220/602—Application making use of surplus or waste energy with energy recovery turbines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/50—Hydropower in dwellings
Abstract
Oppfinnelsen angår en roterende trykkreduksjonsturbin 1 for hydrokarbon brønnstrøm som driver en hydraulisk pumpe 2 og som er tilkoplet et rørsystem i en brønnstrøm med flenser på innløpssiden ID og utløpssiden 1H av turbinen. Trykkreduksjonsturbinen har to brede tannhjul (IA og IB) i inngrep. med hverandre, montert på tvers av brønnstrømmen. En avlederplate (IL) ved brønnstrøminnløpet ID deler brønnstrømmen. Halvparten av brønnstrømmen ledes mot yttersidene av de to tannhjulene (IA. og IB) og driver tannhjulene med motsatt rotasjon. Turbinen konstrueres for å gi et stort trykkfall. Det blir utstrakt bruk av keramikk i turbinhuset 1C. i turbinens innløp ID og i turbinens utløp 1H for å motstå erosjonsslitasje. En hydraulisk pumpe (2) får tilført det samlede dreiemomentet via turbinakslingen (1E) som er opplagret med to glidelager 1F og IN og er koplet til pumpen via et dynamisk tetnings arrangement 3. Alternativt kan dreiemomentet fra turbinen overføres til pumpen uten dynamisk tetning, via en magnetkopling. I en undervannsutførelse blir turbinen 1 med pumpe 2. utstyrt med et arrangement for til eller fråkopling via et undervanns verktøysystem slik at utstyret kan trekkes og installeres fra et overflatefartøy. Den hydrauliske pumpen 2 fører hydraulikkolje ved høyt trykk ut i et rørsystem 6 der hydraulisk energi, eventuelt fra flere slike kraftkilder, føres frem til en felles hydraulisk motor 7 som driver en elektrisk generator 8.1 overflateutførelse plasseres generatoren i et ikke eksplosivt miljø, eksempelvis en overtrykkskonteiner 11.1 undervannsutførelse kan strømgeneratoren S med hydraulisk motor 7 og øvrig kontrollutrustning. ventiler 10. kontrollenhet 13. og eventuelt en batteripakke kombineres i en modul som kan frakoples undervannsutstyret og trekkes til overflaten via et undervanns verktøysystem.
Description
ROTERENDE TRYKKREDUKSJONSTURBIN MED TANNHJUL FOR BRØNNSTRØM MED HYDRAULISK KRAFTOVERFØRING FOR DRIFT AV STRØMGENERATOR
Oppfinnelsen vedrører et system for å omdanne energipotensialet fra trykkreduksjon av en hydrokarbonbrønnstrøm til elektrisk energi som angitt i innledningen til det medfølgende krav 1, nærmere bestemt en roterende trykkreduksjonsturbin bestående av en turbin med tannhjul, kombinert med en hydraulisk pumpe som inngår i et pro-duksjonsrørsystem for en produksjonsinstallasjon til havs, en installasjon på land, eventuelt en undervannsinstallasjon. Strømningsenergien omdannes til elektrisk energi ved at turbinen driver en hydraulisk pumpe som fører hydraulikkolje ved høyt trykk ut i et rørsystem der hydraulisk energi, eventuelt fra flere slike kraftkilder, føres frem til en felles hydraulisk motor som driver en elektrisk generator.
Oppfinnelsen kan bidra til å løse kraftbehov på overflaten og under vann, samtidig som den kan produsere energi uten utslipp av drivhusgasser til atmosfæren.
I en overflateapplikasjon vil miljøaspektet ved teknikken være viktig. Når elektrisk energi produseres fra tilgjengelig energi fra en brønnstrøm, reduseres behovet for å produsere strøm via gassturbiner på en produksjonsinnretning og dermed reduseres utslipp av C02og NOxtil omgivelsene. Petroleumsvirksomheten på norsk kontinental-sokkel står pr. 2007 for ca. 31 % av C02-utslippene og ca. 24 % av utslippene av NOx. Gassturbiner står for ca. 75 % av dette C02-utslippet, dvs. rundt 10 millioner tonn pr. o
ar.
På eldre produksjonsplattformer er det ofte energikrevende drift, blant annet med vanninjeksjon i reservoaret, samtidig som tilgang på gass for drift av turbinene kan bli utilstrekkelig. Krafttilskudd gjennom generering av elektrisk energi fra brønnstrøm er et miljøvennlig og rimelig alternativ til elektrifisering fra land, gass fra andre installasjoner eller bruk av annet drivstoff til å produsere elektrisk strøm.
I en stor del av dagens feltutbygginger inngår undervannsbrønner som er knyttet til faste produksjonsplattformer, flytende produksjonsinnretninger kombinert med under- vannsbrønner, satellittbrønner knyttet til eksisterende undervanns infrastruktur og undervannsinstallasjoner knyttet direkte til en installasjon på land. De senere årene har det også kommet til undervanns prosessanlegg som er relativt kraftkrevende.
For undervannsinstallasjoner er det installert en trykkreduksjonsventil på selve brønn-hodeutstyret, oppstrøms en eventuell undervanns manifold. Det er normalt også installert en strupeventil for trykkreduksjon av væskestrømmen fra rørledningen fra un-dervannsinstallasjonene, oppstrøms av prosessen på produksjonsinnretningen. Denne kan erstattes av en turbin og gi et krafttilskudd ombord på plattformen. I dette tilfellet vil en stor del av trykkfallet bli tatt ut gjennom strupeventilen på undervannsinstalla-sjonen.
Elektrisk energi distribueres til undervannsinstallasjoner via høyspente strømkabler fra gassturbiner på faste eller flytende produksjonsplattformer, eventuelt fra land. Det er store tap ved overføring av kraft til undervannsinstallasjoner over lange avstander. Ved introduksjon av nye funksjoner på eksisterende undervannsinstallasjoner kan det bli utilstrekkelig strømforsyning fra produksjonsanlegget.
Det kan være aktuelt å installere undervannsturbiner og undervannsgeneratorer for å utnytte dette energipotensialet etter de samme prinsippene som vil gjelde for en overflateinstallasjon. Forskjellen blir at utstyret og hydraulisk og elektrisk distribusjon av energi vil bli tilpasset bruk under vann, og problemstillingen med sertifisering for eksplosivt område er ikke relevant. Trolig er dette mest aktuelt når det er behov for mer elektrisk energi i forbindelse med oppgradering av eksisterende undervannsutstyr med ny funksjonalitet.
Kostnadene ved å legge undervannskabler er store. Integrasjon av en ny strømkabel for en eksisterende undervannsinstallasjon kan bli vanskelig og for omfattende til at kostnadene kan forsvares. Strømgeneratoren kan fungere i kombinasjon med en undervanns batteripakke for å lade denne.
Fra patentlitteraturen hitsettes som bakgrunnsteknikk:
US 2008/0047753 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 magnetkopling.
NO 323524 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, er en nedi hulls applikasjon og omformer brønnstrømsenergi til elektrisitet gjennom et annet prinsipp enn den omsøkte oppfinnelsen.
NO 315577 Bl beskriver en nedihulls turbin/strømgeneratorkombinasjon lukket i et hus som er koplet inn i en brønnstrøm via en tverrforskjøvet sidekanal, med perma-nentmagnet og en energiomformer med forbindelse til en elektrisitetsforsyningsenhet.
NO 325981 beskriver et apparat som innbefatter to skovlhjul, beregnet på regulering av energipotensialet i et hvilket som helst slags fluid. Det er ikke beskrevet hvordan en slik turbin er tenkt koplet til en strømgenerator, noe som er av vesentlig betydning for en praktisk integrasjon i et undervanns produksjonssystem, eller for å oppnå ATEX-godkjenning for den aktuelle applikasjonen ombord på en produksjonsplattform. Omsøkte oppfinnelse er en fullstendig systemløsning for produksjon av elektrisk kraft fra energipotensialet i forbindelse med trykkreduksjon i en hyd roka rbonstrøm, og en girturbin er ett av flere elementer som inngår i løsningen. Det blir benyttet forskjellig teknikk i turbinløsningene.
Oppfinnelsen har til formål å omdanne brønnstrømsenergi til miljøvennlig elektrisk energi og frembringe et trykkfall i brønnstrømmen.
De største produksjonsplattformene kan ha 30 produksjonsbrønner eller mer. På faste installasjoner er brønnhodeutstyret plassert på overflaten, og brønnstrømmen passerer en strupeventil før den går videre i prosessen. Brønnstrømmen fra undervanns-brønner går først gjennom en strupeventil på undervannsbrønnutstyret, og når brønn-strømmen, eventuelt fra flere brønner, kommer opp til en overflateinstallasjon,
passerer den gjennom en overflatemontert strupeventil før den går videre i prosessen.
En oljebrønn produserer eksempelvis 20.000 fat i døgnet. Effekten som kan hentes ut, avhenger av systemets virkningsgrad og trykkfallet som tas over turbinen. Trykkfallet over strupeventilene på enkelte installasjoner kan være over 100 bar. En turbinløsning med tannhjul er utformet for å oppnå høy virkningsgrad. Varm brønnstrøm med pro-dusert vann og sedimenter krever gode sliteegenskaper for en roterende turbin.
Systemet kan produsere miljøvennlig energi som et supplement til annen strømpro-duksjon på en produksjonsplattform. I undervannsutførelse kan systemet benyttes som et supplement til annen strømforsyning når det er ønske om å innføre nytt utstyr som krever ekstra energi.
Formålet oppnås ved trekk angitt i nedenstående beskrivelse og etterfølgende patent-krav.
Oppfinnelsen vedrører et kraftgenereringssystem for produksjon av elektrisk energi som består av en roterende trykkreduksjonsturbin som erstatter en trykkreduksjonsventil som i dag benyttes til å redusere hydrokarbonbrønnstrømstrykket, samtidig som den omsetter trykkfallet i brønnstrømmen til hydraulisk energi for kraftoverføring og drift av en separat, hydraulisk drevet elektrisk generatorenhet. Trykkreduksjonsenhe-ten er konstruert spesielt for drift med en brønnstrøm som energikilde. Enheten konstrueres for å gi et stort trykkfall, og er et alternativ til en trykkreduksjonsventil i et brønnstrømsrørsystem.
Den roterende trykkreduksjonsturbinen med påmontert hydraulisk pumpe installeres i rørsystemet ut fra brønnutstyret, typisk nedstrøms av en strupeventil. Strupeventilen åpnes slik at hele eller deler av trykkfallet i hydrokarbonstrømmen tas over turbinen. Isolasjonsventiler og tilkoplinger kan ha forskjellig utforming avhengig av den aktuelle installasjonen og om det dreier seg om en overflate- eller undervannsapplikasjon. Dis-se elementene inngår i systemløsningen av operasjonelle hensyn, men er ikke en del av oppfinnelsen. Isolasjonsventiler blir benyttet til å stenge rørforbindelsene i forbindelse med at enheten installeres eller demonteres for utskifting.
Oppfinnelsen vedrører mer spesifikt en roterende trykkreduksjonsturbin for en hydro-karbonbrønnstrøm, hvor trykkreduksjonsturbinen er innrettet til å kunne drive en hydraulisk pumpe som via et hydraulisk distribusjonssystem er tilknyttet en hydraulisk motor og er innrettet til å kunne forsyne motoren med et drivmedium for drift av en tilknyttet elektrisk generator, et første og et andre tannhjul som er i inngrep med hverandre, er opplagret på tvers av en strømningsretning i et turbinhus som er forsynt med et innløp og et utløp, og en strømningsplate er anordnet ved innløpet og er innrettet til å kunne dele brønnstrømmen og å lede en første og en andre delstrøm mot yttersidene av det første og det andre tannhjulet, kjennetegnet ved at
den hydrauliske pumpen via en turbinaksling er dreiestivt forbundet med ett av det første og det andre tannhjulet,
turbinakslingen er opplagret i to glidelager og er omsluttet av et arrangement innrettet til dynamisk akseltetning ved injeksjon av en sperrevæske, alternativt at det dynamiske tetningsarrangementet er erstattet av en magnetkopling som er innrettet til å kunne overføre dreiemomentet fra turbinen til den hydrauliske pumpen, og
den elektriske generatoren og den tilknyttede hydrauliske motoren i en overfla-teutførelse er plassert i en overtrykksbeholder, eller at den elektriske strømgenerato-ren i en undervannsutførelse er koplet til den hydrauliske motoren via en magnetkopling.
Trykkreduksjonsturbinen med den hydrauliske pumpen kan i undervannsutførelsen være forsynt med et arrangement for til- eller fråkopling av prosesskoplinger og hydrauliske tilkoplinger via et undervannsverktøysystem, slik at utstyret kan trekkes og installeres fra et overflatefartøy, idet strømgeneratoren, den hydrauliske motoren, kontrollventiler og en kontrollenhet er montert i en undervannsmodul, og strømgene-ratoren og den hydrauliske motoren med kontrollventilene og kontrollenheten er forsynt med et arrangement for mekanisk, elektrisk og hydraulisk fra- eller tilkopling via undervannsverktøysystemet, slik at utstyret kan trekkes og installeres fra overflate-fartøyet.
I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser en skjematisk fremstilling av et anlegg for produksjon av elektrisk kraft via en generator som drives av en hydraulikkmotor som forsynes med et hydraulisk drivmedium fra et distribusjonssystem som står i forbindelse med et antall pumper som blir drevet av brønnstrømsturbiner. Fig. 2A og fig. 2B viser i henholdsvis lengdesnitt og tverrsnitt av en enhet bestående av en trykkreduksjonsturbin i et turbinhus forbundet med en hydraulisk pumpe via et dynamisk tetningsarrangement. I en alternativ utførelses-form kan en dynamisk tetning erstattes av en magnetkopling i et kop-lingshus.
Fig. 3A og fig. 3B viser komponentenes utside.
Fig. 4 viser en perspektivskisse av enheten.
I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger.
Figurene 1-4 viser følgende komponenter:
1 Roterende trykkreduksjonsturbin
IA Hovedtannhjul forbundet med turbinakslingen
IB Sekundært tannhjul
1C Turbinhus
ID Innløp til trykkreduksjonsturbinen
1E Turbinaksling
1F Keramisk sideplate for turbinhus med opplagring av tannhjul og turbinaksling
1G Keramisk sideplate for turbinhus med opplagring av tannhjul 1H Utløp fra trykkreduksjonsturbinen
II Keramisk foringsplate rundt tannhjulene
1J Halvdeler av keramisk foring i innløpet til turbinen IK Halvdeler av keramisk foring i utløpet fra turbinen
IL Første strømningsplate på innløpssiden
IM Andre strømningsplate på utløpssiden
IN Keramisk glidelager for turbinakslingen
2 Hydraulisk pumpe
3 Dynamisk tetningsarrangement for turbinaksling
3A Pakningshus for dynamisk akseltetning
3B Dynamisk akseltetning
3C Injeksjonssystem for sperrevæske
3D Injeksjonsport for sperrevæske i pakningshuset
3E Utløpsport for sperrevæske i pakningshuset
3F Utløpsport for sperrevæske i pakningshuset
4 Strupeventil for brønnstrøm oppstrøms trykkreduksjonsturbinen.
5 Brønnstrøm til strupeventil
6 Hydraulisk ringledning for energioverføring til hydraulisk motor
7 Hydraulisk motor for drift av elektrisk generator
8 Elektrisk generator
9 Kopling mellom hydraulisk motor og elektrisk generator
10 Hydraulisk kontrollventil for regulering av hydraulisk motor
11 Overtrykksbeholder, Eex-p i overflate applikasjon - eventuelt undervannsmodul
12 Trykktransmitter på utløpet fra trykkreduksjonsturbinen
13 Kontrollenhet for styring av generatorpådrag og kontrollventil for pumpe
14 Utløp fra trykkreduksjonsturbin til rørledning/prosess
Fig. 1 viser en skjematisk fremstilling av et anlegg for produksjon av elektrisk kraft fra trykkreduksjon i en brønnstrøm. En roterende trykkreduksjonsturbin 1 er koplet til en hydraulisk pumpe 2 via en aksling 1E (se fig. 2A) som omsluttes av et dynamisk tetningsarrangement 3. Trykkreduksjonsturbinen 1 er vist nedstrøms en strupeventil 4. Strupeventilen 4 er helt eller delvis åpen, og trykkreduksjonsturbinen 1 overtar funk-sjonen som strupeventilen 4 normalt har i forbindelse med trykkreduksjon av fluid-strømmen 5 fra den produserende brønnen. Det er utstrakt bruk av keramikk i turbin-konstruksjonen for å motstå slitasje. Fig. 2A viser et lengdesnitt av trykkreduksjonsturbinen 1, pumpen 2 og tetningsarrangementet 3. Turbinen 1 består av to keramiske tannhjul IA, IB montert i et turbinhus 1C, på tvers av innløpssiden ID til turbinen. Tannhjulene IA, IB går i inngrep med hverandre på midten, og det samlede dreiemomentet overføres til pumpen 2 via en opplagret turbinaksling 1E fra hovedtannhjulet IA. Sylindriske endetapper på de keramiske tannhjulene IA, IB samt turbinakslingen 1E er opplagret i to keramiske sideplater 1F, 1G. Fig. 2B viser et tverrsnitt av trykkreduksjonsturbinen 1. Tannhjulene IA, IB er kapslet i turbinhuset 1C som er montert inn på en rørseksjon via flenser ID, 1H på henholdsvis innløpssiden og utløpssiden av turbinen. Turbinhuset IA er foret innvendig med keramiske elementer II rundt tannhjulene IA, IB og med keramiske elementer 1J, IK innvendig i henholdsvis turbinens innløp ID og utløp 1H for å motstå erosjon fra partikler i brønnstrømmen.
Brønnstrømmen deles av en første strømningsplate IL i strømningsinnløpet ID slik at væsken ledes mot yttersidene av de to tannhjulene IA og IB i mellomrommet mellom tennene og den keramiske foringen i turbinhuset II, og tannhjulene IA, IB drives rundt med motsatt rotasjon. Når brønnstrømmen kommer ut fra tannhjulene IA, IB, ledes de to væskestrømmene via en andre strømningsplate IM mot utløpssiden 1H av turbinen 1.
Utløpets 1H strømningsplate IM utstyres med ventilasjonsåpninger for å unngå trykk-koppbygging og ansamling av partikler når tannhjulene IA, IB fører væske inn i om-rådet mellom strømningsplatene IL, IM i midten av turbinen 1, der tannhjulene IA, lb går i inngrep med hverandre. Undertrykk på nedstrømssiden bidrar til at væsken suges ut gjennom åpningene i midten av den andre strømningsplaten IM og blander seg med den øvrige væsken som passerer turbinhjulene IA og IB.
Fig. 2A viser et lengdesnitt av turbinen 1, pumpen 2 og turbinakslingen 1E som er opplagret i et keramisk glidelager IN i overgangen mellom turbinhuset 1C og et pakningshus 3A. Akslingen 1E omsluttes av et dynamisk tetningsarrangement 3, konstruert for å forhindre gasslekkasje fra turbinen 1 til det ytre miljø.
I en foretrukket utførelse er turbinakslingen 1E forbundet med den hydrauliske pumpen 2 som blir montert på den ytterste enden av pakningshuset 3A. Pakningshuset 3A omslutter et arrangement 3B for dynamisk akseltetning, eksempelvis av type Burg-mann SHFV-D. Sperrevæske injiseres inn i den dynamiske akseltetningen 3B fra et system 3C som er forbundet med akseltetningen 3B via en injeksjonsport 3D i pak ningshuset 3A. Returvæske fra den dynamiske akseltetningen 3B føres tilbake til in-jeksjonssystemet for sperrevæske 3C via en forbindelse fra utløpsportene 3E og 3F i pakningshuset 3A.
Alternativt kan en magnetkopling benyttes mellom turbinen 1 og pumpen 2 for å unngå dynamisk tetning.
Fig. 1 viser at trykkreduksjonsturbinen 1 driver den hydrauliske pumpen 2 som fører hydraulikkolje ved høyt trykk ut i et rørsystem 6 der hydraulisk energi, eventuelt ge-nerert fra flere tilsvarende kombinerte turbin- og pumpeenheter, samles og føres frem til en hydraulisk motor 7 som driver en elektrisk generator 8 via en kopling 9 for produksjon av elektrisk kraft. En hydraulisk kontrollventil 10 monteres inn i den hydrauliske kretsen 6 for regulering av den hydrauliske motoren 7.
Generatoren 8 med drivmotor 7 og kontrollutrustning 10 og 13 plasseres fortrinnsvis i et ikke eksplosivt område for å kunne benytte standard utrustning. En slik løsning er å plassere det elektriske utstyret i en beholder 11 med overtrykk, klassifisert som såkalt EEx-p, som er kjent teknikk. Generatoren 8 med hydraulisk drivmotor 7 dimensjone-res og tilpasses effekten til det aktuelle kraftgenereringssystemet.
I en undervannsanvendelse bortfaller problemstillingen med eksplosiv sone. Utstyret som i en overflateapplikasjon er montert i en EEx-p-beholder 11, kan monteres i en felles undervanns utstyrsmodul. I en undervannsløsning er det aktuelt å integrere en batteripakke for å gi strøm når enheten ikke produserer strøm.
Enheten installeres typisk nedstrøms av en eksisterende strupeventil 4 som eventuelt tar noe av trykkfallet, avhengig av aktuell brønnstrøm, produksjonskontroll etc. En
trykktransmitter 12 på utløpet fra trykkreduksjonsturbinen 1 er koplet til en kontrollenhet 13 som styrer pådraget til generatoren 8 og den hydrauliske kontrollventilen 10 for å opprettholde ønsket trykk på nedstrømssiden 14 fra trykkreduksjonsturbinen og ønsket arbeidstrykk i den hydrauliske ringledningen 6 for energioverføring til den hydrauliske motoren 7 som driver generatoren 8 via en kopling 9. I en undervannsutførel-se er en foretrukket løsning at koplingen 9 er en magnetkopling.
Rørseksjonen med turbin 1 og pumpe 2 utstyres med et arrangement for til- og fråkopling i forbindelse med installasjon eller demontering, alternativt via operasjon med et fjernoperert verktøysystem i en undervannsapplikasjon. Tilkoplingspunktene på det øvrige rørsystemet utstyres med et koplingssystem og isolasjonsventiler.
Claims (2)
1. Roterende trykkreduksjonsturbin (1) for en hydrokarbonbrønnstrøm, hvor trykkreduksjonsturbinen (1) er innrettet til å kunne drive en hydraulisk pumpe (2) som via et hydraulisk distribusjonssystem (6) er tilknyttet en hydraulisk motor (7) og er innrettet til å kunne forsyne motoren (7) med et drivmedium for drift av en tilknyttet elektrisk generator (8), et første og et andre tannhjul (IA, IB) som er i inngrep med hverandre, er opplagret på tvers av en strømningsretning i et turbinhus (1C) som er forsynt med et innløp (ID) og et utløp (1H), og en første strømningsplate (IL) er anordnet ved innløpet (ID) og er innrettet til å kunne dele brønnstrømmen og å lede en første og en andre delstrøm mot yttersidene av det første og det andre tannhjulet (IA, IB),karakterisert vedat
den hydrauliske pumpen (2) via en turbinaksling (1E) er dreiestivt forbundet med ett av det første og det andre tannhjulet (IA, IB),
turbinakslingen (1E) er opplagret i to glidelager (1F, IN) og er omsluttet av et arrangement (3) innrettet til dynamisk akseltetning ved injeksjon av en sperrevæske, alternativt at det dynamiske tetningsarrangementet er erstattet av en magnetkopling som er innrettet til å kunne overføre dreiemomentet fra turbinen (1) til den hydrauliske pumpen (2), og
den elektriske generatoren (8) og den tilknyttede hydrauliske motoren (7) i en overflateutførelse er plassert i en overtrykksbeholder (11), eller at den elektriske strømgeneratoren (8) i en undervannsutførelse er koplet til den hydrauliske motoren (7) via en magnetkopling (9).
2. Roterende trykkreduksjonsturbin (1) ifølge krav 1,karakterisert vedat
trykkreduksjonsturbinen (1) med den hydrauliske pumpen (2) i un-dervannsutførelsen er forsynt med et arrangement for til- eller fråkopling av prosesskoplinger og hydrauliske tilkoplinger via et undervannsverktøysystem, slik at utstyret kan trekkes og installeres fra et overflatefartøy,
strømgeneratoren (8), den hydrauliske motoren (7), kontrollventiler (10) og en kontrollenhet (13) er montert i en undervannsmodul (11), og
strømgeneratoren (8) og den hydrauliske motoren (7) med kontrollventilene (10) og kontrollenheten (13) er forsynt med et arrangement for mekanisk, elektrisk og hydraulisk fra- eller tilkopling via undervannsverktøy-systemet, slik at utstyret kan trekkes og installeres fra overflatefartøyet.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20093508A NO333244B1 (no) | 2009-12-11 | 2009-12-11 | Roterende trykkreduksjonsturbin med tannhjul for bronnstrom med hydraulisk kraftoverforing for drift av stromgenerator |
BR112012013967A BR112012013967A2 (pt) | 2009-12-11 | 2010-12-09 | turbina rotativa de redução de pressão com rodas dentadas para um poço de fluxo tendo uma transmissão hidráulica para operação de um gerador de energia elétrica |
AU2010328740A AU2010328740B2 (en) | 2009-12-11 | 2010-12-09 | Rotating pressure reduction turbine with cog wheels for a well stream having a hydraulic power transmission for operation of an electricity generator |
US13/514,819 US20120292909A1 (en) | 2009-12-11 | 2010-12-09 | Rotating pressure reduction turbine with cog wheels for a well stream having a hydraulic power transmission for operation of an electricity generator |
EP10836258.3A EP2510186B1 (en) | 2009-12-11 | 2010-12-09 | Rotating pressure reduction turbine with cog wheels for a well stream having a hydraulic power transmission for operation of an electricity generator |
PCT/NO2010/000455 WO2011071392A1 (en) | 2009-12-11 | 2010-12-09 | Rotating pressure reduction turbine with cog wheels for a well stream having a hydraulic power transmission for operation of an electricity generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20093508A NO333244B1 (no) | 2009-12-11 | 2009-12-11 | Roterende trykkreduksjonsturbin med tannhjul for bronnstrom med hydraulisk kraftoverforing for drift av stromgenerator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO20093508A1 NO20093508A1 (no) | 2011-06-14 |
NO333244B1 true NO333244B1 (no) | 2013-04-15 |
Family
ID=44145760
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO20093508A NO333244B1 (no) | 2009-12-11 | 2009-12-11 | Roterende trykkreduksjonsturbin med tannhjul for bronnstrom med hydraulisk kraftoverforing for drift av stromgenerator |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20120292909A1 (no) |
EP (1) | EP2510186B1 (no) |
AU (1) | AU2010328740B2 (no) |
BR (1) | BR112012013967A2 (no) |
NO (1) | NO333244B1 (no) |
WO (1) | WO2011071392A1 (no) |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9574425B2 (en) | 2012-07-12 | 2017-02-21 | Halliburton Energy Services, Inc. | Downhole power generation using hydraulic flow regulation |
BR102015020512A2 (pt) * | 2015-08-25 | 2017-03-01 | Fmc Technologies Brasil Ltda | ferramenta submarina geradora de potência elétrica |
US10458206B2 (en) * | 2016-10-06 | 2019-10-29 | Saudi Arabian Oil Company | Choke system for wellhead assembly having a turbine generator |
US11194301B2 (en) * | 2018-03-16 | 2021-12-07 | Uop Llc | System for power recovery from quench and dilution vapor streams |
US10907622B2 (en) | 2018-05-02 | 2021-02-02 | Sherman Production Solutions, Llc | Reciprocating injection pump and method of use |
US11519397B2 (en) | 2018-05-02 | 2022-12-06 | Sherman Production Solutions, Llc | Reciprocating injection pump and method of use |
US11486370B2 (en) | 2021-04-02 | 2022-11-01 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Modular mobile heat generation unit for generation of geothermal power in organic Rankine cycle operations |
US11480074B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-10-25 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods utilizing gas temperature as a power source |
US11293414B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-04-05 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power in an organic rankine cycle operation |
US11359576B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-06-14 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods utilizing gas temperature as a power source |
US11421663B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-08-23 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power in an organic Rankine cycle operation |
US11493029B2 (en) | 2021-04-02 | 2022-11-08 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig |
US11592009B2 (en) | 2021-04-02 | 2023-02-28 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig |
US11644015B2 (en) | 2021-04-02 | 2023-05-09 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig |
US11280322B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-03-22 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems for generating geothermal power in an organic Rankine cycle operation during hydrocarbon production based on wellhead fluid temperature |
CN117375327B (zh) * | 2023-10-23 | 2024-03-22 | 西湖大学 | 一种水下带位置反馈的轴向磁通电机 |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2439427A (en) * | 1943-04-20 | 1948-04-13 | Gulbert | Replaceable tooth structure |
US3280756A (en) * | 1964-12-21 | 1966-10-25 | Clark Equipment Co | Gear pump or motor |
US3575535A (en) * | 1969-04-21 | 1971-04-20 | Frederick H Bickar | Additive proportioning, positive displacement, pumplike device |
US4369373A (en) * | 1977-09-06 | 1983-01-18 | Wiseman Ben W | Method and apparatus for generating electricity from the flow of fluid through a well |
US4668341A (en) * | 1984-10-29 | 1987-05-26 | Kamyr Ab | Method and apparatus for producing mechanical pulp with a steam turbine driven refiner |
GB9200217D0 (en) * | 1992-01-07 | 1992-02-26 | Snell Michael J | Water turbines |
AU6335296A (en) | 1995-06-23 | 1997-01-22 | Baker Hughes Incorporated | Downhole apparatus for generating electrical power in a well |
US6672409B1 (en) * | 2000-10-24 | 2004-01-06 | The Charles Machine Works, Inc. | Downhole generator for horizontal directional drilling |
US6717283B2 (en) * | 2001-12-20 | 2004-04-06 | Halliburton Energy Services, Inc. | Annulus pressure operated electric power generator |
US6745844B2 (en) * | 2002-03-19 | 2004-06-08 | Halliburton Energy Services, Inc. | Hydraulic power source for downhole instruments and actuators |
EP1353038A1 (en) * | 2002-04-08 | 2003-10-15 | Cooper Cameron Corporation | Subsea process assembly |
US20050139393A1 (en) * | 2003-12-29 | 2005-06-30 | Noble Drilling Corporation | Turbine generator system and method |
US7190084B2 (en) * | 2004-11-05 | 2007-03-13 | Hall David R | Method and apparatus for generating electrical energy downhole |
US8033328B2 (en) * | 2004-11-05 | 2011-10-11 | Schlumberger Technology Corporation | Downhole electric power generator |
WO2007036944A2 (en) * | 2005-09-30 | 2007-04-05 | Hydro-Industries Tynat Ltd. | Self-powered non-contact water appliance |
NO325981B1 (no) * | 2006-07-03 | 2008-08-25 | Energreen As | Apparat og framgangsmate for regulering av energipotensialet i en fluidstreng som befinner seg i et ror |
NO329392B1 (no) * | 2009-02-09 | 2010-10-11 | Tool Tech As | Trykkreduserende turbin med stromgenerator anordnet i en bronnstrom |
-
2009
- 2009-12-11 NO NO20093508A patent/NO333244B1/no unknown
-
2010
- 2010-12-09 US US13/514,819 patent/US20120292909A1/en not_active Abandoned
- 2010-12-09 BR BR112012013967A patent/BR112012013967A2/pt not_active Application Discontinuation
- 2010-12-09 EP EP10836258.3A patent/EP2510186B1/en active Active
- 2010-12-09 WO PCT/NO2010/000455 patent/WO2011071392A1/en active Application Filing
- 2010-12-09 AU AU2010328740A patent/AU2010328740B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2510186A1 (en) | 2012-10-17 |
NO20093508A1 (no) | 2011-06-14 |
US20120292909A1 (en) | 2012-11-22 |
BR112012013967A2 (pt) | 2016-06-07 |
WO2011071392A1 (en) | 2011-06-16 |
EP2510186B1 (en) | 2019-04-03 |
AU2010328740B2 (en) | 2014-05-22 |
EP2510186A4 (en) | 2017-03-22 |
AU2010328740A1 (en) | 2012-06-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO333244B1 (no) | Roterende trykkreduksjonsturbin med tannhjul for bronnstrom med hydraulisk kraftoverforing for drift av stromgenerator | |
CA2884399C (en) | Means and methods for energy storage | |
US7958716B2 (en) | Gas production well secondary purpose turbine electric power generator system | |
CN101896396B (zh) | 远程动力产生组件 | |
AU2012216365A1 (en) | Rotors | |
BR122020025361B1 (pt) | Método para misturar um fluido de fraturamento para entrega a um furo de poço a ser fraturado e sistema para misturar um fluido de fraturamento para entrega a um furo de poço a ser fraturado | |
US20140265326A1 (en) | System, method, and apparatus for generating power from pressurized natural gas | |
NO328051B1 (no) | Kraftverk, fremgangsmate for kraftproduksjon, samt anvendelse av kraftverket. | |
US9337704B1 (en) | System for electricity generation by utilizing flared gas | |
US20070120367A1 (en) | Method and system for generating electricity utilizing naturally occurring gas | |
CN2934640Y (zh) | 高油压转桨式水轮机调速器 | |
KR20060120873A (ko) | 수력발전기 시스템 | |
US20230094924A1 (en) | Wellhead Pressure Reduction and Power Generating Assembly | |
CN103459841A (zh) | 用于在水下环境中储存能量并产生功率和热的方法和系统 | |
NO332975B1 (no) | Kombinert trykkreguleringssystem og -enhet for barriere- og smorefluider for en undersjoisk motor- og pumpemodul | |
NO329392B1 (no) | Trykkreduserende turbin med stromgenerator anordnet i en bronnstrom | |
WO1997023708A1 (en) | Wellhead apparatus | |
CN107917074A (zh) | 一种给恒压储气源供气的专用空压机系统 | |
KR101954469B1 (ko) | 동력전달장치 | |
RU2388920C1 (ru) | Газоперекачивающая станция на морской платформе | |
CN208746201U (zh) | Lng双燃料发动机发电平台 | |
KR20090011190A (ko) | 전기유압 모터 발전기 | |
GB2388164A (en) | Intermediate booster pumping station | |
CN219826935U (zh) | 透平发电装置 | |
RU2338907C1 (ru) | Газотурбинная установка для производства электроэнергии, сжатого воздуха и механического привода оборудования |