NO334712B1 - Havbunnsprosessenhet - Google Patents

Abstract

En undervannsprosess-sammenstilling for separasjon av en flerfasestrøm, hvilken sammenstilling omfatter: et innløp for et flerfasemedium; en trykkreduserende innretning for å redusere trykket i flerfasestrømmen fra innløpet og for å danne en energikilde; en flerfaseseparator for å separere flerfaseinngangen i individuelle faser; og et pumpesystem for i bruk å pumpe i det minste én av de ønskede individuelle faser til et leveringspunkt ved å benytte i det minste noe av energien fra energikilden.

Description

Oppfinnelsen vedrører en undervannsprosess-sammenstilling som kan brukes ved utvinning av materialer så som hydrokarboner fra undervannsomgivelser, og særlig, en sammenstilling som separerer en flerfasestrøm til individuelle komponentstrøm-mer for videre tilførsel til bestemte lokaliseringer.

Den inneværende praksis for utbygging av undervannshydrokarbonfelt er generelt med en makrofeltløsning som bruker en flerhet av undervannsbrønner som er forbundet gjennom en undervannsinfrastruktur, rørledninger og stigerør til et pro-sessanlegg på overflaten, så som et flytende produksjonsfartøy eller en plattform. I mange lokaliseringer, særlig i fjerntliggende områder, er andelen av gass og vann i fluidet som produseres av brønnen betydelig, og er generelt et overskuddsprodukt, når dette sammenlignes med oljen som det vanligvis er ønskelig å hente opp. Man må kvitte seg med gassen og oljen på en sikker og ren måte som ikke skader miljøet.

En løsning for et slikt system er at gass og vann som har blitt tatt ut av brøn-nen og som separeres ved overflaten kan pumpes tilbake til havbunnen for å reinjiseres ved havbunnen, inn i undervannsbrønner. Denne reinjeksjonen reduserer hastigheten på fallet av reservoartrykket, hvilket gjør at feltet kan produsere lenger. For å øke produksjonsmengde må det tilføres energi til produksjonsstrømmen ved bruk av enten nedihullsmetoder eller undervannsmetoder.

Samlet krever den inneværende løsning et komplekst feltproduksjonssystem som har tallrike rørledninger, slik at man pådrar seg en høy kapitalkostnad ved feltet og høye driftskostnader. Denne høye kostnaden reduserer det kommersielle taket for gjennomførbar drift av feltet. Etter som feltet modnes og produksjonen faller nås et nivå hvor betydelige resurser forblir på stedet, men hvor det ikke lenger er kommersi-elt gjennomførbart å drive brønnene.

Den strømmen som oppnås fra en undervannsbrønn blir konvensjonelt ledet til et produksjonsfartøy på overflaten. Mottrykk mot brønnen reduserer produksjonsmengden og frembringer et tidlig fall i brønnenes produserende levetid, etter som reservoartrykket i bunnen av brønnen må overvinne det hydrostatiske trykk og trykket som forårsakes av friksjon. Brønndybden, avstanden langs havbunnen og vanndybden er derfor alle faktorer som bidrar mot reservoartrykket. Ved et visst stadium stan-ser brønnene å produsere en utnyttbar strøm når en vesentlig andel av det ønskede fluidet forblir i det område av reservoaret som dreneres av brønnen. Energi kan tilfø-res til produksjonsstrømmen, enten nedihulls, ved brønnhodet eller i stigerøret. Til-førselen av energi øker kostnaden ved brønnen, hvilket reduserer den kommersielle gjennomførbarhet av brønnen, og, i enkelte tilfelle, for hele feltet.

På dypt vann, eller for brønner i en betydelig avstand, så som over et antall kilometer fra produksjonsfartøyet på overflaten, forårsaker fallet i produksjonsmengde eller energitilførselen at den kommersielle verdi av et felt reduseres. Den tidlige manglende gjennomførbarhet av feltet betyr at betydelige verdifulle resurser, så som de ikke-utvunnede naturresurser, forblir på stedet. Følgelig, og særlig på dypt vann, resulterer de begrensede produksjonsmengder, den tidligere reduksjon og de høyere kostnader i et økt investeringskrav med en lavere grad av retur. Dette sørger for at små felt og felt av en middels størrelse ikke kan utvinnes fullt ut, hvis det i det hele tatt kan utvinnes ved bruk av inneværende praksis.

Når brønner befinner seg i en betydelig horisontal avstand langs havbunnen fra produksjonsfartøyet på overflaten, forårsakes en rekke betydelige problemer, så som støtvis strømning, hydrater, voksing og et økt mottrykk, av den avstand som produksjonsfluidet må forflytte seg. I tillegg kan bruk av kunstig gassløft i brønnen forverre disse problemene, hvilket gjør at rørledningene krever høyere spesifikasjoner og større diametere, hvilket øker kostnaden.

For å maksimalisere en brønns produksjonsevne betraktes brønnoperatører løsninger som er basert på makrofeltløsningen, og disse inkluderer nedihulls gassløft eller pumping, havbunnsdrift, flerfasepumping, gass/væske-separasjon, hydrokar-bon/vann-separasjon, gass/væske-separasjon for individuelle brønner og trefaseseparasjon.

Etter som trykket i reservoaret faller og det skjer ved forskjellig tempo i forskjellige deler av feltet, vil volumet som produseres fra brønnene også falle. Dette gjelder også i motsatt rekkefølge for injeksjonsbrønner. Å opprettholde en effektiv produksjonsmengde vil kreve tilføyelse av kunstig løft i brønnene, hvilket vil øke det strøm-mende trykket i brønnhodet på havbunnen. Dette betyr at i pumpede brønner vil en betydelig mengde gass fortsatt være oppløst ved brønnhodet.

Nedihullspumping bruker typisk enten elektriske nedsenkbare pumper eller hydrauliske nedsenkbare pumper som må installeres i alle blandede brønner. Årsa-ken til dette er at ikke-trykksatte brønner ikke kan strømme inn i et pumpet, trykksatt, blandet system. Man må derfor ta i bruk en fullt ut pumpet feltløsning, og pumping må installeres i enkelte brønner som kan strømme naturlig, eller de må ha sin egen rørledning, hvilket er svært kostbart. Energi og derfor kostnader blir følgelig brukt på brønner som ikke krever dette. Disse pumpene er effektive fordi de fortrinnsvis er satt i brønnen under gassboblepunktet og derfor kun behøver å pumpe en væske. Videre er den samme undervannsinfrastruktur, rørledninger og stigerørsystemer fortsatt påkrevet. Pumpekravene øker følgelig den konvensjonelle kapitalkostnad ved feltet, og øker også feltets driftskostnad.

Ved en makrofeltløsning produserer brønnene strømmene opp til under-vannstrærne, fremover til en manifold for sammenblanding, hvor strømmen fra individuelle brønner blandes sammen, og deretter strømmer flerfasefluidet til overflaten via rørledninger og stigerør. For at det skal skje en sammenblanding er det nødvendig å strupe brønner med høyere og middels trykk tilbake til det laveste trykket for en blandet brønn, hvilket gjør at man mister energi fra den flytende strømmen. For å redusere mottrykket som forårsakes av rørledningene kan det brukes metoder for å tilveiebringe energi til den flytende strømmen nedstrømsmanifolden, så som ekstra pumper. Når fluidet strømmer opp brønnen vil gassen komme ut av løsning så snart den er over boblepunktet, hvilket forårsaker en gass/væske-strøm ved brønnhodet. Slike flerfasepumper krever imidlertid ekstra energi, hvilket øker kostnaden ved denne løs-ningen. Kravene til pumping av denne frie gassen er svært forskjellige, og, i enkelte tilfelle, i motsetning til det som er påkrevet for pumping av væske, og det er derfor en designkonflikt, og det kan i beste tilfelle kun oppnås et dårlig kompromiss. Det er derfor foretrukket å separere fluidet til gass og væske som kan ledes til passende gass-pumper og væskepumper. Etter som friksjonstap langs en rørledning reduserer trykket, kommer mer og mer gass ut av væskeløsningen, og kan muligens danne gass-ansamlinger på 50 til 100 meter. Det bør overveies at denne gassen ikke behøver å pumpes, hvilket skyldes den lave friksjonsfaktoren og det lave hydrostatiske trykk i gassen, og den kan fritt bevege seg langs sin egen rørledning. Det er væskeplugge- ne som må skyves av sted av den komprimerte gassen. Energien som brukes av en flerfasepumpe for å komprimere gassen for å oppnå en trykksatt flerfasestrøm er føl-gelig unødvendig hvis det brukes en separat linje for gasstrømmen.

Undervannsgass/væske-separasjon og pumping benytter seg delvis av brønn-hodet ved havbunnen og vanndybden. Gassen separeres ved et lavere trykk enn punktet med lavest trykk i den pumpe væskerørledningen. Et slikt system er beskrevet i US 4900433, og dette bruker praksis ved boring og et konvensjonelt under-vannslederør som et separatorhus. På grunn av lederørets størrelse er en maksimal gjennomstrømning på ca 4770 m<3>pr dag det som kan forventes fra et slikt system. Systemet som er vist i US 4900433 følger konvensjonell praksis med strømning til en overflateinstallasjon, men krever nå to små rørledninger, en for gass og en for væske, istedenfor en stor flerfase produksjonsrørledning.

Fra US 5117908 fremgår det en beskrivelse av en fremgangsmåte og utstyr for å tilveiebringe energi fra oljebrønner. Petroleum gjennomgår en trykkreduksjon i en turbin og går så inn i et separasjonskammer der den separeres til væskefase og gassfase.

En alternativ separasjonsløsning er et separasjonssystem for hydrokarboner/vann. Grunnen til å separere vannet fra hydrokarbonene er at, når brønnene produseres i systemet, overflateinstallasjoner ikke behøver å håndtere det økte volum av fluid, særlig forårsaket av vannet. Ved å redusere vannet ved havbunnen kan overflateinstallasjonen operere på et større antall brønner. Olje/vann-separatorer er vanligvis gravitasjonsseparatorer og krever tilstrekkelig oppholdstid til at hydrokarbonene skal flyte opp og vannet skal synke ned. Vannet blir deretter pumpet inn i en vannin-jeksjonsbrønn hvor hydrokarboner av seg selv strømmer i en rørledning til overflate-fartøyet. Flerfase-gravitasjonsseparatoren tilveiebringer ikke energi til brønnstrøm-men, med unntak av virkningen med senere å tillate eliminering av det hydrostatiske trykk, forårsaket av fjerningen av partsialtrykket som utøves av vannet i flerfasefluidet. Denne løsningen er en løsning for å løse et spesifikt feltsymptom så som en flaskehals i toget av produksjonsfluid som er forårsaket av en standard løsning med et makrofeltsystem. For å øke produksjonsmengden kan flerfase-hydrokarbonstrømmen pumpes.

Trefaseseparasjon har blitt forsøkt, og dette har blitt basert på en makrofelt-løsning med den hensikt å bruke horisontale gravitasjonseparatorer, tilsvarende til de som brukes på overflaten, men nå på havbunnen.

En alternativ løsning er dekket i US 4848475. Det er beskrevet en produk-sjons- og prosessmetode som bruker enkeltstående enheter fra US 4900433 for hver brønn før strømmen fra brønnen kommer inn i respektive gass- og væskerørledning-er. De individuelle enheter gjør at brønnene kan strømme med sin maksimale produksjonsmengde, med separatorens driftstrykk redusert til det tilgjengelige trykk for å levere gassen og den pumpede væske til overflaten, hvor ytterligere separasjon kan skje på overflatefartøyet. Jo dypere vann brønnen er lokalisert på, jo mer effektivt er følgelig dette systemet til å redusere det individuelle mottrykk i en brønn. Dette kan utsette behovet for kunstig løft, så som gassløft eller nedihullspumping, og reduserer pålitelighetsproblemene på grunn av reduksjonen i nedihullskompleksitet. Ulempen med et slikt system er imidlertid at kapitalkostnaden er ekstremt høy, og at komplek-siteten med å operere et slikt system er betydelig. Denne formen for operasjon har kun blitt vurdert på en makroløsning, og derfor vil det være nødvendig å tilføre betydelig mengde energi til hver enhet for å levere væsken tilbake til overflaten og på overflaten for reinjeksjon.

For å oppnå separasjon av gasser og væsker må flere parametere oppfylles. I oljebrønner vil typisk noe gass være oppløst i vannet og oljeblandingen, og mengden av gass som er oppløst er avhengig av trykket i fluidet. For å separere gassen fra væsken må trykket reduseres, hvilket senker boblepunktet og tillater dannelse av gassbobler. Trykknivået vil bestemme mengden av gass som frigjøres fra løsningen, og ingen ytterligere gass vil bli avgitt inntil trykket i væsken reduseres ytterligere. Så snart gassen har blitt frigjort tar det lang tid på ny å absorbere den i væskene, og på ny å trykksette gassen og injisere den i væskeledningen vil derfor ikke hindre separat tofasestrøm og dannelse av støtvis strømning.

Etter at gassboblene har blitt dannet er forskjellen i tetthet mellom gassen og væsken betydelig, og dette betyr at gassen lett vil separeres fra en væske, hvilket kan utføres ved hjelp av gravitasjon under tilnærmelsesvis et antall sekunder for et lite volum. Denne tiden øker igjen etter som volumet økes, hvilket krever et stort og kostbart system.

Friksjonen i en horisontal rørledning vil forårsake at trykket i fluidet som strømmer langs rørledningens lengde øker, og derfor, selv om all den frie gassen fjernes ved starten av rørledningen, vil det skje en ytterligere frigjøring av gass langs rørledningen på grunn av trykkfallet, og denne vil samles opp og danne en ansamling eller plugg, særlig i den øvre del av en ondulasjon i en rørledning. Hver øvre del av en ondulasjon vil forårsake et trykkfall av seg selv, hvilket resulterer i at det er nød-vendig med et høyere trykk ved utløpet av rørledningen for å bevege fluidet. For å hindre at dette skjer blir trykket i fluidet ved brønnhodet fortrinnsvis redusert utover det punkt med lavest trykk i rørledningen. Alternativt, hvis en viss mengde gass er påkrevet ved overflateanlegget, så behøver trykket ved utløpet av rørledningen ikke å være så lavt, men mot den straff at man har et høyere strømmende trykk ved brønn-hodet.

I et stigerør er trykkforandringen eller trykkfallet betydelig på grunn av den hydrostatiske gradienten. Gassutbrudd i stigerøret eller rett før stigerørets fundament vil redusere tettheten i fluidet, og det hydrostatiske trykk, og vil derfor forårsake gassløft i stigerøret. Dette er akseptabelt hvis gassen er påkrevet ved overflateanlegget, men, hvis ikke, så er separasjonsanleggene over vannflaten, pumpeutstyr, et stigerør for

reinjeksjon av gass og en gassrørledning tilbake til brønnhodestedet også påkrevet.

For separasjon av væsker er det ikke mulig å bruke forskjeller i trykkforand-ringer, ettersom dette har liten innvirkning på væsketettheten. Molekylenes evne til å bevege seg fritt avhenger følgelig av forskjellen i masse, viskositet i primærvæsken og overflatespenningen. Ved å øke dråpestørrelsen og evnen til å koalisere er en større massekraft tilgjengelig for å overvinne de tilbakeholdende kreftene, hvilket hjelper fluidene i å separere. Evnen til å tillate fluid å koalisere og samles opp på fuk-tede overflater, vegger eller plater, forbedrer også separasjon.

For å oppnå separasjon av en flerfasestrøm må et første trinn være å danne en fysisk tilstand med lavt trykk ved først å redusere trykket ved havbunnen til kravet for leveringspunktet på overflaten. Turbulent strøm vil fortsette blandingen, og det er derfor påkrevet med et stort volum som strømmen passerer inn i for å tillate fluid- strømmen å stabilisere og danne en jevn profil. En lav hastighet og en stabil strøm fremmer en slik profil. Som nevnt ovenfor er separasjon typisk avhengig av masse. En enkel teknikk for dette er å bruke en forseglet setningstank hvor gass raskt avgis, men, for forskjellige væsker, hastigheten i strømmen må reduseres drastisk for å tillate effektiv gravitasjonsseparasjon. Dette resulterer derfor i store tanker eller en meget liten gjennomstrømning av separerte fluider. På grunn av kravene til sammentrykning og sprenging har dette undervanns alvorlige begrensende faktorer.

Hvis et fluid roteres eller tillates å rotere ved at det tangentialt kommer inn i en sirkulær beholder, kan imidlertid gravitasjonskraften økes betydelig fra den normale gravitasjon på jorden til ca det tidobbelte eller høyere, d.v.s. 100 eller 1000. Ved å øke kraften kan hastigheten av separasjonsprosessen økes, og dette sørger for at det kan brukes små fluidbeholdere. Sykloner eller en fluidvirvel som dannes i en sy-linder er effektive metoder, og disse reduserer den tid som er påkrevet for separasjon, men disse kan kun håndtere et lite volum av fluid, og ved spesifikke parametere.

Ved høye gravitasjonskrefter, typisk over 20G, dannes det skjærkrefter i et fluid under bevegelse, sammenlignet med et roterende stasjonært fluid i en sentrifu-ge. Disse påvirker ikke faststoffer i væsken, men vil bryte ned størrelsen av væske-dråper, og muligens danne en emulsjon. Reduserte dråpestørrelser vil betydelig for-lenge den tid som er påkrevet for å oppnå separasjon. Frembringelse av en meget høy gravitasjonskraft er derfor effektiv for fjerning av faststoffer. For væsker skjer effektiv separasjon av den flytende strømmen mellom 10 og 20G.

I makrofeltkonseptet strupes de produserende brønnene ned for å tillate sammenblanding med strømmen fra brønnen med det laveste trykket. Den sammenblan-dede flerfasestrømmen til en plattform kommer deretter inn i en separator i en instal-lasjon på et overflatefelt for å separere ut gassen og for å tillate væskepumper å effektivt trykksette de respektive fluidfaser for å muliggjøre produksjon eller reinjeksjon. Trykket i en ledning for reinjeksjon av gass eller en ledning for reinjeksjon av vann som tilføres fra overflateinstallasjonen må være tilstrekkelig høyt til å oppfylle injek-sjonstrykkene ved den injeksjonsbrønnen som har det høyeste trykket. Dette krever derfor strupere på reinjeksjonsbrønner som har et lavere injeksjonstrykk. Dette viser at i systemer med brønnstrømmer i et makrofelt mistes det energi som deretter må erstattes ved pumping, og energi må tilveiebringes for å pumpe opp reinjeksjonsfa-sene, med en betydelig mengde som blir borte i injeksjonsbrønnene med lavt trykk.

For det inneværende er teknikken å la alle de produserte fluidene strømme til overflateinstallasjonen, hvilket skyldes størrelsen av kostnaden og evnen til å operere og styre et separasjonssystem på et undervanns makrofelt.

Den foreliggende oppfinnelse er rettet mot å overvinne de problemer som er beskrevet ovenfor.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en undervannsprosess-sammenstilling for separasjon av en flerfasestrøm, hvilken sammenstilling omfatter: et innløp for et flerfasemedium;

et trykkreduserende middel for å redusere trykket i flerfasestrømmen fra innlø-pet og for å danne en energikilde;

en flerfaseseparator for å separere flerfaseinngangen til individuelle faser; og

et pumpesystem for, i bruk, å pumpe i det minste en av de ønskede individuelle faser til et leveringspunkt ved å benytte i det minste noe av energien fra energikilden.

Energien til pumpen kan tilføres ved å benytte en variabel, regulerbar mengde av energien fra energikilden.

Det trykkreduserende middel er fortrinnsvis koplet til en drivenhet for hydraulisk kraft eller alternativt til en drivenhet for elektrisk kraft eller en strømningskontrol-ler, så som en struper, avhengig av den optimale metode, om hvorvidt det brukes hydraulikk, elektrisitet eller pneumatikk for å fordele kraften.

Sammenstillingen omfatter fortrinnsvis videre en kontrollprosessmodul for å regulere de trykkreduserende midler og pumpesystemet.

Prosessammenstillingen inkluderer også fortrinnsvis en drivenhet for kraft som genererer hydraulisk kraft fra en ekstern energikilde. Den eksterne energikilde kan enten være elektrisk energi eller fluidenergi. Drivenheten for kraft og/eller de trykkreduserende midler kan drives av et fluid som tilveiebringer energi i form av væske eller gass. Brønnstrømenergien kan oppnås ved å danne en trykkdifferanse i flerfase-strømmen mellom innløpet og separatoren, for eksempel ved å redusere trykket i fler- fasemediet. Modulen kan videre omfatte et innløp for drivfluid, idet drivfluidet pumpes til modulen fra et eksternt punkt. De trykkreduserende midler kan også omfatte et middel for å danne en trykkdifferanse i drivfluidet, for eksempel ved å redusere trykket i drivfluidet, hvilket frembringer en ytterligere energikilde. Drivfluidet kan være vann fra en tilførsel for vanninjeksjon. Hvis en ekstern elektrisk tilførsel er tilgjengelig i steden for å bruke et drivfluid, så kan denne brukes direkte til å supplere den elektriske kraft som fremkommer fra drivenheten for elektrisk kraft fra brønnstrømmen.

Denne beskrivelsen beskriver en løsning hvor energi fra brønnstrømmen og den annen energikilde omformes til hydraulisk kraft for å fordele kraften til forskjellige kraftforbrukende moduler. Alternative fremgangsmåter til kraftfordeling kan vurderes, som elektriske eller pneumatiske. I visse lokaliseringer er det ikke noe behov for å opprettholde reservoartrykket ved injeksjon av vann, og tilførsel av tilleggskraft kan derfor tilveiebringes mer effektivt ved bruk av fortrinns elektrisk energi, men trykksatt gassfri råolje eller gass kan overveies. En elektrisk sekundær energikilde kan brukes direkte hvis kraftfordelingen på modulen er elektrisk, eller den elektriske energi kan drive en elektrisk hydraulisk kraftenhet hvis kraftfordelingen er hydraulisk.

Trykket i flerfasefluidet som tilføres til separatoren er fortrinnsvis redusert til et nivå som er spesifisert av overflateinstallasjonen, eller under det laveste trykket i en rørledning til leveringspunktet. Trykket i flerfasestrømmen kan reduseres til under 2,53 MPa.

Separatoren kan være én av det følgende: en sentrifugalbeholder, et virvelrør, en syklon, en heliksbeholder eller skrue, en vertikal eller horisontal gravitasjonstank,

en silo, et lederørspælehus, en toroidalring en toroidal spiralkombinasjon eller en spiral. En passende toroidal separator er beskrevet i vår samverserende europeiske pa-tentsøknad benevnt «Separator» og innlevert på samme dag (fullmektigenes referan-se: MJB07104EP).

Separatoren er fortrinnsvis anordnet til å separere flerfasefluidet til faststoffer, gass, olje og vann, selv om den kan være anordnet til å separere et flerfasefluid til to eller flere av disse, eller, faktisk, å fjerne for eksempel kun gass fra de gjenværende faser.

Sammenstillingen omfatter fortrinnsvis også en individuell pumpe for hver fase. Pumpene kan drives ved bruk av energi som frembringes i sammenstillingen.

Sammenstillingen omfatter fortrinnsvis videre et middel for i bruk å reinjisere overskytende gass og vann og eventuelt faststoffslurryen som har blitt separert ut, enten tilbake i reservoaret eller til et spesifisert leveringspunkt.

Sammenstillingen omfatter fortrinnsvis også en brønnramme, en rørmatte og en opphentbar undervannsprosessmodul. Den opphentbare undervanns prosessmodul kan omfatte en opphentbar basismodul og opphentbare minimoduler.

I tillegg kan undervannsprosess-sammenstillingen omfatte en modul for fjerning av faststoffer, for fjerning av faststoffer som sand, før separasjon av fluidene i form av en faststoffslurry.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også et undervanns hydrokarbonutvinningssystem, omfattende: en undervannsbrønn for tilførsel av et flerfasefluid;

en undervannsprosess-sammenstilling i henhold til ett av de foregående krav, hvor innløpet til sammenstillingen er i fluidkommunikasjon med brønnen; og

et leveringspunkt for å motta det eller de utvunnede hydrokarboner fra undervannsprosess-sammenstillingen.

Systemet omfatter videre fortrinnsvis en brønn som overskuddsprodukter fra separatoren, så som vann, gass eller faststoffslurryen kan reinjiseres i.

Systemet omfatter fortrinnsvis en flerhet av undervannsbrønner, idet hver brønn eller sett av brønner har en tilknyttet undervannsprosess-sammenstilling hvor det brukes en prosessmodul som tilfører det eller de utvunnede hydrokarboner til det samme leveringspunkt for videre tilførsel til et leveringspunkt.

Leveringspunktet er fortrinnsvis det ene av: en rørledning for å fjerne produktet fra feltet, en vanninjeksjonsbrønn, en gassinjeksjonsbrønn eller en produserende brønn for å utføre kunstig løft.

Denne oppfinnelsen beskriver et system som kan utføre trefaseseparasjon på havbunnen ned til den samme grad eller lavere enn en førstetrinns separator på overflaten, og som er tilpasset til å passe til produksjonen fra en individuell under-vannsbrønn, med muligheten for å tilføre hver fase ved et separat trykk som er egnet enten til eksport til anlegget over vannflaten, uansett om dette er nært eller fjernt, eller til reinjeksjon som er tilpasset til å passe til krav for den lokale reinjeksjonsbrønn, og alt dette med et minimum av energiforbruk fra en ekstern kilde.

En prosess-sammenstilling som kan forbindes til en brønn eller et sett av kompatible brønner, og som kan simulere en overflateseparator over vannflaten, vil derfor i realiteten ha eliminert effektene av vanndybde og eventuelle nedstrømshan-dikap på grunn av mottrykk. Dette kan nå gjøre at brønnen tillates å strømme ved overflatetilstander, men ikke på havbunnen. I vanndybde fra 1000 til 3000 meter tillater denne forskjellen en betydelig økning i produksjon og de utvinnbare hydrokarboner.

Det at man er i stand til å variere inngangstrykket til prosess-sammenstillingen vil gjøre det mulig å behandle hver brønn individuelt, hvilket øker effektiviteten ved produksjonen og reservoarstyringen av det område som dreneres av brønnen.

Det første trinn, og også ved senere passende anledninger i systemet, er fjerningen av skadelige faststoffer som kan forårsake alvorlig skade og/eller blokkering av ventiler, struper, separatorer, pumper, rørledninger og stigerør. I tillegg er det muligheten for å overvåke individuelle kilder og deretter for å forta en passende hand-ling.

Det neste trinn er å prosessere fluidet. Å tillate en individuell brønn eller et sett av lignende brønner å produsere ved sitt optimale nivå, krever en individuell prosess-sammenstilling som er i stand til å motta et visst volum ved det påkrevede trykk. Dette kan variere i henhold til kravene over vannflaten og til de foranderlige virkninger i reservoaret. For å oppnå separasjonsnivåer som er ekvivalente til en førstetrinnsse-parator over vannflaten, opererer prosess-sammenstillingen ned til separatortrykk ved overflaten. Dette er for å sørge for at det er mulig å fjerne et maksimalt nivå av gass og vann fra oljen. En individuell prosess-sammenstilling, i form av en prosessmodul, maksimerer potensialet for denne trykkdifferansen ved å utnytte den maksimale mengde av energi mellom brønnhodets strømningssystem og innløpet til separa-sjonssystemet.

Driftstrykket for prosessmodulen er avhengig av nivået på den påkrevede gasseparasjon. Muligheten for å separere strømmen inn i adskilte faser gjør at hver fase kan overvåkes og måles (d.v.s. hastighet og tetthet), hvilket eliminerer behovet for en testledning fra feltet til overflateinstallasjonen.

Prosessmodulen har den evne at den på ny kan trykksette hver fase separat for å passe til leveringspunktet. Pumpemoduler for en fase kan sammenstilles i serie for å oppnå høye trykk, eller i parallell hvis det er to forskjellige leveringspunkter for en individuell fase. Dette gjør at gassen og/eller vannet kan reinjiseres inn i lokale injeksjonsbrønner ved sitt optimale injeksjonstrykk, istedenfor inn i et høyere trykk som er felles for feltinjeksjonsledningen. Denne muligheten til individuelt å velge trykket tillater også bruk av enten trykksatt gass for gassløft av den produserende brønn, eller å bruke trykksatt olje eller vann som drivvæske for å operere turbinen i en hydraulisk nedsenkbar pumpe i den produserende brønn.

Muligheten for å reinjisere gassen eller vannet eller begge deler fjerner eks-pansjonsproblemene som er forårsaket av gass og/eller volumet av vann i rørled-ningen tilbake til stigerørsfundamentet for overflateinstallasjonen. Fjerning av vann fra rørledningen betyr også at det partielle differansemottrykk som er forårsaket av vann i stigerøret elimineres. Fjerningen av enten gass eller vann eller begge deler resulterer i en betydelig reduksjon i størrelsen av den resulterende produksjonsrør-ledning og -stigerør, og behovet for ikke å installere noen nedihullspumpekrav eller havbunnspumpekrav og deres tilknyttede energiforbruk, prosessanlegget over vannflaten, pumpeutstyr for reinjeksjon og dets tilknyttede energiforbruk, og rørledninger og stigerør for reinjeksjon. Dette er alt sammen i tillegg til elimineringen av testled-ningen.

For å oppnå disse fordeler er energi påkrevet i prosessmodulen. Prioriteten er å fremskaffe tilgjengelig energi fra brønnstrømmen, men deretter å supplere denne

der hvor det er nødvendig. Der hvor et reservoar krever vanninjeksjon opereres vann-injeksjonsrørledningen ved et høyere trykk, idet prosessmodulen bruker denne trykkdifferansen. Dette er en liten forandring som ikke krever noen ytterligere operasjoner, og som allerede kan være innenfor spesifikasjonsområdet for rørledningen for vann.

Prosessmodulen vil kreve ytterligere kraft hvis det på grunn av reservoaret ka-rakteristika er et utilstrekkelig trykk i strømmen til brønnhodet. I tillegg, når en av-stengt brønn settes igang, vil pumpemodulene kreve kraft før brønnstrømmen har blitt utviklet. Det er mulig at hvis en brønn og dens prosessmodul er i full produksjon, har den evnen til å produsere en mengde overskytende kraft. Dette kan deretter kas-kadeoverføres til en annen brønnlokalisering for å sette i gang andre brønner uten at dette krever behovet for å bruke en utvendig energitilførsel. Hvis en prosessmodul har tilstrekkelig kraft til sine behov, hvilken ikke bruker all kraft i brønnstrømmen, så, når fullstendig kapasitet er nådd, vil struperne på de forskjellige innløpsenheter brukes til å regulere trykket i strømmen.

Prosessammenstillingen kan i tillegg overveie temperaturregulering av fluidet med hensyn til isolasjon og varmeoverføringssystem. Når gasstrykkavlastes vil det skje en kjøling, og når den komprimeres, vil det skje en temperaturstigning. Opprett-holdelse av en minimumstemperatur er viktig for å hindre dannelse av voksing, asfal-tiner og hydrater i systemet. Videre, nedstrøms en pumpe, vil energien som brukes ha blitt omformet til spillvarme. I tillegg til isolasjon på utstyret som inneholder fluid, anbefales et varmeoverføringssystem fra pumpemodulene og særlig til drivenhetene for kraft.

Prosessmodulen prosesserer brønnstrømmen for å oppfylle de konstant foranderlige parametere i feltet på grunn av kravene til overflateinstallasjonen, og den optimaliserer sin levering basert på karakteristikaene til den strømmende brønnen. Dette krever et raskt, aktivt kontrollsystem som kan prosessere informasjonen fra forskjellige kilder og styre prosessystemet ved å operere mekanismene for regulering av strømmen, innretninger for valg av strøm og trykkbarrierer. Dette inkluderer selv-diagonse og styring av nødnedstengning av seg selv og brønnen.

Den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet som et eksempel med hen-visning til de ledsagende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et skjematisk arrangement av et konvensjonelt undervannsproduk-sjonssystem; Fig. 2 viser et skjematisk tverrsnittsriss av et konvensjonelt undervannsblandet separasjonsoperasjonssystem; Fig. 3 viser et skjematisk tverrsnittsriss gjennom et system i henhold til den foreliggende oppfinnelse; Fig. 4 viser et skjematisk riss ovenfra av en del av et felt, ved bruk av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 5 er et skjematisk tverrsnittsriss gjennom en prosessmodul i henhold til den foreliggende oppfinnelse; Fig. 6 er et skjematisk riss ovenfra av modulen på fig. 5; Fig. 7 er et skjematisk tverrsnittsriss gjennom en modul for fjerning av sand som kan brukes i modulen på fig. 5; Fig. 8 er et skjematisk tverrsnittsriss som viser en form for separator som kan brukes i modulen på fig. 5; Fig. 9 er et skjematisk tverrsnittsriss gjennom en innretning for å skille gass og væske til bruk i modulen på fig. 5; Fig. 10 er et skjematisk tverrsnittsriss gjennom en torodial separator til bruk i modulen på fig. 5; Fig. 11 er et skjematisk tverrsnittsriss gjennom en søyleseparator som kan brukes i modulen på fig. 5; og Fig. 12 er et skjematisk tverrsnittsriss gjennom en prosessmodul som bruker doble drivmodulen for kraft i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 1 viser en konvensjonell undervannsproduksjonsløsning hvor en relativt stasjonær produksjonsinstallasjon 10 er anordnet på overflaten i sjøen 11. Installasjonen 10 er forbundet til havbunnen 12 ved hjelp av strekkstag 13 for å forankre den på plass. En serie av strømningsstigerør forbinder installasjonen 10 til et stigerørs-fundament 14. Rørledninger er tilveiebrakt for strøm av gass 15 for reinjeksjon, vann 16 for injeksjonen, en testforbindelsesledning 17 og en produksjonsledning 18 for tilførsel av produsert produkt fra brønnene til overflateinstallasjonen.

På havbunnen 12 har det blitt installert et antall typiske feltbrønner 19, 20 og 21. For eksempel er brønn 19 en gassinjeksjonsbrønn og brønn 20 er en vanninjek-sjonsbrønn. Hver av disse brukes til å reinjisere gass henholdsvis vann som er separat ut på overflateinstallasjonen 10.

Gassinjeksjonsbrønnen 19 er forbundet til en gassinjeksjonsledning 22, vann-injeksjonsbrønnen er forbundet til en vanninjeksjonsledning 23, og en typisk gassløf-tet produksjonsbrønn 21 er forbundet til en produksjonsledning 24 og til en gassløfte- ledning 25. De to sett av forbindelsesledninger 15, 16, 17, 18 og 22, 23, 24, 25 er respektivt forbundet med en manifold 26 som er lokalisert på en brønnramme 28 som er posisjonert på havbunnen 12.

Selv om det ikke er vist på fig. 1, vil en flerhet av produksjonsbrønner 21, vanninjeksjonsbrønner 20 og gassinjeksjonsbrønner 19 være forbundet via en enkelt manifold 26. Rørledningen 15,16 og 18, og de korresponderende partier som går fra stigerørsfundamentet 14 til installasjonen 10, behøver følgelig ikke å være vesentlig større enn de som går fra manifolden til de individuelle brønner. Etter som alle brøn-nene strupes individuelt og er forbundet til manifolden hvor de selektivt er forsynt med ventiler og forbundet til den respektive felles rørledning, er dette kjent som et makrofeltsystem.

På fig. 2 er det vist et undervannstrefase-separasjonssystem hvor en flerfaseseparator 27 er anordnet mellom manifolden 26 og forbindelsesledningen 18. Resten av trekkene tilsvarer de som er i systemet på fig. 1, og like henvisningstall er brukt. Manifolden 26 og separatoren 27 er montert på en brønnramme 28, gjennom hvilken det passerer et antall forbindelsesledninger, slik at manifolden og separatoren kan behandles som separate moduler som kan byttes ut, uten behov for å bytte ut hele undervannsstrukturen. En elektrisk krafttilførsel 31 er anordnet til å drive flerfase-pumpen 32 og vannpumpene 33, som påkrevet.

I dette eksemplet er separatoren en enkel gravitasjonsseparator, selv om mer komplekse separatorer kan brukes.

En struper 29 er anordnet mellom utgangen fra produksjonsbrønnen 21 og innløpet til manifolden 26, slik at strømmen gjennom manifolden er ved det laveste felles felttrykk fra de forskjellige produksjonsbrønner i feltet. Strupningen 29 reduserer trykket der hvor det er nødvendig, og dette fører til et tap av kraft i strømmen, og derfor et tap av energi. Den energien kan ikke gjenvinnes. Strupere 54 og 55 er også anordnet på gassinjeksjonsbrønnene 19 henholdsvis vanninjeksjonsbrønnene 20. Igjen er trykkene i gassinjeksjonsrørledningen 22 og vanninjeksjonsrørledningen tilstrekkelig høyere til å oppfylle behovene til alle brønnene som er forbundet til den. En struper 56 er også anordnet på gassløfteledningen 25 til den gassløftede produk- sjonsbrønn 21. Igjen, for enkelte brønner er tilførselstrykket over det kravet som for-svinner etter at det er strupet ned. Dette følger makrofeltløsningen.

Fig. 3 er rettet mot et produksjonssystem som benytter en foretrukket undervannsprosess-sammenstilling i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Like henvisningstall har blitt brukt for felles trekk mellom den foreliggende oppfinnelse og de ut-førelser som er beskrevet på fig. 1 og 2.

Undervannsprosessmodulen 30 er en selvstendig, frittstående enhet som kan posisjoneres på et punkt mellom utgangen fra en brønn og eksportoljeledningen 18. Flere produksjonsbrønner 21 kan forsyne den samme prosessmodul 30, men hver brønn 21 er fortrinnsvis forsynt med sin egen individuell prosessmodul 30. Dette individuelle brønnsystem kan kalles mikrofeltløsningen.

Som det ses av fig. 4 kan hver brønnramme 28 inkludere en flerhet av pro-sessmoduler 30 som er forbundet til individuelle produksjonsbrønner 21. En enkelt gassinjeksjonsbrønn 19 og en enkelt vanninjeksjonsbrønn 20 kan brukes til mer enn en produksjonsbrønn 21. Individuelle brønnrammer 28 kan være sammenbundet slik at de gir tilførsel til en enkelt rørlednings-bunt til overflaten, og eventuelt et sett av strømningsledninger for individuell strømningskommunikasjon mellom brønnramme-ne.

Fig. 5 og 6 viser den skjematiske layout av en av prosessmodulen 30. Som det ses av fig. 5 er den individuelle undervannsprosessmodul 30 basert på en todelt mo-dulkonfigurasjon som er forbundet til de nødvendige rørarrangementer i brønnram-men 28. På denne måte kan prosessmodulene 30 koples fra brønnrammen 28, for eksempel for å erstattes hvis de er slitt, korrodert eller skadet, eller for rengjøring, uten at det er nødvendig å forflytte alle undervannstrukturene til overflaten. Isola-sjonsventilen for en grunnleggende ROV (Remote Operated Wehicle, fjernstyrt far-kost) eller manuelt for en dykker er i rørmatten i brønnrammen 28 for å tillate en pri-mær isolasjon med forbindelsesledningene. Den nedre del av prosessmodulen 30

består av det statiske utstyr for separasjon og rørsystemet for innbyrdes forbindelse, og har sviktstengte isolasjonsventiler. Alle de aktive komponenter og det bevegelige maskineri vil befinne seg i minimoduler for å muliggjøre enkel utbytting fra et service-fartøy. Inne i minimodulene vil individuelle enheter også være opphentbare for å mu-

liggjøre en enkel utbytting. Den grunnleggende konfigurasjon består av et sett av minimoduler som følger: en modul 35 for fjerning av faststoffer, en drivenhet 37 for hydraulisk kraft fra brønnstrømmen, en drivenhet 36 for hydraulisk kraft fra drivfluid, en serie av pumper 39, 40, 41 for å pumpe de individuelt separerte faser og en pumpe 42 for faststoffer. En kontrollmodul 43 for prosessen, vist på fig. 6, er anordnet til å styre den aktive operasjon av undervannsprosess-modulen 30. Kontrollmodulen 43 mottar informasjon fra overflaten slik at den uavhengig kan styre undervannspro-sessmodulene og treet som modulen 30 er forbundet til. En drivenhet 36 for hydraulisk kraft fra vanninjeksjon er anordnet til å fremskaffe energi fra en vanninjeksjonstil-førsel 53. Disse enhetene 35, 36, 37, 39, 40, 41, 42 og 43 kan klassifiseres som minimoduler.

Modulen 35 for fjerning av faststoffer tar inn flerfasestrøm ved brønnhodetryk-ket, slik at faststoffer, særlig sand, kan fjernes før separasjon av flerfaseproduksjons-strømmen. Modulen 35 for fjerning av faststoffer tar inn flerfasestrømmen med brønnhodetrykk gjennom rørledningen 24.

Undervannsprosessmodulen 30 er montert over en rørmatte 45 som under-støtter hovedrørledningene for gass, olje og vann inne i brønnrammen 28. Prosessmodulen består av en basismodul 46 og minimodulene. Basismodulen 46 er forsynt med et antall forbindelsespunkter for forbindelse til de respektive vannrørledninger 50, oljerørledninger 51, gassrørledninger 52 og drivfluidrørledninger 53 i rørmatten 45. Når drivfluidet er sjøvann, er det viktig å holde drivfluidledningen 53 adskilt fra vannledningen 50 for å hindre dannelse av uønskede salter. Skulle drivfluidet imidlertid være resirkulert vann fra ledningen 50, er det tillatelig at de to ledningene blandes.

De individuelle minimoduler 35, 36, 37, 39, 40, 41 og 42 er lokalisert over basismodulen 46, og i fiuidforbindelse med denne, for enkelt uttak i tilfelle av skade eller servicekrav.

Som det ses av fig. 6 mater flerfaseinnløpsledningen 24 inn i modulen 35 for fjerning av faststoffer, og herfra til drivenheten 37 for hydraulisk kraft fra brønn-strømmen. Drivenheten 37 for hydraulisk kraft fra brønnstrømmen er forbundet til fler-trinnsseparatoren 38 og også til det hydrauliske kraftsystem 47 som mater for eksempel en enkelt gasspumpe 39, en enkelt oljepumpe 40 og en enkel vannpumpe 41. Flertrinnsseparator-systemet 38 har tre separate utløpstilførsler 48, 49 og 50 som er forbundet til henholdsvis gasspumpen, oljepumpen og vannpumpen. En drivenhet 36 for hydraulisk kraft fra vann er også forbundet til det hydrauliske kraftsystem 47 for å tilføre komplementær kraft til de individuelle pumper, og mates av drivvannledning-en 53, og har et utløp gjennom vanninjeksjonsledningen 50, hvilket også mottar en inngang fra vannpumpen 41. En kontrollprosessmodul 43, som kan motta instruksjo-ner fra en overflateinstallasjon eller som kanskje kan være forhåndsprogrammert, er anordnet til å styre undervannsprosess-volumet 30. Kjemikalieinjeksjons-systemet for injeksjon av kjemikalier på forskjellige punkter i prosessmodulen 30 for korrosjonsin-hibitor, antiskumming, hydratredusering, voksinhibitor eller friksjonsredusering er ikke vist.

Modulen 35 for fjerning av faststoffer som er vist på fig. 7 er en opphentbar modul som består av et passivt vertikalt hus 60 med en kontrollstruper 70 for brønn-strømmen nedstrøms prosessen for fjerning av faststoffer og en liten struper 62 for faststoffer. Huset har generelt vertikale, sylindriske sider, hvor den nedre del smalner av til en konisk del 63 som har et enkelt utløp 64 for faststoffene. Flerfasestrømmen kommer inn i huset 60 tangentialt ved den øvre ende 65 av huset, i en avstand under husets overside 66.

Flerfaseforbindelsesledningen 67 forlater toppen av huset 60 hovedsakelig langs aksen i huset 60. Enden 68 av forbindelsesledningen 67 i huset 60 er under inngangspunktet 65 for den tangentiale strøm, men over toppen av den avsmalnende koniske seksjon 64, og er forsynt med en virvelbryter 79.

Flerfasestrøm kommer tangentialt inn i en gassone 69 med høy hastighet ved toppen av huset der hvor sentrifugalseparasjonen skjer. Dette tvinger faststoffene til det øvre parti av huset 60, og, etter som hastigheten faller, beveger faststoffene seg ned mot utløpsledningen 64 for faststoffer. En sensor for faststoffer/væske (ikke vist) muliggjør et styrt utslipp av faststoffer i en væskeløsning i et slurryforhold inn i og gjennom strupningen 62 for faststoffer, forhåndsbestemt i det minste ved et minimum, for å hindre en blokkering. Ledningen 67 for flerfasestrøm er forsynt med en struper 70, og, for å maksimere energien fra brønnstrømmen, er det foretrukket at denne strupningen er fullstendig åpen, men at den brukes ved oppstart, nedstenging og for å regulere en strømningstopp før brønnstrømmens kraft kommer inn i drivenheten 37.

Drivenhetene 36, 37 for fluidkraft som er vist på fig. 5 består av isolasjonsventiler 71, et middel til å omforme energien i fluidet til mekanisk kraft 72, hvilket kan være i en drivenhet for hydraulisk kraft, for å frembringe en høytrykkstilførsel av hydraulisk drivfluid og en strømningsreguleringsmekanisme (struper) 73 henholdsvis 74. Hensikten med drivenheten 37 for kraft fra brønnstrømmen er å maksimere den tilgjengelige energi i fluidstrømmen og forårsake et trykkfall til det påkrevde driftstrykk for separatoren. Når dette er tilfelle er strupningen 74 helt åpen, men i visse perioder hvor en begrenset mengde kraft er påkrevet, vil strupningen være påkrevet for delvis regulering av strømmen.

I drivenheten 37 for kraft fra brønnstrømmen må strømmen gjennom enheten fullstendig oppfylle den maksimale gjennomstrømning for prosessystemene. For å oppnå dette er et omløp 75 forsynt med en ventil 76 og en struper 77 som vil bli ope-rert i nær forbindelse med de andre funksjoner i drivenheten for kraft.

Drivenheten 36 for fluidkraft tilveiebringer ytterligere kraft til prosessmodulen og strømmen av fluid gjennom drivenheten kan reguleres med dens struper 73.

På fig. 7 til 12 er innretningen 80 for å skille gass- og væskefase forsynt med en virvelmantel 89 og en virvelbryter 79. Søyleseparatoren 82 er forsynt med en vir-velring 83 og et antall virvelplater eller dekkplater 84 (trakter på fig. 11, 122, 126, 131). Hensikten med hver av disse enhetene er å hindre at det opptrer koning eller at det dannes en virvel. Dette skjer når et fluid har blitt separert i to klare faser, enten i forskjellige lag i en «stående» strømningsomgivelse eller en pluggstrømningsomgi-velse, eller i sylindriske eller koniske grenser i en roterende omgivelse. I dette tilfelle er det når en fase trekkes bort en tendens til at det dannes et lavtrykksområde. Etter som denne trykkdifferansen øker trekkes grenselaget mellom de to faser ned eller opp, og det er sannsynlig at det skjer et gjennombrudd, og en slik hendelse er uønsket.

På fig. 8 kan det ses et eksempel på en flertrinnsseparator, og, i denne utfø-relse, er den en tretrinnsseparator som har et første trinn som omfatter en innretning 80 for å skille gass- og væskefase, et annet trinn som omfatter en toroidal separator 81 og et tredje trinn som omfatter en søyleseparator 82, som alle kan maksimalisere strømningsmengden og oppfylle kravene til sprengningstrykk og sammentryknings-trykk.

Alle tre trinnene har den evnen at de kan fjerne gjenværende faststoffer.

Som det kan ses av fig. 9 er innretningen 80 for å skille gass og væske også en opphentbar modul som er dannet av et passivt vertikalt hus 85 som har en våt gassutløpsledning 86, koaksial med huset og ved dets øvre ende, og en nedre sentral ledning 87 for flerfasevæske, omgitt av et nedre ytre ringromsutløp 88 for faststoffer.

Flerfaseinngangsstrømmen kommer inn i huset 80 ved en tangential inn-gangsport 92 fra modulen 35 for fjerning av faststoffer.

Som med modulen 35 for fjerning av faststoffer er flerfaseinngangsporten under toppen av huset, men over bunnen av den øvre utløpsledningen, slik at en gass-lomme eller en gasskappe 93 kan dannes rundt den parallelle veggseksjon (virvel-mantelen) 89. Denne konfigurasjonen fremmer sentrifugalvirkning for væsken på veggen, og derfor ytterligere gasseparasjon.

En form for en toroidal separator er vist på fig. 10, og den er delt i tre sam-menbundne områder, en øvre gasseksjon 100, en sentral seksjon 101 for flerfasevæske og en nedre vannseksjon 102.

Våt gass fra toppen av innretningen 80 for å skille gass/væske kommer inn i det nedre parti av gasstoroidalen 103 og beveger seg oppover gjennom gasseksjo-nen 100 til et gassutløpsrør 104. Væsken i den våte gassen tvinges mot ytterveggen og samler seg sammen. Ved visse punkter i ytterveggen er det anordnet væskeutskil-lere 105 og korresponderende rør 106, slik at eventuell væske strømmer ned til den sentrale seksjon 101.

Flerfasevæsken med innestengt gass fra bunnen av gass/væske-innretningen 80 kommer inn i den sentrale seksjon 101 gjennom forbindelsesledningen 113. Den store toroidale boring 107 muliggjør delvis separasjon av flerfasestrømmen til stående lag. Den gjenværende gassen kommer ut av løsning, og danner en lomme i det innvendige øvre område i boringen 107. En ventilasjonsledning 108 fra dette område gjør at gassen kan presses opp for å kombineres med den våte gassen i 103.

Ettersom væsken strømmer i spiral ned og gjennom den sentrale seksjon 101, dannes oljen i det øvre innvendige område i boringen, og vannet i det nedre utvendi-ge område i boringen. Utløpsledninger 110 er anordnet fra det øvre innvendige område i boringen for å gjøre det mulig for olje å slippe ut til en felles ledning 111 som mater tredjetrinnsseparatoren 82.

Ved den nedre ende av den toroidale separator er det anordnet et rør eller rør 113 for fjerning av faststoffer, for å fjerne eventuelle ytterligere faststoffer som har kommet inn i den toroidale separator.

Den nedre ende av den toroidale separator bør nå inneholde vann som direkte kan ledes bort langs en vannrørledning 112.

Fig. 11 viser bruken av søyleseparatoren 82 som det tredje trinn i separasjonsprosessen.

Bruken av en søyleseparator er for å fjerne eventuell gjenværende innstengt gass eller vann fra oljen. Det er tilveiebrakt et vertikalt hus 120, som oljeledningen 121 fra annet trinnsseparatoren (den toroidale separator) kommer inn i tangentialt rett nedenfor gass/olje-nivået, hvilket forårsaker en sentrifugalstrøm på veggen i huset.

Dette fremmer ansamling av eventuell gjenværende gass i senter, og denne fjernes fra oljen gjennom en vertikal aksial gasstrakt 122, som deretter omleder gassen sentrifugalt inn i gasslommen 123, til den øvre vegg 124 av huset, slik at gassen går ut gjennom gassledningen 125 og forenes med hovedgassen i utløpsledningen 104 fra annet-trinnsseparatoren.

Den kombinerte gasstrømmen strømmer nå gjennom en dråpefangerenhet 183 for å fjerne eventuell kondensat. Kondensatet dreneres av, inn i væskeseksjonen i den toroidale separatorboring 107.

Væsken i huset 120 roterer sentrifugalt i den sentrale seksjon for å gjøre det mulig for vanndråper å drives ut av oljen, mot veggen huset. Oljen samles opp under en nedovervendende trakt 126, hvilken med en traktvirkning leder eventuell gjenværende innestengt gass opp inni gasslommen under den aksiale gasstrakt 122.

Oljen under trakten 126 tvinges til å bevege sentrifugalt inn i senter av huset, hvilket tilveiebringer sluttseparasjon før den forlater separatoren gjennom oljeledningen 128, som har en øvre ende 129 som er lokalisert rett under trakten 126.

Vann 130 samles sammen under oljesonen og en annen nedovervendende trakt 131 er anordnet slik at eventuelle små oljedråper som er i vannet 130 ledes opp inn i oljesonen. Vannet forlater den nedre ende av huset 120 gjennom en sentral ringformet åpning 132 som omgir oljeledningen 128. En ytterligere ringformet åpning omgir vannutløpet 132, slik at eventuelle ytterligere faststoffer kan føres bort. Utløpet fra vannledningen 132 mates inn i vannledningen 112 fra annet-trinnsseparatoren. To nivåsensorer 140 og 150 er anordnet til å hjelpe til med å regulere undervannspro-sessmodulene 30, slik at det kan oppnås akseptable nivåer av den individuelle fase av gass, olje og vann gjennom hele prosessmodulen 30. Nivåsensorene 140, 150 gir en enkel fremgangsmåte til sansing av et dobbelt nivå, ettersom de individuelle vertikale målerør 140,150 har øvre ender som er forbundet til utløpsgassledningen, uten-for separatoren. Rørene får sin tilførsel fra de respektive utløpsledninger for olje og vann 112, 128, slik at prøvevæsker fastholdes via mateledninger 141 og 151.

Oljerørets mateledning 141 kommer tangentialt inn i røret 140 under lav/lav-designnivået og går ut ved bunnen av røret 140 ved bruk av en returledning 142, inn i utløpsledningen 128 for olje, ved bruk av et venturiutløp 143. Dette sørger derfor en jevn sentrifugalstrøm ned gjennom røret 140 for å hindre at eventuelle dråper av vann samles opp, ettersom disse ville påvirke tettheten i oljesøylen.

For dobbelt overvåking foreslås det at en flottør 144 på en bevegelsessensor 145 vil registrere gass/olje-nivået 180. Dette vil gi en kontinuerlig avlesing av det bestemte nivå. For å supplere dette foreslås det at det er tilveiebrakt faste sensorer for høy/høy 146, høy 147, lav 148 og lav/lav 149. Dette vil tilveiebringe en kryssreferan-sesjekk for flottøravlesingen.

Et tilsvarende rør 150 er tilveiebrakt for vannmatingen, med unntak av at materøret 151 kommer inn i røret 150 tangentialt ved den nedre ende og går ut gjennom en utløpsledning 152, som har en øvre ende som er posisjonert over inngangspunktet for å sørge for at eventuell olje fjernes ved hjelp av en virvelvirkning, hvilket resulterer i en ren vannsøyle. Dette måler gass/vann-nivået 182, hvorfra olje/vann-nivået 181 kan evalueres.

Løsningen som er beskrevet dekker en flerfaseinnløps-strøm som overveiende er væske med en høy andel av vann. For et system med et høyt gassinnhold er det foretrukket å flytte innretningen for å skille gass og væske oppstrøms drivmodulen for hydraulisk kraft fra brønnstrømmen, og i stedet ha en separat drivmodul for kraft fra fluidstrøm i røret for å håndtere gassen, og en annen for væske. Dette er for å for-bedre virkningsgraden for å fremskaffe kraft fra brønnstrømmen, på grunn av de forskjellige og motstridende driftsparametere mellom gass og væsker. Et slikt system er vist på fig. 12, hvor flerfasefluidet fra modulen 35 for fjerning av faststoffer strømmer inn i en innretning 80 for å skille gass og væske. Gassen fra innretningen 80 for å skille gass og væske strømmer inn i en drivmodul 200 for hydraulisk kraft fra gass, og oljen strømmer inn i en drivmodul 201 for hydraulisk kraft fra væske. Utløpet fra driv-modulene for hydraulisk kraft fra gass og væske danner nå innløpene til annet-trinnsseparatoren, som angitt med 109 henholdsvis 106.

Claims (23)

1. Undervannsprosess-sammenstilling for separasjon av en flerfasestrøm, hvilken sammenstilling omfatter: et innløp for flerfasestrømmen; et trykkreduserende middel for å redusere trykket i flerfasestrømmen fra innlø-pet og for å danne en energikilde; en flerfaseseparator (27) for å separere flerfasestrømmen i individuelle faser; et pumpesystem for, i bruk, å pumpe (39, 40, 41, 42) i det minste én av de ønskede individuelle faser til et leveringspunkt,karakterisert ved: et krafttilførselssystem som anvender energikilden fra trykkreduksjonsmidlene for selektivt å tilføre kraft til pumpesystemet..

2. Undervannsprosess-sammenstilling som angitt i krav 1, hvor det trykkreduserende middel er det ene av en innretning for hydraulisk kraft, en drivenhet for elektrisk kraft og en strømningskontroller.

3. Undervannsprosess-sammenstilling som angitt i krav 1, videre omfattende en kontrollprosessmodul (43) for å styre det trykkreduserende middel og pumpesystemet.

4. Undervannsprosess-sammenstilling som angitt i i krav 1, hvori krafttilførsels-systemet omfatter en drivenhet (36) for kraft som genererer hydraulisk kraft fra en ekstern energikilde.

5. Undervannsprosess-sammenstilling som angitt i krav 4, hvor den eksterne energikilde enten er i form av fluidenergi eller elektrisk energi.

6. Undervannsprosess-sammenstilling som angitt i krav 5, hvor drivenheten for kraft drives av et fluid som tilveiebringer energi av væske eller gass.

7. Undervannsprosess-sammenstilling som angitt i krav 6, hvor energikilden oppnås ved å frembringe en trykkdifferanse i flerfasestrømmen mellom innløpet og flerfase eparatoren.

8. Undervannsprosess-sammenstilling som angitt i krav 1, videre omfattende et innløp for drivfluid, idet drivfluidet pumpes til modulen fra et eksternt punkt.

9. Undervannsprosess-sammenstilling som angitt i krav 8, hvor det trykkreduserende middel videre omfatter et middel for å frembringe en trykkdifferanse i drivfluidet og dermed frembringe en ytterligere energikilde.

10. Undervannsprosess-sammenstilling som angitt i krav 8, hvor drivfluidet er vann fra en vanninjeksjonstilførsel (53).

11. Undervannsprosess-sammenstilling som angitt i krav 1, hvor trykket i flerfase-strømmen er redusert til under 2,53MPa.

12. Undervannsprosess-sammenstilling som angitt i krav 1, hvor flertrinnssepara-toren (38) kan være dannet av i det minste ett av det følgende: en sentrifugalbeholder, et virvelrør, en syklon, en heliksbeholder eller skrue, en vertikal eller horisontal gravitasjonstank, et lederørspælehus, en toroidal ring, en toroidal spiralkombinasjon eller en spiral.

13. Undervannsprosess-sammenstilling som angitt i krav 1, hvor separasjonsprosessen kan separere flerfasefluidet til i det minste to av det følgende: en faststoffslurry, gass, olje og vann.

14. Undervannsprosess-sammenstilling som angitt i krav 1, videre omfattende en individuell pumpe (39, 40, 41, 42) for hver fase.

15. Undervannsprosess-sammenstilling som angitt i krav 14, hvor pumpene (39, 40, 41, 42) for de individuelle faser drives av energien som frembringes i sammenstillingen.

16. Undervannsprosess-sammenstilling som angitt i krav 1, videre omfattende en enhet for fjerning av faststoffer for fjerning av en faststoffslurry før separasjon.

17. Undervannsprosess-sammenstilling som angitt i krav 1, videre omfattende et middel for i bruk å injisere utløpsvann i en brønn (20).

18. Undervannsprosess-sammenstilling som angitt i krav 1, videre omfattende en brønnramme (28), en rørmatte (45) og en opphentbar undervannsprosessmodul (30).

19. Undervannsprosess-sammenstilling som angitt i krav 18, hvor den opphentbare undervannsprosessmodul (30) omfatter en opphentbar basismodul (46) og opphentbare minimoduler.

20. Undervanns-hydrokarbonutvinningssystem, omfattende: en undervannsbrønn for tilførsel av en flerfasestrøm omfattende et hydrokar-bon; en undervannsprosess-sammenstilling omfattende et innløp for flerfase-strømmen; et trykkreduserende middel for å redusere trykket i flerfasestrømmen fra innløpet og for å danne en energikilde; en flerfaseseparator (27) for å separere flerfasestrømmen i individuelle faser; et pumpesystem for, i bruk, å pumpe i det minste én av de ønskede individuelle faser til et leveringspunkt, hvori innløpet til sammenstillingen er i fluidkommunikasjon med brønnen; ; og et leveringspunkt for mottak det eller den / de utvunnede hydrokarbonen (r) fra undervannsprosess-sammenstillingen karakterisert ved: et krafttilførselssystem som anvender energikilden fra trykkreduksjonsmidlene for selektivt å tilføre kraft til pumpesystemet.

21. Undervanns-hydrokarbonutvinningssystem som angitt i krav 20, videre omfattende en brønn som overskuddsprodukter fra separasjonen kan reinjiseres i.

22. Undervanns-hydrokarbonutvinningssystem som angitt i krav 20, videre omfattende en flerhet av undervannsbrønner (19, 20, 21), samt hver har en tilknyttet undervannsprosess-modul som tilfører det eller de hydrokarboner til det samme leveringspunkt.

23. Undervanns-hydrokarbonutvinningssystem som angitt i krav 20, hvor leveringspunktet er det ene av en rørledning for å fjerne produktet fra feltet, en vanninjek-sjonsbrønn (20), en gassinjeksjonsbrønn (19) eller en produserende brønn (21) for å oppnå kunstig løft.