NO337688B1 - Prosesseringssystem for brønnfluid - Google Patents

Description

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

Bakgrunn for oppfinnelsen

Olje-og gassbrønner produserer vanligvis formasjonsvann. Dette vannet må separeres fra oljen og gassen før disse kan eksporteres. Separasjonen skjer vanligvis på en produksjonsplattform eller -fartøy. Om trykket i reservoaret er lavt kreves vanligvis pumping av brønnfluidene inkludert formasjonsvannet til produksjons-anlegget. Ved dypvannsinstallasjoner ned mot dybder på hundrevis eller tusenvis meter, er energien som kreves for å pumpe vannet omfattende.

Plassering av undersjøiske separasjonsenheter er foreslått og utprøvd i minst ett tilfelle. Miljøet hos en undersjøisk separasjonsenhet og en overflateenhet er ulikt, på grunn av de høye hydrostatiske kreftene som påtvinges separasjonsenheten. Mens separasjonsenheter kan lages sterkere, resulterer dette i en større størrelse og vekt. Større størrelser og vektøkning øker vanskelighetene med å anvende enhetene.

Separatorer krever vanligvis også vedlikehold på grunn av sandakkumulering og mineralavsetninger på komponentene. Med en gang anlegget er installert undersjøisk, blir vedlikehold vanskelig. Videre vil avstengning av et separasjonssystem for vedlikehold vanligvis kreve avstengning av brønnstrømmen, noe som er dyrt.

I GB 2 242 373 vises det en separator plassert på havbunnen for separering av faste stoffer, gass og væskefaser fra produktene fra en undervanns oljebrønn, idet de faste stoffene holdes tilbake, gass tømmes ut til en gassfakkel på overflaten og væsken føres til en overflate moring for overføring til en tankbåt.

Sammendrag av oppfinnelsen

Systemet for prosessering av brønnfluid i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen omfatter: en brønnfluidseparator for separasjon av tyngre og lettere komponenter av brønnfluid som strømmer fra en brønn og dirigering av de lettere komponentene til å strømme til videre prosessering; hvorved separatoren omfatter:

en koalescensenhet med et flertall passasjer, på hvilke et elektrisk potensial påføres for å forårsake at vanndråper i brønnfluidet som strømmer gjennom passasjene koalescerer til større dråper; og

en dielektroforese-enhet med et par bølgeformete plater plassert nært hverandre, hvilke plater er forsynt med et elektrisk potensial for å tvinge vanndråpene i brønnfluidet inn i forhåndsbestemte passasjedeler mellom platene for å danne seksjoner av væske med høyt vanninnhold.

Separatoren har et sylindrisk kammer, fortrinnsvis med en lengde på minst ti ganger dennes diameter. En koalescensenhet med et flertall av rør hvor et elektrisk potensial påføres plasseres i kammeret for slik å forårsake at vanndråper i oljen som strømmer gjennom røret koalescerer til større dråper. Fortrinnsvis er en dielektroforese-enhet plassert i kammeret nedstrøms koalescensenheten. Dielektroforese-enheten har et par bølgeformete plater plassert nær hverandre, hvor platene er forsynt med et elektrisk potensial for å tvinge vanndråpene i oljen inn i forhåndsbestemte passasjedeler mellom platene for å danne seksjoner av væske med høyt vanninnhold.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 er et skjematisk delriss av en separator.

Fig. 2 er et forstørret skjematisk delriss av separatoren j fig. 1, tatt langs linja 3-3 i fig. 1, og viser koalesens -separatordelen. Fig. 3 er et forstørret skjematisk riss av en dielektroforese-separasjonsdel av separatoren i fig. 1. Fig. 4 er et forstørret skjematisk delriss av separatoren i fig. 1, tatt langs linja 5-5 i fig. 1, som viser dielektroforese-separasjonsdelen.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen

Separator 251, som vist i fig. 1, omfatter en horisontal beholder 253 som er plassert på sjøbunnen. Generelt vil større vanndybder kreve et høyere trykk på brønnhodet med tilsvarende lavere faktiske gassvolum når separasjonen skjer på sjøbunnen. Mindre gassvolumer er fordelaktig for olje/vann-separasjon fordi færre gassbobler vil bevege seg vertikalt og forstyrre det horisontale strømningsmønsteret generert av oljen og vannet som strømmer gjennom separatorbeholderen 253. Den lave gassprosenten tillater også at større del av separatorbeholderne kan utnyttes til olje/vann-separasjon.

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

Separatoren 251 kan være av ulike typer for separasjon av vann og olje. I denne utførelsesformen anvender separatoren 259 en koalescensenhet 259. Koalescensenheten 259 har et flertall passasjer 261 i seg. Fig. 2 viser antallet av separate passasjer 261 plassert inne i beholderrøret. Et elektrostatisk felt påføres blandingen av olje og vann ved rørene eller passasjene 261. Ved å utsette blandingen av vann og olje for et elektrostatisk felt, vil de dipolare vanndråpene i oljefasen orienteres på en måte som gjør at de kolliderer eller koalescerer med hverandre. Dette forårsaker at vanndråpene vokser til større dråper. Generelt vil større dråper bevege seg og separeres raskere enn mindre dråper. Følgelig skjer en første separasjon fra vann og olje i koalescensenheten 259. Dette reduserer den krevde oppbevaringstiden for å få vanninnholdet ut av oljen som produseres, for med dette å tillate at separatorbeholderen 253 kan ha en redusert diameter/størrelse.

Som vist i fig. 2 rutes en lav spenning levert undersjøisk gjennom lavspenningsledere 263 til det indre av separatorbeholderen 253. Et flertall av transformatorer 265 transformerer den lave spenningen til høyspenning som kreves for å fremskaffe et elektrostatisk felt. Den samme lavspennings kraftforsyningen utnyttes til andre funksjoner, slik som drift av sylinderspolene og sensorene brukt i styringen av hver undersjøiske brønn 11.

Dersom koalescensenhet 259 ikke er passende til å nå det ønskete vanninnholdet, kan et andre trinn anvendes. Et andre trinn kan være en annen koalescensenhet 259 eller det kan være en enhet av en annen type, slik som en dielektroforese-enhet 267. Enheten 267 bruker også et elektrostatisk felt, imidlertid er feltet konfigurert til å tvinge vanndråpene inn i utpekte seksjoner av separatoren og dermed danne vannstrømmer. Elektrodeplatene 269 som vist i fig. 1 og 4 har bølgeform. Elektrodeplatene 269 er tettsittende med mellomrom og er arrangert med konstruktive deler hvor to daler er separert med de utvidede delene hvor to topper er plassert ovenfor hverandre med mellomrom. Platene 269 tvinger vanndråpene til å bevege seg mot den sterkere delen av det elektrostatiske feltet med sterkere feltgradienter. Kreftene som er pålagt av gradientfeltet er i størrelsesorden to til fem ganger større enn tyngdekraften. Dette fenomenet brukes til å lede vanndråpene inn i disse forhåndsbestemte seksjonene hvor de danner kontinuerlige seksjoner av vann for bruk i separasjon. Dielektroforese-enheten 267 reduserer tida som normalt behøves for en konvensjonell tyngdekraft-separator.

Det henvises igjen til fig. 1, hvor en skillevegg 271 strekker seg oppover fra separatorbeholderen 253 nær dennes nedstrøms ende. Skilleveggen 271 deler en seksjon for oppsamling av høye vannkonsentrasjoner. Et vannutløp 273 er plassert oppstrøms skilleveggen 271. Innløpet for olje og vann 255 er plassert på den øvre siden av den oppstrøms enden av separatorbeholderen 253. Oljeutløpet 257 er plassert på den nedstrøms enden av separatorbeholderen 253 på den nedre siden.

Claims (10)

1. System for prosessering av brønnfluid, omfattende: en brønnfluidseparator for separasjon av tyngre og lettere komponenter av brønnfluid som strømmer fra en brønn og dirigering av de lettere komponentene til å strømme til videre prosessering; hvorved separatoren omfatter: en koalescensenhet med et flertall passasjer, på hvilke et elektrisk potensial påføres for å forårsake at vanndråper i brønnfluidet som strømmer gjennom passasjene koalescerer til større dråper; og en dielektroforese-enhet med et par bølgeformete plater plassert nært hverandre, hvilke plater er forsynt med et elektrisk potensial for å tvinge vanndråpene i brønnfluidet inn i forhåndsbestemte passasjedeler mellom platene for å danne seksjoner av væske med høyt vanninnhold.

2. System i samsvar med patentkrav 1, hvor separatoren omfatter: et sylindrisk kammer med en lengde minst ti ganger sin egen diameter.

3. System i samsvar med patentkrav 1 eller 2, hvor dielektroforese-enheten er anbrakt nedstrøms fra koalescensenheten inne i separatoren.

4. Fremgangsmåte for prosessering av brønnfluid fra en brønn, omfattende: (a) å tilveiebringe en brønnfluidseparator med et flertall passasjer og et par bølgeformete plater som er anordnet nært hverandre, og å koble et innløp til separatoren til brønnen; (b) å føre brønnfluid fra brønnen til innløpet til separatoren, å påføre et elektrisk potensial til passasjer for å forårsake at vanndråper i brønnfluidet som strømmer gjennom passasjene koalescerer til større dråper; (c) å påføre et elektrisk potensial til de bølgeformete platene som er anordnet nært hverandre, for å tvinge vanndråpene i brønnfluidet inn i forutbestemte passasjedeler mellom platene for å danne deler av væske med høyt vanninnhold, for således å separere tunge og lette komponenter i brønnfluidet; og (d) å dirigere de lettere komponentene til å strømme til videre prosessering.

5. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 4, hvorved: passasjene er anordnet oppstrøms i forhold til platene.

6. Separator for separering av vann-og oljekomponenter i brønnfluid som strømmer fra en brønn og dirigering av oljekomponentene til å strømme til videre prosessering, hvorved separatoren omfatter: en trykkbeholder med et innløp for mottak av brønnfluid bestående av en blanding av olje og vann, hvilken beholder har et oljeutløp og et vannutløp en koalescensenhet anordnet i beholderen og som har et flertall parallelle passasjer, gjennom hvilke brønnfluidet fra innløpet strømmer, hvilke passasjer har et elektrisk potensial for å føre til at dråper i brønnfluidet som strømmer gjennom passasjene koalescerer til større dråper; og en dielektroforese-enhet anordnet i beholderen, nedstrøms i forhold til koalescensenheten, med i det minste to plateelementer anordnet med avstand til hverandre slik at de definerer et flertall passasjedeler med forskjellige bredder mellom de, for mottak av brønnfluid som strømmer fra koalescensenheten, hvilke plateelementer blir tilført et elektrisk potensial mellom seg for å tvinge vanndråpene i brønnfluidet som strømmer mellom plateelementene inn i bestemte passasjedeler mellom plateelementene for å danne væskedeler med høyt vanninnhold; et vannoppsamlingsområde i beholderen med fluidforbindelse med vannutløpet for oppsamling og utføring av vann som føres fra enhetene; og et oljeoppsamlingsområde i beholderen med fluidforbindelse med oljeutløpet for oppsamling og utføring av olje som føres fra enhetene.

7. Separator i samsvar med patentkrav 6, hvorved: hvert av plateelementene har en bølgeformet form som definerer topper og daler; og toppene til ett av plateelementene er innrettet med toppene til det andre av plateelementene, hvorved passasjedelene mellom toppene er bredere enn passasjedelene mellom dalene.

8. Separator i samsvar med patentkrav 6 eller 7, hvorved: plateelementene er orientert slik at de brede og smale passasjedelene alternerer over hverandre.

9. Separator i samsvar med patentkrav 6, 7, eller 8, hvorved: koalescensenheten omfatter en sammenstilling av rør, der hvert rør definerer én av passasjene.

10. Separator i samsvar med et av patentkravene 6-9, hvorved trykkbeholderen er sylindrisk, med en lengde som er minst ti ganger større enn dens diameter; og passasjene til koalescensenheten og passasjedelene til dielektroforeseenheten strekker seg hovedsakelig parallelt med aksen til beholderen