NO338808B1

NO338808B1 - Modularisert prosesslinje for hydrokarbonfluid

Info

Publication number: NO338808B1
Application number: NO20141342A
Authority: NO
Inventors: Luciano Patruno; Espen Hauge; Jose Luis Plasencia
Original assignee: Vetco Gray Scandinavia As
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2016-10-24
Also published as: WO2016074950A1; NO20141342A1

Description

Modularisert prosesslinje for hydrokarbonfluid

Oppfinnelsens tekniske område

Foreliggende oppfinnelse vedrører prosesseringsutstyr som er nyttig ved produksjon av hydrokarbon. Oppfinnelsen vedrører spesielt en prosesslinje som omfatter en modularisert prosesseringsenhet som kan utnyttes i prosessen med utvinning, behandling og transport av flerfasefluid produsert fra en hydrokarbonbrønn.

Bakgrunn for oppfinnelsen og tidligere kjent teknikk Utvinning og produksjon av olje og gass fra hydrokarbonbrønner involverer et flertall prosesstrinn som blir utført på produksjonsstedet innen produktet blir levert til en mottaker på overflaten. En prosesslinje for prosessering av flerfase brønnfluid vil i alminnelighet involvere prosesseringsenheter som er konstruert og dedikert for bruk som separator, pumpe eller kompressor osv. Kompleksiteten av en hydrokarbonprosess-linje for flerfase brønnfluid er åpenbar, tatt i betraktning av at individuelle separatorer for separering av f.eks. sand/væske, gass/væske og væske/væske kan være påkrevd i prosesslinjen. I tillegg til de aktive prosesseringsenhetene trenger prosesslinjen passende manifolder, brokoblinger/ røropplegg og ventiler, noe som bidrar til en komplisert struktur.

Av kjent teknikk kan nevnes US 6811382 B2, US 2009/0200035 Al, US 2013/0236341 Al og US 6527521 B2.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse har som mål å fremskaffe en prosesslinje som unngår kompleksitet i struktur og installasjon, noe som vanligvis er forbundet med prosessering av flerfase hydrokarbonfluid.

En nøkkel til løsningen som er presentert her, er en kraft- og strømningsmodul som uten vesentlige modifikasjoner kan brukes til å generere strømning og trykk i de fleste, om ikke alle, prosesstrinnene der det kreves.

Den foreslåtte løsningen reduserer kvalifiseringskostnader for forskjellig og spesialisert utstyr, øker driftseffektivitet og erfaring, og tillater fleksibilitet i en standardisert løsning for produksjon av hydrokarbonbrønnfluid på havbunnen så vel

som på land.

En oversikt over potensialet ved foreliggende oppfinnelse for modularisering og standardisering er gitt i følgende kortfattede forklaring på en mulig utførelse og eksempel på utførelse av oppfinnelsen: Flerfasefluid fra brønnen blir ført til et første sett av kraft- og strømningsmoduler som virker som en gass/væske-separator. Gassen blir skilt ut til et siderør mens fluidet beveger seg frem gjennom de roterende kraft- og strømningsmodulene inn i et andre sett. Det andre settet virker som en olje/vann-separator, der vannet blir skilt ut til et siderør mens olje beveger seg frem gjennom de roterende kraft- og strømningsmodulene og inn i et tredje sett. Det tredje settet virker som en trykkøkingspumpe og øker trykket av olje og gass for transport videre. Et fjerde sett av kraft-og strømningsmoduler kan være innrettet til å operere som en vannbehandlingsmodul og motta vann fra siderøret fra det andre settet. Spillvann blir resirkulert oppstrøms tilbake til tredje sett. Rent vann løper nedstrøms til et femte sett kraft- og strømningsmoduler som tjener som en

vanninj eksj onspumpe.

Blant fordelene som kan oppnås ved utførelse av en slik modulær prosesseringsenhet er for eksempel følgende: • et ensartet kraft- og reguleringssystem for alle enheter

• aktiv separering blir mulig

• problemer med spillvannsstrømninger kan unngås

• bedre pålitelighet på grunn av redundans

• et singulært brønndistribusjonssystem blir oppnådd.

Målet med foreliggende oppfinnelse blir oppnådd ved å skaffe en prosesslinje konfigurert for utvinning, behandling og transport av hydrokarbonbrønnfluid, som omfatter prosesseringsenheter innrettet og påkrevd for å utføre minst ett av følgende prosesstrinn:

• separering av fluid/faststoff

• homogenisering av flerfasefluid

• separering av gass/væske

• separering av væske/væske

• pumping

• øking av strømning eller trykk

• komprimering av gass

• vannbehandling

• vanninjeksjon

• voksbehandling

• gass-hydrat-håndtering,

der strømning gjennom prosesseringslinjen oppnås ved en kraft-og strømningsmodul som i hovedsak genererer en aksiell strømning gjennom en ringformet annulær strømpassasje, der kraft- og strømningsmodulen omfatter:

- en rotor opplagret for rotasjon på en rotoraksel,

- rotoren har rotorskovler som strekker seg i hovedsak i radielle retninger fra en rotorsenterakse, - permanentmagneter montert i de ytre endene av rotorskovlene, - elektromagneter og statorviklinger montert på en kapsling som omslutter rotoren, idet kapslingen har koblingsmidler for kobling av kraft- og strømningsmodulen til en inntilliggende kraft- og strømningsmodul i stablet konfigurasjon. I stablet konfigurasjon er rotorene av kraft- og strømningsmodulen individuelt opplagret på utsiden av en stasjonær gjennomgående aksel for å rotere om denne atskilt fra andre rotorer i et sett med kraft- og strømningsmoduler.

Kraft- og strømningsmodulen er fortrinnsvis en elektrisk drevet maskin som kan være realisert i ulike utførelser.

Rotoren er konstruert for aksiell forflytning av fluid gjennom kraft- og strømningsmodulen. Utførelser av oppfinnelsen omfatter en kraft- og strømningsmodul der rotorskovlene har en angrepsvinkel mot strømningsretningen som tjener til å generere en i hovedsak aksiell strømning, uten noen radiell komponent av betydning, gjennom prosesseringsenheten. Andre utførelser omfatter en rotor konstruert til å tilføre en betydelig radiell komponent til strømmen gjennom prosesseringsenheten.

Kraft- og strømningsmodulen kan brukes i en prosesseringsenhet om er konfigurert for separering. I én utførelse er kraft- og strømningsmodulen driftsmessig koblet i linje med en separat skrue eller skovlhjul som genererer separering av fluidfasene ved sentrifugalt eller syklonisk påvirkning. I en annen utførelse er kraft- og strømningsmodulen integrert med en sylindrisk trommel som kan være innvendig utformet med vinger som tilfører en roterende bevegelse på strømmen gjennom trommelen.

I enda en annen utførelse genererer kraft- og strømnings-modulen, som resultat av en sammensatt kurvatur i de radielle skovlene, den roterende bevegelsen i strømmen som kreves for å oppnå separering av fluidfaser ved sentrifugalvirkning.

I alle tilfeller kan den prosesseringsenheten som virker som separator være innrettet for lateral/radiell utløp av en tyngre fluidfase som er utskilt fra en innkommende fler-fasestrømning, mens en lettere fluidfase passerer gjennom prosesseringsenheten i aksiell retning.

Føring av de separerte fluidfasene fra og mellom prosesseringsenhetene kan oppnås med et stasjonært overgangsstykke som har indre passasjer, så vel som oppstrøms og nedstrøms grensesnitt som passer til tilkoblede prosesseringsenheter. Overgangsstykket har typisk et oppstrøms grensesnitt som omfatter en ytre annulær inngang for den tyngre fluidfasen og en sentral inngang, annulær eller sirkulær, for den lettere fluidfasen radielt innenfor den ytre annulære inngangen. Det nedstrøms grensesnittet har enten en annulær utgang for tyngre fluidfase eller en sentral utgang for fluid av lettere fase.

Kraft- og strømningsmodulen kan brukes i en prosesseringsenhet som er konfigurert for trykkøking. I én utførelse er kraft- og strømningsmodulen mangfoldiggjort og danner en pakke med aksielt stablet PM-motorer og rotorer som tjener til akselera-sjon og kompresjon av strømmen gjennom trykkøkingsenheten. Hver kraft- og strømningsmodul i stablet konfigurasjon kan opereres separat og styres individuelt via dedikerte frekvensomformere (Variable Speed Drives - VSD), én for hvert motortrinn eller rotor.

Tilsvarende er, i én utførelse er kraft- og strømningsmodulen en elektrisk drevet strømningsmaskin, der permanentmagneter er montert langs omkretsen av en rotor mens elektromagneter og statorviklinger er montert i en stasjonær kapsling som omslutter rotoren.

I én utførelse er rotorskovlene gitt en angrepsvinkel mot strømningsretningen som tjener til å generere en i hovedsak aksiell strømning, uten en betydelig radiell komponent, gjennom en kraft- og strømningsmodul som er integrert i en prosesseringsenhet som virker som pumpe, som trykkøkingsenhet eller som separator.

I andre utførelser er rotorskovlene kurvet for å tilføre en betydelig radiell komponent på strømmen gjennom en kraft- og strømningsmodul som er integrert i en prosesseringsenhet som virker som pumpe, som trykkøkingsenhet eller som separator.

I én utførelse er kraft- og strømningsmodulen driftsmessig koblet på linje med en skrue eller skovlhjul i en prosesseringsenhet leder til separering av fluidfasene ved hjelp av sentrifugal eller syklonisk påvirkning.

Kraft- og strømningsmodulen er i én utførelse integrert med en sylindrisk trommel som innvendig er utformet med vinger som tilfører en roterende bevegelse på strømmen gjennom en prosesseringsenhet leder til separasjon av fluidfasene ved hjelp av sentrifugal eller syklonisk påvirkning.

I én utførelse omfatter rotoren turbinhjul i en kraft- og strømningsmodul som er integrert i en prosesseringsenhet som virker som våtgasskompressor.

Utførelser av oppfinnelsen omfatter et stasjonært overgangsstykke som er innrettet til å koble sammen suksessive prosesseringsenheter i en prosesslinje, idet overgangsstykket er utformet innvendig med separate løp for tyngre og lettere fluidfaser.

I én utførelse av foreliggende oppfinnelse omfatter en første prosesseringsenhet en kraft- og strømningsmodul som opererer som separator eller som fluidhomogeniserer og i en andre prosesseringsenhet opererer en kraft- og strømningsmodul som trykkøkingspumpe eller kompressor, og så videre idet prosesseringsenhetene er koblet og satt sammen i rekkefølge og satt sammen for aksiell strømning gjennom første og andre prosesseringsenhet.

En annen utførelse av foreliggende oppfinnelse omfatter in-line separatorer der første og andre prosesseringsenhet hver omfatter en kraft- og strømningsmodul som opererer som separator, mens en tredje prosesseringsenhet omfatter en kraft- og strømningsmodul som opererer som trykkøkingspumpe eller kompressor, og så videre idet separatorene og trykkøkingspumpe/kompressor er koblet og satt sammen i rekkefølge for aksiell strømning gjennom første, andre og tredje prosesseringsenhet.

Enda en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse omfatter et første overgangsstykke som kobler sammen første og andre separator som er innrettet for utløp og føring av en separert gassfase til trykkøkingspumpen eller kompressoren, og der et andre overgangsstykke, som kobler den andre separatoren til trykkøkingspumpen/kompressoren, er innrettet for utløp føring av en separert vannfase til en vannbehandlingsenhet.

I én utførelse omfatter første vannbehandlingsenhet kraft- og strømningsmodulen som virker som separator, og der spillvann blir ført fra den første vannbehandlingsenheten til trykkøkingspumpen.

I én utførelse omfatter andre vannbehandlingsenhet kraft- og strømningsmodulen som virker som vanninjeksjonspumpe.

Implementeringer av foreliggende oppfinnelse omfatter utførelser der kald brønnstrøm er muliggjort gjennom et utfellingskammer for hydrokarbon-faststoff der kraft- og strømningsmodulen driver en roterende skraper i utfellingskammeret.

Fra følgende detaljerte beskrivelse av utførelser vil det fremgå at prosesseringsenheter som virker på kraft- og strømningsmodulen kan være innbefattet i mange typer og konfigurasjoner av prosesslinjer for hydrokarbonbrønnfluid, undersjøisk så vel som på land, selv om bare noen få slike er nevnt i denne beskrivelsen.

Kort beskrivelse av tegningsfigurene

Utførelser av oppfinnelsen vil bli forklart nedenfor med henvisning til de vedlagte tegningsfigurene, som viser som følger: Figur 1 viser et lengdesnitt gjennom et sett kraft- og strømningsmoduler som er tilpasset for innlemmelse i de prosesseringsenhetene som følger av foreliggende oppfinnelse. Figur 2 er et tilsvarende snitt som illustrerer kraft- og strømningsmodulen anvendt i en prosesseringsenhet som er konfigurert for separering, Figur 3 er et tilsvarende snitt som illustrerer kraft- og strømningsmodulen anvendt i en prosesseringsenhet som er konfigurert for trykkforsterking, Figur 4 er et tilsvarende snitt som illustrerer kraft- og strømningsmodulen anvendt i en prosesseringsenhet som er konfigurert for trykkforsterking, Figurene 5a-5c illustrerer kraft- og strømningsmodulen anvendt i alternativt konfigurerte prosesseringsenheter for separering, Figur 6 er en skjematisk illustrasjon av en første undersjøisk prosesslinje sammensatt av prosesseringsenheter som er avhengig av kraft- og strømningsmodulen for sin virkemåte, Figur 7 er en skjematisk illustrasjon av en andre undersjøisk prosesslinje sammensatt av prosesseringsenheter som er avhengig av kraft- og strømningsmodulen for sin virkemåte, og Figur 8 er en skjematisk illustrasjon av en tredje undersjøisk prosesslinje sammensatt av prosesseringsenheter som er avhengig av kraft- og strømningsmodulen for sin virkemåte.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser

Selv om det er forklart og illustrert nedenfor med henvisning til en undersjøisk implementering, må det fremheves at fremstillingen som er gitt her likedan kan nyttes i prosessen med hydrokarbonproduksjon fra landbaserte hydrokarbonbrønner.

Med henvisning til figur 1 er et sett av kraft- og strømningsmoduler 1 vist i lengdesnitt. Hver kraft- og strømningsmodul 1 omfatter en rotor 2 som er opplagret for rotasjon på en rotoraksel 3. Rotorene 2 kan være individuelt opplagret i radielle/aksielle lagre 4 på utsiden av en stasjonær rotoraksel for å rotere om denne atskilt fra andre rotorer i et sett med kraft- og strømningsmoduler.

Hver rotor 2 omfatter et sett rotorblad eller rotorskovler 5 som strekker seg i hovedsak i radielle retninger fra en rotorsenterakse C. I det minste noen av rotorskovlene 5 har en permanentmagnet 6 i ytre omkrets-ende av rotorskovlen. Permanentmagnetene 6 kan være integrert i et ringelement 7 som sammenbinder de ytre endene av rotorskovlene i rotoromkretsen 8.

Rotoren 2 er omsluttet av en kapsling 9 som har koblingsmidler, slik som flenser 10, for kobling til inntilliggende kraft- og strømningsmoduler 1. Tetninger, ikke vist på tegningene, er innrettet etter behov i de møtende grense-snittene mellom kapslinger til koblede kraft- og strømnings-moduler. Montert i kapsling 9 er et sett av elektromagneter med tilknyttede statorviklinger, på tegningene merket med samme henvisningsnummer 11. Elektromagnetene 11 danner en ytre ring om den indre ringen av permanentmagneter, og kapslingen 9 kan ha form som en sylinder.

Rotoren 2 blir på denne måten satt i rotasjon ved at permanentmagnetene beveger seg i magnetfeltet som blir generert når strøm blir tilført statorviklingene for å aktivere elektromagnetene.

Under rotasjon danner kraft- og strømningsmodulen 1 primært en aksiell strømning gjennom en annulær strømpassasje som blir definert av rotoren/rotorene i kraft- og strømningsmodulen/- settet av kraft- og strømningsmoduler. Rotorskovlene 5 er konstruert med en angrepsvinkel eller stigningsvinkel mot strømmen F og i forhold til den aksielle senteraksen C. I et sett av kraft- og strømningsmoduler kan minst én av rotorene ha skovler med annen stigningsvinkel enn de øvrige rotorene i settet, stigningsvinkel kan øke eller avta suksessivt fra første til siste rotor i settet, for på denne måten å endre strømning og/eller trykk i fluidet.

For ytterligere å tilpasse driften av settet med kraft- og strømningsmoduler 1, kan kraft- og strømningsmodulene ha individuell krafttilførsel og bli styrt separat via dedikerte frekvensomformere, som illustrert med VSD-boksene på figur 1.

Utførelser av kraft- og strømningsmodulen 1 kan være modifisert til å tilføre en radiell komponent på strømnings-retningen. For dette formålet kan modifiserte rotorskovler (se rotorskovlene 5' på figur 2) være formet med en angrepsvinkel eller kurvatur i radialplanet, idet rotorskovlene er bøyd bakover i forhold til rotorens rotasjonsretning. I et sett av kraft- og strømningsmoduler kan noen av rotorene være konstruert til å generere en hovedsakelig aksiell strømning, mens andre rotorer er konstruert til å generere rotasjon i strømmen for å utsette fluidet for sentrifugalkraft og syklonvirkning.

Figur 2 illustrerer kraft- og strømningsmodulen 1 implementert i en prosesseringsenhet som virker som separator 12. Merk at selv om tegningen på figur 2 viser kun to kraft- og strømningsmoduler, kan det virkelige antallet av kraft- og strømningsmoduler 1 multipliseres og tilpasses til drifts-messige krav. For eksempel kan separatoren 12 omfatte en oppstrøms gruppe kraft- og strømningsmoduler som er konfigurert for generering av aksiell strømning, mens en påfølgende og nedstrøms gruppe kraft- og strømningsmoduler er konfigurert for å tilføre roterende bevegelse i strømmen ved hjelp av de radielt krumme eller dobbeltkrumme rotorskovlene 5' .

I separatoren 12 forårsaker den roterende bevegelsen som blir tilført strømmen at fluidfasene blir separert på grunn av syklonvirkning, fordi den tyngre fluidfasen blir drevet av sentrifugalkraft til å samle seg i et periferisk område i den annulære passasjen gjennom kraft- og strømningsmodulene.

Et stasjonært overgangsstykke 13 er koblet til nedstrøms ende av separatoren og sørger for passasjene 14 og 15 for å føre den tyngre fluidfasen 0 til et radielt eller lateralt utløp, så vel som passasjene 16 og 17 for å føre den lettere fluidfasen G til et aksielt, sentralt utløp. I det oppstrøms grensesnittet har overgangsstykket 13 en annulær ytre inngang 18 for den tyngre fasen og en annulær indre inngang 19 for den lettere fluidfasen. Inngangene 18 og 19 kan være adskilt oppstrøms av en sylindrisk delering 20. Et rørpasstykke 21 uten bevegelige indre deler kan være satt inn mellom kraft- og strømningsmodulene 1 og overgangsstykket 13, om det passer.

Kraft- og strømningsmodulen 1 kan være implementert i separeringsenheter i andre og alternative konfigurasjoner. Med henvisning til figur 5a er det illustrert en prosesseringsenhet som virker som separator 12', som omfatter en sylindrisk trommel 22 som er roterbar montert inne i en stasjonær sylinder 23. Trommelen kan være roterbar opplagret i lagre 24 og 25 som er innrettet i endene av trommel og sylinder. Trommelen er installert i en flerfase fluidstrøm F for å motta blandede fluidfaser via en innløpsende 26 og for å slippe ut separerte fluidfaser 0, G via en utløpsende 27. Separering av fluidfasene oppnås ved å tilføre roterende bevegelse i fluidet etter passering gjennom trommelen 22.

Roterende bevegelse blir generert av én eller flere kraft- og strømningsmoduler 1 som er integrert i separatoren 12' og installert over fluidstrømmen gjennom separatoren. Nærmere bestemt blir elektromagnetene 11 montert på den stasjonære sylinderen 23, mens permanentmagnetene 6 er montert på trommelen 22. Trommelen blir dermed satt i rotasjon ved at permanentmagnetene beveger seg i magnetfeltet som blir generert når strøm føres til statorviklingene for å aktivere elektromagnetene.

Roterende bevegelse kan bli tilført strømmen via en eller flere vinger 28 som er innrettet slik at de peker innover fra veggen i trommelen, idet vingene ligger i hovedsak i lengderetningen av trommelen. Vingene 28 kan ha hvilken som helst passende form. De innvendige vingene kan være orientert i parallell med lengdeaksen i trommelen, som illustrert med den rette prikkede streken på figur 5b. Alternativt kan vingene være orientert i en vinkel a i forhold til senter-linjen, som illustrert med streken 28 på figur 5b. Vingene kan også ha en utforming som følger en helisk kurve i den indre periferien av trommelen 22, som illustrert med den kurvede prikkede streken på figur 5b.

Enda en annen alternativ implementering av kraft- og strømningsmodulen 1 i en prosesseringsenhet som virker som en separator, er beskrevet med henvisning til figur 5c. Separatoren 12'' på figur 5c omfatter en stasjonær ytre sylinder 29 i omgivelsesforhold om en stasjonær indre sylinder eller trommel 30. Den indre trommelen 30 har en perforert vegg der åpninger eller slisser 31 er utformet for å tillate overføring av en tyngre fluidfase fra trommelen til et annulært område 32 som er definert mellom trommelen og den ytre sylinderen. Et sideutløp 33 er forbundet med på det annulære området 32 i radiell retning.

En skrue 34 er opplagret for rotasjon internt i trommelen. Den interne skruen 34 har en radielt blad 35 som løper i spiral om en skrueaksel 36. Skrueakselen 36 er drivmessig forbundet med rotorakselen på eller flere stablede kraft- og strømnings-moduler 1. Den ikke-drevne enden av skruen er opplagret i et lagerhus 37 innrettet i nedstrøms ende av separatoren.

Prosesseringsenheten som virker som separator 12, 12' eller 12'' er forbundet med en nedstrøms prosesseringsenhet i prosesslinjen via et mellomkoblet overgangsstykke, slik som det stasjonære overgangsstykket 13 på figur 2. Mens overgangsstykket 13 vist på figur 2 er innrettet til å føre den tyngre fasen ut av aksialstrømmen som fortsetter gjennom de koblede prosesseringsenhetene, er imidlertid et annet og alternativt overgangsstykke 13', se figur 3, innrettet til å føre den lettere fasen G ut av aksialstrømmen mens den tyngre fasen 0 fortsetter aksielt langsetter en annulær passasje 38 inn i den påfølgende prosesseringsenheten i linjen. Overgangsstykket 13' kan bli etterfulgt i prosesslinjen av en enhet som er konfigurert til å virke som en aksialpumpe eller trykkøkingsenhet 39. I trykkøkingsenheten 39 blir kraft- og strømningsmoduler 1 drevet for å akselerere fluidet og derved øke strøm og/eller trykk mot en utløpsende av pumpe eller trykkøkingsenheten. Et utløpselement 40 er koblet til nedstrøms ende av trykkøkingsenheten og fører strømmen ut av prosesslinjen. På den måten avslutter utløpselementet 40 prosesslinjen eller i det minste en oppstrøms del av prosesslinjen.

Figur 4 illustrerer en modifisert kraft- og strømningsmodul 1' innbygd i en prosesseringsenhet som virker som en våttolerant gasskompressor 41. Kraft- og strømningsmodul 1' på figur 4 skiller seg fra kraft- og strømningsmodulen 1 når det gjelder formen på rotorskovlene. I stedet for at bladene danner rotor 2 i kraft- og strømningsmodulen 1, omfatter rotor 42 i kraft-og strømningsmodulen 1' et sett stablede turbinhjul 43 som roterer om en aksel 44. Stasjonære overgangsstykker 45 fører fluidet til det etterfølgende turbintrinnet.

I en undersjøisk prosesslinje kan kompressor 41 kobles i linje med separatoren 12 og et mellomliggende overgangsstykke 13 som fører våtgass til kompressoren og olje og vann ut av aksialstrømmen, for videre prosessering nedstrøms.

Prosesseringsenheter for undersjøiske prosesslinjer kan således være basert på samme roterende kraft- og strømnings-modul hovedsakelig uten modifikasjon. Foruten den illustrerte integrering i separatorer, i aksialpumper eller trykkøkings-enheter og våtgasskompressorer, vil kraft- og strømnings-modulen passe for implementering i flerfase enheter for fluidhomogenisering, vannbehandlingsenheter, vanninjeksjons-pumper, voks- og gasshydrat-håndteringsinnretninger osv., hvor det kreves roterende kraft.

Konseptet med en modulær kraft- og strømenhet til å generere rotasjonen og strømmen som kreves i prosesseringsenheter i en undersjøisk prosesslinje, gir stor fleksibilitet i utlegget av prosesslinjer. Noen få eksempler vil bli kort gjennomgått nedenfor med henvisning til tegningene på figur 6 til 8.

Slik viser figur 6 en undersjøisk prosesslinje 100 der i en første prosesseringsenhet 101 kraft- og strømningsmodulen er implementert som en sentrifugalseparator, eller som en flerfase fluidhomogeniserer og i en andre prosesseringsenhet 102 er kraft- og strømningsmodulen konfigurert til å virke som en trykkøkingsenhet eller en våtgasskompressor, og videre der prosesseringsenhetene 101 og 102 er koblet sammen via et stasjonært overgangsstykke 103 som sørger for aksiell strømning mellom prosesseringsenhetene 101, 102.

Figur 7 viser en undersjøisk prosesslinje 200 som omfatter prosessenheter 201 og 202 som virker som separatorer. I den første separatoren 201 blir kraft- og strømningsmodulen brukt til å separere gass og fluid. Gass blir ført fra den første separatoren 201 via en rørledning 203 til en tredje prosesseringsenhet 204 som virker som trykkøkingspumpe, mens olje og vann fortsetter med aksialstrømmen inn i den andre separatoren 202. Første og andre separator 201 og 202 kan være forbundet via et stasjonært overgangsstykke 13'. I den andre separatoren 202 blir kraft- og strømningsmodulen brukt til å separere olje og vann. Olje fortsetter med aksialstrømmen inn i trykkøkingspumpen 204, mens vann W blir ført ut av aksial-strømmen via en rørledning 205. Den andre separatoren 202 og trykkøkingspumpen 204 kan være forbundet via et stasjonært overgangsstykke 13.

En blindflens 206 avslutter den aksielle strømningen gjennom prosesseringsenhetene 201, 202 og 204. Blindflensen kan være utført slik som utløpselementet 40 som er nevnt med henvisning til figur 3, som sørger for at rekombinert olje og gass kan ha utløp fra en trykkøkingspumpe 204 med øket trykk og/eller strømning.

Prosesslinje 200 kan bli utvidet utover trykkøkingspumpen 204. I en fjerde prosesseringsenhet 207 blir kraft- og strømnings-modulen brukt som en separator for behandling av vann som blir mottatt fra rørledningen 205. Spillvann W{1) blir ført ut av aksialstrømmen som den tyngre fasen, mens rent vann W(2) som den lettere fasen fortsetter strømmen i aksiell retning inn i en femte prosesseringsenhet 208. I den femte prosesseringsenheten 208 blir kraft- og strømningsmodulen brukt som en vanninjeksjonspumpe. Derimot kan spillvannet bli ført tilbake til trykkøkingspumpen 204 via en rørledning 209 for videre transport.

Det generelle utformingen av prosesslinje 300 på figur 8 er i hovedsak slik det er beskrevet med henvisning til figur 7, og tilsvarende enheter er merket med de samme henvisningsnumre. Prosesslinje 300 på figur 8 skiller seg imidlertid fra Prosesslinje 200 blant annet når det gjelder strømningsbanen for separert gass som i utførelsen 300 løper utenom trykkøkingspumpe 304 og blir ført via rørledning 303 for å bli gjeninnført i den økede fluidstrømmen som strømmer ut fra trykkøkingspumpen 304.

Prosesslinje 300 omfatter videre en funksjon for å behandle voks og gasshydrat. Nærmere bestemt er en prosesseringsenhet 310 oppstrøms for en trykkøkingspumpe 304 innrettet til å operere for muliggjøre kald brønnstrømning, der kraft- og strømningsmodulen brukes til å generere rotasjon av en skraper 311 som er opplagret for rotasjon i et kammer for utfelling av hydrokarbon-faststoff. I utfellingskammeret blir temperaturen i fluidet senket til under temperaturen for dannelse av hydrater og faststoff som forårsaker utfelling og avsetning av faststoff på veggene i utfellingskammeret. Utfellingskammeret kan avkjøles ved naturlig eller tvungen konveksjon, eller ved annen kjøleteknikk.

Ovenfor er det forklart og illustrert i tegninger av eksempler pa utførelser, at en betydelig modularisert og standardisert prosesslinje for utvinning, behandling og transport av hydrokarbonbrønnfluider kan oppnås ved å utføre de beskrivelsene som er gitt her.

Det vil likevel være innlysende at modifikasjoner av utførelsene som er beskrevet, er mulig uten å fravike omfanget av og ånden i oppfinnelsen slik den er beskrevet ovenfor og definert i vedlagte patentkrav.

Claims

1. Prosesslinje konfigurert for utvinning, behandling og transport av hydrokarbon brønnfluid, som omfatter prosesseringsenheter innrettet og påkrevd for å utføre minst én av følgende prosesstrinn: - fluid/faststoff-separering, - flerfase fluidhomogenisering, - gass/væske-separering, - væske/væske-separering, - pumping, - strøm- eller trykkøking, - gasskompresjon, - vannbehandling, - vanninjeksjon, - voksbehandling, - gasshydrat-behandling, idet strømning gjennom prosesslinjen oppnås ved en kraft- og strømningsmodul (1, 1') som i hovedsak genererer en aksiell strømning gjennom en annulær strømpassasje, der kraft- og strømningsmodulen (1, l<f>) omfatter: - en rotor {2, 42) opplagret for rotasjon på en rotoraksel (3, 44), - rotoren har rotorskovler (5, 43) som strekker seg i hovedsak i radielle retninger fra en rotorsenterakse (C), - permanentmagneter (6) montert i de ytre endene av rotorskovlene (5, 43) , - elektromagneter og statorviklinger (11) montert på en kapsling (9) som omslutter rotoren (2, 42), idet kapslingen (9) har koblingsmidler for kobling av kraft- og strømnings-modulen (1, 1') til en inntilliggende kraft- og strømnings-modul (1, 1') i stablet konfigurasjon,karakterisert vedat i stablet konfigurasjon er rotorene (2, 42) av kraft- og strømningsmodulen individuelt opplagret på utsiden av en stasjonær gjennomgående aksel (3, 44) for å rotere om denne atskilt fra andre rotorer i et sett med kraft- og strømningsmoduler.

2. Prosesslinje i henhold til krav 1, idet kraft- og strømningsmodulene (1, 1') er individuelt drevne og separat styrte via dedikerte frekvensomformere.

3. Prosesslinje i henhold til krav 1 eller 2, idet rotorskovler (5) er gitt en angrepsvinkel mot strømningsretningen (F) som tjener til å generere en i hovedsak aksiell strømning, uten en betydelig radiell komponent, gjennom en kraft- og strømningsmodul (1) som er integrert i en prosesseringsenhet som opererer som pumpe, som trykkøkings-enhet eller som separator.

4. Prosesslinje i henhold til hvilket som helst av kravene 1-3, idet rotorskovler (5') er kurvet for å tilføre en betydelig radiell komponent på strømmen gjennom en kraft- og strømningsmodul (1) integrert i en prosesseringsenhet som virker som pumpe, som trykkøkingsenhet eller som separator.

5. Prosesslinje i henhold til krav 3 eller 4, idet kraft- og strømningsmodulen (1) er driftsmessig koblet i linje med en skrue eller skovlhjul (34) i en prosesseringsenhet (12") som utfører separering av fluidfasene ved sentrifugalvirkning eller syklonvirkning.

6. Prosesslinje i henhold til hvilket som helst av kravene 1-4, idet kraft- og strømningsmodulen (1) er integrert med en sylindrisk trommel (22), internt utformet med vinger (28) som tilfører en roterende bevegelse på strømmen gjennom en prosesseringsenhet (12'') som utfører separering av fluidfasene ved sentrifugalvirkning eller syklonvirkning.

7. Prosesslinje i henhold til krav 1, idet rotoren (42) omfatter turbinhjul (43) i en kraft- og strømningsmodul (1') integrert i en prosesseringsenhet (41) som virker som våtgasskompressor.

8. Prosesslinje i henhold til hvilket som helst foregående krav, som omfatter et stasjonært overgangsstykke (13, 13') innrettet for sammenkobling av suksessive prosesseringsenheter i prosesslinjen, der overgangsstykket er internt utformet med separate baner (0, G) for tyngre og lettere fluidfaser.

9. Prosesslinje i henhold til hvilket som helst foregående krav, idet i en første prosesseringsenhet (101) kraft- og strømningsmodulen (1) opererer som separator eller som fluid-homogeniserer, i en andre prosesseringsenhet (102) virker kraft- og strømningsmodulen (1, 1') som trykkøkings-pumpe eller kompressor, og videre idet prosesseringsenhetene er koblet og satt sammen suksessivt for aksiell strømning gjennom første og andre prosesseringsenhet.

10. Prosesslinje i henhold til hvilket som helst av kravene 1-8, som omfatter in-line separatorer idet første og andre prosesseringsenhet (201, 202) hver omfatter kraft- og strømningsmodulen (1) som opererer som separator, mens en tredje prosesseringsenhet (204) omfatter kraft- og strømningsmodulen (1) som virker som trykkøkingspumpe eller kompressor, og videre idet separatorene (201, 202) og trykkøkingspumpe/kompressor (204) er koblet og satt sammen suksessivt for aksiell strømning gjennom første, andre og tredje prosesseringsenhet.

11. Prosesslinje i henhold til krav 10, idet et første overgangsstykke (13') som kobler sammen første (201) og andre (202) separator er innrettet for utløp og føring av en separert gassfase til trykkøkingspumpen eller kompressoren (204), og idet et andre overgangsstykke (13), som kobler sammen andre separator (202) og trykkøkingspumpe/kompressor (204), er innrettet for utløp og føring av en separert vannfase til en vannbehandlingsenhet (207).

12. Prosesslinje i henhold til krav 11, idet første vannbehandlingsenhet (207) omfatter kraft- og strømningsmodulen (1) som virker som separator, og idet spillvann W{1) blir overført fra første vannbehandlingsenhet (207) til trykk-økingspumpen (204).

13. Prosesslinje i henhold til krav 12, idet den andre vannbehandlingsenheten (208) omfatter kraft- og strømnings-modulen (1) som virker som vanninjeksjonspumpe.

14. Prosesslinje i henhold til hvilket som helst foregående krav, idet kald brønnstrøm blir åpnet gjennom et utfellingskammer (310) for hydrokarbonfaststoffer som omfatter kraft-og strømningsmodulen (1) som driver en roterbar skraper (311) i utfellingskammeret.