NO870910L - Anordning ved trykkavlastningssystem for prosessutstyr paaplattform til havs. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for trykkavlastning av en produksjonsprosess på en plattform til havs. Oppfinnelsen omfatter også en anordning ved et trykkavlastningssystem.

Produksjonsanlegg for olje/gass utstyres alltid med gassutslipp-systemer for å kunne trykkavlaste produksjonsprosesser. Trykkavlastning kan være nødvendig pga. produksjons- eller sikkerhetsmessige årsaker og i slike situasjoner skal gassen raskt kunne ledes til sikkert område. Ved dagens konvensjonelle systemer blir gassen ledet gjennom et samlerørsystem til en fakkel for avbrenning. Pga. de store gassmengder som må kunne tømmes i løpet av kort tid, vil varmestrålingen fra flammen være en begrensende faktor som bestemmer minste avstand fra fakkel til plattform. F.eks. kan det nevnes at den lengste fakkelbom som er installert i norsk sektor i Nordsjøen er 137 meter. Lange fakkel bommer fører til en stor belastning på dekksrammen og gir en negativ forskyvning av plattformens tyngdepunkt. Etterhvert som produksjonen beveger seg mot stadig større havdyp vil det være av avgjørende betydning å kunne holde vekten på plattformdekket på et lavest mulig nivå. Nye områder som idag planlegges utbygget vil få betydelig større produksjon særlig av gass. Mengden gass som må kunne trykkavlastes innen en bestemt tidsperiode vil derfor bli vesentlig større enn på tidligere kjente konstruksjoner til havs.

Myndighetene i de fleste land hvor det drives med oljeproduksjon til havs, har forskrifter som krever at alt prosessutstyr skal kunne trykkavlastes innen en bestemt tidsperiode. På felt med stor produksjon, særlig av gass, vil det med et konvensjonelt system kreves en fakkel med svært lang bom, noe som konstruksjonsmessig vil by på store problemer. Et alternativ som er foreslått, er en inndeling av plattformen i flere soner, der hver sone er brann og eksplosjonssikret i forhold til de øvrige soner. Dersom det oppstår brann, eksplosjon eller andre risikofylte situasjoner, foreslås det at bare hver sone skal måtte trykkavlastes innenfor de tidsfrister som myndighetene setter. For 'å oppnå en tilstrekkelig sikkerhet ved et slikt system, er det selvsagt nødvendig med brann- og eksplosjonsmotstandsdyktige vegger mellom hver sone, hvilket i seg selv vil være kostbart. Ved en eventuell gasslekkasje må man også være sikkert på at gassen ikke kan bevege seg fra en sone til en annen, noe som også vil stille store krav til konstruksjonsmessig utførelse. En soneinndelt trykkavlastning vil dessuten kreve et langt mer komplisert trykkavlastningssystem. Løsningen med soneinndelt trykkavlastning er derfor å anse som en langt fra god løsning både økonomisk, men kanskje aller mest sikkerhetsmessige etter som den totale trykkavlastningstiden vil bli betydelig forlenget.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte for trykkavlastning av en produksjonsprosess på plattformer til havs, hvor behovet for en konvensjonell fakkel er eliminert, eller hvor fakkelens bomlengde kan reduseres betydelig, og hvor den totale trykkavlastningstiden holdes så lav som mulig.

Dette er oppnådd ifølge oppfinnelsen ved en fremgangsmåte som kjennetegnes ved at trykkavlastningsmediumet, i det vesentlige gass, helt eller delvis føres til utslipp under vann. Oppfinnelsen omfatter også en anordning til utøvelse av fremgangs-måten .

Det nye konsept for trykkavlastning av produksjonsprosesser på plattformer til havs representerer et betydelig fremskritt sammenlignet med tidligere kjente, konvensjonelle konsepter hvor all trykkavlastning foretas gjennom en fakkel. Særlig på plattformer med høy produksjon og følgelig store mengder gass som må kunne trykkavlastes, og der dimensjonene på fakkelbommen kan bli kritisk store med et konvensjonelt trykkavlastningssystem, vil konseptet være særlig fordelaktig. Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen trykkavlastes høytrykkskilder i produksjonsprosessen via det undersjøiske gassutslippsystemet til et trykknivå tilnærmet lik det statiske trykk ved utslippspunktet eller punktene. Gass med et trykk undet dette nivå avlastes via en konvensjonell fakkel. Beregninger som er foretatt viser at typisk vil en andel på mellom 50-75% ekvivalente volumenheter av den gassen som skal slippes ut, kunne trykkavlastes under vann. Dette vil selvfølgelig få en betydelig, positiv innvirkning på fakkelbommen størrelse.

Også på flytende produksjonsplattformer, der fakkelbommen størrelse er av kritisk betydning for plattformens stabilitet, vil oppfinnelsen få en uvurderlig betydning.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger hvori

Fig. 1 viser en prinsippiell utførelse av oppfinnelsen,

Fig. 2a-2c viser skjematiske utførelsesformer av trykkav-lastningskonseptet ifølge oppfinnelsen,

Fig. 3 viser en utførelse av oppfinnelsen,

Fig. 4a-e viser forskjellige utførelser med gassutslipp på forskjellige dyp.

På fig. 1 er det vist en fast plattform 10, med et antydet under-sjøisk gassutslipp system 13, antydet i form av et rør, og hvor gassen slippes ut under vann i en betydelig dybde under havoverflaten 12. Forsøk har vist at et punktutslipp av gass på 100 meter dyp, vil fordele seg ved overflaten på et areal større enn 100 m 2, økes dybden til 200 meter blir arealet 4 ganger større. Årsaken til det store arealet er den sterke spredningen som skjer i bobleplumen under vann. Selv med store gassmengder vil konsen-trasjonen på overflaten bli liten når bare vanndybet er tilstrekkelig stort. For brann kreves en minimumskonsentrasjon (for naturgass) på 4-5%, en betingelse som sjelden er oppfylt. Det er derfor mulig å slippe gass ut på dypt vann, som et alternativ til avbrenning, uten at fare eller andre ulemper oppstår.

Ved å erstatte en tradisjonell fakkelbom med et system med gassutslipp under vann, vil det oppnås betydelige vektbesparelser på plattformdekket og følgelig langt bedre stabilitet for plattformen, ettersom plattformens tyngdepunkt kan senkes. Et trykkavlastningssystem som slipper ut gass på dypt vann vil imidlertid ha et innvendig systemtrykk, som er minst like stort som det statiske trykk ved utslippsdybden. Det gjør at et slikt system alene ikke vil kunne trykkavlaste f.eks. prosessutstyr ned til f.eks. atmosfæretrykk, noe som i enkelte tilfeller vil være nød-vendig .

I en foretrukket utførelse utgjøres derfor gassutslippsystemet av en kombinasjon som omfatter et konvensjonelt trykkavlastningssystem med fakkel og et gassutslippsystem under vann. Med et slikt "dobbelt utslippsystem" vil fakkelen kunne dimensjoneres for å ta imot betydelig mindre gassmengder, og vil følgelig kunne bygges kortere og med langt lavere vekt. Særlig ved utbygginger på dypt vann og hvor det til tider vil være aktuelt å slippe ut store gassmengder, vil et slikt system by på de største fordeler idet plattformdekket vil kunne gjøres mindre og billigere. En skjematisk utførelse av et slikt "dobbelt utslippsystem" er nærmere illustrert på fig. 2a som viser et gassutslippsystem ifølge oppfinnelsen hvor gass fra høytrykkskilder føres via en høytrykkstank 21 og en høytrykksledning 22 til utslipp under, vann. Høytrykksledningen 22 omfatter en avgrening eller sideledning 24a som fører gas til en konvensjonell fakkel 25. Gass- strømmen i sideledningen 24a begrenses av en blende 23a. Gass med lavt trykk, føres via en lavtrykks tank 26 og en separat ledning 27 til fakkelen 25. På figuren er det også antydet en separat sløyfe 28 for å lede bort gass ved atmosfærisk trykk.

Figur 2b antyder skjematisk en alternativ utførelse av et dobbelt trykkavlastningssystem hvor høytrykksgass, f.eks. fra under-vannskilder, føres i en samleledning 22 til utslipp under vann.

I stedet for en separat sideledning 24 fra høytrykksledningen til fakkelen, er det anordnet en sideledning 24b med blende 23b som er koblet til lavtrykksledningen 27. Denne løsningen er enkel og funksjonssikker og blendepåningen 23b vil bkunne velges avhengig av fakkelens 25 kapasitet.

Figur 2c viser en utførelse hvor det benyttes to sideledninger

24b, 24c i parallell mellom høytrykks- og lavtrykksledningene 22, 27, en sidelledning 24b med blende 23b tilsvarende fig. 2b, og en sideledning 24c som i tillegg til en blende 23c er utstyrt med en ventil 29, fortrinnsvis en tidsregulert ventil. Under trykkavlastning vil ventilen 29 etter et visst forløp åpne, og mengden gass fra høytrykksledningen 22 til fakkelen 25 vil øke. Lasten fra lavtrykksledningen 27 vil på dette tidspunkt ha avtatt og muliggjør således åpning av ventilen 29.

Selve det undersjøiske gassutslippsystemet kan utformes på mange forskjellige måter. Fig. 3 viser en foretrukket utførelse av et "dobbelt trykkavlastningssystem" på en plattform 10. Trykkavlastningssystemet omfatter et samlerørsystem 31 fra de enkelte trykkavlastningsgruppene. Samlerørsystemet 31 er forlenget ned til havbunnen for utslipp via et undersjøisk gassutslippsystem 13. I tillegg står samlerørsystemet 31 i forbindelse med et siderør 33 som langs en bom 34 fører til en konvensjonell fakkel 25. Siderøret 33 omfatter en blende eller ventil for å regulere gass-strømmen. Strømningen gjennom blenden vil være en funksjon av systemets oppstrømtrykk og åpningen på blenden. Dersom det benyttes en ventil, kan den være tidsregulert. På figuren er det antydet kun et samlerørsystem 31 på dekket. En del utstyr, f.eks. enkelte kompressorer, er følsomme ovenfor mottrykk i samlerørsystemet 31, og det vil derfor være aktuelt med en separat trykkavlastningssløyfe direkte til en konvensjonell fakkel for slikt utstyr. Det skal imidlertid understrekes at mengden gass som må trykkavlastes fra slikt utstyr er forholdsvis liten.

Det undersjøiske gassutslippsystem 13, som er en samlebetegnelse for trykkavlastningssystemet som utgjør forlengelsen fra samle-rørsystemet 31 og ned til utslippspunktet eller punktene, løper i det øvre partiet innvendig i plattformens 10 skaft og gjennom skaftets vegg og videre nedover på utsiden av plattformens skaft i betydelig avstand under havoverflaten.

I stedet for å lede gassen ut i et punkt på havbunnen vil det, som antydet på fig. 3, være mulig å la rørledningen løpe parallelt med bunnen og utstyre rørledningen med flere åpninger 35.

På denne måte vil det være mulig å få til en gass spredning over en større område, noe som vil gjøre konseptet mer aktuelt i områder med ikke altfor stort vanndyp.

Som nevnt tidligere oppsamles gassen fra de enkelte trykk-avlastnings gruppene i et konvensjonelt system med felles samle-rør system som ender opp i en væske utskiller og en fakkel 25. Det kreves idag at de fleste kilder skal kunne trykkavlastes til ca. 7 bar i løpet av en bestemt tidsperiode. Ved utslipp under vann, vil utstyret bli trykkavlastet til det statiske trykk som eksisterer ved utslippsstedet og ytterligere trykkavlastning vil foregå gjennom en konvensjonell fakkel med redusert bomlengde. Det er ønskelig å avlaste en størst mulig andel av gassen under vann, for å gjøre fakkelens bomlengde kortest mulig. For å oppnå dette foreslås det i en utførelse ifølge oppfinnelsen at gassutslippsystemet under vann utstyres med flere utslippspunkter plassert på forskjellige vanndyp.

Figurene 4a-e viser skjematisk flere konstruktive utførelser av et slikt system, og hver utførelse vil i det etterfølgende bli nærmere beskrevet. Fig. 4a viser en plattform 10 som står på havbunnen 11 og omfatter et skjematisk vist underjøisk gassutslippsystem som omfatter tre utslippspunkter 45a, 45b, 45c, på tre forskjellige vanndyp. For i størst mulig utstrekning å kunne unngå at gassen stiger opp til overflaten 12 like i nærheten av plattformen 40, er det foreslått at gassens utslippspunkter 45a, 45b, 45c plasseres i en horisontal avstand ut fra plattformen 10. Den undersjøiske ledning 13, som er festet til og løper nedad langs plattformsskaftet, utgjøres fortrinnsvis av et stivt, korrosjons motstandsdyktige materiale, f.eks. stål. Til ledningen 13 tilkobles fleksible slanger 48a, 48b, 48c som føres ut til utslippspunktene 45a, 45b, 45c. Slangeendene foreslås festet til et kjetting arrangement 49 som i den nedre ende er festet på havbunnen 11, mens den øvre ende er festet til et oppdriftselement 50. Arrangementet holdes låst vha. av barduner 51 festet til havbunnen 11 og eventuelt til plattformen 10. De fleksible slanger 48a, 48b, 48c må innfestet og eventuelt utstyres med oppdriftselementer 52, slik at de hele tiden har en helning nedad mot utslippspunktene 45a, 45b, 45c, for å unngå væskeansamling av tyngre hydrokarboner i slangene 48a, 48b, 48c. Fig. 4b viser i prinsippet det samme konsept som fig. 4a, bort-sett fra at slangenes 48a, 48b, 48c endepunkter er festet til en stiv undervannsbøye 53, f.eks. av betong som via ett ledd 54 er festet til havbunnen 11. Denne konstruksjonen vil lettere kunne oppta reaksjonskrefter fra de forskjellige utløpsmunnstykkene ved trykkavlastning. Fig. 4c viser en konstruksjon, hvor utslippspunktene er plassert på en tilsvarende type undervannsbøye 53 som på tilsvarende måte er festet via et fleksibelt ledd 54 til havbunnen 11. Selve det undersjøiske hovedrøret eller ledningen består imidlertid av tre separate rør 55 som er ført nedad langs plattformens skaft til havbunnen 41 og via fleksible rør på havbunnen 41 og opp langs undervanns bøyen 53 til hver sine utslippspunkter. Den vesentligste fordel med et slikt konsept vil være at det i motsetning til løsningene på fig. 4a-b ikke er slanger eller rør som på de ulike dyp svever fritt mellom plattformen og den undersjøiske oppankringsanordning. En ulempe med konseptet vil være faren for væskeansamling av tyngre hydrokarboner i de fleksible rørene som løper på havbunnen. Fig. 4d viser et konsept hvor det fra ledning 13 langs platt-formskaftet 47 går stive rør 58a, 58b, 58c ut til de respektive utslippspunkter. Rørene er understøttet av fagverkskonstruk-sjoner 57a, 57b, 57c som i den viste utførelse er formet som trekantede tårn. F.eks. kan hver hjørne bestå av rør, hvor det ene hjørne kan være et gassutslippsrør. Eventuelt kan det nedre utslippspunktet 59a være montert på en mindre fagverkstårn på havunnen 11. Fagverkskonstruksjonene fordeles rundt plattformen 40 for å spre belastningene. Et fordelaktig trekk ved denne utførelse er systemets uavhengighet av bevegelser mellom plattformen 40 og havbunnen 41. Fig. 4e viser en tilsvarende utførelse med stive rør 58a, 58b, 58c, som fig. 4d, men hvor utslippspunktene understøttes av et fagverkstårn 60 som står på havbunnen 11, og hvor det mellom tårnet 60 og plattformen 40 er strukket fagverksbroer 61 for understøttelse av rørene.

En fremgangsmåte for trykkavlastning av prosessutstyr på plattformer til havs ifølge oppfinnelsen kan omfatte følgende trinn: gass samles på i og for seg kjent måte fra de ulike trykk avlastningsgruppene, idet gass fra lavtrykksutstyr og mottrykksfølsomt utstyr føres direkte til et konvensjonell system med væskeutskiller og fakkel, høytrykksgass avlastes gjennom et undersjøisk gassutslipps system til et forutbestemt nivå, hvoretter ytterligere avlastning foretas gjennom en blende eller en ventil som åpner i et siderør for trykkavlastning til et konvensjonelt system.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for trykkavlastning av en produksjonsprosess på en plattform (10) til havs karakterisert ved at gass, ved trykkavlastning av produksjonsprosessen, helt eller delvis føres til utslipp under vann.

2. Fremgangsmåte iflg. krav 1, karakterisert ved at gassen føres til utslipp via et undersjøisk gassutslippsystem, eller flere punkter i betydelig avstand under havoverflaten .

3. Fremgangsmåte iflg. krav 1, karakterisert ved at hele eller deler av produksjonsprosessen, trykkavlastes via det undersjøiske gassutslippsystem ned til et trykknivå tilnærmet lik det statiske trykk ved utslippspunktet eller punktene, hvoretter produksjonsprosessen trykkavlastes videre gjennom et konvensjonelt system med væskeutskiller og fakkel (25).

4. Fremgangsmåte iflg. krav 1 og 3, karakterisert ved at høytrykkskilder i produksjonsprosessen trykkavlastes via det undersjøiske gassutslippsystem, idet gass fra lavtrykkskilder og gass med et trykknivå under det statiske trykk ved det undersjøiske gassutslippsystemets utslippspunkt eller punkter trykkavlastes gjennom et konvensjonelt system med væskeutskiller og fakkel.

5. Anordning ved et trykkavlastningsystem for en produksjonsprosess på en plattform (10) til havs, karakterisert ved at det omfatter et undersjøisk gassutslippsystem hvori-gjennom i det minste deler av gassen ved trykkavlastning er ført til utslipp under vann.

6. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at det undersjøisk gassutslippsystem omfatter i det minste et rør (32, 13, 55) som er forlenget fra et eller flere samlerør-system på plattformen (10), og er ført ned i sjøen langs plattformes skaft (47) og munner ut i minst ett utløpspunkt under vann.

7. Anordning ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at det undersjøiske gassutslippsystem munner ut i flere utløps-punkter (35) plassert på dypt vann og tilnærmet parallelt i forhold til havoverflaten.

8. Anordning ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at det undersjøiske gassutslippsystem munner ut i flere utløpspunkter (45a-c, 59a-c) plassert på ulike dybder under havoverflaten.

9. Anordning ifølge kravene 1-4, karakterisert ved at utslippspunktene er plassert i en horisontal minste avstand fra plattformen (10).

10. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at øvre del av gassutslippsystemets rør, som er forlenget fra samle-rørsystemet (31), løper innvendig i plattformens (10) skaft (47), mens rørets nedre del, nedenfor skvalpesonen, er festet til skaftets ytterside.

11. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at plattformens samlerørsystem (31) omfatter en samleledning (22) fra høytrykkskilder som er ført til utslipp under vann, en samleledning (27) fra lavtrykkskilder som trykkavlaster gass via en konvensjonell fakkel (25), idet det er anordnet i det minste en sidelinje (24) som forbinder høytrykks- og lavtrykks samleledningene (22, 27).

12. Anordning ifølge krav 11, karakterisert ved at samle-rørsystemet (31) omfatter en sideledning (24b) med en blendeåpning (23b) for å forbinde høytrykks- og lavtrykks samleledningene (22, 27).

13. Anordning ifølge krav 11 og 12, karakterisert ved at det parallelt med sideledning (24c) omfattende en blende (23c) og en ventil (29) som fortrinnsvis er tidsregulert.