SE444345B - Forfarande och anordning for uppfangande och separering av gas, vatten och olja fran en kella pa havsbotten - Google Patents

Description

l5_ 20 s 30 35 a1o4126~1 2 _Ett kriterium att man har kontroll över en läckandev källa, varvid användes en anordning som anbringas pä källan, är att oljan separeras från gasen och att de båda kompo- nenterna hanteras individuellt. Vidare måste tryckökningen i anordningen på grund av den strömmande gasoljeblandningen bringas under kontroll och begränsas till ett tryck som inte överstiger den bärande bottnens hållfasthet; I annat fall skadas bottenlagret och olje/vattenerosion uppkommer.

'Separationen av gasen från oljan är nödvändig för att leliminera problem på grund av att gas och olja beter sig helt olika när trycket sjunker och expansion sker{ Det uppkommer stora tryckvariationer genom gasblåsor i stigar- ledningar från havsbotten till ytan liksom kavitations- problem i pumparna.

För att uppfylla kraven måste följande krävas av ut- drustningenz obetydliga eller inga skador på botten, be- gränsning av tryckvariationerna, obetydliga eller inga skador på tappledningar på eller nära sjöbotten, arbets- -mässigt oberoende av vattendjupet, lätt och färdig installa- tion, tillförlitlighet och flyttbarhet. Vidare måste eko- nomiska krav som vanligt ställas på konstruktion och under- håll. 5 _ Problem med bottenskador uppkommer när utrustningen, som täcker källan och har en öppen undre ände, placeras på botten och fylles med olje/gasblandningen över källan varvid » tryckdifferenser uppkommer mellan utrustningens in- och ' utsida. överskrider denna tryckdifferens mellan anordningens in- och utsida nära sjöbotten 3 - 5 m vattenpelare måste man- normalt räkna med att genombrott genom sjöbotten uppkommer Dylika genombrott förorsakar normalt läckage på sjöbottens yta eller i själva sjöbotten. Tryckändringar på sjöbotten _t ex på 300 m vattendjup varierar_åtskilligt mer än sjö- bottens gränsvärde på 5 m vp. Denna låga tryckdifferenslimit på ca 5 m vattenpelare gör det nödvändigt att kunna minimera fluktuationerna i olje/gastrycket inuti utrustningen som nedtill öppet nedsättes på havsbotten.

Om gas och olja överföres tillsammans genom en stigar- ledning, där trycket i stigarledningssektionerna är beroende 10 15 20 25 30 35 ps1o412s-1 3 på sektionernas vertikala position, varierar bottentrycket. kontinuerligt från tid till annan med gashalten i stigar- ledningen, eftersom det hydrostatiska trycket på botten le- der till att gas under sin väg upp genom stigarledningen. tränger undan oljan under sin expansion. ., Genom att separera gasen från oljan i sådan grad att gashalten i oljan drastiskt reduceras,.kommer även fluktua- tionerna i stigarledningens bottentryck att avtaga väsent- ligt. En sådan separation är möjlig genom att hålla en fri oljenivå i en kolonn som åstadkommer en överliggande klocka för den gas som frigörs ur oljan. En sådan gasklocka bildar toppen av en konstruktion som anordnas ovanpå den läckande källan. 9 ß Förfarandet och anordningen enligt föreliggande upp- _ finning undviker fel och missöden vid kända utrustningar för uppfångning och/eller separering av olja och gas ur läckande källor. Enligt föreliggande uppfinning innefattar förfar- andet nedsänkning av en_vertikalt riktad kolonn över en _ läckande källa genom att tillföra ballast till med kolonnen förbundna ballasttankar till dess att kolonnen vilar på botten runt källhuvudet och leda gas/oljeblandningen ur V källhuvudet till kolonnen. Därvid uppbygges en oljepelare inuti kolonnen och en övre gasfylld del i kolonnen. Olje/ gasblandningens uppåtriktade rörelse retarderas därvid så att blandningens rörelse vid oljeytan blir i huvudsak obe- 'fintlig medan oljans och gasens tryck och mängd i kolonnen bringas under kontroll genom påverkan av ventiler för olje och gasavledning. Det hydrostatiska trycket på in- och utsidan av kolonnens nedre ände som vilar på sjöbotten blir i huvudsak detsamma. Därvid behåller man en gasmängd i kolonnens övre del genom att avleda gas ur kolonnen upp till vattenytan och avtappning av olja ur oljekolonnen, också upp till vattenytan.' g' ' ,-En anordning enligt föreliggande uppfinning kan ha formen av en kolonn, innefattande ett vertikalt anordnat rör med en övre sluten ände med utsläpp för gas, en undre rör- ände med medel för att stödja kolonnen på havsbotten och en mittdel i kolonnen som har ett oljeutlopp. 10 °15 20 25 30 35 81Û4126~1 l - * 4 , En överströmningskrans kan anordnas under rörets övre del, varvid kvarvarande gas i oljekolonnens övre del frigörs ur oljekällan när oljan flyter över kransen. Oljeutloppet är anordnat i en överströmningskanal under överströmnings- kransen och mellan kransen och rörets innervägg.

Kolonnens inre kan förses med en eller flera i huvudsak horisontella flänsar som tjänstgör såsom dämpningsanord- V ningar för olje/gasblandningens uppåtriktade rörelse. _-Man kan anordna ett ytterhölje runt kolonnen som där- emellan bildar_ballast- och förrådstankar liksom installa- I tionsutrymmen för ventiler, rörledningar och tankar för att styra kolonnens nedsäkning och flytförmåga samt trycket inuti kolonnen när den användes. I toppen på höljet kan man anordna ett däck lämplig för upptagande av erforderlig utrustning för att köra kolonnen. Utrustningen på platt- formen är åtkomlíg för dykare när kolonnen arbetar på stort djup. _ 'Från kolonnen överföres olja och gas separat till havs- ytan där fortsatt behandling kan ske på pråmar, fartyg, plattformar etc för vidare transport eller gasen kan brännas upp. A _ _ Stigarledningar för sådan överföring av olja och gas kan vara fasta eller flexibla beroende på vattendjupet och andra omständigheter. Det är emellertid att vänta att flex- ibla stigarrör torde vara den mest ekonomiska lösningen förr stora djup, eftersom sådana stigarrör även medger systemets användning på olika vattendjup utan dyrbara omställningar.

Kolonnprincipen kan tillämpas för alla vattendjup vid etablering av ett tillstånd med tryckjämnvikt som erhålles i enlighet med följande ekvation; j -P + plflg = Pl + pzhzg varvid P = atmosfärstrycket i havsnivå pl = vattnets specifika Vikt = vattendjup H Pl = gastrycket i kolonnens topp P = oljans specifika vikt i kolonnen h 2 = oljepelarens höjd 1 kolonnen 10 is 20 25 sd 35 8104126-1 5 För att begränsa möjligheterna till oljeläckage under kolonnens bottenvägg på grund av små tryckförändringar_bör bottentrycket i kolonnen hållas inom följande område: 'P + plug > Pl + pzhzn > P + plug - PS vilket ger ett tryckkontrollintervall på PS varvid Ps = maximala tryckdifferensen i botten innan ett bottengenom- brott inträffar.

Medges läckage under botten eller kontrolleras den genom kjolar som tränger genom havsbotten, varvid inga flödesledningar hindrar detta, kan kolonnens bottentryck' variera enligt följande: I P + plHg + PS? Pl + p2h2> P + plHg - Ps' vilket ger ett kontrollintervall på ZPS..

Under drift flyter olja ur källan fritt till kolonnen Gasen separeras och systemet etablerar sitt eget jämvikts- tillstånd. På botten uppbyggt tryck-undvikes genom att strypa en bottenventil och/eller toppventil. Oljan i kolon- nen flyter över överströmningskragen innan den kommer till överföringsstigarledningen, vilket förbättrar gasavskilj- ningen. A , “ -Den utläckande uppâtströmmande oljegasblandningens dynamiska energi dämpas-genom den befintliga oljan och vattnet i kolonnen. För att uppnå detta måste volymen, dia- metern samt vattnet och oljans höjd i kolonnen vara till- räckligt stora för att dämpa och absorbera dynamisk energi ur den utläckande gas/oljeblandningen. Vidare måste dimen- sionerna vara tillräckligt stora för att låta gasblåsor sti- ga upp och expandera utan att de förorsakar stora föränd- ringar i det hydrostatiska trycket på botten. Detta fenomen _ avtar med ökande diameter och höjd. Olje/vattenpelarens .erforderliga höjd kan minskas genom installering av en eller' flera mekaniska dämpningsanordningar i kolonnen.

Uppfinningen skall nu närmare beskrivas i anslutning till utföringsexempel och under hänvisning till bifogade l0 15 20 25 30 35 is10412s-1 ritningar) Därvid visar _ D V fig l en sidovy av en kolonn enligt föreliggande upp- finninge, V ' ' fig 2 kolonnen enligt fig l med ett yttre hölje,_¿ ballast- och förrådstankar och utrustningsdäck för dykare_ uí såsom kolonnen kan användas i drift på havsbotten. fig 3 en kolonn för grunt vatten med ett plattformdäck _ovanför vattenytan och fig 4 och 5 ett tvärsnitt lv-lv resp Vev genom anord- ningen enligt fig 2; I ü , En vertikalt anordnad kolonn l som i drift täcker en olje/gaskälla 2, innefattar ett rör 3 med ventiler 4, 4a och 5 som utgör delar av utloppsanordningar 6 och 7 för gas resp olja. Kolonnens l nedre ände 8 har en underkänt 12 som vilar på havbdtten 14. I det vertikala röret 3 och ilkoidnnens 1 nedre del 8 kommer i drift en oljepelare 10 att uppbyggas, Kolonnens övre del 9 innehåller en övre-gasfylld del ll, 'under vilken sitter en överströmningskrans 15 för att fri- göra gasen ur oljegasblandningen när blandningen flyter över kransen l5 och till en üverströmningskanal 26 varifrån oljan överföres till havsytan via utloppsanordningen 7. Kolonnens 1 nedre ände är försedd med_en ventil is för att släppa ut vatten ur kolonnens l nedre del och för reglering av flyt- kraften vid kolonnens flytning och nedsänkning.

Den ur källan 2 genom.källhuvudet 22 utströmmande olje- gasblandningen retarderas genom vätskan i oljepelaren lO.

Gas-frigöres ur olje/gasblandningen och hittar sin väg till den gasfyllda delen ll. Vid oljepelarens l0 yta retarderas olje/gasblandningen i sådan utsträckning att oljan är i V huvudsak lugn och största delen av gasen är frigjord från blandningen. Eventuellt kvarvarande gas frigörs från bland- ningen när den flyter över överströmningskransen 15 till överströmningskanalen 26. Ur olje/gasblandningen separerat vatten åstadkommer en vattenfylld undre del i kolonnens l nedre ände 8. Detta vatten kan släppas ut ur kolonnen ge- nom en ventil 18. Ventilen 18 kan även användas som extra avtappningsmöjlighet till utloppet 7 för olja vid mycket stort olje/gasblandningstillflöde till kolonnen. 10 15 20 251 30 35 8104126-1 7 -Enligt fig 2 är runt kolonnen l anordnat ett yttre hölje 13 på avstånd från röret 3 och upptar utrustning för t ex rörsystemet. Runt höljet 13 kan ballast- och förråds- tankar 27 arrangeras i den undre delen; Vatten kan utsläppas ur kolonnens l undre del genom samlingsrör 17 till omgivande vattnet eller genom ventiler 218 och 19 till förrådstankar 27, varifrån det kan tömmas genom en pump 29 till omgivande vattnet. Förrådstankarna 27 arbetar därvid som separeringstankar för olja och vatten.

Den i tankarnas 27 övre del avskiljda oljan kan avledas genom en samlingsledning 16 varifrån oljan kan överföras upp till vattenytan eller till ett samlingsrör 20, genom vilket . en pump 30 kan länsa ut olja från överströmningskanalen 26 upp till vattenytan för ytterligare behandling.

För att öka oljekolonnens 10 retarderande funktion kan en eller flera horisontella flänsar 21 anordnas inuti röret 3 och samtidigt tjänstgöra såsom förstyvningar för röret 3.

Rörets 3 undre ände kan utföras med flänsar, boxar eller sektioner varav vissa kan tas bort för att förebygga_ skador på objekt, såsom pipelines, på eller nära sjöbotten 14 runt källhuvudet 22. Vidare kan undre kanten 12 utföras att tränga in i sjöbotten och därvid medge en viss tryck-_ differens mellan insidan och utsidan av kolonnens l nedre ände 8. I För att undvika skador på ledningar och bottenstigar- -ledningar från sjöbotten kan kolonnens 1 undre kant 12 helt eller delvis utrustas med-en vattenfylld flexibel gummikudde som fördelar kolonnens vikt likformigt på sjöbotten.

Kolonnen 1 kan utrustas med ett utrustningsdäck 31 som upptager erforderlig utrustning för rörledningssystemet för hela kolonnen 1 och som är tillgängligt för dykare när kolonnen är i drift, _ I Ytterligare utrustning är installerad för tryckmätning på önskade ställen i kolonnen, huset, tankarna, pumparna, samlingsledningar samt gas- och oljeöverföringsanordningarna 23, 24 samt tömningsanordningarna 6, 7 för gas resp olja.

Genom den ovan nämnda utrustningen och kontrollanord- ningarna hâlles under drift trycket i kolonnens l nedre ände 10 15 20 25 30 81o412s+1 8 t 8 i huvudsak lika på kolonnens in- och utsida vid sjöbott- nen.' ' l Kolonnens utförande är starkt relaterat till de fysi- ~kaliska betingelserna under vilka kolonnen kommer att vara i drift eller under bogsering till havs till en läckande käl- la. Uppfyllandet av dylika krav kommer givetvis att öka an- språken som ställes på tryckförhållandena i samband med kolonnens drift. Kolonnen kan därvid användas på djup över 300 m men även i grunt vatten. k V Vid behov kan kolonnen l även användas som en extra sä- kerhetsmarginal vid oljeborrning genom att kolonnen placeras över en på havsbotten installerad B.O.P. varvid man borrar genom kolonnens topp som måste utföras och utrustas för detta ändamål. l I För användning i grunt vatten kan utrustningen förses ',med brandvägg och brandbekämpningsanordningar som motstår brinnande olja och gas på vattenytan när kolonnen installe- ras. ._ Ballast- och förrådstankarna 27 kan användas för att trimma helastningen på kolonnkonstruktionen när den står på sjöhotten för att hålla den stabil beroende på den aktuella källans bottenförhållanden. Dessutom kan de fyllas vid nedsänkning och.användas för att under drift lagra olja och/eller vatten. 9 g Vid nedsänkning är ventilerna 4, 4a, 5 och 18 öppna för att medge fritt flöde av gas och olja genom kolonnen. Efter installationen på sjöbotten och erforderlig barlastning 'inställes ventilerna omsorgsfullt och oljepumparna sättes igång. Ventilerna, pumparna och annan utrustning fjärrstyrs genom signallinor från en operationspråm. Sådan utrustning samt rörsystemen är normalt automatstyrda. I f

Claims (6)

10 15 20. 25 '30 35 3104126-1 ?AT3NTKRAv

1. Förfarande för uppfángande och separering av gas, vatten och olja som, kontrollerat eller icke, strömmar ut ur en olje/gaskälla på havsbotten, k ä n n e t_e c k n a t därav, att en vertikalt placerad kolonn nedsänkes över källan (2) genom ballasttillförsel till ballasttankar (27) som är förbundna med kolonnen (1) tills kolonnen vilar på sjöbotten runt källans (2) huvud (22), att_olje/gasbland- -ningen ledes från källan (2) till kolonnen (1), varvid en oljepelare (10) bygges upp inuti kolonnen (1) liksom en övre gasfylld del (11), varvid olje/gasblandningens uppåtriktade rörelse retarderas genom oljepelaren~(10), att oljans och gasens tryck och mängd i kolonnen styrs med hjälp av avledningsanordningar (6,7) för olja och gas, varvid det hydrostatiska trycket innan- och utanför kolon- nens underkant (12), som vilar på havsbotten, är lika, var- vid behålles en gasfylld del (|1) i kolonnens (1) övre del (9) genom avledning av gas ur kolonnens (1) övre gas- fyllda del-(11) för förbränning eller lagring_samt avled- ning av olja ur oljepelaren (10). 1

2. Kolonn för uppfångning och separation av gas,' (vatten och olja, som kontrollerat eller okohtrollerat, strömmar ut ur en olje/gaskälla (2) på havsbotten, k ä n n e t e c k n-a d genom ett vertikalt anordnat rör (3) med en sluten övre ände (9) med avledningsorgan (6) för gas med ventilanordningar (4,4a), organ (12) vid rörets (3) undre-ände (8) för placering av kolonnen (1) på havs- botten (14), avledningsanordningar (1) för oljeöverföring till ytan med ventilanordningarn(5), ventilanordningar (18) vid rörets (3) nedre ände (8) för_utjämning av even- tuella skillnader 1 det hyarostafiska trycket utanför och innanför kolonnens nedre ände (8), en överströmningsanord- ning med en överströmningskant (15) vid rörets (3) övre del (11) och en mellan överströmningskanten (15) och röret. (3) anordnad övcrströmningskanal (26), där avlcdningsorganut (7) för olja är kopplat till överföringskanalen (26), och 10 15 20 25 8104126*1 g 10 g tryck- och nivåregistreringsanordningar för gas och olja i kolonnen jämte anordningar för stvrning av ventilerna (4,4a,5,18) på sådant sätt att oljenivàn i överströmnings- kanalen (26) hålles lägre än överströmningskanten (15)' att det hydrostatiska trycket vid rörets (3) nedre ände hålles lika med det hydrostatiska trycket på havsbotten¿

3. Kolonn enligt krav 2, k ä n n'e t e c k n a d därav; att röret (3) är försett med åtminstone en horison- tell inre fläns (21) för dämpning av olje/gasblandningens nppàtriktade rörelse.“ x _ _ _ ,

4. Kolonn enligt krav 2 och 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att gasavledningsanordningen (6) vidare omfattar en ventil (4a) ger oljeborrning från havsytan genom ventilen (4a) och (1) hela höja. ' _-

5. Kolonn enligt något eller några av kraven 2-4¿ som sitter vertikalt i kolonnens topp och med- kolonnens dk ä n n e t~e c k n'a d därav, att ett.rörformigt hölje (13) är anordnat runt kolonnen (1) och där bildar ett rum (25) mellan röret (3) och höljet (13) som medger installa- (1) drift er- forderliga rör, varvid höljet (13) sträcker.sig uppåt från (3) (3)-

6. Kolonn enligt något eller några av kraven 2-5, tion av ventiler, pumpar och för kolonnens rörets undre ände k ä n n e-t e c k n a d därav, att organen (12) för ko- lonnens (1) uppställning pà havsbotten (14) innefattar flänsar, boxar eller sektioner, av vilka vissa kan avlägsnas "för att undvika skador på objekt på eller nära sjöbotten ((14) runt oljekällans huvud (22), t ex pipelines.