NO326079B1

NO326079B1 - Fremgangsmate for a behandle og separere en flerfaset bronnstromblanding.

Info

Publication number: NO326079B1
Application number: NO20063164A
Authority: NO
Inventors: Asbjorn Eriksen; Karl Olav Haram; Edwin Poorte; Ola Skrovseth; Julian Van Der Merwe
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2008-09-15
Also published as: US8057580B2; GB0902044D0; WO2008004882A1; AU2007270186A1; GB2454125B; US20100155970A1; AU2007270186B2; GB2454125A; NO20063164L

Abstract

10 2007 -11- 0 7 Fremgangsmåte for å behandle en flerfaset brønnstrømblanding, som omfatter å: - overføre blandingen (G+L) gjennom en røropplegg for flerfasebrønnstrøm (3,23) til en gass/væske-separator (5,24) der den flerfasede brønnstrømblandingen separeres i en stort sett gassformig og en stort sett væskeformig fraksjon, - overføre den stort sett væskeformige fraksjonen L til et væskerøropplegg( 7,25) der det er anbrakt en væskepumpe (8,29), - overføre den stort sett gassformige fraksjonen til et gassrøropplegg (6,26) der det er anbrakt en gasskompressor (10,30), - beskytte gasskompressoren (10,30) mot brønnspark og/eller væskespark ved å tilbakeføre en tilbakeført gasstrøm (Gvarm) ved hjelp av en tilbakeføringskanal for gass (14,44) gjennom gasskompressoren når det registreres at det starter et brønnspark og/eller væskespark i den flerfasede brønnstrømblandingen, - kjøle den tilbakeførte gasstrømmen ved å sprøyte inn kjølt tilbakeført væske (L kald) fra væskerøropplegget (7,25) til den tilbakeførte gasstrømmen (Gvarm), mens den tilbakeførte væsken kjøles i en varmeveksler (9,49), som kan være en kompakt væske/væske-varmeveksler omtrent en tidel så stor som de omfangsrik gass/væske-varmeveksler som kunne anbringes i tilbakeføringskanalen for gass (14,44).

Description

Bakgrunnen for oppfinnelsen

Oppfinnelsen dreier seg om en fremgangsmåte for å behandle og separere en flerfaset brønnstrømblanding.

En slik fremgangsmåte er kjent fra OTC-artikkel 17399 «Subsea Gas Compression - Challenges and Solutions» presentert av R.Fantoft ved konferansen om oljeutvinning til havs som ble holdt i Houston, USA den 2.-5. mai 2005, og fra de internasjonale patentsøknadene WO30/033870, WO03/035335 og WO2005/026497.

Fremgangsmåten som er kjent fra WO2005/026497, innbefatter å:

- overføre den flerfasede brønnstrømblandingen gjennom et røropplegg for flerfasebrønnstrøm til en gass/væske-separator der den flerfasede brønnstrømblandingen separeres i en hovedsakliggassformig og en hovedsakligvæskeformig fraksjon, - overføre den hovedsaklig væskeformige fraksjonen til et væskerøropplegg der det er anbrakt en væskepumpe, - overføre den hovedsaklig gassformige fraksjonen til et gassrøropplegg der det er anbrakt en kompressor, - beskytte gasskompressoren mot væskespark ved å tilbakeføre en tilbakeført gasstrøm ved hjelp av en tilbakeføringskanal for gass gjennom gasskompressoren når det registreres et væskespark i den flerfasede

brønnstrømblandingen.

I fremgangsmåten som er kjent fra WO2005/026497, blir den tilbakeførte gassen varmet opp hver gang den komprimeres i gasskompressoren, og deretter avkjølt i en varmeveksler som er anbrakt i tilbakeføringskanalen for gass. En slik varmeveksler er en omfangsrik utstyrsenhet fordi varme-ledningsevnen til den tilbakeførte gassen er lav og det trengs et stort varmevekslingsareal for å kjøle den ned til en slik temperatur at den ikke overoppheter gasskompressoren.

I den kjente fremgangsmåten kan væske i væske rø ropplegget kjøles og føres tilbake til røropplegget for flerfasebrønnstrøm, men hvis brønnstrømmene hovedsaklig er i væskeform, er det mulig å tilføre gasskompressoren hovedsaklig bare tilbakeført gass, for å hindre at det strømmer inn hovedsaklig flytende brønnstrøm og tilbakeført avkjølt væske.

Det er et mål med den foreliggende oppfinnelsen å tilby en forbedret fremgangsmåte for å behandle en flerfaset brønnstrømblanding, der behandlingen innebærer å bruke en kompakt fluidseparasjons- og trykkøkings-installasjon.

Det er et annet mål med den foreliggende oppfinnelsen å komme frem til en forbedret fremgangsmåte for å behandle en flerfaset brønnstrømblanding der en gasskompressor beskyttes mot brønnspark og/eller væskespark og overoppheting med en tilbakeføringskanal for gass som eliminerer behovet for en omfangsrik gass/væske-varmeveksler i tilbakeføringskanalen for gass.

Sammendrag av oppfinnelsen

I henhold til oppfinnelsen tilbys det en fremgangsmåte for å behandle og separere en flerfaset brønnstrømblanding G+L, hvor fremgangsmåten innbefatter å: - overføre den flerfasede brønnstrømblandingen G+L gjennom et røropplegg for flerfasebrønnstrøm 3, 23 til en gass/væske-separator 5, 24 der den flerfasede brønnstrøm-blandingen separeres i en hovedsaklig gassformig og en hovedsaklig væskeformig fraksjon, - overføre den hovedsaklig væskeformige fraksjonen L til et væskerøropplegg 7, 25 der det er anbrakt en væskepumpe 8, 29, - overføre den hovedsaklig gassformige fraksjonen G til et gassrøropplegg 6, 26 der det er anbrakt en gasskompressor 10, 30, - beskytte gasskompressoren mot brønnspark og/eller væskespark ved å tilbakeføre en tilbakeført gasstrøm Gvarm fra gassrøropplegget 6, 26 ved hjelp av en tilbakeføringskanal for gass 14, 44 gjennom gasskompressoren 10, 30 når det registreres forhold som tilsier brønnspark og/eller væskespark i kompressoren, - kjøle den tilbakeførte gasstrømmen Gvarm ved å sprøyte den avkjølte tilbakeførte væsken Lkaid fra væskerøropplegget 7, 25 inn i den tilbakeførte gasstrømmen, idet denne tilbakeførte gasstrømmen er avkjølt i en

varmeveksler 9, 49.

Gass/væske-separatoren kan være nedsenket i (sjø-)vann.

Varmeveksleren kan kjøles av (sjø-)vannet i omgivelsene eller en annen egnet kjølevæske.

Den tilbakeførte væsken kan kjøles i en varmeveksler, som kan anbringes i væskerøropplegget, eller i tilbakeføringskanalen for væske.

Den tilbakeførte væsken kan sprøytes inn i tilbakeføringskanalen for gass, i flerfasebrønnstrømkanalen eller i gass/væske-separatoren.

En fordel med å sprøyte inn kald væske i den tilbakeførte gasstrømmen i henhold til oppfinnelsen er at den kalde væsken som sprøytes inn, kan kjøles i en kompakt væske/væske-varmeveksler som kan være omtrent tidelen så stor som den kjente gass/væske-varmeveksleren fra WO2005/026497, for å kjøle den tilbakeførte gasstrømmen direkte.

Disse og andre egenskaper, realiseringer og fordeler ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen beskrives i de tilføyde kravene, i sammendraget og i den detaljerte beskrivelsen nedenfor av foretrukne realiseringer der det er henvist til de tilføyde illustrasjonene.

Kort beskrivelse av figurene

FIG. 1 viser en installasjon for behandling av flerfasebrønnstrøm til bruk i fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, og FIG. 2 viser en alternativ realisering av en installasjon for behandling av flerfasebrønnstrøm til bruk i fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse av foretrukne realiseringer

FIG.1 viser en konstruksjon for behandling av brønnstrøm, som egner seg for installering på bunnen 1 av havet 2.

Konstruksjonen innbefatter et undersjøisk røropplegg for flerfasebrønnstrøm 3, som er koblet til en eller flere produksjonsbrønner for naturgass, kondensat og/eller råolje 4, og som fører den gass- og væskeholdige flerfasebrønnstrømmen G+L over i et gass/væske-separasjonskar 5 der den flerfasede brønnstrømblandingen separeres i en hovedsaklig gassformig fraksjon G, som føres over i et gassrøropplegg 6 som er koblet til den øvre delen av karet 5, og en hovedsaklig væskeformig fraksjon L, som føres over i et væskerøropplegg 7 som er koblet til den nedre delen av karet 5.

Den hovedsaklig væskeformige fraksjonen L pumpes med en pumpe 8 gjennom væskerøropplegget 7 der det er anbrakt en kompakt varmeveksler 9, hvor væskestrømmen kjøles med sjøvannet i omgivelsene.

Den hovedsaklig gassformige fraksjonen G komprimeres i en gasskompressor 10, som er anbrakt i gassrøropplegget 6.

For å holde driftsforholdene til kompressoren innenfor de normale toleransene, må gasstrømmen føres inn i kompressoren med en takt som svarer til kompressorens kapasitet. Kompressoren kan bli utsatt for brønnspark spesielt ved lav tilførsel av gass inn i kompressoren, og dette må unngås ettersom det kan føre til permanent mekanisk skade på kompressoren. Lav tilførsel til kompressoren unngås ved å tilbakeføre varm gass fra kompressorens utløp ved hjelp av tilbakeføringskanalen for gass 14.

Dessuten kan det hende at den undersjøiske brønnen 4 produserer brønnstrøm i et slagstrømsregime, med påfølgende gass- og væskeslag som kan være så store at volumet til gass/væske-separatoren 5 ikke er tilstrekkelig til å absorbere slagene. I så fall vil væskenivået 11 i separatoren 5 stige og kan nå innløpet til gassrøropplegget 6 og forårsake betydelige skader på gasskompressoren 10, som i allmennhet ikke egner seg for komprimering av væsker. For å beskytte gasskompressoren 10 mot væskespark, er det anbrakt en væskenivåføler 12 på et passende sted i separatorkaret 5, idet denne sensoren er koblet til en pumpegrenseventil 13 i en tilbakeføringskanal for gass 14, slik at ventilen 13 åpner seg hvis væskenivået kommer opp til væskenivåføleren 12 og det føres gass tilbake fra røropplegget 6 nedstrøms for gasskompressoren 10 og gjennom tilbakeføringskanalen for gass 14 til røropplegget for flerfasebrønn-strøm 3.

Når gasstrømmen G komprimeres med gasskompressoren 10, vil temperaturen i den tilbakeførte gassen øke på grunn av friksjonen og den adiabatiske komprimeringen. Derfor vil temperaturen i den tilbakeførte gassen gradvis øke og den tilbakeførte gasstrømmen Gvarm kan bli så varm at den kan skade gasskompressoren 10. For å unngå at den tilbakeførte gasstrømmen Gvarm blir for varm, sprøytes det inn en væskefraksjon som er avkjølt i varmeveksleren 9 gjennom en tilbakeføringskanal for væske 15 til tilbakeføringskanalen for gass 14, hvis et termometer T i gassrøropplegget 6 viser at temperaturen i gassen som føres inn i gasskompressoren 10 er over en forhåndsbestemt verdi. Termometeret T er koblet til en ventil 16 i tilbakeføringskanalen for væske 15 slik at ventilen 16 åpnes progressivt som respons på en temperaturøkning målt av termometeret T.

Tilbakeføringskanalen for væske 15 er dessuten forsynt med en enveis

tilbakeslagsventil 17, som hindrer at det strømmer gass fra tilbakeføringskanalene 14 og 15 for henholdsvis gass og væske til væskerør-opplegget 7. En fordel med å sprøyte inn kald væske i den tilbakeførte gasstrømmen Gvarm er at varmeveksleren 9 er en væske/væske-varmeveksler, som kan være omtrent tidelen så stor som den konvensjonelle gass/væske-varmeveksleren som kan brukes til å kjøle den tilbakeførte gasstrømmen Gvarm som føres gjennom tilbakeføringskanalen for gass 14, med sjøvann. En slik konvensjonell gass/væske-varmeveksler er fremlagt i Internasjonal patent-søknad WO 2005/026497.

Det må være klart at væske/væske-varmeveksleren 9 kan anbringes i væskerøropplegget 7 enten oppstrøms eller nedstrøms for pumpen 8 og at varmeveksleren 9 kan anbringes i tilbakeføringskanalen 15.

Det må også være klart at den tilbakeførte kjølte væsken Lkaid kan sprøytes inn i tilbakeføringskanalen for gass 14 som vist på FIG. 1, eller alternativt sprøytes inn i flerfasekanalen for brønnstrøm 3 eller i gass/væske-separasjonskaret 5. Med alle alternativene sikrer det store grenseflatearealet mellom gass- og væskefasen at varmeoverføringen mellom kald væske og varm gass er god. Gassen kjøles både på grunn av hurtigfordamping av væsken (dampen fører med seg latent varme) og fordi temperaturen i væsken øker.

FIG. 2 viser en alternativ realisering av konstruksjonen for behandling av brønnstrøm i henhold til oppfinnelsen, der flerfasebrønnstrømmene G+L transporteres gjennom et flerfaserøropplegg for brønnstrøm 23 til et gass/væske-separasjonskar 24 som de separerte gass- og væskestrømmene G og L føres ut fra gjennom væske- og gassrøropplegg 25 og 26 der det er anbrakt en væskepumpe 28 og en gasskompressor 30.

For å beskytte gasskompressoren 30 mot brønnspark og/eller væskespark, kan det tilbakeføres gass fra gassrøropplegget 26 på et sted som befinner seg nedstrøms for gasskompressoren 30 og til flerfaserøropplegget for brønnstrøm 23 gjennom en tilbakeføringskanal for gass 44 der det er anbrakt en pumpegrenseventil 43.

For å hindre at gasskompressoren 30 overopphetes av den tilbakeførte varme gasstrømmen Gvarm, sprøytes det inn en strøm av kald væske L^id i tilbake-føringskanalen for gass 44 gjennom en tilbakeføringskanal for væske 45 der det er anbrakt en volumstrømventil 46 og en væske/væske-varmeveksler 49.

For å kontrollere gass/væske-forholdet i den tilbakeførte fluidstrømmen som sprøytes inn i flerfasekanalen for brønnstrøm 23, anbringes det en strålepumpe 50 i tilbakeføringskanalen for gass 44, og denne strålepumpen 50 suger opp en forhåndsbestemt mengde kald væske Uaid som den pumper inn i den tilbakeførte gasstrømmen Gvarm. noe som kan gjøre volumstrømventilen 46 overflødig.

Hvis brønnstrømmen inneholder lite eller ingen væske, kan systemet tilsettes en eller annen egnet væske, for eksempel en væske som brukes til andre formål i systemet (f.eks. et flytende kjemikalium for å unngå hydratdannelse, eksempelvis monoetylenglykol eller metanol).

Det er flere kjente måter å registrere brønnspark og begynnende brønnspark på i en kompressor. Disse omfatter gjerne både sensorer som måler volumetisk strøm oppstrøms for kompressoren og sensorer for å måle trykket oppstrøms og nedstrøms for kompressoren. Ved å sammenlikne det gjeldende faktiske volumetriske strøm- og trykkforholdet i kompressoren med den teoretiske volumetriske strømmen der det opptrer brønnspark ved dette trykkforholdet, er det mulig å bestemme marginen mellom den volumetriske strømmen og brønngrensen. Hvis marginen synker under en forhåndsbestemt verdi, åpnes pumpegrenseventilen. Det må være klart at i fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelsen kan det brukes et hvilket som helst slikt system for å registrere brønnspark, med tilhørende instrumentering.

FIG. 2 viser også at det i den væskefylte nedre seksjonen av gass/væske-separasjonskaret 25 kan anbringes en oppvarmingsspole 50 som varmer opp væsken til så høy temperatur at det smelter hydrater, slik at de ikke vil blokkere væskestrømmen til væskeutløpet 25. Oppvarmingsspolen 50 kan varmes opp ved å sirkulere kjølevæsken for den elektriske motoren 51 til væskepumpen 29 gjennom oppvarmingsspolen 50 med kjølevæske som er varmet opp av motoren 51 i sirkuleringskanalene for oppvarmet kjølevæske 52. Oppvarmings-spolen 50 kan være forlenget inn i den gassfylte seksjonen av separasjonskaret 25.

Claims

1. Fremgangsmåte for å behandle og separere en flerfaset brønnstrøm-blanding (G+L), hvor fremgangsmåten innbefatter å: - overføre den flerfasede brønnstrømblandingen (G+L) gjennom et rør-opplegg for flerfasebrønnstrøm (3, 23) til en gass/væske-separator (5, 24) der den flerfasede brønnstrømblandingen separeres i en hovedsaklig gassformig og en hovedsaklig væskeformig fraksjon, - overføre den hovedsaklig væskeformige fraksjonen (L) til et væske rø r-opplegg (7, 25) der det er anbrakt en væskepumpe (8, 29), - overføre den hovedsaklig gassformige fraksjonen (G) til et gassrøropplegg (6, 26) der det er anbrakt en gasskompressor (10,30), - beskytte gasskompressoren mot brønnspark og/eller væskespark ved å tilbakeføre en tilbakeført gasstrøm (Gvarm) fra gassrøropplegget (6, 26) ved hjelp av en tilbakeførings-kanal for gass (14, 44) gjennom gasskompressoren (10, 30) når det registreres at det starter et brønnspark og/eller væskespark i kompressoren, karakterisert ved- kjøling av den tilbakeførte gasstrømmen (Gvarm) ved å sprøyte avkjølt tilbakeført væske (U^) fra væskerøropplegget (7, 25) inn i den tilbakeførte gasstrømmen, idet denne tilbakeførte væsken avkjøles i en varmeveksler (9, 49).

2. Fremgangsmåten i henhold til krav 1, der gass/væskeseparatoren (5) befinner seg nær bunnen av en vannmasse og varmeveksleren (9, 49) er vannkjølt.

3. Fremgangsmåten i henhold til krav 1, der den tilbakeførte væsken kjøles i en varmeveksler (9, 49) som er anbrakt i væskerøropplegget (7).

4. Fremgangsmåten i henhold til krav 1, der den tilbakeførte væsken kjøles i en varmeveksler (9, 49) som er anbrakt i tilbakeføringskanalen for væske (15, 45).

5. Fremgangsmåten i henhold til krav 1, der den tilbakeførte væsken sprøytes inn i tilbakeføringskanalen for gass (14, 44).

6. Fremgangsmåten i henhold til krav 1, der den tilbakeførte væsken sprøytes inn i en strålepumpe (50) som er anbrakt i tilbakeføringskanalen for gass (44).

7. Fremgangsmåten i henhold til krav 1, der den tilbakeførte væsken sprøytes inn i flerfaserøropplegget for brønnstrøm (23) et sted mellom munningen til tilbakeføringskanalen for gass (44) og innløpet til gass/væske-separatoren (24).

8. Fremgangsmåten i henhold til krav 1, der det registreres et brønnspark og/eller et væskespark i kompressoren (10, 30) med én eller flere brønnspark- og/eller væskesparkdetektorer oppstrøms og/eller nedstrøms for kompressoren, mens disse detektorene får en pumpegrenseventil (13, 43) inne i tilbakeføringskanalen for gass (14, 44) til å åpne seg automatisk når de registrerer et spark og/eller starten av et spark.

9. Fremgangsmåten i henhold til krav 8, der det er anbrakt et termometer (T) i den tilbakeførte gasstrømmen (Gvarm) og en ventil (16) i tilbakeførings-kanalen for væske (15), idet denne ventilen åpnes, eller åpnes videre hvis temperaturen i den tilbakeførte gasstrømmen går over en forhåndsbestemt verdi.