DE3447684C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Speisung einer Zweiphasenfluidpumpe, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Man weiß, daß derartige Pumpen, wie man sie zum Beispiel aus der FR 24 71 501 A1 (französische Patentanmeldung Nr. 79 31 031) kennt, für das Pumpen eines Zweiphasenfluids ver­ wendet werden, das heißt eines Gemisches einer flüssi­ gen Phase und einer gasförmigen, in der Flüssigkeit nicht gelösten Phase. Für einen einwandfreien Betrieb muß das der Pumpe zugeführte Fluid homogen sein und einen stabilen Druck haben, und es muß ferner eine Durchflußmenge und ein Mengenverhältnis von gasförmi­ ger zur flüssigen Phase für die gegebenen thermodyna­ mischen Bedingungen haben, die innerhalb von bestimm­ ten Bereichen liegen.

Insbesondere nehmen jene Pumpen, die die Kompres­ sion von Zweiphasenfluiden gewährleisten, nur Gemische an, deren Mengenverhältnis von gasförmiger zur flüssigen Phase unter einem Höchstwert liegen, und sie tolerieren Gaseinschlüsse, das heißt Fluidmassen, die nur gasförmig auftreten, in ihrer Zuleitung nur, wenn ihr Volumen eben­ falls unter einem Höchstwert liegt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ein Zweiphasenfluid hinsichtlich der Durchflußmenge und des Mengenverhältnisses von gasförmiger zur flüssigen Phase auf die Betriebsdaten einer zu speisenden Pumpe abgestimmt werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Hauptleitung und eine Anzahl von Hilfsleistungen vorgesehen sind, die parallel zur Hauptleitung angeordnet sind, wo­ bei sowohl die Hauptleitung als auch die Hilfsleitungen in ihrem jeweiligen Zufluß an eine Zweiphasenfluid-Zu­ führungsleitung und in ihrem jeweiligen Abfluß an die Zweiphasenfluidpumpe anschließbar sind, wobei Hauptleitung und Hilfsleitungen je ein Trenn- und Durchflußregelungsventil an ihrem Eingang und je ein Trenn- und Durchflußregelungsventil an ihrem Ausgang enthalten und wobei Hauptleitung und Hilfsleitungen ferner ventilgesteuerte Anschlüsse aufweisen, die über die eine Trägerflüssigkeit zuführbar ist.

Wenn also das Mengenverhältnis über dem höchstzu­ lässigen Wert liegt, dann kann Trägerflüssigkeit in die Hauptleitung zugeführt werden, damit dieses Mengenver­ hältnis reduziert wird. Wenn am Eingang der Vorrichtung zur Speisung ein volumenmäßig zu großer Gaseinschluß auftritt, der nicht mehr von der Pumpe absorbiert werden kann, dann kann dieser Gaseinschluß in die Hilfsleitun­ gen umgelenkt werden, wo er gelagert wird, bis die Spei­ sung wieder normal ist. Dann kann Trägerflüssigkeit in diese Hilfsleitungen eingeführt werden, wo sie ein Zwei­ phasenfluid mit Merkmalen bildet, die es geeignet machen, der Pumpe zugeführt zu werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Hauptleitung und die Hilfsleitungen jeweils mindestens eine Vorrichtung zur Durchfluß­ homogenisierung, vorzugsweise des Typs konvergent-diver­ gent.

Günstigerweise enthält jede dieser Leitungen jeweils eine konvergierende Vor­ richtung zur Durchflußhomogenisierung in Durchflußrichtung unterhalb eines je­ den Eingangsventils und jeweils eine divergierende Vorrichtung zur Durchfluß­ homogenisierung in Durchflußrichtung oberhalb eines jedes Ausgangsventils.

Im normalen Durchflußbetrieb können die Ein- und Ausgangsventile der Hilfsleitungen geschlossen sein, diese Leitungen werden dann mit einer Trägerflüssigkeit, namentlich Wasser ge­ füllt.

Die Haupt- und Hilfsleitungen können starre oder flexible Leitungen sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Vor­ richtung erfindungsgemäß so gesteuert, daß die Ein- und Ausgangsventile der Hilfsleitungen je nach Durchflußmenge und Mengenver­ hältnis von gasförmiger zur flüssigen Phase des Zweiphasenfluids wahlweise ge­ öffnet werden, was durch eine Meßvorrichtung in der Zwei­ phasenfluid-Zuführungsleitung in Durchflußrichtung oberhalb der Eingangsventile bestimmt wird.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung enthält die Vorrichtung eine Rückflußleitung für das Zweiphasenfluid zwischen der Druckseite der Pumpe einer­ seits und der Hauptleitung und/oder der Zuführungslei­ tung in Durchflußrichtung oberhalb der Eingangsventile andererseits.

In diesem Fall wird die in die Vorrichtung einge­ führte Trägerflüssigkeit oder zumindest ein Teil dieser Flüssigkeit unterhalb der Pumpe entnommen.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Vorrichtung, die in einer An­ lage zur Gewinnung von Kohlenstoffen verwendet wird, die dadurch ge­ kennzeichnet ist, daß sie eine Zweiphasenfluidpumpe außer­ halb eines Bohrloches enthält, wie sie zum Beispiel in der französischen Patentanmeldung Nr. 79 31 031 beschrieben ist und die mit einer wie oben beschriebenen Vorrichtung zur Speisung ausgerüstet ist, wobei das Zweiphasenfluid ein Zweiphasenerdölausfluß ist, der aus einem Gemisch aus Öl und Gas besteht.

Nachstehend wird eine besondere Ausführungsform der Erfindung als keineswegs erschöpfendes Beispiel mit Bezug auf beigefügte Schemazeichnung beschrieben, in welcher

Fig. 1 eine Gesamtansicht einer Anlage zur Gewin­ nung von Kohlenwasserstoffen und

Fig. 2 viel detaillierter, jedoch trotzdem schema­ tisch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Speisung dieser Anlage zeigt.

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage gestattet die Ein­ spritzung eines zweiphasigen Kohlenwasserstoffgemisches, das an den Bohrlochköpfen 2 aufgefangen wird, in den Ein­ gang 1 einer Pipeline.

Diese Anläge enthält als erstes einen Sandfang 3, dann einen Durchflußmengenmesser 4, anhand dessen die Durch­ flußmengen der flüssigen und gasförmigen Phasen und so­ mit auch das Mengenverhältnis von gasförmiger zur flüs­ sigen Phase bekannt sind. Unterhalb des Durchflußmengenmessers 4 ist eine Vorrichtung 5 zur Speisung für eine Zweiphasenfluidpum­ pe 6 außerhalb des Bohrloches angeordnet, die von einer Verarbeitungseinheit 7 mit Hilfe der von diesem Mengenmesser erhaltenen Informationen gesteuert wird.

Auf die Pumpe 6 folgt ein Wasserabscheider 8 und eventuell ein Regler 9, mit welchem der Pipeline ein Zweiphasengemisch zugeführt werden kann, das homogene Merkmale besitzt.

Die Vorrichtung 5 zur Speisung der Zweiphasenfluidpumpe enthält eine Hauptleitung 10a und Hilfsleitungen 10b, 10c, . . . 10i. Die Leitungen 10a bis 10i sind zwischen dem Ausgang des Durchflußmessers 4 und dem Eingang der Zwei­ phasenfluidpumpe 6 außerhalb des Bohrloches parallel geschal­ tet.

Trenn- und Durchflußregelungsventile 11a, . . . 11i sind in Durchflußrichtung oberhalb einer jeden Leitung 10a, . . . 10i und ande­ re Trenn- und Durchflußregelungsventile 12a, . . . 12i sind in Durchflußrichtung unterhalb einer jeden dieser Leitungen angeordnet.

In Durchflußrichtung unterhalb eines jeden Ventils 11a, . . . 11i ist eine Vorrichtung 13a, . . . 13i zur Homogenisierung am Eingang einer jeden Leitung 10a, . . . 10i angebracht.

Diese Vorrichtung entspricht zum Beispiel dem Typ, wie er in der FR 25 34 644 A1 (französischen Patentanmeldung Nr. 82 17 245) beschrieben ist. Entsprechende Vorrichtungen zur Homoge­ nisierung sind am Ausgang einer jeden Leitung 10a, . . . 10i in Durchflußrichtung oberhalb der Ventile 12a, . . . 12i angebracht.

Die Vorrichtungen 13a, . . . 13i und 14a, . . . 14i zur Homogenisierung werden außerdem mit Trägerflüssigkeit gespeist, wie zum Beispiel mit Wasser, durch eine Pumpe 15 über Ventile 16a, . . . 16i bzw. 17a, . . . 17i.

Die Verarbeitungseinheit 7 erhält ihre Informationen vom Durchflußmengenmesser 4 und gewährleistet die Steue­ rung der Pumpe 15 und der Ventile 11a, . . . 11i, 12a . . . 12i, 16a . . . 16i und 17a, . . . 17i.

Die Vorrichtung 5 arbeitet folgendermaßen: Wenn der Zähler/Durchflußmengenmesser 4 ein Men­ genverhältnis von gasförmiger zur flüssigen Phase auf­ zeichnet, dessen Wert kleiner als der für die Zweipha­ senfluidpumpe 6 annehmbare ist, der seinerseits im Speicher der Verarbeitungseinheit 7 festgehalten ist, dann er­ folgt der Durchfluß direkt vom Zähler 4 durch die Lei­ tung 10a zur Zweiphasenfluidpumpe 6, wobei die Ventile 13a und 14a geöffnet und alle anderen Ventile der Vorrich­ tung geschlossen sind. In dieser Konfiguration sind al­ le anderen Leitungen 10a, . . . 10i mit Wasser ge­ füllt.

Wenn der Zähler 4 ein Mengenverhältnis aufzeich­ net, dessen Wert größer als der für die Zweiphasenfluidpumpe 6 annehmbare ist, jedoch während eines derart kurzen Zeitraumes, daß das sich daraus ergebende Gasein­ schlußvolumen kleiner als der zulässige Höchstwert ist, dann erfolgt der Durchfluß weiterhin nur über die Lei­ tung 10a, aber die Verarbeitungseinheit 7 setzt die Vor­ richtung zur Homogenisierung 13a und 14a in Betrieb, wo­ durch eine solche Menge einer Trägerflüssig­ keit eingeführt wird, daß das Mengenverhältnis am Ein­ gang der Zweiphasenfluidpumpe 6 auf einen Wert gebracht wird, der unter dem höchstzulässigen liegt. Diese Trägerflüs­ sigkeit kann zum Beispiel Wasser, das von der Pumpe 15 zugeführt wird, oder gegebenenfalls ein Zweiphasenfluid sein, das vom Auslaß der Zweiphasenfluidpumpe 6 zurück­ fließt. Diese Rückflußleitung ist auf der Zeichnung nicht dargestellt. Wenn sich das Mengenverhältnis wieder verringert und einen annehmbaren Wert erreicht, kehrt das System auf seine normale, oben beschrie­ bene Betriebsstellung zurück.

Wenn der Zähler 4 hingegen ein Mengenverhältnis aufzeichnet, dessen Wert für einen derart langen Zeitraum über dem Höchstwert liegt, daß das Gaseinschlußvolumen den höchstzulässigen Wert über­ steigt, dann erlaubt die Vorrichtung 5 die Absorption dieses Gaseinschlusses, um ihn erst später wieder abzu­ geben.

Die Verarbeitungseinheit 7 löst unter diesen Bedingungen die Öffnung der Ventile 11b und 12b aus, so daß der Gas­ einschluß in die Leitung 10b gelenkt wird. Er treibt das Wasser, das sie enthält, heraus, und dies wird dann von der Zweiphasenfluidpumpe 6 abgepumpt und absorbiert, und zwar gleichzeitig mit dem regulierten Zweiphasengemisch, das wie oben a s der Leitung 10a kommt. So absorbiert die Zweiphasenfluidpumpe 6 ein Zweiphasengemisch, dessen Men­ genverhältnis kleiner als der höchstzulässige Wert ist, obwohl die zweiphasige Durchflußmenge erhöht worden ist.

Wenn die Gaseinschlußmenge zu groß ist, um von der Leitung 10b ganz absorbiert zu werden, dann löst die Verarbeitungsein­ heit 7 die Schließung der Ventile 11b und 12b und die Öffnung der Ventile 11c und 12c aus, und das gleiche Ver­ fahren kann sich bis zur Füllung der Leitung 10i wieder­ holen.

Wenn der Gaseinschluß ganz absorbiert ist und das Mengenverhältnis wieder kleiner als der höchstzulässige Wert wird, dann kann die Pumpe 15 wieder ihre Tätigkeit aufnehmen und die Leitungen 10b, 10c, . . . 10i mit Wasser befüllen.

Dafür werden nacheinander die Vorrichtungen 13, 14 zur Ho­ mogenisierung einer jeden Leitung 10 durch Öff­ nen der entsprechenden Ventile 16 und 17 in Betrieb ge­ setzt, wobei die Vorrichtung 13 zur Homogenisierung den Zufluß des Wassers in die Leitung 10 gestattet, das das in ihm enthaltene Gas zurückdrängt; und dieses Gas er­ hält seinerseits aus der Vorrichtung 14 zur Homogenisierung Wasser, bevor es als zweiphasiges Gemisch gleichzeitig mit dem normalen, durch die Leitung 10a gehenden Durch­ fluß zur Pumpe 6 geleitet wird.

Die Leitungen 10b, 10c, . . . 10i werden auf diese Art nacheinander vom Gas geleert und mit Trägerflüssig­ keit befüllt.

Es versteht sich, daß die Absorptionsfähigkeit der Vorrichtung 5 zur Speisung der Zweiphasenfluidpumpe vom Volumen in den Leitungen 10b, . . . 10i bestimmt wird, wobei die Abmessungen der Leitungen von den Betriebsbedingungen bestimmt werden und die Leitungen das gleiche Volumen oder in einer bevorzugten Ausführungsform unterschiedliches Volumen aufweisen können.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Speisung einer Zweiphasenfluidpumpe, mit welcher der Pumpe ein Zweiphasenfluid zugeführt wird, das hinsichtlich der Durchflußmenge und des Mengenverhältnisses von gasförmiger zur flüssigen Phase auf die Betriebsdaten der Pumpe abgestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Hauptleitung (10a) und eine Anzahl von Hilfsleitungen (10b, . . . 10i) hat, die parallel zur Hauptleitung angeordnet sind, wobei sowohl die Hauptleitung (10a) als auch die Hilfsleitun­ gen (10b, . . . 10i) in ihrem jeweiligen Zufluß an eine Zwei­ phasenfluid-Zuführungsleitung und in ihrem jeweiligen Abfluß an die Zweiphasenfluidpumpe (6) anschließbar sind, wobei Hauptleitung und Hilfsleitungen je ein Trenn- und Durchfluß­ regelungsventil (11a, . . . 11i) an ihrem Eingang und je ein Trenn- und Durchflußregelungsventil (12a, . . . 12i) an ihrem Ausgang enthalten und wobei Hauptleitung und Hilfsleitungen ferner ventilgesteuerte Anschlüsse (16a, . . . 16i; 17a, . . . 17i) aufweisen, über die eine Trägerflüssigkeit zuführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Hauptleitung (10a) und Hilfsleitungen (10b, . . . 10i) jeweils mindestens eine Vorrichtung (13a, . . . 13i; 14a, . . . 14i) zur Durchflußhomogenisierung enthalten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Hauptleitung (10a) und Hilfsleitungen (10b, . . . 10i) jeweils eine konvergierende Vorrichtung (13a, . . . 13i) zur Durchflußhomogenisierung in Durchflußrichtung unterhalb von jedem Ein­ gangsventil (11a, . . . 11i) und jeweils eine divergierende Vorrichtung (14a, . . . 14i) zur Durchflußhomogenisiergung in Durchflußrichtung oberhalb von jedem Ausgangsventil (12a, . . . 12i) enthalten.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ein- und Ausgangsventile (11b, . . . 11i; 12b, . . . 12i) der Hilfsleitungen (10b, . . . 10i) im normalen Durchflußbetrieb geschlossen sind und die Hilfslei­ tungen mit einer Trägerflüssigkeit gefüllt sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Trägerflüssigkeit Wasser vorge­ sehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hauptleitung und Hilfsleitungen steif sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptleitung und Hilfsleitungen flexibel sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ein- und Ausgangsventile (11b, . . . 11i; 12b, . . . 12i) der Hilfsleitungen (10b, . . . 10i) wahlweise je nach Durchflußmenge und Mengenverhältnis von gasförmiger zur flüssigen Phase des Zweiphasenfluids geöffnet sind, was durch eine Meßvorrichtung (4) bestimmt wird, welche in der Zweiphasenfluid-Zuführungsleitung in Durchflußrichtung oberhalb der Eingangsventile angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sie eine Rückflußleitung für das Zweiphasenfluid zwischen der Druckseite der Zweiphasenfluid­ pumpe (6) einerseits und der Hauptleitung (10a) und/oder der Zuführungsleitung in Durchflußrichtung oberhalb der Eingangs­ ventile (11a, . . . 11i) andererseits enthält.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sie bei Verwendung in einer Anlage zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffe außerhalb eines Bohrlochs an die Zwei­ phasenfluidpumpe (6) anschließbar ist.