NO302842B1 - Fremgangsmåte for pumping av en flerfaset gass/væskeblanding - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for pumping av en flerfaset gass/væskeblanding gjennom et anlegg ved et forutbestemt trykk, særlig ved tilførsel av en slik blanding som under trykk kommer fra f.eks. en oljebrønn. Muligheten for å håndtere flerfasede fluider som inneholder små mengder faste partikler er også tilstede, avhengig av den mengde faste partikler som pumpen kan akseptere.

Foreliggende oppfinnelse er først og fremst ment brukt i situasjoner hvor det kreves høy pålitelighet uten nærvær av tilsynspersonale samt lange vedlikeholdsintervaller. Dette kan være tilfellet ved anvendelse under vann, eller ved anvendelse på plattformer til havs som er uten tilsyn, så vel som ved anvendelse på land i barske omgivelsesmiljøer eller i omgivelser som ut fra lagerholds- og servicehensyn er vanskelige.

De hittil kjente fremgangsmåter og utstyr for pumping av flerfaset gass/væskeblanding kan inndeles i følgende kategorier: A) fremgangsmåter og utstyr basert på adskillelse av fasene, etterfulgt av en maskin (en pumpe) som bare betjener væskefasen og en annen maskin (en kompressor)

som bare betjener gassfasen,

B) fremgangsmåter og utstyr basert på bruk av maskiner (flerfase-"pumper") som

direkte kan håndtere flerfaseblandingen i sin helhet.

Utstyr tilhørende kategori A fordrer anvendelse av to type maskiner, hvorav den ene type (kompressorer) er preget av en viss mekanisk ømfintlighet og lav pålitelighet. Maskiner tilhørende kategori B befinner seg for tiden på eksperimentstadiet. Betraktelig utviklingsarbeid og utprøving må utføres før slike kan nå en effektivitet og en pålitelighet som ligger på et industrielt nivå.

De ulemper som kjent teknikk er beheftet med, og som er omtalt ovenfor, er overvunnet, ved at det nå er fremskaffet en fremgangsmåte for pumping ved hjelp av en konven-sjonell pumpe.

I henhold til foreliggende oppfinnelse har da den fremskaffede fremgangsmåte for pumping av en flerfaset gass/væskeblanding gjennom et anlegg ved et forutbestemt trykk, som særtrekk at den omfatter følgende prosesstrinn: (a) flerfaseblandingen mates fra en trykksatt inntaksledning under trykket i inntaks-ledningen inn i en første beholder som er full av væske og flerfaseblandingen i den første beholder separeres i en gassformig fase og en væskefase, (b) samtidig med gass/væske-separasjonen i trinn (a), sendes den tilstedeværende væske i nevnte første beholder og den væske som separeres inne i den første beholder, til en pumpe ved hjelp av hvilken væsken pumpes inn i en andre beholder som er full av gass under inntaksledningstrykket og den gass som befinner seg inne i nevnte andre beholder bringes til å komprimeres ved hjelp av nevnte innledningsvis tilstedeværende væske i nevnte første beholder, inntil den

når et trykk som likt det i en avleveringsledning, og

(c) den komprimerte gass og den komprimerende væske bringes til å forlate den andre beholder og komme inn i nevnte avleveringsledning ved at mer væske innføres fra den første beholder til den andre beholder ved hjelp av nevnte pumpe, idet væskemengden som forlater den andre beholder er lik væskemengden som kommer inn i anlegget i den første beholder.

Et kjennetegn ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at sålades at det anvendes en pumpe som trykk-drivende maskin og i det minste to pumpebeholdere som vekselvis utfører inntaksfunksjoner og komprimerings- og/eller avleveringsfunksjoner. Siden pumpen bare må håndtere væskefasen, kan den velges ut blant konvensjonelle pumper og særlig kan den være en sentrifugalpumpe. I henhold til oppfinnelsen kan imidlertid fremgangsmåten med fordel omfatte et trinn hvor væsken fra pumpen bringes til å passere gjennom en reguleringsventil for å gi pumpen så konstante driftsbetingelser som mulig. Særlig når det anvendes en sentrifugalpumpe kan en slik reguleringsventil med fordel utnyttes for styring av trykk eller strømningstakt.

Når det i henhold til oppfinnelsen benyttes bare to beholdere, utfører de alltid vekselvis inntaksfunksjoner og komprimerings-/avleveringsfunksjoner. I det tilfelle mer enn to beholdere benyttes, kan imidlertid også en ventefunksjon utføres. I en særlig foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan det således alternativt anvendes tre beholdere, idet funksjonsrekkefølgen for hver beholder da med fordel kan være:

- (i) separereing, (ii) awenting, og (iii) komprimering og avlevering, eller

- (i) awenting, (ii) komprimering og avlevering, og (iii) separering.

I det etterfølgende forklares foreliggende oppfinnelse nærmere ved hjelp av foretrukne utførelseseksempler og vedføyde tegninger som i fig. 1, 2 og 3 skjematisk viser utstyr som omfatter tre pumpebeholdere 1, 2, 3 og en sentrifugalpumpe 17, hvilket ikke skal oppfattes som begrensende for oppfinnelsen.

Tilstanden til de tre pumpebeholdere 1, 2 og 3 bestemmes av tilstanden til et antall av/på-ventiler 4, 5, 6, 7, 8, 9 som styres av et dertil egnet elektronisk logikkutstyr (ikke vist på tegningen).

Med henvisning til fig. 1 kan følgende tilfelle betraktes hvor f.eks. beholderen 1 er i sin inntaksfase, beholderen 2 er i sin ventefase og beholderen 3 er i sin komprimerings/- avleveringsfase. Under slike betingelser kommer flerfasefluidet 10 først gjennom ventilen 11 (ventilene 12, 13, 14, 15 og 16 er lukket) og inn i beholderen 1 som er full av væske og som virker som en gass/væskeseparator, mens "væskestempelet" går gjennom ventilen 4 og ankommer sentrifugalpumpen 17 hvorfra det pumpes via ventilen 18 som regulerer strømningstakt eller trykk, og gjennom ventilen 9 inn i beholderen 3 (opprinnelig full av gass under inntakstrykket). "Væskestempelet" som kommer inn i beholderen 3 bringer gassen den inneholder til å trykkes sammen inntil et trykk som tilsvarer det i utstyrets avleveringsledning 19 er nådd.

Nå åpnes ventilen 16 og gassen sendes til avleveringsledningen 19, etterfulgt av en væskemengde som tilsvarer den som kommer inn i utstyret. Når væskenivået inne i beholderen 1 når en passende minsteverdi, veksler styrelogikken av/på-ventilenes tilstand. Beholderen 1 skifter da til en ventetilstand (ventil 4 lukkes), beholderen 3 veksler til sin inntakstilstand (ventil 8 åpnes og ventil 9 lukkes) og beholderen 2 veksler til komprimerings-/avleveringstilstand (ventil 7 åpnes). En slik sekvens gjentas for derved å gjøre det mulig for en sammenhengende væskestrøm å strømme gjennom pumpen 17 som takket være virkningen til reguleringsventilen 18, arbeider under nesten stabile forhold. Det er ikke anbragt noe diafragma eller skillelegeme mellom "væskestempelet" og flerfasefluidet.

Utstyret kan også arbeide i samsvar med en annen driftssyklus som, i stedet for funksjonsrekkefølgen inntak, awenting og komprimering/avlevering (for hver beholder), innebærer rekkefølgen inntak, komprimering/avlevering og awenting.

En alternativ sammensetning av utstyret skjematisk vist i fig. 1, er avbildet i fig. 2. Med henvisning til fig. 2 kan følgende tilfelle betraktes hvor f.eks. beholderen 1 er i sin inntaksfase, beholderen 2 i sin avleveringsfase og beholderen 3 i sin komprimerings/- ventefase. Flerfasefluidet 10 kommer først inn i beholderen 1 som er full av væske og som virker som en gass/væskeseparator, gjennom ventilen 11 (ventilene 12, 13, 14, 15 og 16 er lukket), mens "væskestempelet" går gjennom ventilen 4 og ankommer sentrifugalpumpen 17, hvis korrekte funksjon sikres av regulatorventilene 20, 21 og 22 som opprettholder konstant avleveringtrykk fra pumpen.

Komprimeringstrinnet utføres ved at en del av gassfasen fra avleveringsbeholderen 2 avleveres via reguleringsventilen 21 til beholderen 3 som befinner seg i komprimerings-fasen, inntil avleveringstrykket er nådd inne i den sistnevnte beholder. "Væskestempelet" pumpes gjennom ventilen 7 og inn i beholderen 2 som i denne fase utfører en funsksjon som innebærer at en del av den komprimerte gass sendes gjennom ventilen 21 og inn i beholderen 3, mens den gjenværende del av gassen sendes gjennom ventilen 14 og avgis til avleveringsledningen 19, etterfulgt av en væskemengde som tilsvarer den som kommer inn i utstyret.

Når væskenivået inne i beholderen 1 når en passende minsteverdi, veksler styrelogikken av/på-ventilenes tilstand. Beholderen 1 skifter da til en komprimerings-/ventetilstand (ventilene 4 og 11 lukkes), beholderen 2 veksler til inntakstilstand (ventilene 13 og 6 åpnes og ventilene 14 og 7 lukkes) og beholderen 3 veksler til avleveringstilstand.

Enda en alternativ utstyrssammensetning er vist i det forenklede skjema i fig. 3, hvor en gass/væskeseperator 23 har kommet i tillegg. Dette gjør det mulig å sende bare gass til pumpebeholdernes øvre inntak, mens væsken sendes direkte til inntaksåpningen for sentrifugalpumpen 17. Det øvrige utstyr vist i fig. 3 virker på likedan måte som beskrevet ovenfor med hensyn til utstyret vist skjematisk i fig. 1. Med utstyrssammen-setningen vist i fig. 3 flyttes faseseparasjonsfunksjonen (mellom gass og væske) fra pumpebeholderne 1, 2 og 3 over til separatoren 23.

En annen mulighet, som gjelder både utstyret vist i fig. 1 og utstyret vist i fig. 3, består i at i stedet for å anvende en enkelt reguleringsventil, brukes tre reguleringsventiler (en ventil for hver pumpebeholder) som monteres i kaskade med av/på-ventilene 5, 7 og 9.

Det bør legges merke til at pumpebeholderne kan anbringes og sammenstilles på flere ulike måter (horisontalt, vertikalt, eller på andre måter) avhengig av den prosesserings-plan som skal gjelde (og følgelig også hvilke funksjoner de nevnte beholdere skal utføre) samt egenskapene ved fluidene som skal behandles. For eksempel, siden en pumpebeholder i fig. 3 ikke må virke som en faseseparator (i tillegg til den viste separator 23), bør beholderen i dette tilfelle anbringes vertikalt.

Antall pumpebeholdere kan både økes og reduseres (til to), men i sistnevnte tilfelle må det ventes en større grad av funksjonell uregelmessighet.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for pumping av en flerfaset gass/væskeblanding gjennom et anlegg ved et forutbestemt trykk, karakterisert vedat den omfatter følgende prosesstrinn: (a) flerfaseblandingen mates fra en trykksatt inntaksledning under trykket i inntaks-ledningen inn i en første beholder som er full av væske og flerfaseblandingen i den første beholder separeres i en gassformig fase og en væskefase, (b) samtidig med gass/væske-separasjonen i trinn (a), sendes den tilstedeværende væske i nevnte første beholder og den væske som separeres inne i den første beholder, til en pumpe ved hjelp av hvilken væsken pumpes inn i en andre beholder som er full av gass under inntaksledningstrykket og den gass som befinner seg inne i nevnte andre beholder bringes til å komprimeres ved hjelp av nevnte innledningsvis tilstedeværende væske i nevnte første beholder, inntil den når et trykk som likt det i en avleveringsledning, og (c) den komprimerte gass og den komprimerende væske bringes til å forlate den andre beholder og komme inn i nevnte avleveringsledning ved at mer væske innføres fra den første beholder til den andre beholder ved hjelp av nevnte pumpe, idet væskemengden som forlater den andre beholder er lik væskemengden som kommer inn i anlegget i den første beholder.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den omfatter et trinn hvor væsken fra pumpen bringes til å passere gjennom en reguleringsventil for å gi pumpen så konstante driftsbetingelser som mulig.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, og hvor anlegget videre omfatter en tredje beholder,karakterisert vedat i hver av nevnte første, andre og tredje beholdere utføres vekselvis følgende funksjoner: (i) flerfasevæsken separeres i en gassformig fase og en væskefase, (ii) det avventes (dvs. ingen flerfasevæske, gassformig fase eller væskefase kommer inn i eller forlater vedkommende beholder), og (iii) gassen komprimeres, og den komprimerte gass og den komprimerende væske bringes til å forlate beholderen og komme inn i avleveringsledningen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, og hvor anlegget videre omfatter en tredje beholder,karakterisert vedat i hver av nevnte første, andre og tredje beholdere utføres vekselvis følgende funksjoner: (i) det avventes (dvs. ingen flerfasevæske, gassformig fase eller væskefase kommer inn i eller forlater vedkommende beholder), (ii) gassen komprimeres, og den komprimerte gass og den komprimerende væske bringes til å forlate beholderen og komme inn i avleveringsledningen, og (iii) flerfasevæsken separeres i en gassformig fase og en væskefase.