NO315912B1 - Undervanns-separasjonsanordning for behandling av råolje omfattende en separatormodul med en separatortank - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en undervanns-separasjonsanordning for behandling av råolje omfattende en separatormodul med en separatortank for separering av vann, gass, sand og råolje fra fluider som strømmer fra en brønn. Anordningen eller anlegget er beregnet for plassering på havbunnen rett ved eller på brønnen.

Ved utvinning av olje og gass offshore, blir de produserte fluidene vanligvis ført til et anlegg, gjerne på en boreplattform, for separasjon av fluidets forskjellige faser. Disse fasene omfatter stort sett hydrokarboner, vann og eventuelt sand. Separasjonen foregår vanligvis med konvensjonelt separasjonsutstyr, eksempelvis hydrosykloner og sedimenteringstanker.

Imidlertid er det ulemper forbundet med plassering av slikt separasjonsutstyr på offshoreplattformene. Plattformene begrenser i mange tilfeller anleggets vekt og utforming. Stigerør og eventuelt utstyr for å bringe brønnfluidene til platt-formen og anlegget, må dimensjoneres for å føre større mengder fluid til platt-formen enn de fluidene som ønskes produsert. I tillegg vil en eventuell reinjisering eller gjeninnsprøytning av vann i brønnen kreve mye ekstrautstyr for føring av utseparert vann ned i brønnen. Alternativt kan renset men likevel oljeholdig vann dumpes direkte i sjøen, men dette er problematisk i områder følsomme for for-urensning.

Det er derfor blitt foreslått å plassere separasjonsanlegget på havbunnen. Dette gjør at det er mindre behov for overflateanlegg, og behovet for transport av fluider til overflaten reduseres i samme forhold som vannfraksjonen i fluidet.

Slike undervannsanlegg er kjent fra for eksempel NO 304388 som beskriver en fremgangsmåte og en anordning for separering av en hydrokarbonstrøm på havbunnen. Patentet beskriver et undervannsanlegg for separering av råoljefraksjoner. Løsningen vedrører primært et arrangement og en fremgangsmåte for sandbehandling, og synes begrenset til separasjon av sand i produsert vann. Sandbehandlingen finner sted i arrangementet etter trykksetting. Sanden blir tatt ut nedstrøms i forhold til separatoren i vann med lavere trykk. En vanninjeksjons-pumpe blir brukt for å øke trykket til et trykk litt over trykket i separatortanken for å få sanden til å strømme inn i olje og gasseksportlinjen. Ulempen med dette erat pumpen må sirkulere sandholdig vann, hvilket innebærer en betydelig risiko for økt slitasje med tilhørende høy overhalingsfrekvens. Dette er svært kostbart.

Håndtering av sandproduksjon er et gjennomgående problem ved under-vannsseparasjonsanlegg. NO B1 172555 beskriver en undervannsstasjon for behandling og transport av en brønnstrøm. Undervannsstasjonen er plassert på havbunnen og er beregnet for separering av råoljefraksjoner på samme måte som ved søkerens løsning. Det beskrives at en flerfasestrøm gjøres om til 2 faser; en gass og en væskefase, slik at strømmen samlet blir flyttbar ved hjelp av en enkeltfasepumpe og en gasskompressor. Separasjonen er altså primært motivert ut ifra transportbehov, det å kunne bruke en kjent enfasekomprimeringsteknologi for trykkøkning og derved forflytning av brønnstrøm over avstander større enn hva trykkfalldrevet transport tillater. Det som synes beskrevet er montering av pumpen direkte under separator og kompressor direkte over separator, i en vertikal sammenstilling. Søkerens løsning innebæreren 3-fase separering der gass, olje og vann behandles med den hensikt å fjerne vannfraksjonen.

US 4 438 817 viser en anordning og en fremgangsmåte for boring og komplettering av en undersjøisk brønn plassert på sjøbunnen. Anordningen omfatter en opphentbar undervannsseparatoranordning for separering av brønnfluid omfattende en kuleformet separatortank 100 tilkoplet rett over et brønnhode 19 som er tilkoplet produksjonsbrønner og annet behandlingsutstyr.

NO B1 309587 viser en anordning for separering av en olje/væskefase fra en gassfase i et brønnhodefluid. Patentet beskriver et arrangement for sentrifugal-separasjon som kan plasseres enten ved overflaten eller som en del av et undervannsanlegg, for 2-fase separering av råolje eller våtgass.

Anordningen har som mål å påføre brønnfluidet gravitasjonskrefter utover normal gravitasjon (g), med den hensikt fortere å kunne skille væske fra gass fasen, altså 2-fase separasjon.

Søkerens løsning innebærer en gravitasjonsseparasjon der separasjonen er drevet med tilnærmet én gang gravitasjonen, 1xg, med den hensikt å skille råolje i 3 faser.

Følgelig vedrører den foreliggende oppfinnelsen en undervanns-separasjonsanordning med en separatortank i henhold til krav 1.

Separasjonsanordningen eller separasjonsanlegget i henhold til oppfinnelsen med en separatortank er beregnet for separering av vann, gass, sand og råolje fra fluider som strømmer fra en brønn. Separatortanken og separasjonsanlegget er videre beregnet for plassering på havbunnen, fortrinnsvis rett over brønnhodet brukt som vanninjeksjonsbrønn, med tilstrømning av brønnfluid fra en nærliggende produksjonsbrønn eller en samling slike brønner. Alternativt kan brønnhodet som separasjonsanlegget er plassert over være en produksjonsbrønn eller inneholde produksjonsrørfor både produksjon og vanninjeksjon, såkalt "fler-rørskomplettering".

Prosessutstyret er fortrinnsvis plassert oppstrøms for brønnfluid sammen-føringspunkter, og nedstrøms, tett opp til produksjonsbrønnen. Hensikten med dette er å utnytte varmen i råoljen til, med så høy temperatur som mulig, å sørge for best mulige forhold for separasjon av vann fra råoljen. Utstyret kan settes på eksisterende brønnhoder og kan lett tilkobles eller frakobles som en modul.

Anleggets separatortank er utformet hovedsakelig konsentrisk om brønn-hodet med nødvendige komponenter eller moduler plassert rundt, over eller under, slik at anleggets tyngdepunkt ligger r hovedsak rett over eller konsentrisk rundt brønnhodet. Separatortanken har en gjennomgående åpning eller hull hovedsakelig i midten for gjennomgang av det underliggende brønnhodet og danner et hovedsakelig rotasjonssymmetrisk volum. Alternativt kan en enkeltfasepumpe, en flerfasepumpe eller en kompressor være plassert i den gjennomgående åpningen.

Slike anlegg kan omfatte en rekke elementer og moduler. Eksempler på slike elementer er forboringsramme, fundamentramme, separatormodul, brønn-hodeventiltre, filterenheter, forbindelsesutstyr, olje-i-vann sensorer, sammen-koblingsrammer, permanente fundamenter for styreliner eller styrestolper, inn-sprøytningspumper, transformatorer, strupebromodulerfor prosessert vann, "hydrosyklon for sandutfelling", ventiltre for vanninnsprøytning, produksjonsventiltre, pumper for kassert olje, styringsmekanismer for ventiltrær, hydrosyklon for oljeutskilling etc.

Elementene er fortrinnsvis oppbygget som moduler som settes ned på havbunnen og settes sammen i en gitt rekkefølge.

Disse elementene eller modulene er fortrinnsvis dimensjonert ut ifra be-grensninger i forbindelse med installasjon av utstyret. Disse begrensningene er typisk størrelsen på underdekksåpningen eller "moonpoolen" på utsetnings- og vedlikeholdsfartøy.

Anlegget gjør at separert vann kan direkte reinjiseres eller gjeninnsprøytes i borehullet, det siste i tilfelle bruk av flerrørskomplettering. Alternativt kan separert vann dumpes på havbunnen, gitt forutgående behandling ved oljeutskilling for å redusere oljeinnholdet i separert vann. I begge tilfeller unngås transport av vann til overflaten. Hvis anlegget er tilpasset for gjeninnsprøytning, kan dette omfatte en nedstrøms pumpe med eventuelt en hydrosyklon (for sandutfelling) i forkant.

Ved dumping av vann ved havbunnen kan anlegget omfatte en hydrosyklon (for oljeutskilling). I det siste tilfellet kan det være nødvendig med olje-i-vann-måler for kontroll av oljeinnhold.

Direkte gjeninnsprøytning ved brønnhodet er en miljømessig god løsning. Anlegget er fortrinnsvis plassert direkte på brønnhodet.

Anlegget er tilpasset for tilkoblinger av rørledninger til piggbare grenrør i anlegget, og for tilkobling av kraftkabel samt plassering av undervannstrans-formator. Videre kan det omfatte tilkobling av kontrollkabel og plassering av kontroll og overvåkningsutstyr.

Anlegget kan omfatte en beskyttelseskonstruksjon av glassfiberarmert plast eller et annet passende materiale som kan sørge for overtrålbarhet og beskyttelse av anlegget.

Separatortanken i henhold til oppfinnelsen er fortrinnsvis torusformet eller på annen måte satt sammen av trykkskallelementer med dobbeltkrummete flater. Løsningen i henhold til oppfinnelsen innebærer separasjon av råoljen for å kvitte seg med vannfraksjonen ved direkte dumping av denne til sjøen eller gjeninn-sprøyting til reservoaret ved bruk av injeksjonsbrønn. Den torus- eller ringformede separatortanken er en gravitasjonsseparasjonstank for vannutskillelse av prosessvann. Injeksjonspunktet ved brønnhodetreet er fortrinnsvis plassert i umiddelbar nærhet til separasjonstankens senter. Sanden skyldes ut før separatortanken ved hjelp av en "væske/gass/sandsyklon" før innløpet av separasjonstanken. Oppfinnelsen omfatter med andre ord sandutskillelse fra råoljefasen ved bruk av en "gass/væske/sandsyklon" ved innløp. Separatortanken har ingen roterende deler, men omfatter innvendige lederplater som leder brønnstrømmen i ring rundt injeksjonsbrønnhodet og kan minne om et sneglehus. Selve den torusformede separatortanken er tilpasset for 3-fase separasjon av brønnstrømmen. Tankens ytre mål er redusert til et minimum for å gjøre heving av tanken til overflaten under vedlikeholdsoperasjoner offshore letter og rimeligere.

Råoljen strømmer fortrinnsvis i hovedsak horisontalt gjennom tanken og passerer en sektor en eller flere ganger rundt åpningen i midten. Tankens gjennomgående sentriske åpning er tilgjengelig for behandlingsutstyr for råolje. Dette behandlingsutstyret kan omfatte et vanninjeksjonstre, et produksjonsventiltre eller en strupebromodul.

Tanken kan være tilpasset med senterrør for styrelineløs innstyring og montasje av brønnventiltreet i den gjennomgående åpningen. Tanken er konstruert som en trykktank og har et øvre og et nedre skall forbundet innvendig med et tykkvegget rør, og utvendig med en 2-tags ringstruktur. Tanken kan eksempelvis være laget av et metallisk materiale eller et polymerlaminat (GRP).

Tanken er konstruert for relativt sett å ha en større trykkfasthet for innvendig trykk, sammenlignet med trykkfasthet for utvendig trykk, på en slik måte at et eventuelt tap av innvendig trykk ikke skal medføre sammenklapping av tanken, med den effekt at opphenting av montert utstyr til overflaten, blir hindret.

Separatortanken er innvendig laget som en labyrint eller et sneglehus. Inn-løpet er innerst ved senter og strømningstverrsnittet kan være progressivt økende slik at hastighetskomponenten gradvis reduseres. I enden av sneglehuset er det en standard brønnvegg for oppsamling av olje fraksjonen som renner over denne veggen. Bak denne hentes separert olje. Foran denne er det et sluk for separert vann. Det er tatt strømningsmessige hensyn ved utforming av innredningen, først og fremst for å øke oppholdstid og redusere turbulens.

Tankens omliggende utstyr, som pumpe for utskilt olje, hydrosykloner, pumpe for separert vann, samt eventuelt kompressorer for utskilt gass, er arrangert slik at røranslutninger er radielt orientert og har derfor en minimum lengde. Dette er for å redusere varmetap. Tank og rør kan være termisk isolerte for å forbedre separasjonsprosessen og for å redusere faren for dannelse av isplugger.

Tankens innredning kan omfatte fast monterte nivåmålere for å måle be-liggenhet av overgang vann/olje samt overgang olje/gass. Siden tanken har ytermål og vekt som tillater enklere opphenting, kan nivåmålere integreres som en fastmontert del og ikke som en egen opphentbar modul, hvilket reduserer behovet for bruk av gjennomganger i trykkskallet.

Kort beskrivelse av de vedlagte tegninger:

Figur 1 viser en splittegning av et separasjonsanlegg med en separatormodul og separatortank i henhold til oppfinnelsen; Figur 2a viser separasjonsanlegget fra Figur 1 i perspektiv delvis gjennomskåret, fra en første vinkel; Figur 2b viser separasjonsanlegget fra Figur 1 i perspektiv delvis gjennomskåret, fra en andre vinkel; Figur 3 viser et perspektivriss av et separasjonsanlegg som vist på Figur 1 men der vanninjeksjon-tre, er fjernet for at separatortanken skal fremgå, og der denne er vist delvis gjennomskåret; Figur 4 viser et sideriss/elevasjon av et separasjonsanlegg i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen beregnet for vann innsprøytning av separert vann ned i en brønn, med tilhørende vanninjeksjonstre; Figur 5 viser et planriss av oppfinnelsen som vist på Figur 4; Figur 6 viser et sideriss av en splitt-tegning av oppfinnelsen som vist på Figurene 4 og 5; Figur 7 viser en splitt-tegning av et separasjonsanlegg i henhold til en annen utførelsesform av oppfinnelsen beregnet for dumping av separert vann på havbunnen, der vanninjeksjons-treet er erstattet av en strupebromodul; Figur 8 er et sideriss/elevasjon av et separasjonsanlegg i henhold til enda en utførelsesform av oppfinnelsen med en hydrosyklon for oljetutskilling, og som er beregnet for vanninnsprøytning, med tilhørende vanninjeksjonstre; Figur 9 er et planriss av separasjonsanlegget vist på Figur 8; Figur 10 er en splitt-tegning av separasjonsanlegget vist på Figurene 8 og 9; Figur 11 er et delvis gjennomskåret perspektivriss av en utførelse av en separatortank i henhold til oppfinnelsen; Figur 12 er separatortanken vist på Figur 11 sett fra en annen vinkel; Figur 13 er et planriss av separatortanken vist på Figurene 11 og 12; Figur 14 er et tverrsnitt av separatortanken vist på Figurene 11,12 og 13 fra siden. Tverrsnittet viser et innvendig og et utvendig volum ; Figur 15 er et tverrsnitt av separatortanken som vist på Figurene 11-14 i tverrsnitt som planriss; Figur 16 er et gjennomskåret perspektivriss av en separatortank i henhold til en annen utførelsesform der separatortanken omfatter strømningsbaner med tilnærmet konstant tverrsnitt og forlenget strømningsvei; Figur 17 viser et gjennomskåret perspektivriss av enda en utførelsesform av en separatortank i henhold til oppfinnelsen, der kuleskall er brukt. Innfelt på figuren er også to riss som viser tanken i sideriss og planriss; Figur 18 viser et tverrsnitt av en separatortank i perspektiv i henhold til enda en utførelsesform der separatortanken omfatter en strømningsdeler og to parallelle kamre; Figur 19 viser et tverrsnitt i perspektiv av en separatortank i henhold til enda en utførelsesform med en fast innbygget hydrosyklon for oljetutskilling, montert ved vannuttaket; Figur 20 er en skjematisk prinsippskisse av en separasjonsanordning med et snitt av en separatortank i henhold til oppfinnelsen som viser hvordan fluidene strømmer inn og ut av tanken ved vanninnsprøytning i en brønn; Figur 21 er en skjematisk prinsippskisse av en separasjonsanordning med et snitt av en separatortank i henhold til oppfinnelsen, tilsvarende som vist på Figur 20, og i tillegg en fluidgass-syklon, for vanninnsprøytning i en brønn; Figur 22 er en skjematisk prinsippskisse av et snitt av en separatortank i henhold til oppfinnelsen på en brønnhodeenhet for produksjon og vanninn-sprøytning, der delt- eller "flerrørskomplettering" er brukt; Figur 23 er en skjematisk prinsippskisse av et snitt av en separatortank i henhold til oppfinnelsen der pumpe og separator fremgår som en sammenstilling, uten at brønn for direkte vanninjeksjon er vist; Figur 24 er en skjematisk prinsippskisse av et snitt av en separatortank i henhold til oppfinnelsen der pumpe, kompressor og separator fremgår som en sammenstilling, med den hensikt å tilveiebringe trykkøkning i begge av 2-faser (gass og væske); Figur 25a er en skjematisk prinsippskisse av en brønnhodeenhet med et snitt av en separatortank i henhold til oppfinnelsen tilpasset for plassering på en produksjonsbrønn, der utløp for olje og utløp for trykksatt vann fremgår. Figur 25b er en skjematisk prinsippskisse av en brønnhodeenhet med et snitt av en separatortank i henhold til oppfinnelsen tilpasset for plassering på en produksjonsbrønn, der utløp for vann og utløp for trykksatt olje/gass fremgår.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i større detalj med henvisning til de vedlagte tegninger, der like henvisningstall viser til like komponenter.

Figur 1 er et eksempel på et separasjonsanlegg med en separatormodul 3 i henhold til oppfinnelsen på et brønnhode. Separasjonsanlegget er her vist med et ventiltre eller vanninjeksjonstre 4a, på Figur 1 vist å være av typen styrelineløst, for innsprøytning av separert vann, inkludert innsatser som; hydrosyklon for gass/væske og eller partikkelutskilling 17a, hydrosyklon for oljetutskilling og/eller sandblander 17b, samt trykkøkningspumpe for separert vann 17, manifold- og styreramme for eventuelle styreliner eller stolper kalt permanentramme 2, brønnhodekomplettering 4b og fundamentramme 1. De opphentbare innsatsene (ikke vist på Figur 1) kan omfatte sandsyklonmoduler, forbindelsesrørdeler 6, vanninnsprøytningspumper, transformatormoduler, ROV vinsj 11, styringsdeler, strupebromodul, tilknytningspunkt for navlestreng, ventiltre for vanninnsprøyting, etc.

Fra Figur 2a og 2b fremgår delene på Figur 1 satt sammen plassert på et brønnhode på havbunnet vist fra forskjellige vinkler der trykkøkningspumpe for separert vann 17 og separatortank 3a også fremgår. Figur 3 viser den delvis gjennomskårede separatortanken 3a plassert på sammenkoblingsrammen omfattende permanent fundament. Figuren viser brønn-komplettering 4b der vanninjeksjonstre 4a er fjernet for å gi bedre innsyn mot styringstraktdelen av separatortank 3a, for vanninjeksjonstreet 4a. Figurene 4, 5, 6, 8, 9 og 10 viser flere utførelsesformer av separasjonsanlegg der separert vann gjeninnsprøytes direkte i brønnen (Figurer 4, 5, 6, 8, 9 og 10), eller dumpes ved havbunnen (Figur 7). Anlegget omfatter en gravitasjon-separatortank 3a som er torus eller ringformet eller på annen måte tilpasset for plassering konsentrisk med brønnhodet for injeksjonsbrønnen, i tilfellet med gjeninnsprøytning. Separatormodulen 3 kan være understøttet av eksempelvis en brønnkomplettering med " 30" foringsrørhenger" 4b (vist på Figur 6 og 10), og/eller som vist, et modifisert permanent fundament, kalt permanentramme 2.1 begge tilfeller gir dette en konsentrisk understøttelse i forhold til injeksjonsbrønnen, hvilket er hensiktsmessig for å redusere krav til fundamentering, samt at funda-mentrammens 1 dimensjoner kan reduseres til en struktur med minimal utstrek-ning, eksempelvis modifisert til å inkludere vertikale, sjøbunnspenetrerende skjørt.

For gjeninnsprøytning (vist på Figur 6), er tilhørende vanninjeksjons-tre 4a plassert som en kopling med forbindelse direkte mellom utgående løp for separert vann fra separatortank 3a og selve brønnhodet. For å redusere vertikal høyde av sammenstillingen kan ventiltreets strømningsrørttlkopling plasseres høyere enn brønnhodekoplingen. Ventiltre 4a kan inkludere fire, tre eller ingen (styrelineløs) styrestolper. I tilfeller med bruk av styrestolper er disse plassert på gunstig måte i forhold til den underliggende separatortanken 3a. Den direkte koblingen innebærer at separert vann strømmer fra separatortanken 3a og direkte til ventiltreet. Løsninger foreslått av andre innebærer ofte en betydelig avstand mellom tank og injeksjonstre. Dette øker faren for nedkjøling i separert vann som ofte inneholder rester av hydrokarbon, tilstrekkelig for å medføre fare for danning av hydrat-isplugger i røret. Løsningen i henhold til oppfinnelsen reduserer betraktelig denne faren. Videre medfører løsningen redusert antall ventiler og koplinger og følgelig antallet tetteringer og lekkasjemuligheter.

Anlegget har fortrinnsvis standardiserte komponenter for både tilfellet med direkte gjeninnsprøytning, og tilfellet dumping av prosessvann ved havbunnen. Dette gjør det mulig å bruke ombyttbare komponenter for de to ulike tilfellene. Dette har mange fordeler i forbindelse med utstyrkostnader, fabrikasjonstid, produksjonsfleksibilitet og redusert lagerhold av reservekomponenter hos operatør. Eksempler på slike komponenter er separatortank 3a, hydrosyklon for partikkelutskilling 17a, forbindelsesstuss 6, samt permanentramme 2 med strømningsrør, koblingsramme og styrestolper, det siste i tilfeller der styreliner brukes.

Det permanente fundamentet 2, kan være ombygget for å styre strømmen av separert vann i tilfellet med dumping av utseparert vann ved havbunnen. Anlegget kan innebære at utløpet for separert vann fra separatormodulen 3 har en utforming som både kan akseptere innsatselementer av typen pumpe/motor-innsats (i tilfellet med gjeninnsprøytning), eller en hydrosyklon for oljetutskilling (i tilfellet med dumping ved havbunnen). Begge innsatser kan benytte et system med radialt virkende tetningsarrangement.

Det viste arrangementet innebærer en "lagdeling av moduler", der relative pålitelighetsbetraktninger er grunnlaget for plasseringen av individuelle komponenter i det funksjonsstyrte arrangementet, som i oppfinnelsen er vist ved en vertikal oppkobling eller "stack-up". ROV-opererte ventiler kan for eksempel være plassert i permanentramme 2 sammen med rørsystemer og alternativt opp-samlingstank for sand 5, se hydrosyklonen for partikkelutskilling 17a.. Separatormodulen 3 som understøttes av permanentramme 2, inneholder fjem-opererte ventiler. Over separatortanken 3 er det brukt vertikale koplingsstusser for forbindelsesrør 6. Disse kopler sammen rørsystemene i permanentramme 2 med separatortanken 3a. På innløpssiden kan forbindelsesrør 6 inneholde en hydrosyklon for partikkelutskilling 17a, dette fordi relativ høy grad av mekanisk slitasje medfører forventet høy hyppighet av utskiftning. Utløpssiden for separert vann innebærer også koplingsstusser for forbindelsesrør 6, og det vises til vanninjeksjon-tre 4a og strupebromodul 18, brukt i tilfellene med henholdsvis direkte gjeninnsprøytning og dumping ved havbunnen. Vanninjeksjon-tre 4a kan sies å ha en dobbeltfunksjon; som koblende element, tilsvarende forbindelsesrør 6, samt ventilblokk for brønnhode ventiler nødvendige for injeksjons funksjonen. Strupebromodulen 18 er tenkt å inneholde olje-i-vann måleinstrumentering 22 samt kontroll/strupeventiler, der én, noen eller alle disse komponentene enten er separat opphentbare eller fast montert i nevnte modul.

Et meget viktig forhold er å hindre hydratdannelse i rør som inneholder vann som kontinuerlig eller periodevis inneholder hydrokarboner. Såkalte "cold spots" eller kalde punkter i rørsystemet kan forårsake hydratdannelse, med til-hørende fare for at rør blir tette. Ved å lede rør gjennom separatortanken 3, som vist i Figurer 5 og 9, kan varmen fra råoljen, lagret innvendig i tanken, benyttes til å hindre eller utsette hydratdannelse.

I forbindelse med Figurene 4 og 5 og 8 og 9 er det vist beskyttelses-strukturer 15 med innbygget mulighet for adkomst til anlegget. Arrangementet som i prinsippet innebærer en fast vinkelinndeling mellom inntrekningspunkter samt tilgangskorridorer for ROV, er vist med 120° deling med tre inntrekningspunkter; henholdsvis ett for rørledning, ett for kraftkabel for transformator og ett for kraft overkopling mot pumpeinnsats. Dette åpner for konstruksjon av en mer effektiv beskyttelsesstruktur, ved at en rotasjonssymmetrisk utførelse med tre avvisende hjørner kan benyttes. Hele eller deler av beskyttelsesstrukturen kan inneholde svingbare elementer, eller lokk, av glassfiberarmert plast.

Figur 4 viser et sideriss av et separasjonsanlegg i henhold til oppfinnelsen plassert på et brønnhode på en havbunn, beregnet for vanninnsprøytning av separert vann tilbake i brønnen. Fra figuren fremgår det en fundamentramme 1 der en permanentramme 2, med eller uten styreliner og styrestolper er plassert på fundamentrammen 1. Rammen 2 kan også omfatte sammenkoblingsramme 16, rørsystemer med tilhørende ventiler og deler av innløps- og utløpssykloner, eksempelvis sandfelle 5, på innløpsiden. Videre fremgår det et ventiltre for vann-innsprøytning 4a, en nivelleringsmekanisme 14, en hydrosyklon for sandutskilling

17a med sandfelle 5, og en sammenkopiingsramme, samt en transformatormodul 10 og en styreboks 9 for separatoren.

Figur 5 er et planriss av separasjonsanlegget fra Figur 4, som viser kompo-nentenes plassering i forhold til hverandre på fundamentrammen 1. Fra figuren fremgår det også en kraft- og styringsforbindelse 12 og en kopling 13 for kraft- og styringsforbindelsen. Videre fremgår det et forbindelsesrør 6, en innsprøytnings-pumpeinnsats 17, en olje-i-vann måler 8, samt styreboksen 9 for separatormodulen 3, samt transformatormodulen 10. Forbindelsesrøret 6 kan omfatte olje-i-vann måleren 8. En beskyttelseskonstruksjon 15 er vist med stiplet linje. Figur 6 er en splitt-tegning av utførelsen vist på Figurene 4 og 5. En fundamentramme 1 understøtter et modifisert permanent fundament 2 for rør og ventil arrangement, styrestolper for tilfeller der styreliner brukes, samt omfatter deler av hydrosyklon 17a med sandfelle 5, og hengslet koplingsramme. En VE-MEC- rørterminering 16 er vist tilkoplet permanentrammen 2. Videre viser Figuren hvordan hydrosyklon for sandutskilling 17a, forbindelsesrør 6, innsprøytnings-pumpeinnsats 17, styreboks 9 for separatoren, vanninjeksjons-tre for prosessert vann 4a, olje-i-vann måleren 8 og transformatormodulen 10, alle er satt sammen for oppfinnelsens separatoranlegg. Beskyttelseskonstruksjonen 15 er vist med stiplet linje. Denne beskyttelseskonstruksjonen 15 kan være laget av glassfiberarmert plast. Figur 7 er en splitt-tegning av et anlegg med mange likhetstrekk med det vist på Figur 6, men viser en utførelse av anlegget der dette er tilpasset for dumping av separert vann, ved havbunnen. Figuren viser at dette separator-anlegget også omfatteren hydrosyklon for sandutskilling (innløp) 17a, en styreboks 9, en hydrosyklon for oljetutskilling (utløp) med turbindrevet pumpe 17b, for utskilt olje fra separert vann, et utløp separert vann direkte til sjø etter olje i vann-måleren 8, en strupebromodul 18 og en tilkopling 19 for en navlestreng. En separat opphentbar strupeventil eller strupningsinnsats 20 er også vist. Separatormodul 3 kan videre understøtte egne vertikalt opphentbare moduler. I tilfellet med direkte innsprøytning og dumping ved havbunnen, er innsprøytnings-pumpeinnsats 17 henholdsvis hydrosyklon for oljetutskilling 17b plassert ved utløpet for separert vann fra separatortanken. Figurene 8, 9 og 10 viser et arrangement for direkte gjeninnsprøyting der det også er en hydrosyklon på utgående løp, for oljetutskilling av vann ut fra separasjonstank. Det finnes mulige anvendelser av oppfinnelsen der sammen-setning av produsert fluid i forhold til volum i separatortank 3, hvilket bestemmer oppholdstid i tanken, som tilsier at maksimum oljeinnhold, typisk 300-1000 ppm, ikke kan forventes etter separasjon ved gravitasjon i tanken. Det er derfor ønskelig å utføre en forbehandling, før innsprøytningspumpe-innsatsen eller trykkøknings-pumpe for separert vann 17, hvis hensikt er å fjerne olje oppløst i separert vann. Dette gjøres ved bruk av hydrosyklon for oljetutskilling 17b, som vist på Figurene. Hydrosyklonene 17a og 17b, kan være separat opphentbar ved at de sitter i samme type innfesting som vanninnsprøytningspumpeinnsatsen 17. Figur 8 og 9 er plan og sideriss av et separasjonsanlegg tilsvarende det vist på Figurene 4 og 5, men der separasjonsanlegget som nevnt også omfatter en hydrosyklon for oljetutskilling 17b på utløpsiden. Denne hydrosyklonen kan omfatte en vannturbindrevet pumpe for refusert olje 17b. Figur 10 er en splitt-tegning av anlegget vist på figurene 8 og 9 der hydrosyklonen med turbindrevet pumpe 17b, for utskilt olje tydelig fremgår. Figurene 11 til 15 viser separatortanken (vist som 3a på ovenfornevnte figurer) i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen. Figur 11 viser at separatortanken omfatter et senterhull eller en gjennomgående åpning 42 for brønnhodet 4b, plasser hovedsakelig i separatortankens senter. Separatortanken er hovedsakelig torus- eller ringformet og senterhullet 42 for brønnhodet er plassert hovedsakelig i tankens tyngdepunkt. På figurene fremgår det et gass-innløp 37 fra hydrosyklon 17a, væskeinnløp 38 fra samme syklon, utløp for prosessvann 39, utløp 40 for olje og nivåindikator 41. Figurene 12,13,14 og 15 viser separatortanken i ytterligere detalj. Den viste tanken er en torus-formet undervannstank for 3-faseseparasjon av brønn-strøm, der tankens ytre mål er redusert tii et minimum, for å gjøre opphenting av tanken under vedlikeholdsoperasjoner offshore, lettere og mer kosteffektivt.

Tanken for trefaseseparasjon av brønnstrøm kan ha en styringstrakt plassert på toppen av senterrøret, tilpasset styrelineløs montasje av brønnventil-tre. Dette er særlig gunstig for installasjoner av arrangement, plassert på dypt vann (> 600 m w.d.) Tanken er konstruert som en trykktank og kan ha et øvre og et nedre skall sammenbundet innvendig med et tykkvegget rør og utvendig med en dobbeltvegget ringstruktur. Tanken er konstruert for å være relativt sterkere for innvendig trykk, sammenlignet med utvendig trykk og at implosjon ved eventuelt tap av innvendig trykk ikke skal medføre defleksjon av tanken, som hindrer opphenting til overflaten.

Tanken kan omfatte en innredning 44,45 laget som en "labyrint" eller et "sneglehus". Innløpet er innerst ved senter og strømningstverrsnittet er progressivt økende slik at hastigheten tii den strømmende råoljen gradvis reduseres. I enden av "sneglehuset" er det en standard brønnvegg 41. Separert olje går ut bak brann-veggen og separert vann går ut foran, gjennom et sluk i bunnen av tanken. Det er tatt strømningstekniske hensyn ved utforming av innredning først og fremst for å maksimere oppholdstid og for å minimere turbulens.

Separatortanken har påmontert omliggende utstyr som pumper (for separert vann), hydrosykloner, kompressorer (for utskilt gass). Disse er arrangert slik at røranslutninger er orientert med radial orientering, og har derved minst mulig lengde, dette for å redusere varmetap. Tank og rør er for øvrig termisk isolert for å forbedre separasjonsprosessen, samt for å redusere faren for dannelse av hydrat-isplugger inne i rør.

Innredningen i separasjonstankene kan omfatte fast monterte nivåmålere for å skille væske/gass og væske/væske (olje/vann). Siden tanken har ytermål og vekt som tillater enklere heving til overflaten, kan nivåmålere integreres som en fast montert del, dette i motsetning til separate opphentbare moduler. Med dette unngår en unødig bruk av plass og gjennomganger av typen flensstusser og lignende.

På Figur 12 fremgår det eksempler på innvendige arrangementer 44 i tanken.

Fra Figur 13 fremgår det at tanken er hovedsakelig symmetrisk om senterhullet 42 for brønnhodet.

Fra Figur 14, som viser et tverrsnitt av tanken sett fra siden, fremgår det at tanken omfatter en innvendig vertikal vegg 45 som deler tanken inn i to baner som danner to sammenhengende volumer. Disse er vist som et indre banevolum 43 og et ytre banevolum 46. Figur 15 viser et tverrsnitt av tanken sett ovenifra der det indre banevolumet 43 og det ytre banevolumet 46 tydelig fremgår. Videre viser figuren hvor innløpet for væske fra hydrosyklonen 38 går inn i det indere banevolumet 43 og hvor ut-løpet for prosessvann 39 er plassert i det ytre banevolumet 46 og plasseringen av oljeoppfangeren 41 ved oljeutløpet40. Figur 16 viser en alternativ utførelsesform av en separatortank i henhold til oppfinnelsen. Fra figuren fremgår det at tanken omfatter innvendige deflektor-plater. Tanken som vises har trykkbærende kuleskall med innredning egnet for å forlenge strømningsveien. Tanken er symmetrisk om senterhullet eller den gjennomgående åpningen 42 for brønnhodet. Innløp 38 for fluid som skal separeres eller råolje, følger langs stiplet linje 48 langs det innvendige av separatortanken. Fra figuren fremgår også vannutløp 39 og olje/gassutløp 40.

Den viste separatortanken er en tank med tre horisontale sfærer eller kuleskall. I den viste utførelsesformen er det innvendige plater, deflektorer, som er plassert for å øke separasjonstid, og gjør avstand mellom innløp og utløp så langt som mulig. Figur 17 viser den omtalte alternative separatortanken, med tre horisontale sfærer som danner et innvendig volum der separasjon av råolje i hovedsak foregår under betingelser tilsvarende det som normalt kalles en " horisontal separator". Separatoren består av kuleskall symmetrisk plassert om den gjennomgående åpningen 42 som utgjøres av et sylindrisk rør i senter. Det sylindriske røret i senter er beregnet for tilkomst til brønnhodet. Separatorens innvendige volum er i hovedsak etablert ved bruk av disse kuleskallene. Separatoren vil typisk utsettes for innvendig og utvendig trykk tilsvarende henholdsvis rørsystemets produksjons-trykk og tilnærmet fullt hydrostatisk trykk. Kuleskall gir klare fordeler med hensyn til veggtykkelse i separatortrykktanken, i forhold til nødvendig sveiseteknologi ved fabrikasjon, materialbruk, vekt og derved kostnader. Disse egenskapene er en følge av at kuleformen mekanisk sett er optimal med hensyn til minste overflate i forhold til innesluttet volum, samt evne til å bære trykkbelastninger med stor stabi-litet mot formendring. Det sylindriske røret har en innvendig diameter tilpasset utvendig diameter av en kopling foren brønnhodekobling tilhørende et vanninjeksjons-tre. Figur 18 viser enda en utførelsesform av en separatortank med parallelle separasjonskamre. Fra figuren fremgår sirkulasjonen av stiplet linje 48.

Kamrene er vist med en innvendig mengdedeler. Utseparert råolje i kule # 2 er delt i to volumer for separasjon i henholdsvis kule # 1 og # 3 ved bruk av en innvendig mengdedeler, vist som plater i en Y-konfigurasjon i kule # 2.

Figur 19 viser enda en utførelsesform av en separatortank med en ved vannutløpet innbygget hydrosyklon 51, med innvendig innløp 50. Fra Figuren fremgår også styringsventiler 53 plassert ved innløp til en ejektor og utløp for utskilt olje 52 til vannfattig råolje 40, samt utløp av separert vann 39.

Denne separatortanken omfatter også innvendige deflektorer, se over, der separert vann ved utløpet av strømningsveien, ledes gjennom innbygget hydrosyklon 16, anordnet for å redusere oljeinnhold i separert vann. Figur 20 viser skjematisk et separasjonsanlegg med en separatortank i tverrsnitt, for å vise hvordan anlegget er plassert rundt et vanninjeksjonstre-brønn-hode. Figur 21 viser skjematisk hvordan et anlegg med væske/gass-hydrosyklon i innløp, er plassert rundt et vanninjeksjons-tre brønnhode. Figur 22 viser skjematisk et arrangement med produksjon av råolje og injeksjon av separert vann, i samme brønnhodekomplettering.

Separatortanken, som del av separatormodul omtalt over, kan finne anvendelser der senterposisjonen brukes til å plassere pumpe for separert vann, og/eller en kombinasjon av væskepumpe og gasskompressor. Dette gir en meget kompakt sammenstilling av utstyret. Figur 23 viser derfor skjematisk et anlegg uten brønnhode, der sammenstillingen gir en "kompakt pumpe og separatorenhet". Figur 24 viser videre skjematisk et anlegg uten brønnhode, der sammenstillingen gir en "kompakt pumpe/kompressor og separatorenhet". Figur 25a er en skjematisk prinsippskisse av en brønnhodeenhet for produksjon med trykk i vannutløp tilpasset for plassering på en produksjonsbrønn, der innløp 38, utløp for olje 40 og utløp for trykksatt vann 39 fremgår. Figur 25b er en skjematisk prinsippskisse av en brønnhodeenhet for produksjon med trykk i olje/gassutløp med et snitt av en separatortank i henhold til oppfinnelsen tilpasset for plassering på en produksjonsbrønn, der innløp 38, utløp for vann 39 og utløp for trykksatt olje/gass 40 fremgår.

I denne redegjørelsen er det beskrevet et undervannsannlegg. Det kan imidlertid også være hensiktsmessig å anvende slike anlegg som landbaserte installasjoner.

Claims (22)

1. Undervanns-separasjonsanordning for plassering på en havbunn for behandling av råolje som strømmer fra en brønn omfattende en separatormodul (3) med en separatortank (3a), der anordningen videre omfatter annet behandlingsutstyr for råoljen, karakterisert ved at separatortanken (3a) omslutter en gjennomgående åpning (42) plassert hovedsakelig i separatortankens (3a) geometriske senter, der åpningen (42) er tilpasset for plassering av behandlingsutstyret for råoljen.

2. Undervanns-separasjonsanordning for behandling av råolje i henhold til krav 1, karakterisert ved at separatortanken (3a) er plassert på et brønnhode (4b); separatormodulen (3) er hovedsaklig konsentrisk plassert på brønnhodet (4b); og separatormodulen (3) er hovedsaklig horisontalt plassert og har en vertikal senterakse samt et tyngdepunkt hovedsaklig konsentrisk plassert i forhold til brønnhodet (4b).

3. Undervanns-separasjonsanordning for behandling av råolje i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at anordningen videre omfatter: en fundamentramme (1); en permanent-ramme (2) plassert oppå fundamentrammen (1); et rør- og ventilsystem plassert på permanentrammen (2); og der separatormodulen (3) er plassert på permanentrammen (2).

4. Undervanns-separasjonsanordning henhold til krav 3, karakterisert ved at permanentrammen (2) omfatter styringsline-forankring og/eller styrestolper.

5. Undervanns-separasjonsanordning i henhold til krav 3, karakterisert ved at innstyringen av behandlingsutstyret for råoljen på separatormodulen (3) er styrelineløst, ved at separatormodulen (3) har påmontert en styretrakt for styrelineløs innstyring.

6. Undervanns-separasjonsanordning for behandling av råolje i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at anordningen er plassert ved et brønnhull for returnering av separert vann fra anordningen ned i brønnhullet og der brønnhullet for returnering av separert vann er forsynt med et brønnhode for separert vann <4b); og behandlingsutstyret for råoljen utgjøres av et vanninjeksjonstre (4a) plassert oppå og gjennom den gjennomgående åpningen (42) i separatormodulen (3) på brønnhodet for innsprøytning av separert vann, produsert i separatortank-delen (3a) av separatormodulen (3), i brønnhullet.

7. Undervanns-separasjonsanordning for behandling av råolje i henhold til krav 6, karakterisert ved at separatormodulen (3) er påmontert en inn-sprøytningpumpe (17), samt anslutninger for hydrosykloner (17a, 17b) for forbehandling ved et innløp (17a), inklusive sand-utskilling, og etterbehandling ved et utløp (17b).

8. Undervanns-separasjonsanordning i henhold til krav 6, karakterisert ved at vanninjeksjonstreet (4a) er plassert som et forbindelsesrørelement, direkte mellom et utgående løp for vann separert fra separatortanken (3a), og brønnhodet (4b); en strømningsledningskobling tilhørende vanninjeksjonstreet (4a) er plassert høyere enn en kobling til brønnhodet (4b) for å redusere den vertikale høyden av sammenstillingen av disse komponentene; og separatortanken (3a) står i strømningsmessig forbindelse for separert vann via den direkte koplingen til vanninjeksjonstreet (4a).

9. Undervanns-separasjonsanordning i henhold til krav 6, karakterisert ved at den omfatter en sand- og eller en gass/væske-hydrosyklon (17a), for forbehandling av råoljen før innløp i separatormodulen (3) for gjeninnsprøytning av vann separert fra råoljen, samt at separert vann etter-behandles før innsprøytningspumpen (17), for å fjerne olje oppløst i separert vann.

10. Undervanns-separasjonsanordning for behandling av råolje i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at anordningen er tilpasset for dumping av separert vann fra anordningen ved at behandlingsutstyret for råoljen utgjøres av en strupebromodul (18) plassert oppå og gjennom den gjennomgående åpningen (42) i separatormodulen (3).

11. Undervanns-separasjonsanordning i henhold til krav 10, karakterisert ved at den omfatter en hydrosyklon (17b), for utskilling av olje og filtrering og rensing , plassert ved utløp for separert vann fra separatormodulen (3), før dumping av renset vann via en olje-i-vann sensor (8).

12. Undervanns-separasjonsanordning for behandling av råolje i henhold tii krav 1 eller 2, karakterisert ved at anordningen er tilpasset for plassering på en produksjonsbrønn; og der behandlingsutstyret for råoljen utgjøres av et produksjonsventiltre plassert oppå og gjennom den gjennomgående åpningen (42) i separatormodulen (3).

13. Undervanns-separasjonsanordning i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at rør for råoljen ledes gjennom separatormodulen (3) slik at varme fra råoljen, lagret innvendig i modulen, anvendes til å hindre eller utsette dannelsen av hydrat-isplugger.

14. Undervanns-separasjonsanordning i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at separatortanken (3a) er en horisontal 3-fase-separatortank (3a) basert på bruk av dobbeltkrummede trykkskallelementer, og der disse er rotasjons-symmetrisk plassert samt omfatter et sylindrisk rør i senter for tilkomst til et brønnhode, der røret kan omfatte en trakt for styrelineløs innstyring og oppretting av brønnhodeventiltre.

15. Undervanns-separasjonsanordning i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at separatormodulens (3) separatortank (3a) er trykkbærende og er relativt sterkere for innvendig trykk enn utvendig trykk, og videre er utformet slik at eventuell implosjon ved eventuelt tap av innvendig trykk ikke medfører defleksjon av tanken som hindrer opphenting av separatortanken (3a), eller montert utstyr til overflaten.

16. Undervanns-separasjonsanordning i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at separatortankens (3a) del av separatormodulen (3), har innvendige deflektorer som er plassert slik at strømningsveien mellom innløp og utløp forlenges, for å maksimere oppholdstid, samt at deflektorene ved sin utforming bidrar til minimum turbulens under separasjon.

17. Undervanns-separasjonsanordning i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at separatortanken (3a), har en innredning (45) laget som en labyrint eller sneglehus, med innløp innerst ved senter og hvor strømningstverrsnitt er progressivt økende slik at hastighetskomponenten reduseres gradvis, og det er en standard brønnvegg i enden av sneglehuset, bakom hvilken separert olje kan hentes, i forkant av hvilken er et sluk for separert vann.

18. Undervanns-separasjonsanordning i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at separatortanken (3a) omfatter en innvendig mengdedeler for separasjon av utseparert råolje til to volumer.

19. Undervanns-separasjonsanordning i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at separatortanken (3a) omfatter en innbygget hydrosyklon (51) og at separatortanken (3a) videre er utformet slik at hydrosyklonen (51) står i strømningsmessig forbindelse med et utløp (40) slik at hydrosyklonen (51) reduserer oljeinnholdet i det separerte vannet.

20. Undervanns-separasjonsanordning i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at den videre omfatter et antall separate opphentbare moduler for styring og måleinstrumentering, eksempelvis styremoduler, nivåmåler, samt sensorer for måling av trykk, temperatur og oljeinnhold i utseparert vann.

21. Undervanns-separasjonsanordning i henhold til krav 20, karakterisert ved at andre opphentbare moduler for trykkøkning og/eller for- og etterbehandling ved henholdsvis inn- og utløp av separatortank, er av en konsentrisk innsatstype eksempelvis; innsatsvannpumpe, innsatshydrosyklon, innsatsoljepumpe, innsats strupeventil, der disse gjør bruk av åpningen (42) i midten av tanken (3a).

22. Undervanns-separasjonsanordning i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved at separatortanken (3)a er torusformet.