NO327542B1 - Enhet for kondisjonering av en bronnstrom samt en undervannskompresjonsmodul. - Google Patents

Abstract

Foreliggende oppfinnelse vedrører en gasskondisjoneringsenhet (6) for kondisjonering av en brønnstrøm. Enheten kondisjonerer en hydrokarbongass til en hovedsakelig tørr gass for bruk i undervannskomponenter som krever en kontrollert omgivelse. Gasskondisjoneringsenheten inkluderer en hydrosyklonseparator og et vannseparasjonsfilter. Oppfinnelsen vedrører videre en undervannskompresjonsmodul med en kondisjoneringsenhet.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et undervannsystem for trykkøkning

i brønnfluid ved komprimering av hydrokarbongasser og pumper av hydrokarbon-væsker. Mer spesielt vedrører oppfinnelsen en gasskondisjoneringsenhet eller -sammenstilling for kondisjonering av en brønnstrøm fra en brønn for produksjon av en hydrokarbongass for å gjøre den egnet for trykksettingsformål i systemet.

Systemet er særlig utviklet for dypvannskompresjonsstasjoner.

Et offshoregassfelt kan bygges ut med havbunnsinstallasjoner som er til-knyttet til terminaler på land eller til en offshoreplattform. Havbunnsinstallasjonen omfatter en eller flere produksjonsbrønnrammer, hvor hver brønnramme produse-rer brønnfluider gjennom manifold samlerør som er forbundet til en eller flere rør-ledninger. Rørledningene transporterer brønnfluider til en terminal på land, en offshoreplattform eller et hvilket som helst annet mottaksanlegg for videre prosesse-ring. Prosessert gass og kondensat eksporteres til markedet. En eller flere navle-strenger for elektrisk kraft, styring og tilførsel av hjelpestoffer er installert fra mot-taksanlegget til undervannsinstallasjonen.

For den initiale produksjonsfase kan brønnfluider strømme inn i mottaksan-legget ved hjelp av reservoartrykket. Senere i produksjonsfasen eller ved oppstart av produksjonen, er trykkøkning av brønnfluidet påkrevet for å opprettholde pro-duksjonsnivået og for å utvinne de forventede volumer av gass og kondensat. Dette kan utføres ved hjelp av undervannkompressorsammenstillingen.

Fra WO 2005/026497 fremgår det et undervanns kompresjonssystem og fremgangsmåte. Systemet omfatter en separatortank.

Fra US 5,775,442 fremgår det en fremgangsmåte for gjenvinning av gass ettersom borefluid som returnerer fra underballansert boring innføres i en separator der gassen skilles ut. Gasstrømmen renses for å fjerne medbrakt væske og faste partikler slik at gassen kan mates inn i en kompressor.

Fra US 3,358,832 fremgår det en hydrosyklon separator, spesielt for å skille forskjellige fraksjoner av en slurry, spesielt for anvendelse innenfor fremstilling av papir.

Fra US 5,428,963 fremgår det et system for tilveiebringelse av komprimert, tørr, renset luft.

Undervannkompressorer for dette formål med elektriske motorer som krever en tørr omgivelse, og som anvender et trykksatt, gassfylt motorhus, er for eksempel offentliggjort i norske patenter nr. 172075, NO 173197, norsk patentsøk-nad nr. 2001 5199, så vel som norsk patentsøknad nr. 2003 3034.

Disse publikasjoner offentliggjør anvendelsen av gassfylte elektriske motorer hvor unngåelse av korrosjon og andre problemer som er relatert til separasjon av hydrokarbonkondensat og vann i væskeform i motoren er tatt i betraktning.

Norsk patentsøknad 2003 3034 offentliggjør en gasskompressormodul med et trykkhus. Modulen inkluderer en elektrisk motor og en kompressor som er forbundet med minst én aksel. Akselen bæres av magnetiske lagre. Søknaden be-skriver regulering av volum og trykk for gassen som strømmer inn i motoren, og anvendelse av en forsyning av tørr hydrokarbongass. Det er videre beskrevet mid-ler for sansing av trykket i innløpet og utløpet, hvorved, basert på det målte trykk, trykk- og volum regulatoren regulerer trykket for injeksjon av gass fra forsyningen inn i motorhuset.

Søknaden løser imidlertid ikke problemet med hvordan man skal håndtere kvikksølv i gass-strømmen, og hvordan man skal tilveiebringe en tilstrekkelig tørr gass til bruk som et trykkmedium i kompressorstasjonens komponenter.

Dette oppnås med systemet i henhold til den foreliggende oppfinnelse som definerer en gasskondisjoneringsenhet for kondisjonering av en brønnstrøm som inkluderer en hydrokarbongass til en hovedsakelig tørr gass for anvendelse i undervannskomponenter. Gassen må prosesseres eller kondisjoneres for å fjerne faste partikler og væsker som er suspendert i gassen, ettersom gassen skal brukes i komponenter som krever en kontrollert omgivelse i et trykkhus. Gassen blir innført for å tilveiebringe kjøling av komponentene, for å unngå korrosjon, for å forebygge en ufordelaktig innflytelse utenfra på grunn av inntregning av vann, osv. Gasskondisjoneringsenheten inkluderer en hydrosyklonseparator og et vannseparasjonsfilter. Videre omfatter enheten et innløp i fluidforbindelse med utløpet fra en kompressor, et væskeutløp i forbindelse med en væskeside av en innløpsvæske-separator, og et gassutløp i forbindelse med en trykkregulator for regulering av trykket til undervannskomponentene som krever en kontrollert omgivelse.

Gasskondisjoneringsenheten kan videre inkludere en silenhet med en sølv-overflate som gassen skal passere gjennom, for å virke som en anode for kvikk-sølvinnhold i gassen. Mange komponenter, særlig komponenter som brukes i forbindelse med elektrisitet, er laget av kopper, og når kopper brukes bør kvikksølv unngås. Videre kan opphopning av kvikksølv forårsake kortslutninger i elektriske komponenter.

Gasskondisjoneringsenheten kan videre inkludere et innløp i fluidforbindelse med utløpet for kompressoren og et væskeutløp i forbindelse med en væskeside av en innløpsvæskeseparator. Et gassutløp i kompressoren kan være i forbindelse med en gass-side av en innløpsvæskeseparator for kompressoren, hvilken utfører hovedseparasjonen av gass- og væskekomponentene i brønnstrøm-men før gassen kommer inn i kompressoren, for å unngå tofasekompresjon.

Vannseparasjonsfilteret kan være et koaleseringsfilter.

Oppfinnelsen angår også en undervannskompresjonsmodul kan inkludere

en elektrisk motor og en kompressor med et innløp og et utløp, drevet av motoren for trykksetting av idet minste en del av brønnstrømmen. En kondisjoneringsenhet inkluderer en hydrosyklonseparator og et vannseparasjonsfilter for kondisjonering av den trykksatte brønnstrøm til en hovedsakelig tørr, ren gass. Gassen er ment for mating og komprimering av undervannskomponenter i et trykk-kammer som krever en kontrollert omgivelse via en trykkregulator.

Undervannskomponentene kan inkludere motoren som driver kompressoren.

Undervannskomponentene kan inkludere en motor som driver en pumpe for væskefasen i brønnstrømmen.

Undervannskomponentene kan inkludere motoren som driver kompressoren, idet kompresjonsmodulen kan være en brønnstrømtrykkøkningsstasjon for naturgass, og kondisjoneringsenheten kan være tilpasset til kun å kondisjonere en fraksjon av den totale komprimerte brønnstrøm.

Kompressoren kan være en flertrinnskompressor, og gassen til kondisjoneringsenheten kan bli tatt fra et mellomtrinn i kompressoren.

Fra tidligere patentsøknader er det kjent at JouleThomson-ventiler har blitt brukt til væskeseparasjon i gasskondisjoneringsenheter. Imidlertid, ettersom gassen kan inneholde finstoffer og sand, forutses det at ventilen vil bli utsatt for kratig erosjon. Av denne årsak blir bruken av syklonseparatorer innført for å separere de gjenværende partikler, som ikke har blitt separert ut i en innløpsvæskeutskiller før de kommer inn i systemet.

For å besørge den best mulige regulering og funksjon av gasskondisjoneringsenheten, er det av den største viktighet at tykktapet over syklonseparatoren er så lavt som mulig. Når gassen kommer inn i syklonseparatoren, blir fluidet med høyere tetthet og finstoffer separert fra gassen, og går til bunnen før de blir rutet tilbake til innløpsvæskeutskilleren. I den samme operasjon vil gassen med den mindre tetthet forlate syklonseparatoren på toppen, og gå inn i vannseparasjonsfilteret for sluttrensing før den går inn i komponentene i systemet, så som motoren, akkumulatoren, eller rutes tilbake inn i væskeutskilleren.

Av operasjonelle årsaker og vedlikeholdsårsaker kan gasskondisjoneringsenheten i henhold til oppfinnelsen være separat opphentbar.

I tidligere patentpublikasjoner har det ikke blitt drøftet noen bekymring med hensyn til innvirkning på kopper fra kvikksølvinnhold i brønnstrømgass. For å håndtere dette, kan gasskondisjoneringsenheten videre inkludere en beholderen-het med en sølvoverflate og/eller sølvnett som gassen skal passere gjennom, hvilket vil virke som en offeranode for kvikksølvinnholdet i gassen. Dimensjoneringen av den gasseksponerte sølvoverflate vil være avhengig av kvikksølvinnholdet i den gass som mates gjennom gasskondisjoneringsenheten.

Innføringen av sølvnettet er for å redusere innvirkningen av kvikksølvet særlig på kopperkomponenter, så som viklinger og forbindelser, i en motor.

Gasskondisjoneringsenheten kan inkludere et innløp i fluidforbindelse med utløpet for kompressoren, og et væskeutløp i forbindelse med en væskeside av en innløpsvæskeseparator. En pumpe må kanskje brukes for å pumpe væske fra kondisjoneringsenheten inn i væskeseparatoren. Et gassutløp kan være forbundet til en gass-side av innløpsvæskeseparatoren.

Systemet kan brukes sammen med et separat koplingskammer som er at-skilt fra kompressoren og motoren med tetninger, hvilket inkluderer et separat, spesifikt regulert trykk. Dette trykket reguleres til å være høyere enn trykket i mo-forkammeret og lavere enn sugetrykket for kompressoren.

En undervannskompresjonsstasjon hvor dette systemet kan være inkludert kan omfatte de følgende moduler og deler:

ett eller flere kompressortog,

en eller flere skillebrytermoduler,

innløps- og utløpsmanifolder,

innløpskjølere (hvis tilførselsrørledninger ikke er tilstrekkelig for kjøling av brønnstrømmen),

innløpssandfelle (for tilfeldig sandproduksjon),

parkeringslokalisering for hovedtransformator og kraftnavlestreng-termineringshode,

prosess-system,

kontrollsystem.

Kompressortoget kan inkludere:

kompressormodul,

drivinnretning med variabel hastighet (variable speed drive, VSD) for kompressoren,

antipumpeventil og aktuator,

antipumpekjøler,

separator/væskeutskillermodul,

pumpemodul,

VSD (variable speed drive, drivinnretning med variabel hastighet) for pumpen,

fjernopererte og manuelt opererte ventiler,

røropplegg for sammenkopling,

kontrollsystem inkludert kontrollmoduler.

Kompressoren kan være drevet direkte av en høyhastighetsmotor. Den elektriske motor kan kjøles med en hydrokarbongass ved et trykk som er regulert til å være likt eller tett ved sugetrykket for kompressoren. Gasskilden er brønn-strømmen som tilføres til undervannskompresjonsstasjonen, og gassen må kondisjoneres før den går inn i den elektriske motor. Materialegenskapene for kompres-sorenheten bør være egnet for operasjon med relevante innhold av H2S og CO2.

Kompressoren og materialegenskapene bør være designet for de væske-fraksjoner og det innhold av faststoffer som kommer med gass-strømmen fra en oppstrømsseparator. Størrelsen og fordelingen av væskedråpene og faststoff-partiklene er avhengige av separatorens design, og separatoren bør være designet til å bringe innholdet av væsker og faststoffer ned til et akseptabelt nivå. Kompresjonssystemet kan være designet til å håndtere den kontinuerlige produksjon av finstoffer/sand. Det roterende utstyr kan beskyttes mot slitasje og forringel-se fra faststoffer for å sørge for høy effektivitet, lang levetid og pålitelighet.

Kompressoren kan inkludere en antipumpe-kontrollresirkuleringsledning som er designet for full resirkuleringsstrøm ved tilstander med maksimum hastighet (105%). Antipumpe-kontrollventilen kan være en elektrisk aktuert design med aksialt slag, og kan være lokalisert nær kompressorens utstrømning ved høyt punkt. En antipumpe-resirkuleringskjøler kan være inkludert nedstrøms for anti-pumpeventilen i resirkuleringsrørsløyfen. Kompressorene kan ha et utstrømnings-rør som er forsynt med en fjernoperert isoleringsventil. En tilbakeslagsventil kan være innsatt i kompressorens utstrømningsrør oppstrøms for isoleringsventilen. Separatoren separerer væsker/faststoffer fra gassen, som i sin tur trekkes inn i pumpen henholdsvis kompressoren. Separatoren er designet til å separere væsker og faststoffer fra gass-strømmen for å unngå for stor erosjon av kompressoren, og for å sørge for ren, tørr gass til de forskjellige kamre, inkludert motorkammeret og kompressorkammeret. Separatoren er designet til å sørge for at faststoffer ikke klumper seg sammen eller uønsket samles opp noe sted i separatoren.

Kompresjonsstasjonen kan inkludere forskjellige prosesskjølere, så som en antipumpekjøler/resirkuleringskjøler for å kjøle gass-strømmen i antipumpeled-ningen (kompressorens resirkuleringssløyfe) og inngangskjølere for å kjøle strømmen fra brønnrammer.

Kompressorstasjonen kan ha sammenkoplingsforbindelser for utstrømning av brønnfluid, og kan inkludere ROV-opererte eller fjernopererte ventiler for ruting av brønnfluidet til de forskjellige rørledninger.

Brønnfluidet fra sammenkoplede produksjonsbrønnrammer kan fordeles til en separator som er utstyrt med en fjernaktivert isoleringsventil i innløpsrøret, idet denne er enten en hydraulisk eller elektrisk aktuert ventil. Brønnstrømmen kan videre rutes via kompressorens omløpsledning før oppstart av kompressoren, og omløpsventilen kan stenges når kompressorene bringes i operasjon. Mesteparten av faststoffene fra produksjonen kan fjernes i separatorer. Sand/finstoffer/faststoffer som kommer inn i kompresjonsstasjonen vil bli separert ut i separatoren og via væskepumpen transportert til utstrømningsrørledningen. En sandfelle for tilfeldig sandproduksjon kan imidlertid anvendes til å fjerne sand fra innløpsbrønnflui-det. Vannfjerning fra gassen og gass-væskeseparasjon kan utføres ved bruk av væskeutskillere.

Kort beskrivelse av den vedlagte tegning:

Fig. 1 er en skjematisk representasjon av en undervannskompresjonsmodul med en gasskondisjoneringsenhet i henhold til en utførelse av oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse av utførelser av oppfinnelsen med henvisning til den vedlagte figur: Fig. 1 viser en undervannskompressormodul i henhold til en utførelse av oppfinnelsen. Modulen inkluderer en elektrisk motor 1, et koplingskammer 2 eller et mellomliggende kammer og en kompressor 3. Motoren 1 er forbundet til kompressoren 3 med en kopling K i koplingskammeret 2. Motoren 1 og kompressoren 3 kan alternativt være forbundet til samme aksel. Koplingen K kan for eksempel være en flens eller en hvilken som helst annen passende forbindelse. Koplingskammeret 2 kan alternativt inkludere en transmisjon hvis et visst forhold er nød-vendig mellom motoren 1 og kompressoren 3.

En tetning T1 er anordnet på utgangsakselen for motoren, der hvor akselen går inn i koplingskammeret. Tilsvarende er en tetning T2 anordnet på inngangsak-selen for kompressoren der hvor denne akselen går inn i koplingskammeret.

En innløpsvæskeseparator 5 mottar en brønnstrøm og leverer en i hoved-sak tørr gass til kompressoren ved et trykk P1.

En ledning L3 fra separatoren 5 regulerer differansetrykket mellom væskeseparatoren 5 og tilførselsledningen fra gasskondisjoneringsenheten P3, hvilket sørger for at motorens trykk Pm opprettholdes ved et høyere nivå enn P1.

En ledning L4 forbinder koplingskammeret 2 og væskeseparatoren 5. En ventil V1 sørger for at trykket Pk i koplingskammeret 2 er mindre enn trykket Pm i motorkammeret.

En ledning L1 fra brønnen og inn i kompressoren 3 er ved et sugetrykk P1. Kompressoren leverer en komprimert utløpsfluidstrøm gjennom ledningen L2. Det er også et mellomtrinnstrykk som tas fra kompressormatingen inn i gasskondisjoneringsenheten 6.

Motoren og kompressoren er forbundet med en aksel og en kopling K som er plassert inne i koplingskammeret 2. Trykkhuset for motoren 1 inkluderer elektriske forbindelser og ledninger for tilførsel av ren/kondisjonert gass.

Koplingskammeret 2 mottar gass som lekker fra kompressoren 3 gjennom tetningen T2. Fra motorsiden kan koplingskammeret 2 motta gass som lekker gjennom tetningen T1 fra motoren, ettersom trykket i motoren Pm er høyere enn trykket i koplingskammeret Pk og høyere enn sugetrykket P1 for kompressoren.

Koplingskammeret 2 inkluderer forbindelser for et utløp L4 for fluider som lekker fra motorkammeret 1 og kompressorkammeret 2.

For å sørge for at trykket Pm i motorkammeret 1 er høyere enn trykket i koplingskammeret Pk, er en trykksensor eller sonde plassert i innløpsvæske-separatoren 5 og i koplingskammeret Pk for overvåking av de respektive trykk, og en ytterligere trykk-kontroller Pr regulerer trykket i gassen i motorkammeret 1 fra kondisjoneringsenheten 6. Dette sørger for at trykket i motorkammeret P1 opprettholdes ved et høyere nivå enn sugetrykket P1 for kompressoren og trykket Pk i koplingskammeret. Gass som lekker med et trykk P3 returneres til sugesiden eller væskeseparatoren for å forebygge oppsamling av uren gass i tetningssystemet for motoren.

Tetningene T1 og T2 kan være av forskjellige typer, og kan for eksempel være børstetetninger eller labyrinttetninger, idet begge typer er velkjente innen feltet. Væskeseparatoren 5 sørger for en enfaset strøm til kompressoren. Vannse-parasjonsfiltere kan også være inkludert.

Motorkammeret tilføres en kondisjonert gass fra hovedprosess-kondisjoneringsenheten 6. Kondisjoneringsenheten 6 sørger for at gassen som kommer inn i motorkammeret ikke er mer forurenset enn det de indre komponenter kan tolerere.

Kondisjoneringsenheten 6 anvender en hydrosyklon og et vannseparasjonsfilter. Enheten kan også inkludere en sil, et gitter eller et nett som er dekket med, eller fremstilt av, sølv, for at gassen skal passere gjennom for å danne en anode for kvikksølv. Enhver struktur som tillater kontakt mellom gassen og metal-let kan brukes. Kondisjoneringsenheten kan motta fluid ved høyt eller mellomliggende trykk fra kompressoren.

Trykksensoren som er plassert i innløpsvæskeseparatoren 5 og i koplingskammeret 2, registrerer de respektive trykk og sørger for at trykket Pm i motorkammeret er høyere enn trykket i koplingskammeret. Trykkregulatoren Pr regulerer trykket i gassen inn til motorkammeret fra kondisjoneringsenheten 6 ved et trykk P4. Dette sørger for at trykket Pm i motorkammeret er høyere enn innløps-eller sugetrykket P1 for kompressoren og trykket Pk i koplingskammeret.

Gass som tas ved et trykk P4 fra kondisjoneringsenheten 6 ledes til trykkregulatoren Pr gjennom ledningen L5 for videre levering av gass til motoren ved trykk Pm. Gass fra kondisjoneringsenheten 6 kan tilføres til væskeseparatoren 5. Trykkregulatoren Pr er også forbundet til væskeseparatoren gjennom ledningen L3. Kondisjonert gass som ikke anvendes av motoren rutes tilbake inn i væskeseparatoren 5.

Claims (8)

1. Gasskondisjoneringsenhet (6) for kondisjonering av en brønnstrøm som inkluderer en hydrokarbongass, til en hovedsakelig tørr gass, karakterisert ved at den inkluderer: en hydrosyklonseparator og et vannseparasjonsfilter for å tilveiebringe en gass for trykksetting av undervannskomponenter som krever en kontrollert omgivelse i et trykkhus; et innløp i fluidforbindelse med utløpet fra en kompressor (3); et væskeutløp i forbindelse med en væskeside av en innløpsvæskeseparator (5); og et gassutløp i forbindelse med en trykkregulator (Pr) for regulering av trykket til undervannskomponentene som krever en kontrollert omgivelse.

2. Gasskondisjoneringsenhet (6) som angitt i krav 1, videre omfattende en silenhet med en sølvoverflate som gassen skal passere gjennom, for å virke som en anode for kvikksølvinnhold i gassen.

3. Gasskondisjoneringsenhet (6) som angitt i krav 1, hvor vannseparasjonsfilteret er et koaleseringsfilter.

4. Undervannskompresjonsmodul med en elektrisk motor (1) og en kompressor (3) med et innløp (L1) og et utløp, drevet av motoren (1) for trykksetting av idet minste en del av en brønnstrøm som inkluderer en hydrokarbongass, karakterisert ved: en kondisjoneringsenhet (6) forbundet med utløpet av kompressoren (3) og som inkluderer en hydrosyklonseparator og et vannseparasjonsfilter for kondisjonering av den trykksatte brønnstrøm til en hovedsakelig tørr, ren gass for mating av denne til og komprimering av undervannskomponenter i et trykk-kammer som krever en kontrollert omgivelse via en trykkregulator (Pr).

5. Undervannskompresjonsmodul som angitt i krav 4, hvor undervannkompo-nentene inkluderer motoren (1) som driver kompressoren (3).

6. Undervannskompresjonsmodul som angitt i krav 4, hvor undervannskomponentene inkluderer en motor som driver en pumpe for væskefasen av brønn-strømmen.

7. Undervannskompresjonsmodul som angitt i krav 4, hvor: kompresjonsmodulen er en naturgassbrønnstrømtrykkøkningsstasjon; og kondisjoneringsenheten (6) er tilpasset til kun å kondisjonere en fraksjon av den totale komprimerte brønnstrøm.

8. Undervannskompresjonsmodul som angitt i krav 4, hvor kompressoren (3) er en flertrinnskompressor, og hvor gassen til kondisjoneringsenheten (6) er tatt fra et mellomtrinn i kompressoren.