NO329225B1 - Fremgangsmate og apparatur for a separere vaeske fra en multifase vaeske/gass-strom - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og apparat som kan innføres i et rørformet trykksatt rør (som for eksempel i en oljebrønn), en caisson, et silostigerør eller leder for å separere væske fra en oppoverstrømmende væske/ gass flerfasestrøm. Mer spesielt er fremgangsmåten og apparatet i stand til å tilveiebringe en løsning på problemet med å eliminere og fjerne væsker fra et flerfase brønn- eller stigerørsystem, hvori oppbygning av væsker kan bevirke et signifikant produksjonstap.

Fig. 1 er en eksempelvis skjematisk illustrasjon av en typisk hydrokarbon brønnkomplettering. Brønnen er ikke vist i målestokk. En flerfase produserende brønn som illustrert i fig. 1 kan ha sitt brønnhode lokalisert på sjøbunnen eller på en plattform eller på land. For enkelhets skyld har den beskrevne oppfinnelse brønnhodet vist på overflaten.

En brønn 1 har et produksjonsforingsrør 2 på toppen hvorpå det er festet et brønnhode 3 og et ventiltre 4. En produksjonsrørstreng 5 er opphengt inne i foringsrøret 2. Et produksjonsenderør 7 strekker seg gjennom en produksjons-pakning 8 inn i den produserende brønn over endeskoen 6 på foringsrøret 2 fra bunnen av produksjonsrøret 5. En foringsrørforlengelse med mindre diameter med en endesko 9 kan være anbrakt under den første endesko 6. Flerfase hydrokarbon/vann-blanding fra gassførende lag eller soner 10, ofte flere tusen meter under overflaten 11, går inn i brønnen over skoene 6, 9 gjennom passende åpninger eller perforeringer indikert ved 12 og strømmer oppover gjennom produk-sjonsenderøret og produksjonsrørstrengen 5, via en sikkerhetsventil 13, under overflaten, inn i ventiltreet 4 og derfra gjennom passende rørledning 14 til et ek-sportanlegg (ikke vist). Flerfasestrømmen går inn over endeskoene 6, 9 som vist ved pilene, sammen med gass, væske og damp, ved omtrent formasjonstrykket PF. Ytterligere kondensasjon av væske kan dannes over endeskoene 6, 9 og i produksjonsrøret 5 og resultere i en signifikant økning i densitet som resulterer i trykk PW ved bunnen av produksjonsenderøret 7, som til slutt resulterer i et hydrostatisk tilbaketrykk PH som reduserer produksjonseffektiviteten og kan stige til en verdi som er lik formasjonstrykket PF. Ved dette punkt opphører produksjonen, hvilket gjør brønnen ikke-produktiv.

Forsøk har derfor vært gjort på å unngå problemet, og konvensjonelt, som vist skjematisk i fig. 2, har dette blitt oppnådd ved hjelp av en brønnhullsyklon 15 anordnet ved bunnen av produksjonsforingsrøret 2, sammen med en elektrisk motor/pumpekombinasjon 16/17. Doble rørstrenger 18,19 er anordnet, hvorfra for eksempel væske pumpes til overflaten gjennom rørstrengen 18 og gass, separert i syklonen 15, passerer gjennom rørstrengen 19. Et system av denne generelle type er beskrevet i US-A-6 033 567. Et av problemene med denne konvensjonel-le løsning er imidlertid pumpeutskifting. Kontinuerlig arbeidende pumper anvendt for dette formål har nå en gjennomsnittlig brukstid på omtrent 12 måneder, slik at på en ganske regelmessig basis må den elektriske motor og pumpe 16,17 utskif-tes, og krever at det gjennomføres det som er kjent som en brønnoverhaling. Denne innebærer fjerning av rørstengene og er en dyr og tidkrevende operasjon som stenger produksjonen i en betraktelig tid. For lave væskevolum vil pumpen måtte stanses og startes gjentatte ganger. Et ytterligere problem oppstår ved kontroll av pumpen 17. Et sensitivt målesystem er nødvendig for å slå av pumpen for å hindre at gass trekkes inn i tilfelle at væskefjerning er midlertidig fullført.

Det foreligger derfor et behov for et mindre komplisert og mer effektivt system for væskeseparasjon.

I US-A-4805697 beskrives en rørformet separasjonsenhet som kan settes inni en caisson eller et rør for å separere væske fra en oppoverstrømmende væske/gass flerfasestrøm og som innbefatter en sentrifugal strømningsindusert væskeseparator som har et flerfase gass/væske innløp, et væskeinnløp og et gasstrømutløp, et væskeoverføringsrør koblet til væskeutløpet til strømnings-separatoren og en pumpe for å pumpe væske anbrakt under separatoren og som inkluderer et pumpevæskeinnløp koblet til væskeoverføringsrøret og gjennom hvilket væske separert i separatoren blir mottatt og pumpevæskeutløp gjennom hvilket den separerte væsken strømmer.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en rørformet separasjonsenhet 20 som kan settes inn i en caisson eller produksjonsrør for å separere væske fra en oppoverstrømmende væske/gass flerfasestrøm, som omfatter: en sentrifugal strømningsindusert væskeseparator 21,22 med et flerfase gass/væskeinnløp 23, et væskeutløp 25, og et gasstrømutløp 5; en væske-overføringsledning 25 forbundet til væskeutløpet av strømningsseparatoren 21,22, en pumpe 26 for pumping av væske, anbrakt under separatoren og som inkluderer et pumpe væskeinnløp 31 forbundet til væskeoverføringsledningen 24 og gjennom hvilket væske separert i separatoren 21,22 mottas, og et utløp for pumpet væske 28 gjennom hvilket separert væske i bruk bringes til selektiv strømning, hvor pumpen 26 er en gassdrevet pumpe til hvilken en gassoperasjonsledning 27 er forbundet via en flottør-tilbakeslagsventil 34, for å tilføre gass til pumpen for å operere pumpen og for å tillate kontrollert ventilering av pumpen

Foretrukket omfatter separatoren et rørformet hus; en sentral rørformet boring koaksialt med huset; og en skrueformet flens anbrakt mellom huset og boringen, idet flerfase gass/væskeinnløpet åpner seg inn i det ringformede rom mellom huset og boringen, slik at flerfase gass/væskeblandingen i bruk bringes til å strømme oppover omkring det ringformede rom.

Separatorenheten kan inkludere horisontale radiale væskestyringer montert med regelmessige mellomrom på oversiden av den skrueformede flens for å rette all væske som strømmer ned på toppflaten av den skrueformede flens. Videre kan separatoren ha mange åpninger i den sentrale boring, hver anbrakt umiddelbart inntil en respektiv radial væskestyring og oversiden av den skrueformede flens på oversiden av styringen og for å føre væske internt inn i boringen av separatoren. Mange åpninger kan inkluderes i huset, hver anbrakt umiddelbart inntil en respektiv radial væskestyring og oversiden av den skrueformede flens på oversiden av styringen, og for å føre væske ut av separatoren. En skjerm kan være anbrakt inntil hver åpning i den sentrale boring på innsiden av den sentrale boring og åpne seg nedover, for å rette væske nedover i bruk langs innsiden av den sentrale boring.

Væskestyringer som strekker seg i lengderetningen er foretrukket montert på den indre overflaten av huset og posisjonert inntil de radiale væskestyringer for å rette væske mot de radiale styringer.

Ytterligere radiale væskestyringer kan være anbrakt på undersiden av den skrueformede flens mellom huset og den sentrale boring og hver forbundet til toppen av en respektiv langstrakt væskestyring for å rette enhver væske som er blåst opp på undersiden av den skrueformede flens eller presset opp langs den langstrakte væskestyring.

Åpninger kan være anordnet i huset, hver anordnet umiddelbart inntil en respektiv radial væskestyring og undersiden av den skrueformede flens på undersiden av den radiale styring for å føre væske ut av separatoren. Foretrukket er det anordnet en skjerm inntil hver åpning i huset på utsiden av huset og den åpner seg nedover, for å rette væske nedover i bruk langs utsiden av huset.

Umiddelbart inntil den øvre overflate av den nevnte skrueformede flens ved dens nedre ende kan en eller flere åpninger være dannet gjennom huset radialt innrettet på linje med tilsvarende åpninger i den sentrale boring, og en ringformet tetning utenfor huset anordnet i bruk mellom huset og caissonen eller produk-sjonsrøret som huset er anbrakt i, og hvorved i bruk, væske mellom huset og caissonen eller produksjonsrøret bringes til å strømme tilbake gjennom huset, gjennom det ringformede rom og inn i den sentrale boring.

Den sentrale rø rf ormede boring kan også tilveiebringe væskeoverførings-ledningen og er foretrukket forbundet med en rørformet ledning over separatoren hvori gasstrømutløpet åpner seg for å tillate utløpsgasstrømning.

Utløpet for pumpet væske fra pumpen er foretrukket forbundet med en ledning som strekker seg oppover gjennom den sentrale rø rf ormede boring. En tilførsel for pumpeenergi er passende anordnet gjennom den sentrale rørformede boring i separatoren.

Pumpen inkluderer en gassdrevet pumpe som omfatter et hus; et væskeinnløp, en ekstern ledningstrykk-lukkende tilbakeslagsventil for å motta væsken fra væskeoverføringsledningen inn i det indre av pumpehuset; anordninger for å injisere gass inn i toppen av pumpehuset gjennom en væskelukkende tilbakeslagsventil; en ledningstilbakeslagsventil anbrakt i bunnen av pumpehuset; og en utløpsledning forbundet gjennom bunnen av et pumpehus til ledningstil-bakeslagsventilen.

Oppfinnelsen inkluderer også en fremgangsmåte for å fjerne væske fra en oppoverstrømmende væske/gass flerfasestrøm i en caisson eller et produksjonsrør, som omfatter: sentrifugalseparering av væske fra flerfase væske/gasstrømmen i en strømningsseparator (21,22) og føre væsken til et utløp (25);

overføring av væsken gjennom en ledning (24) forbundet til utløpet (25) fra strømningsseparatoren (21,22) til en pumpe (26) anbrakt under separatoren(21,22);

pumping av væske til et væskeutløp (28) hvori gjennom separert væske fjernes, idet væsken pumpes av en gassdrevet pumpe til hvilken gass tilføres og ventileres kontrollert gjennom en gassoperasjonsledning (27) via en flottør-tilbakeslagsventil (34), for å operere pumpen.

Foretrukket strømmer flerfase væske/gasstrømmen hovedsakelig skrueformet, inne i separatoren. For å håndtere en væske/gass flerfasestrøm med lav til middels hastighet, strømmer den separerte væske nedover langs en innvendig husvegg av separatoren til væskeutløpet. For å håndtere en væske/ gass flerfasestrøm av overveiende gass med høy hastighet, presses separert væske oppover langs innsiden av en ytre vegg av separatoren og rettes gjennom veggen inn i rommet mellom caissonen/produksjonsrøret og separatoren.

Metoden kan anvendes for separasjon av væske fra en væske/gass fler-fasestrøm med overveiende væske.

Et eksempel på en fremgangsmåte og apparat ifølge den foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives med henvisning til de vedføyde tegninger, hvori: Fig. 1 er en eksempelvis skjematisk illustrasjon av en typisk, tidligere kjent gassbrønnkomplettering; Fig. 2 viser et tidligere kjent brønnhullssyklonsystem, anordnet ved bunnen av produksjonsforingsrøret; Fig. 3 illustrerer skjematisk i samsvar med oppfinnelsen, et lengdesnitt gjennom en brønn; Fig. 4 viser mer detaljert den nedre ende av brønnen, spesielt detaljer for en væskeoverførings- og væskeholdende ledning eller hylse; Fig. 5 illustrerer toppen av en overflatebrønn; Fig. 6 til 9 illustrerer lengdesnitt og deltverrsnitt gjennom separatorenheter anvendt i en enhet ifølge oppfinnelsen; Fig. 10 viser tre forskjellige deler av en pumpesyklus for en slik enhet; Fig. 11 til 15 viser forskjellige trinn av pumpesyklusen;

Fig. 16 er en graf av trykk under en typisk pumpesyklus; og

Fig. 17 illustrerer skjematisk hele apparatet både lokalisert i brønnhullet og på overflaten, for å tilveiebringe et enkelt skjema for å fremme forståelsen av operasjonene.

Ideen for den foreliggende oppfinnelse er illustrert i fig. 3. En rørformet separasjonsenhet 20 inkluderer én eller flere (to vist) strømningsinduserte sentrifugal-væskeseparatorer 21, 22 med et nedre innløp 23 for flerfase væske/gas-strømmen som strømmer inn over endeskoene 6, 9 gjennom perforeringene 12, ved bunnen av huset 2 og foringsrørforlengelsen over endesko 9. Væske og gass separeres i sentrifugalseparatorene 21, 22, og væske separert fra gassen føres gjennom en overføringsledning eller lagringshylse 24 fra et utløp 25 inn i en pumpe 26, som er en gassinjeksjonspumpe, og under trykket av gassen tilført pumpen fra en gassoperasjonsledning 27, fjernes væske gjennom en væskeutløpsledning 28.

Separert gas får strømme inn i produksjonsrøret 5 og opp til ventiltreet 4 inne i produksjonsforingsrøret 2. Brønntrykk- og temperaturmålere er anordnet som konvensjonelt.

Den nedre ende av brønnen 1 er illustrert noe mer detaljert i fig. 4 som spesielt viser detaljer av væskeoverførings- og lagringsledningen eller hylsen 24 og gassinjeksjonspumpen 26. I operasjon blir væske separert i separatorene 21, 22 (som skal beskrives mer detaljert senere) samlet i ledningen eller hylsen 24 etter å ha passert fra utløpet 25 i separatorene 21, 22, via et perforert innløpsrør 30. Fra overførings/lagringshylsen 24 strekker et utløpsrør 31 seg nedover inn i pumpen 26 og dreies gjennom 180°C og har et utløp som lukkes av en tilbakeslagsventil 32. Tilbakeslagsventilen 32 åpnes når væsketrykket er tilstrekkelig i ledningen 31 og lukker når det er et høyere trykk i pumpen 26. Væske bygges opp i pumpen 26 og som et resultat av gasstrykket inne i pumpen 26 blir væsken pumpet ut gjennom utledningen 28 via en ytterligere tilbakeslagsventil 33. Gass leve-res fra gassoperasjonsledningen 27 gjennom en flottør-tilbakeslagsventil 34 som kan opereres til å lukke gassoperasjonsledningen 27 for å hindre væskeinntreng-ning. Fig. 5 illustrerer toppen av en overflatebrønn 1, også her skjematisk, og viser brønnhodet 3 som holder oppe toppen av produksjonsforingsrøret 2 med produksjonsrøret 5, gassoperasjonsledningen 27 og væskeutløpsledningen 28 vist som strekker seg derigjennom. Sikkerhetsventil 35, 36 under overflaten er forbundet til gassoperasjonsledningen 27, henholdsvis væskeutløpsledningen 28, styrt av respektive hydrauliske ledninger 37, 38. Ventiltreet 4 har produksjonsrør-hengeren 40, en brannhette 41, produksjonsrørplugger 42, 43, og en produk-sjonsutløpsåpning 44. En brønnventil 45 og en produksjonsisolasjonsventil 46 er også vist i produksjonsutløpsledningen 47. Sikkerhetsventilen 13 under overflaten i produksjonsrøret opereres via en hydraulisk ledning 130 og foringsrør-ring-rommet, dvs. omkring produksjonsrøret 5 inne i foringsrøret 2 ventileres gjennom en åpning 48 med en passende ventil 49. Sentrifugalseparasjonsenhetene 21, 22 skal nå beskrives mer detaljert med henvisning til figurene 6 til 9. Separatoren-hetene 21, 22 er vesentlig identiske og derfor skal bare en av dem beskrives. Fig. 6 og 7 viser en del av en separatorenhet, mens fig. 8 og 9 viser hele enheten.

Separatorenheten har et rørformet hus 210 som er dimensjonert til å passe med en klaring beregnet til å oppsamle det forventede volum av separert væske inne i produksjonsforingsrøret 2. Koaksialt med huset 210 er en indre boring 211 som danner en del av produksjonsutløpet i bruk. En flens 212 er skrueformet anordnet omkring boringen 211 og opptar hele den radiale utstrekning av det ringformede rom mellom boringen 211 og huset 210. Inntil undersiden av flensen er det med regelmessige mellomrom av boringen 211 anbrakt horisontalt forløpende styringer 213 som er på linje med åpninger 214 gjennom huset 210. For klarhet viser diagrammene en diametrisk motsatt konfigurasjon. Anordnet parallelt til ak-sen av boringen 211 og huset 210 er det anordnet langstrakte styringer 215 og over flensen er anordnet radiale styringer 216 på oversiden av flensen 212 er det tildannet åpninger 217 og 218, i huset 210 henholdsvis boringen 211. Hver av åpningene 214, 217, 218 har en tilsvarende skjerm 219 anordnet på utløpssiden av åpningen. Skjermene 219 tilveiebringer en motstand mot å tillate at gassen strømmer ut av hullene og forhindrer nedad rettet strømmende en væske fra oversiden i å strømme tilbake inn i hoved ring rommet, spesielt i avviksborehull.

Ved toppen av separatorenheten 21 er boringen 211 forbundet til produk-sjonsrørstrengen 5 ved hjelp av en konvensjonell kopling 55 og gjennom boringen 211 og produksjonsrørstrengen 5 forløper gass-operasjonsledningen 27 og væske-utløpsledningen 28. En øvre delvis presskonisk og delvis sylindrisk flens 220 strekker seg delvis over det ringformede rom fra huset 210 mot boringen 211. En viskerpakning 221 forsegler den nedre ende av huset 210 inne i produksjons-foringsrøret omkring flerfase væske/gassinnløpet 25.

Rommet over hver separator 21, 22 virker som en kondenserende seksjon ved å skape et mulig trykkfall og lavere hastighet på grunn av det større areal, slik at det skapes ytterligere væskeutfall og kondensasjon. Videre kan den endelige virvel som skapes av flensen 220 bevirke fuktighetsutfelling på den indre vegg av produksjonsforingsrøret 2 og som renner ned og samles mellom produksjons-foringsrøret og det rørformede hus 210. Gassen blir så kanalisert inn i produk-sjonsrøret og beveger seg med høy hastighet og hindrer ytterligere væskeutfelling ved å tillate at væske blåses oppover i produksjonsrøret.

Operasjonen av separatorenheten skal nå beskrives ytterligere.

Væske/gassblandingen strømmer oppover under trykk ved bunnen av brønnen 1 gjennom produksjonsforingsrøret 2, går inn i separatoren gjennom inn-løpet 25 og presses til å strømme i en skrueformet bane omkring boringen 211 ved hjelp av den skrueformede flens 212. Den oppadgående rotasjonsstrøm be-virker at væske separeres fra gassen og kastes sentrifugalt utover mot innsiden av huset 210. Den oppsamles delvis av de langsgående styringer 215 og deretter under innvirkning av tyngdekraften, så lenge som gasshastigheten er for-holdsvis lav, strømmer den oppsamlede væske ut av huset 210 gjennom åpningene 217 etter å være blitt innfanget av de radiale styringer 216. Avhengig av volumet av væske som oppsamles, kan den også strømme innover gjennom åpningene 218 i boringen 211. Væske som strømmer nedover omkring utsiden av foringen 210 strømmer til bunnen hvor den forhindres fra å renne videre langs innsiden av produksjonsforingsrøret 2 ved hjelp av pakningen 221, og strømmer så innover gjennom åpningen 217, over bunn-enden av flensen 212 og videre til innsiden av boringen 211 via åpningen 218. Dette sees mest klart i figur 8 hvor væskestrømmen er vist i kompakt sortfarging.

Fig. 9 illustrerer tilstanden med høy gasshastighet, hvori væske separert fra gassen ikke er i stand til å strømme nedover langs innsiden av huset 210, men i stedet strømmer oppover og deretter går ut fra huset gjennom åpningene 214, idet væsken innfanges av overføringsstyringene 213 på undersiden av flensen 212. På toppen av separatorenheten tilveiebringer flensen 220 en endelig rota-sjonsmessig strøm til den eksisterende gasstrøm inn i et større kondensasjons-område ved å skape en seksjon med lavere trykk og lavere hastighet. Dette tillater ytterligere kondensasjon og væskeseparasjon mot den indre overflate av produksjonsforingsrøret 2. Enhver væske som renner ned langs den indre vegg av produksjonsforingsrøret 2 vil bli samlet mellom produksjonsforingsrøret 2 og huset 210 og bli passende kanalisert gjennom sammensilingen.

Operasjonssyklusen av apparatet vist i fig. 3 til 9 skal nå beskrives ytterligere med henvisning til fig. 10-17.

Fig. 10 viser tre forskjellige deler av pumpesyklusen, idet pumpen 26 og dens assosierte komponenter er vist meget skjematisk i tre riss ved siden av hverandre. Under separasjon av væske fra flerfase væske/gasstrømmen fyller væske gradvis pumpen 26 fra overførings lednings/lagringshylsen 24 via innløps-ledningen 31 og tilbakeslagsventilen 32. Tilbakeslagsventilen 34 forblir åpen og tillater at lavtrykksgass returnerer gjennom en utløpsventil 36, lokalisert utenfor ventiltreet i en kontrollenhet. Høytrykksoperasjonsgassinnløpet 27 forblir lukket med en ventil 37. Tilbakeslagsventilen 33 forblir lukket av det hydrostatiske led-ningstrykket.

Når først volumet av væsken samlet i pumpen 26 har steget tilstrekkelig til å lukke flottørventilen 34, avføler en sensor i kontrollenheten trykkfallet og aktiver-er kontrollene til å åpne gassinnløpsventilen 37 etter lukking av utslippsventilen 36 og væske bringes da til å strømme gjennom utløpstilbakeslagsventilen 33 og væskeutløpsledningen 28 til ventiltreet 4. Først nå er pumpen tom, og gass går inn i ledningen 28. En sensor i kontrollenheten avføler fallet i tilførselsgasstrykket på grunn av det reduserte trykk i returledningen 28 som vist i midtfiguren, og lukker innløpsventil 37 og åpner tømmeventilen 36 til å avslutte pumpefasen og tillate at gass kan slippe ut fra pumpen 36. Fylling av pumpen 26 begynner så på nytt som vist i figuren på høyre side.

Fig. 11 til 15 viser forskjellige trinn av pumpesyklusen, idet gassventilene 36, 37 er vist som en enkel skyttelventil med en kontroller 38. Fig. 11 viser væsken i pumpen 26 ved dens fulle nivå som vist ved den stiplede strek 39, idet flottørventilen 34 er vist i sin lukkede stilling, og ledningen 27 er trykknedsatt. Ved dette punkt begynner pumping ved operering av ventilen 36, 37 og fig. 12 viser det omtrentlige midtpunkt av pumpetrinnet hvor væskenivået 39 er blitt nedsatt til den viste posisjon under virkning av høytrykksgass fra operasjonsgassledningen 27. Tilbakeslagsventilen 33 er åpen og væske pumpes til ventiltreet gjennom ut-løpsledningen 28, flottørventilen 34 er åpen som vist. Tilbakeslagsventilen 32 forblir lukket. Ved slutten av pumpetrinnet som vist i fig. 13 er pumpen 26 effektivt tom og når høytrykksgass begynner å strømme gjennom tilbakeslagsventilen 33, påvirker endringen i hydrostatisk trykk i ledningen 28 trykket i gassoperasjonsledningen 27 som avføles av en sensor 271 og ventilen 36, 37 beveges for å tillate at gass kan slippes ut gjennom tilbakeslagsventilen 34 og væske begynner å fylle pumpen 26 gjennom innløpet 31 gjennom tilbakeslagsventilen 32 som vist i fig. 14. Tilbakeslagsventilen 32 forblir åpen når væskenivået 39 stiger over den og fortsetter å fylle pumpen 26 som vist i fig. 15, og tillater ytterligere gassepara-sjon fra væsken på grunn av det lave trykk. Når pumpen er full lukkes flottørventil 34. Pumping gjenopptas da som beskrevet i det foregående.

Bare som et eksempel, men under forståelse av at forskjellige brønnpara-metere vil resultere i forskjellige ytelseskurver, viser fig. 16 trykk under en typisk pumpesyklus, idet den øvre graf viser trykk/tidskurver og den nedre graf viser væskevolumet i pumpen samtidig som i den øvre graf. Fig. 16 illustrerer trinnene vist i figurene 11 til 15, idet de forskjellige trinn er vist ved romertall tilsvarende figurnummerne som viser de forskjellige trinn av syklusen. Væskevolumet i pumpen er indikert ved den nedre linje V. Den øvre graf viser bunnhulltrykket ved den stiplede linje PF, gassoperasjonslinjetrykket ved ventiltreet ved linjen PGO og gasseksport- eller utløpsledningstrykket i utløps-produksjonsrørstrengen ved den strek-stiplede linje PO. Trinn XI illustrerer avstengningsposisjonen hvor pumpen er blitt fylt. Innledende er trykket PF brønnens lukkede trykk hvor gassoperasjonsledningstrykket PGO er ført til gasseksportledningstrykket.

Ved åpning av brønnen, faller gasseksportlinjetrykket PF til gasstrømnings-punktet. Gassoperasjonsledningen innkobles med høyt gasstrykk som hever PGO. Når trykkene er blitt stabilisert, begynner trinn XII.

Trinn XII illustrerer hvor pumpen tømmes med et konstant høyt gasstrykk som opprettholder PGO.

Trinn XIII illustrerer hvor pumpen er tom og høytrykksgass fortrenger fluid i returledningen 28 og det følgelig opptrer et trykktap av statisk trykk. Trykket i gassoperasjonsledningen vil falle, PGO-trykket senkes inntil kontrollen 38 avføler at et innstilt trykkfall P1 er nådd som omstyrer ventilene 36/37 som vist i trinn XIV.

Trinn XIV illustrerer at pumpen fylles med væske gjennom ledningen 31 når gassoperasjonsledningstrykket PGO slippes ned til gasseksportledningstrykket PO. Eventuelt fluid i ledningen 28 holdes på plass ved tilbakeslagsventilen 33. Dette fortsetter inntil pumpen er full av væske som lukker flottørtilbakeslagsventil-en 34 som vist i trinn XV.

Trinn XV illustrerer den fulle pumpe med den lukkede tilbakeslagsventil 34, men etter som gassoperasjonsledningen nå ventileres til gasseksportledningen, blir gassoperasjonsledningen underkastet et merkbart fall i trykk som kontrolleren kan påvise som P2. Kontrolleren omstyrer da ventilene 36/37 til å tilføre høy-trykksgass til gassoperasjonsledningen 27 som på nytt igangsetter syklusen som per trinn XII.

Et eksempel på et operasjonssystem som ligger utenfor ventiltreet er vist i fig. 17 som skjematisk illustrerer hele apparatet, både lokalisert ned i brønnhullet og på overflaten for å tilveiebringe et enkelt skjema for å fremme forståelsen av operasjonene. Dette skjema viser at den produserte gass i ledningen 47 kontrol-leres av en struper 301 og pumpet væske i ledningen 28 sammenblandes ned-strøms fra ventiltreet inn i eksportledningen. Individuelle eksportledninger kunne anvendes for å opprettholde separasjon.

Gass ventilert fra ledning 27 kan resirkuleres fra ventilene 36/37 eller trekkes ut fra gasseksportledningen 302 gjennom en filter/vaskeenhet 303 til en høy-trykkskompressor 304. Høytrykksgasstrømmen reguleres av 305 før den går inn i ventilen 36/37. For å maksimere anvendelsen av delvis avventilert gass, er en trykkaktivert ventil 306 installert for å forbedre effektiviteten. Alternativt kan en separat høytrykksgasstilførsel tilveiebringes, eller det kan anvendes en separat lav-trykksledning til kompressoren. En kontroller 38 opererer ventiltreet, overvåker de tallrike trykkledninger og kontroller; struperen 301, ventilene 36/37, og kompressoren som ifølge instruksjonene for feltoperatørene.

Operasjonen av ringromsseparasjons- og pumpesystemet i brønnhullet, uansett om systemet er et overflatesystem (på land eller plattform) eller under-sjøisk, kan opereres utenfor brønnen og ventiltreet ved å iaktta de to trykktrinn-endringer (P1 og P2) i gassoperasjonsledningen 27. Det er ikke noe behov for sensorer i brønnen eller datautstyr som kunne være utsatt for svikt og forhindre produksjonen fra brønnen.

Brønnkompletteringen som er drøftet antar at den separerte væske pumpes opp til ventiltreet, men under visse forhold kan deler av borehullet være utenfor en væskebortføringssone.

For en væskebortføringssone under produksjonssonen, ville væskeledningen 28 gå ned i brønnen gjennom en isolasjonspakning mellom de to soner for å tillate væskeinjeksjon i den nedre sone.

For en øvre sone ville væskeledningen avsluttes over pakningen 8 og passende perforeringer i produksjonsforingsrøret ved væskedeponeringssonen ville tillate injeksjon.

Skjemaene har alle av hensyn til enkelheten vist systemet montert i en ver-tikal brønn, men systemet vil også operere i avviks (dvs. skrå) brønner. For brøn-ner med høyt avvik ville pakningen 221 være en del av en rett forlengelse til det rørformede hus 210 med åpninger over pakningene med ledninger over til den indre boring 211. Lengden av den rette forlengelse vil bestemme den maksimale skråvinkel for brønnen.

Det viste separasjonssystem kan anvendes med andre typer av pumpe (dvs. roterende elektrisk, hydraulisk eller gassdreven pumpe) hvis der er et høyt volum av separerte væsker. I et system med caisson, silo, stigerør eller lederør, er det eventuelt mulig å anvende en ekstern pumpe til lagringsbeholderen. I dette scenarium er det ikke noe behov for et ventiltre, forutsatt at det er tilveiebrakt tilstrekkelig ventilutstyr.

Claims (23)

1. Rørformet separasjonsenhet (20) som kan settes inn i en caisson eller produksjonsrør for å separere væske fra en oppoverstrømmende væske/gass flerfasestrøm, som omfatter: en sentrifugal strømningsindusert væskeseparator (21,22) med et flerfase gass/væskeinnløp (23), et væskeutløp (25), og et gasstrømutløp (5); en væskeoverføringsledning (25) forbundet til væskeutløpet av strømnings-separatoren (21,22), en pumpe (26)for pumping av væske, anbrakt under separatoren og som inkluderer et pumpe væskeinnløp (31) forbundet til væskeoverføringsledningen (24) og gjennom hvilket væske separert i separatoren (21,22) mottas, og et utløp for pumpet væske (28) gjennom hvilket separert væske i bruk bringes til selektiv strømning, karakterisert ved at pumpen (26) er en gassdrevet pumpe til hvilken en gassoperasjonsledning (27) er forbundet via en flottør-tilbakeslagsventil (34), for å tilføre gass til pumpen for å operere pumpen og for å tillate kontrollert ventilering av pumpen

2. Separasjonsenhet (20) ifølge krav 1, karakterisert ved at separatoren (21,22) omfatter et rørformet hus (210); en sentral rørformet boring (211) koaksial med huset; og en skrueformet flens (212) anbrakt mellom huset (210) og boringen (211), idet flerfasegass/væskeinnløpet (23) åpner seg inn i det ringformede rom mellom huset (210) og boringen (211), slik at flerfase gass/væskeblandingen, i bruk, bringes til å strømme oppover omkring det ringformede rom.

3. Separasjonsenhet (20) ifølge krav 2, karakterisert ved at den ytterligere inkluderer horisontale radiale væskestyringer (216) montert med regelmessige mellomrom på oversiden av den skrueformede flens (212) for at nedrennende væske kan rettes ned på oversiden av den skrueformede flens (212).

4. Separasjonsenhet (20) ifølge krav 3, karakterisert ved at den ytterligere inkluderer mange åpninger (218) i den sentrale boring (211), hver anbrakt umiddelbart inntil en respektiv radial væskestyring (216) og oversiden av den skrueformede flens(212) på oversiden av styringen og for å føre væske internt inn i boringen (211) av separatoren (21,22).

5. Separasjonsenhet (20) ifølge krav 3, karakterisert ved at den ytterligere omfatter mange åpninger (217) i huset (210), hver anbrakt umiddelbart inntil en respektiv radial væskestyring (216) og oversiden av den skrueformede flens (212) på oversiden av styringen og for å føre væske ut av separatoren(21,22).

6. Separasjonsenhet (20) ifølge krav 4, karakterisert ved at den ytterligere inkluderer en skjerm (219) anbrakt inntil hver åpning (218) i den sentrale boring (211) på innsiden av den sentrale boring (211) og som åpner seg nedover, for i bruk å rette væske nedover langs innsiden av den sentrale boring (211).

7. Separasjonsenhet (20) ifølge hvilke som helst av kravene 3 til 6, karakterisert ved at den ytterligere omfatter mange i lengderetningen forløpende væskestyringer (215) montert på den indre overflate av huset (210) og posisjonert inntil de radiale væskestyringer (216) for å rette væske mot de radiale væskestyringer (216).

8. Separasjonsenhet (20) ifølge krav 7, karakterisert ved at den ytterligere inkluderer mange ytterligere radiale væskestyringer (213) anbrakt på undersiden av den skrueformede flens (212) mellom huset (210) og den sentrale boring (211), og hver forbundet til toppen av en respektiv langstrakt væskestyring (215) for å rette eventuell væske som måtte være blåst opp på undersiden av den skrueformede flens (212) eller tvunget opp langs den langstrakte væskestyring (215).

9. Separasjonsenhet (20) ifølge krav 8, karakterisert ved at den ytterligere inkluderer mange åpninger (214) i huset (210), hver anbrakt umiddelbart inntil en respektiv radial væskestyring (213)og undersiden av den skrueformede flens (212) på undersiden av den radiale væskestyring (213) for å føre væske ut av separatoren (21,22).

10. Separasjonsenhet (20) ifølge krav 5 eller 8, karakterisert ved at den ytterligere inkluderer en skjerm (219)anbrakt inntil hver åpning (214, 217) i huset (210)og på utsiden av huset (210) og som åpner seg nedover, for i bruk å rette væsken nedover langs utsiden av huset (210).

11. Separasjonsenhet (20) ifølge hvilke som helst av kravene 2 til 10, karakterisert ved at den umiddelbart inntil oversiden av den nevnte skrueformede flens (212) ved dens nedre ende inkluderer en eller flere åpninger (217) gjennom huset (210) radialt innrettet på linje med tilsvarende åpninger i den sentrale boring (218), og en ringformet pakning (221) utenfor huset (210) anordnet i bruk mellom huset (210) og caissonen eller produksjonsrøret hvori huset er anbrakt (2), og hvorved væske mellom huset (210) og caissonen eller produksjonsrøret (2) i bruk bringes til å bli rettet gjennom huset (210), over det ringformede rom og inn i den sentrale boring (211).

12. Separasjonsenhet (20) ifølge hvilke som helst av kravene 2 til 11, karakterisert ved at den sentrale rørformede boring (211) også tilveiebringer væskeoverføringsledningen.

13. Separasjonsenhet (20) ifølge hvilke som helst av kravene 2 til 12, karakterisert ved at den sentrale rørformede boring (211) er forbundet med en rørformet ledning over separatoren (21,22) i hvilken gasstrømutløpet (5) åpner seg for å tillate utløpsgasstrømning.

14. Separasjonsenhet (20) ifølge hvilke som helst av kravene 2 til 13, karakterisert ved at utløpet fra pumpen (26) for pumpet væske forbindes med en ledning (28) som strekker seg oppover gjennom den sentrale rørformede boring (211).

15. Separasjonsenhet (20) ifølge hvilke som helst av kravene 2 til 14, karakterisert ved at den inkluderer en pumpeenergitilførsel (27) anordnet gjennom den sentrale rørformede boring (211) av separatoren (21,22).

16. Separasjonsenhet (20) ifølge hvilke som helst av kravene 1 til 15, karakterisert ved at den gassdrevne pumpe (26) omfatter: et hus; et væskeinnløp (31), en ekstern ledningstrykklukkende tilbakeslagsventil (32) for å motta væske fra væskeoverføringsledningen (24) inn i det indre av pumpehuset; anordninger for å injisere gass inn i toppen av pumpehuset gjennom en væskelukkende tilbakeslagsventil (34); en ledningstilbaketrykks tilbakeslagsventil (33) anordnet i bunnen av pumpehuset; og en utløpsledning (28) forbundet gjennom bunnen av et pumpehus til ledningstilbaketrykks tilbakekoplingsventilen (33).

17. Separasjonsenhet (20) ifølge kravene 15 eller 16, karakterisert ved at enheten har et eksternt operasjonssystem for å kontrollere og overvåke enhetens operasjon.

18. Separasjonsenhet (20) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 17, karakterisert ved at den videre inkluderer en flens (220) anbragt på toppen av separatoren (20) på innsiden av huset (210).

19. Fremgangsmåte for å fjerne væske fra en oppoverstrømmende væske/gass flerfasestrøm i en caisson eller et produksjonsrør, som omfatter: sentrifugalseparering av væske fra flerfase væske/gasstrømmen i en strømningsseparator (21,22) og føre væsken til et utløp (25); overføring av væsken gjennom en ledning (24) forbundet til utløpet (25) fra strømningsseparatoren (21,22) til en pumpe (26) anbrakt under separatoren (21,22); pumping av væske til et væskeutløp (28) hvori gjennom separert væske fjernes, karakterisert ved at væsken pumpes av en gassdrevet pumpe til hvilken gass tilføres og ventileres kontrollert gjennom en gassoperasjonsledning (27) via en flottør-tilbakeslagsventil (34), for å operere pumpen.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, karakterisert ved at flerfase væske/gasstrømmen strømmer hovedsakelig skrueformet inne i separatoren (21,22).

21. Fremgangsmåte ifølge krav 19, for håndtering av en flerfase væske/ gasstrøm med lav til middels hastighet, karakterisert ved at den separerte væske strømmer nedover langs en innvendig husvegg (210) av separatoren (21,22) til væskeutløpet (25).

22. Fremgangsmåte ifølge krav 19, for håndtering av en væske/gass flerfasestrøm av overveiende gass med en høy hastighet, karakterisert ved at separert væske tvinges oppover langs innsiden av en ytre vegg av separatoren (21,22) og rettes gjennom veggen inn i rommet mellom caissonen/produksjonsrøret og separatoren.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 19, for separasjon av væske fra en væske/gass flerfasestrøm av overveiende væske.