NO331727B1 - Filterarrangement - Google Patents

Description

FILTERARRANGEMENT

Foreliggende oppfinnelse vedrører et regenererbart filtersystem, spesielt for beskyttelse av pumper eller dets like, omfattende et første filter for fjerning av partikler fra en fluidstrøm som har en inngang og en første utgang for filtrert fluid. Mer spesifikt omfatter den også en strømhåndteringsenhet, f.eks. pumpe eller liknende, koblet til utgangen for filtrert fluidstrøm, hvor strømhåndteringsenheten har en utgang koblet til et nedstrøms rør, der filteret også har en andre utgang for ufiltrert fluidstrøm som også er koblet til ovennevnte nedstrøms rørsystem, der ovennevnte første og andre utgang har tilsvarende ventiler for å kontrollere strømmen gjennom utgangene til det første filteret.

Havbunnsproduksjonssvstemer

De siste to tiår har havbunnsproduksjonssvstemer blitt vidt anvendt for produksjon av olje og gass fra dypvannsområder hvor flytende produksjonsenheter som plattformer og FPSO'er er det mest økonomisk og teknisk mulige valget. Undervannsjuletrær (ventiltrær) og transportstrømledninger blir anvendt til å transportere gassen og oljen fra brønnhodet og til mottaksplattformen. Produksjonssystemet blir ofte optimert med hensyn til platåproduksjonsraten, som ofte finner sted i feltets tidlige levetid. I sen feltlevetid vil avtagende reservoartrykk og økende væskeinnhold, for det meste på grunn av vannproduksjon, begrense produksjon av hydrokarboner. I tillegg kan ikke produksjonfasilitetene være i stand til å håndtere det produserte vannet uten kostbare modifikasjoner. Når videre produksjon ikke er økonomisk eller mulig, så vil produksjonen bli innstilt.

Undervannspumping

En måte å forlenge feltets levetid og å øke det akkumulerte produksjonsvolumet av gass og olje er å innstallere flerfasepumper som booster brønnstrørnmen. Det er flere grunner til hvorfor en boosting ved havbunnen er ønskelig. Den mest åpenbare grunnen er å kompensere for det senkede reservoartrykket etter en produksjonsperiode med platåproduksjon. Ved å booste ved havbunnen kan produksjonen bli akselerert eller økt sammenlignet med bare produksjon med reservoartrykk. En annen grunn til å anvende boosting er å kompensere for det økte trykkfallet i produksjonssystemet på grunn av økt vannproduksjon.

For nærværende har to forskjellige typer av flerfasepumper for undervannsinstallasjon blitt anvendt. En er av positiv fortrengningstype som anvender dobbeltskrueteknologi for å generere strøm og trykk gjennom pumpen. Her, blir fluidet innesperret i kammere som deretter blir flyttet fra innsugningssiden til trykksiden av pumpen. Den andre er av roto-dynamisk type og benytter aksiale drivfjær ("impellers") til å generere strøm og trykk.

Standard sentrifugale pumper er vanligvis ikke veldig tolerante med hensyn til gassinnhold, og blir derfor ofte anvendt i kombinasjon med en separator hvor den separerte gassen enten strømmer fritt i en dedisert strømledning eller blir komprimert av en kompressor. Den separerte væsken (can) blir pumpet av sentrifugalpumpen for å imøtekomme det krevede trykket for transport i den nedstrøms strømledningen. Hvis bare vann blir atskilt fra brønnstrømmen er det ofte ønskelig å reinjisere vannet inn i et reservoar, enten som trykkhjelp for produksjonsreservoaret eller for avfall.

Undervannsprosessering

Undervannsprosesseringsenheter kan bli anvendt dersom det er mulig å separere strømmen, enten med den intensjon å booste brønnstrømmen eller med intensjonen å splitte fasene til forskjellige mottakere eller for å reinjisere en fase til reservoaret. Undervannskompressorer, sentrifugalpumper eller flerfasepumper kan være del av undervannssprosesseringsstasjonen. I tillegg (kan) separasjonssentrifuger ("cyclones"), instrumentering, ventiler og rørledning være inkludert i stasjonen

Faste stoffer

Faste stoffer i brønnens strøm stammer ofte fra reservoaret hvor mangel på eller defekte sandfiltere tillater sandpartikler fra formasjonen å følge strømmen inn i brønnen. Faste stoffer påla ofte utfordringer i undervannsprosesseringsenheter på grunn av fare for slitasje på kritiske deler. Spesielt roterende utstyr som pumper blir utsatt for slitasje fra faste partikler. Dette er på grunn av de lave toleransegrensene som ofte eksisterer i utstyret og på grunn av de høye forandringene i moment som et resultat av innvirkning fra faste partikler på indre pumpeoverflater. I tillegg til pumper, blir utstyr som instrumenter, ventiler og virvlende anordninger som væske-væske oljeutskillere utsatt for slitasje fra sand.

Beskyttelsessystemer mot faste stoffer

Både i overstell ("topside")- og havbunnsproduksjonssystemer kan beskyttelsessystemer mot faste stoffer bli installert for å beskytte de kritiske komponentene fra sand. Siden de faste stoffene for det meste følger væskefasen, (er) en gass-/væskeseparator etterfulgt av sentrifugeanordning designet for å fjerne faste stoffer fra væskestrømmen. De faste stoffene blir derfor ofte midlertidig lagret i en beholder før de blir transportert i omledning til en lokalitet nedstrøms for de kritiske komponentene. På denne måten blir ikke de kritiske komponentene utsatt for sanden.

Fjerning av sand fra det produserte vannet blir for det meste utført ved å la de faste partiklene sette seg i separatoren. Den satte sanden kan senere bli fjernet ved en porsjonsvis operasjon og deponert inn i hydrokarbonrørledningen for transport til en overstell mottaksfasilitet. De minste sandpartiklene vil imidlertid ikke sette seg i separatoren, og anvendelse av sandsentrifugeer kan være nødvendig for å fjerne disse fra det produserte vannet. I sentrifugeene blir sandpartiklene med høyere tetthet tappet gjennom sentrifugeunderstrømmen og lagret for senere fjerning eller reinjiserert direkte inn i hydrokarbonstrømmen. Det rensede fluidet vil forlate sentrifugen gjennom overstrømsutgangen.

En annen fremgangsmåte for fjerning av faste stoffer fra brønnstrømmen er å anvende filtere. Filtere, eller sandfiltere, er vidt anvendt i brønner for å hindre at sand fra reservoaret går inn i brønnen. Disse Alterene består ofte av en trekantformet vaier (kileformet vaier) omspunnet og sveiset på en sirkulær og hul struktur med samme diameter som brønnen. Strukturen kan faktisk være en rørdel med hull som muliggjør fluidinntreden fra utsiden til insiden av røret. De grundig innpakkede vaierene er med mellomrom ifølge størrelsen til de faste partiklene som er tillatt å gå inn. Mellomromsavstanden blir ofte kalt slisseåpningen ("the slot opening"). På grunn av en brobyggende effekt skapt av partikler som er stoppet av filteret, kan den største partikkelen som slipper gjennom filteret ha betydelig mindre størrelse enn slisseåpningen. De faste partiklene utenfor filteret vil derfor faktisk virke som del av det aktive filteret.

Ingen rensing av filteret vil være mulig for enheter anvendt i en brønn, og slissestørrelsen blir ofte valgt store nok til å unngå fare for plugging. Ganske store partikler kan derfor slippe gjennom filteret under produksjon.

Kilevaierfiltere blir også anvendt i andre applikasjoner, spesielt i industrielle applikasjoner hvor filtrering av fluid er nødvendig.

I foreliggende oppfinnelse er det hensikten å anvende kilevaiertypefiltere. Filtere av hvilken som helst annen type kan imidlertid bli anvendt hvis funnet passende.

I mange tilfeller er det ønskelig å være i stand til å rense filteret regelmessig for å unngå plugging, men dette ville vanligvis innebære at operasjonen blir stoppet, som igjen resulterer i kjøling av systemet og fare for hydratdannelse. En slik løsning er omtalt i norsk patentsøknad nr 20042196, som viser en filterløsning basert på kileformede vaiere, og som kan rengjøres ved å spyles løs. En annen løsnign som viser delvis tilbakespyling som rengjøringsmetode er vist i tysk patentsøknad DE 102997009419. Foreliggende oppfinnelse beskriver et system for rensing av filteret som gjør det mulig for faste stoffer å omgå den(de) kritiske komponenten(e) mens det fortsatt blir beskyttet mot faste stoffer og med lite eller ingen innvirkning på prosessen.

Foreliggende oppfinnelse vedrører derfor et system hvor partikler vil omgå en pumpe, sentrifuge eller liknende ved å anvende filtere, og som også tar hensyn til rensing av filteret mens operasjonen vedlikeholdes og derfor også holder filterene varme for slik å unngå hydratdannelse. Disse hensiktene blir oppnådd som beskrevet over og som blir fremstilt som fremsatt i de ledsagende kravene.

Foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet under med referanse til de ledsagende tegningene, som illustrerer foreliggende oppfinnelse som eksempler.

Figur la,b illustrerer det kjente faget inkludert en pumpe beskyttet av et filter, så vel

som et filter som kan bli anvendt i foreliggende oppfinnelse.

Figur 2 illustrerer prinsippet for foreliggende oppfinnelse med to filtere og

inkludert hjelpemidler for rensing av filterene.

Figur 3a-c illustrerer operasjonen av systemet i figur 2.

Figur 4a,b illustrerer en utførelsesform som anvender ytre spylefluider.

Figur 5 illustrerer utførelsesformen i figurer 4a,4b inkludert hjelpemidler for

høytrykkstilbakespyling.

Figur 6a,b illustrerer en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse som anvender

parallelle filtere.

Figur 7a,b illustrerer en utførelsesform som anvender parallelle filtere og to pumper

som muliggjør to forbindelsesledninger ("flow lines").

I figur la er det vist et system med en pumpe 1 som blir beskyttet av et filter 2 som derfor blir tilpasset til å pumpe fluider i et rør 3 fra en brønn og fremover f.eks. til overstellet) eller andre deler av prosesseringssystemet. Filteret kan være av typen vist i figur lb som har et koaksialt filtreringshjelpemiddel 2a og en første utgang i den radiale retningen hvor fluidene må passere gjennom filteret som derfor fjerner partikler fra strømmen. Den første utgangen 5 fører til pumpen. En andre utgang 4 er anbragt i den aksiale retningen hvor fluider kan passere uten filtrering i hvilken prosess de passerende fluider kan spyle og derfor rense filteret. Den andre spyleutgangen 4 kan bli lukket av en ventil for å lede de filtrerte fluidene til pumpene eller bli åpnet for spyling, men dette vil kreve at pumpene blir stoppet eller koblet fra røret. Som er godt kjent i faget har pumpene 1 et sirkulasjonssystem lb for beskyttelse av pumpene og opprettholdelse av pumpeoperasjon selv dersom ventilen ved den første utgangen 5 er lukket.

Som nevnt over, er det et behov for rensing av filterene, men i noen applikasjoner er dette ikke mulig uten å stoppe pumpen. I Figur 2 er prinsippet ifølge foreliggende oppfinnelse illustrert der det har to filtere 2,8, hver med en ventil 7,9 ved spyleutgangen 4 og pumpeutgangen 5 koblet til pumpen 1. Hvis spyleutgangen 7 til det første filteret 2 er lukket, blir strømmen ledet til pumpen som pumper strømmen mot resten av hovedrøret 4 som illustrert i figur 3 a. Som er illustrert kan fluidstrømmen etter pumpen 1 også bli ledet inn i innganget til det andre filteret 8, og ved å åpne spyleutgangsventilen 6, kan det andre filteret bli renset i den samme prosessen av fluidet som strømmer gjennom det. Siden begge filterene er aktive, forblir begge varme under operasjonen og hydratdannelse unngås.

For illustrasjonsformål er innsugingstrykket (suction pressure) SP og utgangstrykket, så vel som det modererte utgangstrykket (discharge pressure) DP-, f.eks. etter passering av en munning ("orifice") 10, vist i tegningene med forskjellige mønstere. Strømbetingelsene i systemet er derfor illustrert. Også åpne ventiler og lukkede ventiler er illustrert for slik å klargjøre operasjonen av systemet.

Systemene ifølge foreliggende oppfinnelse inkorporerer også en kontrollenhet for å kontrollere ventilene for slik å oppnå den ønskede effekten slik som å opprettholde fluidtilførselen til pumpene og lede fluidene gjennom de valgte rørene for slik å oppnå den nødvendige renseeffekten uten å la ufiltrerte fluider gjennom pumpen. Den spesifikke ventilkontrollen som sådan er åpenbar fra krevede strømmønstere gjennom filterene og pumpen(e).

På en liknende måte ved å åpne utgangsspyleventilen 7 til det første filteret 2 og å lukke spyleutgangsventilen 9 til det andre filteret 8, kan det første filteret bli spylt mens pumpene blir forsynt med filtrert fluid fra det andre filteret 8. Siden det andre filteret er utsatt for en ganske stor mengde faste stoffer i strømmen, men allerede foreliggende i strømmen og som resulterer fra spylingen av det første filteret, skulle det andre filteret fortrinnsvis ha større kapasitet enn det første, som i det illustrerte eksempelet er indikert av et lengre filter. Det andre filteret blir derfor spylt av aksial strøm gjennom filteret.

En munning 10 kan også bli anvendt i denne utførelsesformen for å distribuere det meste av strømmen gjennom det andre filteret 8, men forhindre overtrykk.

I figur 3b og 3c er tilbakeslagsventiler 7a,9a anvendt ved de direkte andre utgangene av filterene 2,8 for slik å balansere gjennomstrømningen og filtrering i de to filterene, og en retningsventil 6a distribuerer trykket delvis gjennom det andre filteret 8 (figur 3c) for å rense det og/eller delvis passere det andre filteret Figurer 4a og 4b illustrerer en situasjon hvor det er spylefluid 11 tilgjengelig fra utsiden av systemet, f.eks. stabiliseringsolje. I dette tilfellet kan både aksial spyling og tilbakespyling bli anvendt. I dette tilfellet er store volum nødvendig så spyling ved å anvende metanolinjeksjon gjennom vanlige ledninger gir en for lav rate. Figur 5 illustrerer systemer hvor pumpet fluid fra utgangen 4 er ledet tilbake til filteret for å fremskaffe tilbakespyling. Tilbakespylingen vil bli utført i korte perioder, i området av sekunder, eller pulser slik at trykkpulsene vil frigjøre faste stoffer som sitter fast på overflaten. Ventilene 12 kan bli åpnet enkeltvis for slik å bare rense ett av filterene, og trykket kan bli begrenset av en munning 10.

I figur 6a og 6b er en parallellfilterkonfigurasjon 2a,2b vist hvor pumpene er forsynt med fluider fra ett filter 2a, mens det tilbakespyles gjennom det andre filteret 2b. Utgangsventiler 15 a, 15b er fremskaffet for å kontrollere fluidet pumpet fra den første utgangen 5 til hvert filter og tilbakespylingsventiler 16a, 16b er fremskaffet for å tillate tilbakespylingsfluider inn gjennom en nedstrøms første filterutgang, og utgangsventiler 9a,9b er fremskaffet ved den aksiale andre utgangen til filterene, der kontrollsystemet på denne måte er i stand til å kontrollere ruten til fluidstrømmen gjennom systemet. Systemet omfatter en munning 10 ved pumpeutgangen for å hjelpe og hindre ekstremt høyt trykk gjennom alle stengte ventiler nedstrøms for pumpen. Munningen er, imidlertid, bare nødvendig når pumpen er en positiv fortrengningspumpe.

Figur 7a og 7b illustrerer et todelt system som inkorporerer to

brønnforbindelsesledninger 3a,3b,4a,4b og to pumper 13,14, f.eks. i en pluggkjøringssløyfe 18a, 18b, 18c, hvor ett filter 2a,2b er posisjon i hver forbindelsesledning. Figur 7a illustrerer den normale operasjonen hvor de filtrerte fluidene blir suget inn i en eller begge pumper 13,14 og tilbake inn i de individuelle forbindelsesledningene 4a,4b eller i en felles forbindelsesledning. Dette blir kontrollert ved å sette systemventilene 15 a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b for slik å sende strømmen gjennom systemet. I figur 7b er ett av filterene 2a renset ved tilbakespyling ved å lede strømmen inn gjennom borehullets første filterutgang. Til denne operasjonen, før spyling, må innsugingstrykket i de to forbindelsesledningene bli innrettet. Dette kan bli gjort ved å åpne for pluggkjøringssløyfeventilen 18a eller en liknende dedisert ventil. Begge pumper suger fra det samme filteret 2b, mens det andre filteret 2a er "flyttet" til trykksiden, og pumpehastigheten for en pumpe er redusert for å gi lavere differensialtrykk enn den andre. For å starte spyling, blir fluid fra "høytrykkspumpen" 14 anvendt til å tilbakespyle filteret som hviler 2a på trykket fra "lavtrykkspumpen" 13. Systemet krever at det er mulig å operere de to forbindelsesledningene ved liknende trykk, og at det ikke behøver å bli operert uavhengig, og skulle fortrinnsvis også inkorporere piggomløpsledninger ("pig bypass lines") 18b, 18c.

Claims (11)

1. Rensbart filtersystem, spesielt for beskyttelse av pumper eller dets like, omfattende et første filter for fjerning av partikler fra en fluidstrøm som har en inngang og en første utgang for filtrert fluid, og en strømhåndteringsenhet, f.eks. pumpe eller liknende, koblet til utgangen for filtrert fluidstrøm, der strømhåndteirngsenheten har en utgang koblet til et nedstrøms rør, der filteret også har en andre utgang for ufiltrert fluidstrøm som også blir koblet til ovennevnte nedstrøms rørsystem, der ovennevnte første og andre utgang har tilsvarende ventiler for å kontrollere strømmen gjennom utgangene til det første filteret, der systemet også omfatter et andre filter som har en inngang for en fluidstrøm og en første utgang for filtrerte fluider koblet til ovennevnte strømhåndteringsenhet og en andre utgang for ufiltrerte fluider koblet til ovennevnte nedstrøms rør, der utgangene fra ovennevnte andre filter også har tilsvarende ventiler for å kontrollere strømmen gjennom utgangene fra det andre filteret, og en kontrollenhet for å kontrollere ovennevnte utgangsventiler for slik å selektivt fremskaffe filtrert fluid fra minst en av ovennevnte filtrerte utganger fra ovennevnte filtere til strømhåndteirngsenheten, karakterisert vedat den ufiltrerte utgangen fra det første filteret blir koblet til inngangen til det andre filteret, der utgangen fra strømhåndteirngsenheten blir koblet til inngangen til det andre filteret gjennom en ventil, der kontrollenheten blir tilpasset til selektiv å: åpne av den ufiltrerte utgangsventilen til det første filteret og den filtrerte utgangsventilen til den andre, mens lukker den ufiltrerte utgangsventilen til det andre filteret, og derved muliggjør spyling av det første filteret mens mater strømhåndteirngsenheten fra det andre filteret, eller lukke den ufiltrerte utgangsventilen til det første filteret og åpner den filtrerte utgangsventilen til det første filteret mens leder filtrert fluidstrøm gjennom ovennevnte strømhåndteringsenhet til inngangen til det andre filteret, der den filtrerte utgangsventilen til det andre filteret blir stengt og den ufiltrerte utgangsventilen til det andre filteret blir åpnet for slik å spyle det andre filteret.

2. Filtersystem ifølge krav 1, der det første og andre filteret er anbragt i serie.

3. Filtersystem ifølge krav 1, hvori minst ett av ovennevnte filtere er fremskaffet med en andre inngang med en tilsvarende ventil på den filtrerte siden av filteret, som muliggjør for trykksatt tilbakespyling av filteret.

4. Filtersystem ifølge krav 3, hvori ovennevnte andre inngang er koblet til utgangen av ovennevnte strømhåndteringsenhet, der strømhåndteringsenheten er en pumpe.

5. Filtersystem ifølge krav 1, hvori ovennevnte strømhåndteringsenhet inkluderer minst en pumpe.

6. Filtersystem ifølge krav 5, hvori pumpen er en fortrengningspumpe.

7. Filtersystem ifølge krav 1, hvori filterene er parallelle, der de første inngangene blir koblet til minst en fluidstrøm og de første filtrerte utgangene blir koblet til ovennevnte fluidstrømhåndteringsenhet og den andre ufiltrerte utgangen blir koblet til minst ett utgangsrør.

8. Filtersystem ifølge krav 7, hvori filtere er fremskaffet med en andre inngang med en tilsvarende ventil på den filtrerte siden av filteret, som muliggjør trykksatt tilbakespyling av filteret fra ovennevnte fluidstrømhåndteringsenhet.

9. Filtersystem ifølge krav 1, hvori filterene er basert på et hult filterelement tilpasset for filtrering av fluider som strømmer fra innsiden til utsiden av ovennevnte filterelement.

10. Filtersystem ifølge krav 1, hvori det omfatter ovennevnte første og andre filter som hvert inkluderer et filterelement og et filterhus som utgjør en filterenhet, der filtrerings elementet inni filterenheten er formet slik at filtrering blir utført fra innsiden til utsiden og montert i ovennevnte filtere slik at filterenhetshuset samler det filtrerte fluidet på yttersiden, der filterenhetene har en inngang (3) og en utgang (4) fra midtkanalen til filterenheten og en tredje forbindelse (5) til filterenhetshuset for det filtrerte fluidet, der filterenhetene blir arrangert med ventiler ved de første og andre utgangene, der filterenhetene og deres ventiler blir koblet sammen med rør slik at filtrert fluid kan bli matet fra den andre utgangen til begge de to filterenhetene ved riktig operasjon av ventilene til inngangen av en trykkskapende anordning som derved beskytter den trykkskapende anordningen fra partikler i den innkommende strømmen, der den trykkskapende anordningen har to ventiler ved utgangen, der filtersystemet også omfatter en passende ventiloperasjonsenhet som er i stand til å sende renset fluid til den trykkskapende anordningen mens den samtidig tillater en sekvensiell rensing av de to seriearrangerte filterene.

11. Fremgangsmåte for sekvensiell rensing av filtersystemet ifølge krav 10, hvori den omfatter trinnene å muliggjøre i det første sekvenstrinnet rensing av den andre filterenheten ved å sende utgangsstrømmen fra den trykkskapende anordningen til den første koblingen av den andre filterenheten mens det tas renset fluid fra den første filterenheten og i det andre sekvenstrinnet rense den første filterenheten ved å tillate den innkommende, urensede fluidet å passere gjennom den andre koblingen til første filterenhet inn i den første koblingen til den andre filterenheten og sende det trykksatte fluidet nedstrøms til den andre utgangen til den andre filterenheten.