NO335450B1

NO335450B1 - Havbunns kompresjonsanordning

Info

Publication number: NO335450B1
Application number: NO20110946A
Authority: NO
Inventors: Kjell Olav Stinessen; Bianca Maria Mita Nogueira
Original assignee: Aker Subsea As
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2014-12-15
Also published as: BR112013033635A8; MY164751A; AU2012276386B2; NO20110946A1; BR112013033635A2; WO2013002644A1; AU2012276386A1

Description

Havbunns kompresjonssammenstilling

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører havbunns kompresjon av hydrokarbonholdige fluider. Spesielt gjelder oppfinnelsen en havbunns kompresjonssammenstilling som er innrettet til å komprimere et hydrokarbonholdig fluid som strømmer gjennom sammenstillingen. Et slikt fluid vil normalt strømme fra en havbunnsbrønn.

Bakgrunn

Når et fluid blir ført i et strømningsrør på havbunnen vil en temperaturforskjell mellom det omgivende sjøvannet og fluidet inne i røret resultere i varme-overføring mellom de to gjennom rørveggene. Produserte fluider fra en havbunnsbrønn, brønnstrømmen, vil typisk være betydelig varmere enn det omgivende sjøvannet og vil således bli kjølt idet det strømmer gjennom rørene.

I noen tilfeller bruker operatøren et havbunns prosesseringsanlegg inn i hvilket fluidet blir ført. I slike tilfeller kan han måtte behøve ytterligere kjøling av fluidet før dette entrer prosesseringsanlegget. Til dette formålet er det kjent å anordne en havbunnskjøler oppstrøms i forhold til prosesseringsanlegget.

En slik havbunnskjøler er illustrert i patentsøknadspublikasjon US201100252227. Denne publikasjonen beskriver en havbunnskjøler som har et antall viklinger som fører det strømmende fluidet som skal kjøles. Videre, viklingene er anordnet inne i en kanal som er åpen i to motstående ender. Ved én av endene er kanalen forsynt med en propell som er anordnet for å bevege sjøvann gjennom kanalen og således kjøle viklingene og fluidet inne i dem.

En annen havbunnskjøler er vist i internasjonal patentpublikasjon WO2011008101. Denne kjøleren fremviser et innløp som er avgrenet til et flertall rør med mindre tverrsnitt, og et utløp hvor grenene blir samlet.

Patentsøknad US20080245098 beskriver en sløyfe for et kjølemedium til bruk i et klimaapparat, et kjøleskap, et utstillingsskap eller lignende. Denne publikasjonen er et eksempel på at for apparater plassert i omgivende luft, slik som i hus, må man tilveiebringe en strømningsbane for kjølemediet dersom kjølemediet er noe annet enn den omgivende luften.

Amerikansk patentpublikasjon US6434972 beskriver likeledes et apparat, nærmere bestemt et luftkondisjoneringsapparat (air conditioner), der et kjølemedium som er et annet en luft blir anordnet i en tilveiebrakt strømningsbane. Apparatet har en indre varmeveksler med et multikanal-rør som er kveilet til en spiralform.

Patentsøknad US2009020288 beskriver et kjølerør som er innrettet for å danne hydrater, for deretter å fjerne hydratene mekanisk. Løsningen angir en rør-i-rør-løsning som er tilpasset dannelse av et hydratbelegg inne i et rør, hvoretter hydratbelegget blir fjernet ved anvendelse av en «pig». Løsningen omfatter således et «pig launching system» og et «pig receiving system».

Ved kjøling av en hydrokarbonholdig brønnstrøm kan hydrater dannes inne i strømningsbanen og kan innsnevre eller til og med blokkere strømningsbanen. Hydratdannelse vil typisk skje ved omtrent 25 °C og under. For å unngå eller å redusere hydratdannelse er det kjent å tilføre hydratinhibitorer til strømningen, så som monoetylenglykol (MEG), di-etylenglykol (DEG), tri-etylenglykol (TEG) og metanol. På grunn av forskjell i tetthet mellom væske- og gassfasen til den inhiberte brønnstrømmen, kan inhibitordistribusjonen inne i en kjøler i noen tilfeller bli ujevn. Dette er også tilfellet dersom kun væske er inhibitor. Slik ujevn-het av distribusjon kan føre til hydratdannelse i deler av kjøleren. Dette er typisk tilfelle for en kjøler hvor fluidstrømningen er avgrenet inn i et flertall parallelle strømningsbaner. Noen grener vil motta mer enn tilstrekkelig mengde inhibitor, mens andre grener vil motta en mengde som er for liten.

Formålet med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en kompresjonssammenstilling som omfatter en ny havbunnskjøler som fremviser fordeler i forhold til kjente kjølere. Det er særlig et formål med oppfinnelsen at den nye havbunnskjøleren er egnet for kjøling av inhiberte hydrokarbonholdige fluider og at trykkfallet over kjøleren er tilstrekkelig lite.

Oppfinnelsen

I samsvar med et første aspekt av den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebrakt en havbunns kompresjonssammenstilling som er innrettet til å komprimere et fluid som strømmer gjennom sammenstillingen, hvorved nevnte fluid er et inhibert hydrokarbonholdig fluid produsert fra en havbunns hydrokarbonbrønn. Havbunns kompresjonssammenstillingen omfatter en kompressor og en konveksjonskjøler som er innrettet til å kjøle fluidet oppstrøms for kompressoren. I samsvar med oppfinnelsen - er konveksjonskjøleren en ettløpskanal-kjøler, innrettet til å kjøle fluidet inne i ettløpskanalen ved hjelp av varmekonveksjon fra fluidet til omgivende sjøvann gjennom vegger til et strømningskanalrør inne i hvilket ettløpskanalen er anordnet. Videre, - konveksjonskjøleren omfatter videre et kapperør som er anordnet om strømningskanalrøret, og en pumpe som er innrettet til å pumpe sjøvann gjennom et ringrom mellom strømningskanalrøret og kapperøret fra et ringromsinnløp til et ringromsutløp, langs den aksiale utstrekningen til strømningskanalrøret.

Med begrepet ettløpskanal-kjøler er det ment en kjøler i hvilken strømnings-banen fra dens innløp til dens utløp ikke er avgrenet til et flertall strømnings-baner, så som ved å anordne et flertall parallelle rør. Følgelig, ved entring av kjøleren ved kjølerinnløpet vil det eksistere kun én strømningsvei som leder til kjølerutløpet.

Med betegnelsen "inhibert hydrokarbonholdig fluid" er det ment et fluid til hvilket det er tilført en hydratinhibitor. En slik inhibitor kan for eksempel være i form av monoetylenglykol (MEG), dietylenglykol (DEG), trietylenglykol (TEG) eller andre inhibitorer som vil være kjent for en fagmann på området. Slike inhibitorer vil forhindre eller redusere dannelsen av hydrater i strømningsbanen til det hydrokarbonholdige fluidet.

Strømningskanalrøret fører det hydrokarbonholdige fluidet som skal kjøles. Strømningskanalrøret kan utgjøres av ett eller flere rør som er sammenstilt til ett.

Sjøvannet som blir pumpet gjennom ringrommet, langs den aksiale utstrekningen til strømningskanalrøret, vil fortrinnsvis strømme i den motsatte retningen av det hydrokarbonholdige fluidet (motstrøm). Videre, strømningskanalrøret og kapperøret er fortrinnsvis koaksialt anordnet.

I én utførelsesform av oppfinnelsen opptar konveksjonskjøleren et horisontalt areal, hvorved strømningskanalrøret til konveksjonskjøleren er anordnet med bøyninger på en slik måte at strømningsbanen gjennom strømningskanalrøret til konveksjonskjøleren er i det minste fem ganger den største avstanden målt på tvers av det horisontale arealet. I denne utførelsen er kjøleren formet til en kompakt form og er således innrettet for installasjon som krever lite plass. Forskjellige konfigurasjoner av kjøleren for en slik utførelsesform vil bli beskrevet.

Strømningskanalrøret til konveksjonskjøleren kan omfatte en del som er formet til en spiralform. Dette forenkler en særlig kompakt design av kjøleren, som vil bli vist i den mer detaljerte eksempelbeskrivelsen nedenfor.

Strømningskanalen til konveksjonskjøleren kan også omfatte en del som er formet til en serpentinform eller en fjærform.

I noen utførelsesformer kan strømningskanalrøret fremvise et flertall deler som er formet til en spiralform eller serpentinform. Hver av formene kan strekke seg i hovedsakelig ett respektivt plan og formene kan anordnes i en stabeloppbyg-ning på en slik måte at nevnte respektive plan er parallelle i forhold til hverandre.

Den gjennomsnittlige indre diameteren til strømningskanalrøret kan fordelaktig være innenfor av et område på 80 til 110 % av den gjennomsnittlige indre diameteren til et strømningsrør som fører fluidet fra et fjerntliggende sted, så som en havbunnsbrønn, til havbunns kompresjonssammenstillingen.

Konveksjonskjøleren kan fordelaktig ha den samme eller noe mindre indre diameter enn oppstrøms strømningsrøret. Med en smalere indre diameter kan man redusere størrelsen på kjøleren, samt sikre tåkestrømning (eng: mistflow) gjennom kjøleren, og således sikre en jevn distribusjon av væske på tvers av rørets tverrsnitt. På denne måten kan man også oppnå lavere trykkendringer over kjøleren.

Konveksjonskjøleren omfatter et kjølerstrømningsinnløp oppstrøms for et kjølerstrømningsutløp, mellom hvilke det er anordnet et ringrom. Fra en posisjon i et strømningsrør oppstrøms for kjølerstrømningsinnløpet, hvilket strøm-ningsrør er koblet til kjølerstrømningsinnløpet, til posisjonen til kjølerstrømnings-utløpet, fremviser strømningsbanen til det hydrokarbonholdige fluidet en minste kurveradius som er større enn to ganger den indre diameteren til strømnings-røret ved posisjonen til kjølerstrømningsinnløpet.

I samsvar med et andre aspekt av oppfinnelsen er det tilveiebrakt en havbunns kompresjonssammenstilling som er innrettet til å komprimere et fluid som strømmer gjennom sammenstillingen, der nevnte fluid er et inhibert hydrokarbonholdig fluid som er produsert fra en havbunns hydrokarbonbrønn. Havbunns kompresjonssammenstillingen omfatter en kompressor samt en konveksjonskjøler som er innrettet til å kjøle fluidet oppstrøms for kompressoren. I samsvar med det andre aspektet ved oppfinnelsen er konveksjons-kjøleren en ettløpskanal-kjøler som er innrettet til å kjøle fluidet inne i ettløps-kanalen ved hjelp av varmekonveksjon fra fluidet til det omgivende sjøvannet. Videre omfatter konveksjonskjøleren også et indre rør som er anordnet inne i strømningskanalrøret, og en pumpe som er innrettet til å pumpe sjøvann gjennom det indre røret, slik at fluidet blir ført i et ringrom mellom det indre røret og strømningskanalrøret fra et ringromsinnløp til et ringromsutløp, langs den aksiale utstrekningen til strømningskanalrøret.

Med en sammenstilling i samsvar med det andre aspektet av oppfinnelsen blir det hydrokarbonholdige fluidet ført i et ringrom og blir således kjølt av det sjøvannsførende indre røret innenfor ringrommet så vel som av det omgivende omsluttende sjøvannet på utsiden av strømningskanalrøret.

Eksempel på utførelsesform

Idet oppfinnelsen er blitt beskrevet ovenfor i generelle ordelag, vil et mer detaljert, ikke-begrensende eksempel på utførelsesform bli beskrevet i det følgende med henvisning til tegningene, i hvilke

Fig. 1 er en skjematisk illustrasjon av en havbunns kompresjonssammenstilling

i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen;

Fig. 2 er en skjematisk illustrasjon av en innløpskjøler som er del av

kompresjonssammenstillingen illustrert i Fig. 1;

Fig. 3 er et perspektivriss av en spiralkonfigurasjon av innløpskjøleren; Fig. 4 er et perspektivriss av en fjærkonfigurasjon av innløpskjøleren; Fig. 5 er et toppriss av en serpentinkonfigurasjon av innløpskjøleren; Fig. 6 er et toppriss av en bøyd konfigurasjon av innløpskjøleren; Fig. 7 er et toppriss av en annen bøyd konfigurasjon av innløpskjøleren;

Fig. 8 er et sideriss av en bøyd konfigurasjon av innløpskjøleren; og

Fig. 9 er et prinsipielt skjematisk diagram av en stablet spiralkonfigurasjon av

innløpskjøleren.

Fig. 1 viser en skjematisk illustrasjon av en havbunns kompresjonssammenstilling 100 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Sammenstillingen 100 haren innløpsende 101 og en utløpsende 103. Innløpsenden 101 er i fluidforbindelse med et strømningsrør (ikke vist) eller den strekker seg til en havbunnsbrønn (ikke vist) eller en manifold for flere brønner. Strømningsrøret fører hydrokarbonholdige fluider inneholdende både gass og væske. Fluidet som entrer innløpsenden 101 til sammenstillingen 100 kan foreksempel ha en temperatur på 80 °C, dersom sammenstillingen 100 er nær en brønnramme (eng: well template).

Mellom innløpsenden 101 og utløpsenden 103 omfatter sammenstillingen 100

videre en innløpskjøler 105. Nedstrøms for innløpskjøleren 105 er det en gass-væske-separator 107, ut fra hvilken et væskerør 109 og et gassrør 111 strekker seg. En væskerørspumpe 113 er anordnet for å pumpe væsken fra separatoren 107 mot utløpsenden 103. Videre, gassrøret 111 fører til en kompressor 115 som er innrettet til å komprimere gassen som forlater separatoren 107. Ned-

strøms for kompressoren 115 er en kompressorutløpsventil 117 og en utløps-kjøler 119. Utløpskjøleren 119 behøves dersom utløpstemperaturen til kompressoren 115 er høyere enn det som det nedstrøms strømningsrøret kan tolerere.

Fra nedstrømssiden av innløpskjøleren 105 til nedstrømssiden av kompressoren 115 er det anordnet et pumpegrenserør (eng: anti-surge line) 121.1 pumpegrenserøret 121 er det anordnet en pumpegrensekjøler 123 og en pumpegrenseventil 125. Pumpegrenserøret 121, med den tilhørende kjøleren og ventilen, vil beskytte kompressoren 115 mot trykksvingninger.

I noen tilfeller vil det være fordelaktig å kombinere innløpskjøleren 105 og pumpegrensekjøleren 123 i én kombinert innløps- og pumpegrensekjøler 105. Det vil si, pumpegrenserøret 121, som i det tilfellet ikke ville hatt noen kjøler, ville bli koblet til innløpet oppstrøms for innløpskjøleren 105.

Når hydrokarbonholdige fluider strømmer i strømningsrøret ved la oss si 35 °C og over, er innløpskjøleren 105 berettiget idet den vil redusere innløpsgass-volumet som entrer kompressoren 115 og således redusere den nødvendige kompresjonsenergien. Videre, å anvende innløpskjøleren 105 vil også tilveiebringe en reduksjon av kompressorutløpstemperatur. Dette er fordelaktig for materialene i komponentene nedstrøms for kompressoren 115. Det kan til og med eliminere behovet for utløpskjøleren 119. Av disse grunnene er innløps-kjøleren 105 ansett som nødvendig når fluidet i strømningsrøret har en temperatur på omtrent 50 °C og over. Dersom havbunns kompresjonssammenstillingen 100 er anordnet nær havbunnsbrønnene, fra hvilke det hydrokarbonholdige fluidet strømmer, kan dets temperatur være 80 °C eller til og med mer.

Havbunns kompresjonssammenstillingen 100 vist i Fig. 1 er et typisk eksempel på en havbunns kompresjonssammenstilling i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Det bør nevnes at sammenstillingen vist i Fig. 1 ikke er et full-stendig prosesstrømningsdiagram. Det viser imidlertid hovedkomponentene som er nødvendig for en havbunns kompresjonssammenstilling. Idet hoved-trekkene for havbunns kompresjonssammenstillingen 100 er beskrevet over, vil innløpskjøleren 105, som er en havbunns tvungen konveksjonskjøler, nå bli beskrevet i nærmere detalj.

Som nevnt ovenfor kan innløpskjøleren 105 også omfatte funksjonen til pumpe-grensekjøleren 123 og således være en kombinert innløps- og pumpe-grensekjøler 105. I en slik utførelsesform kan pumpegrensekjøleren 123 fjernes.

Fig. 2 viser en skjematisk illustrasjon av innløpskjøleren 105, som er en del av havbunns kompresjonssammenstillingen 100 vist i Fig. 1. Innløpskjøleren 105 er en tvungen konveksjonskjøler som har et strømningskanalrør 201. Den hydrokarbonholdige strømningen som kommer fra de (ikke viste) havbunns-brønnene entrer innløpskjøleren 105 ved et kjølerstrømningsinnløp 203, ved én ende av strømningskanalrøret 201. Ved en motsatt ende av strømningskanal-røret 201 kommer den hydrokarbonholdige strømningen ut av innløpskjøleren 105 ved et kjølerstrømningsutløp 205.

Rundt strømningskanalrøret 201 er det anordnet et kapperør 207. Den indre diameteren til kapperøret 207 er større enn den ytre diameteren til strømnings-kanalrøret 201. Følgelig finnes det et ringrom 209 mellom de to rørene. Videre, ved én ende av kapperøret 207 er det anordnet et ringromsinnløp 211 og ved den motsatte enden av kapperøret 207 er det anordnet et ringromsutløp 213. En kjølerpumpe 215 er anordnet i tilknytning til ringromsinnløpet 211 for å pumpe omgivende sjøvann gjennom ringrommet 209 langs den ytre flaten til strømningskanalrøret 201, og ut av ringromsutløpet 213. Sjøvannet i ringrommet 209 vil fortrinnsvis bli pumpet i den motsatte retningen (motstrøms) av det hydrokarbonholdige fluidet som strømmer inne i strømningskanalrøret 201.

Pumpen 215 kan enten være anordnet ved ringromsinnløpet 211 slik at sjøvann blir beveget gjennom ringrommet av utløpstrykket til pumpen, eller pumpen kan være anordnet ved utløpet 213 til ringrommet slik at sjøvannet blir beveget gjennom ringrommet av pumpens sugetrykk.

Utførelsesformen beskrevet med henvisning til Fig. 2 representerer den enkleste måten å anordne innløpskjøleren 105 oppstrøms for kompressoren 115 på (og oppstrøms for separatoren 107). Å omslutte strømningsrøret langs en avstand typisk i et område på 500 meter til noen få kilometre kan være tilstrekkelig for å oppnå den nødvendige kjølingen (det omsluttete strømnings-røret er da strømningskanalrøret 201 illustrert i Fig. 2).

Som en tommelfingerregel kan tvungen kjøling, slik som i utførelsesformen beskrevet ovenfor med henvisning til Fig. 2, redusere det nødvendige kjøle-arealet til omtrent 30 % av det arealet som ville vært nødvendig med fri konveksjonskjøling. Å anordne kapperøret 207 om strømningskanalrøret 201 reduserer følgelig de nødvendige dimensjonene og vekten betraktelig og kan således redusere kostnad.

Sammenlignet med fri konveksjonskjøling, det vil si å ha omgivende sjøvann i direkte kontakt med veggene til strømningsrøret (eller et strømningskanalrør) uten pumping, fremviser tvungen kjøling sin hovedfordel ved lave temperaturforskjeller mellom det hydrokarbonholdige fluidet og det omgivende sjøvannet. Slike lave temperaturforskjeller kan være ved omtrent 50 °C til 5 °C over sjøvannstemperaturen. For slike lave temperaturforskjeller ville fri konveksjons-kjølere være utilfredsstillende store.

I én utførelsesform, dersom det er en tilstrekkelig lengde på strømningsrøret oppstrøms for kompressoren, kan en del av strømningsrøret anvendes som innløpskjøleren 105 beskrevet ovenfor. Ved en slik utførelsesform kan en ønsket lengde av det eksisterende strømningsrøret (henvist til som strømnings-kanalrør 201 i Fig. 2) bli dekket med et kapperør 207 og bli brukt for tvungen konveksjon. Det vil si, den ønskete lengden av strømningsrøret vil bli omgitt av et ringrom 209 inne i kapperøret 207, gjennom hvilket kjølende sjøvann vil bli pumpet. På denne måten kan ytterligere kjøling oppnås for en brønnstrøm som strømmer i et eksisterende strømningsrør som allerede er installert. Strøm-ningsrøret og kapperøret 207 kan selvfølgelig bli installert samtidig når det eventuelle behovet for kjøling er kjent.

I mange tilfeller er det å anordne kapperøret 207 rundt et eksisterende strøm-ningsrør imidlertid vanskelig eller ikke gjennomførbart. Dersom strømningsrøret kan designes, lages og installeres som en énstykket kjøler allerede ved tids-punktet for installasjon av strømningsrøret, representerer dette en fordelaktig mulighet. Dersom muligheten for å omslutte strømningsrøret ikke er gjennom-førbart, kan innløpskjøleren 105 implementeres med viklinger, bøyninger og/eller spiralformer, som vil bli beskrevet heri.

Det skal bemerkes at innløpskjøleren 105 beskrevet heri ikke fremviser noen samlestokk/manifold. Det eksisterende strømningsrøret kan være del av innløpskjøleren 105 eller et tilleggsstrømningsrør kan installeres, for eksempel direkte til et eksisterende strømningsrør.

I noen tilfeller kan det være at det ikke finnes tilstrekkelig avstand mellom hav-bunnsbrønner og kompressoren 115 til å anvende utførelsesformen beskrevet ovenfor med henvisning til Fig. 2. Det vil si, en avstand mellom havbunns-brønnen og kompressoren kan være for kort for å oppnå tilstrekkelig kjøling av det hydrokarbonholdige fluidet med utførelsesformen vist i Fig. 2. I andre tilfeller kan det medføre dyre utfordringer å anordne kapperøret på denne måten på et allerede eksisterende strømningsrør. Dette kan være på grunn av havbunns-forhold.

Som et alternativ til utførelsesformen beskrevet ovenfor med henvisning til Fig. 2, vil en annen utførelsesform nå bli beskrevet med henvisning til Fig. 3. Fig. 3 viser strømningskanalrøret 201 og det omgivende kapperøret 207 i en spiralkonfigurasjon.

Kjølerpumpen 215 er ikke vist i Fig. 3, men er ikke desto mindre, anordnet for å pumpe sjøvann gjennom ringrommet 209 mellom strømningskanalrøret 201 og kapperøret 207, slik som vist i Fig. 2. Selv om den skjematisk illustrerer en separat utførelsesform omfattende en langstrakt innløpskjøler 105, kan Fig. 2 også forstås som en prinsippskisse av komponentene omfattet av de andre beskrevne utførelsesformene. Kjølerstrømningsinnløpet 203 er anordnet ved enden av en rett del 216 av strømningskanalrøret 201 som fører til en senterdel av spiralformen. I denne sentrale delen har strømningskanalrøret 201 en seksjon 217 som er skråstilt i forhold til planet i hvilket spiralformen er formet. Den skråstilte seksjonen 217 utgjør en overgang mellom den rette delen og starten på spiralutspredningen av strømningskanalrøret 201. Ved den ytre delen av spiralformen er kjølerstrømningsutløpet 205 anordnet og koblet til nedstrømsdelen av havbunns kompressorsammenstillingen 100 (se Fig. 1). Langs en distanse av den rette delen 216 til strømningskanalrøret 201 og nesten til det viste kjølerstrømningsutløpet 205, er kapperøret 207 anordnet koaksialt om strømningskanalrøret 201. Det er fortrinnsvis noe rom mellom vindingene til kapperøret 207 slik at det omgivende sjøvannet kan strømme fritt mellom hver vinding. På denne måten blir sjøvannet som blir pumpet gjennom ringrommet 209 og således blir varmet av den varmere brønnstrømmen i strøm-ningskanalrøret 201 til en viss grad kjølt av det omgivende sjøvannet på utsiden av kapperøret 207.

Retningen på strømningen av hydrokarbonholdig fluid inne i strømningskanal-røret 201 kan selvfølgelig være motsatt av det som er beskrevet ovenfor. Det vil si, kjølerstrømningsinnløpet 203 og kjølerstrømningsutløpet 205 kan bytte plass. Dette er også mulig for strømningen av sjøvann inne i ringrommet 209.

I en ikke vist utførelsesform er et flertall av spiralformer som den beskrevet ovenfor under henvisning til Fig. 2 anordnet i serie. I en slik utførelsesform kan spiralformene være anordnet slik at planene som defineres av hver respektive spiral er hovedsakelig parallell i forhold til hverandre. Spiralformene kan ha en felles senterakse langsmed hvilken de er anordnet. Videre kan de ha noe aksial avstand mellom hver spiralform på en slik måte at omgivende sjøvann kan strømme mellom hver spiralform. Fig. 4 viser en annen konfigurasjon av innløpskjøleren 105. I denne utførelses-formen fremviser strømningskanalrøret 201 en fjærform. Med en slik konfigurasjon kan man sikre en konstant kurvatur langs den bøyde delen av strømnings-kanalrøret 201. Til forskjell, med spiralformen vist med henvisning til Fig. 3 er kurvaturen konstant avtagende eller økende. En kjølerpumpe 215 (ikke vist i

Fig. 4) er anordnet for å pumpe sjøvann gjennom ringrommet 209.

Fig. 5 viser enda en utførelsesform for en innløpskjøler 105 som har de samme grunnleggende komponentene som utførelsesformen beskrevet med henvisning til Fig. 2, imidlertid med en annen konfigurasjon av strømningskanalrøret 201.1 utførelsesformen vist i Fig. 5 fremviser strømningskanalrøret 201 en serpentin-formet konfigurasjon. Tilsvarende utførelsesformen vist med henvisning til Fig. 3, kan serpentinformen vist i Fig. 5 også anordnes i ett plan. I tillegg kan den omfatte et flertall serpentinformete deler som er koblet i serie og stablet. Fig. 5 illustrerer bare kapperøret 207 til innløpskjøleren 105. Strømningskanalrøret 201 er imidlertid anordnet inni. Serpentinformen kan tilvirkes av et flertall rette rørdeler 219 og et flertall 180 bøyninger 221. Fig. 6 og Fig. 7 illustrerer viklete utførelsesformer. Disse figurene viser et toppriss av en viklet konfigurasjon av to forskjellige utførelsesformer. I Fig. 6 omfatter hver løkke eller vikling to rette deler 219 av rør (kapperør 207 vist omsluttende et ikke vist strømningskanalrør 201) forbundet til en vikling av to 180° bøyninger 221, 223. Selv om det ikke kan synes i tegningen i Fig. 6, kobler én bøyning 221 de to viste rette rørstykkene 219, mens den andre bøyningen 223 kobler ett rett rørstykke 219 til et rett rørstykke til et annet lag eller en annen vikling. Det vil si, flere lag av viklinger er stablet oppå hverandre. Det samme prinsippet er vist i Fig. 7. Utførelsesformen vist i Fig. 7 fremviser imidlertid fire rette rørstykker 219 per vikling og 90° bøyninger 225, slik at den viklete formen gjøres til et rektangel eller et kvadrat. Utførelsesformene vist i Fig. 6 og Fig. 7 kan forstås som alternativer til fjærformen vist i Fig. 4, hvorved fjærformen omfatter rette rørstykker. Fig. 8 viser utførelsesformene til Fig. 6 og Fig. 7 i et sideriss. Overgangs-rørstykkene (bøyningene 223) mellom hvert lag er imidlertid ikke anordnet ved kantene (180° eller 90° bøyninger) til viklingene. I stedet er skråstilte over-gangsrørstykker anordnet som vist. Fig. 8 kan også forstås som et sideriss av lag som har en sirkulær form, koblet med et overgangsrørstykke. Dette ville vært noe lignende fjærformen vist i Fig. 4, imidlertid med sirkelformer forbundet med de skråstilte overgangsrørstykkene. Fig. 9 viser hvordan den viklete formen i Fig. 7 kan være innover-spiralformet og de stablete lagene med nedoverrettete rørspoler som kobler lagene. Fig. 9 illustrerer tre lag skjematisk. Antallet lag kan imidlertid velges avhengig av be-hov for kjøling fra tilfelle til tilfelle. Metoden for innoverrettet spiral og sammen-kobling av lagene vist i Fig. 9 er også relevant for konfigurasjonen vist i Fig. 6. Metoden for å koble sammen lag er også relevant for formene i Fig. 3 og 5.1 Fig. 9 er de nedoverrettete rørstykkene som sammenkobler lagene vist bøyd 90° fra horisontalplanet, men det kan imidlertid være mer jevnt kurvet for å redusere trykkfall. Fortrinnsvis bør trykkfallet til innløpskjøleren 105 være mindre enn 3 bar. Hovedpoenget med Fig. 9 er å demonstrere hvordan lag av rør som er spiralformet i plan er sammenkoblet i lag eller en stabel som resulterer i en kompakt kjøler. Fig. 9 illustrerer tre spiralformete seksjoner 300, 400, 500 til en innløpskjøler i samsvar med oppfinnelsen. Hver seksjon er vist i et toppriss og et sideriss. Fra den høyre siden av Fig. 9, den første seksjonen (eller laget) 300 har et innløp 301 ved periferien av spiralformen. Med en kombinasjon av rette rørstykker og nevnte 90° bøyninger ender spiralformen ved en sentral del av den første seksjonen 300.1 denne sentrale posisjonen er utløpet 303 til det første laget 300 anordnet. Utløpet 303 er koblet til et første overgangsstykke 305 som strekker seg, i denne utførelsesformen, i en ortogonal retning i forhold til planet til den første seksjonen 300. Overgangsstykket 305 er koblet til innløpet 401 til det andre laget 400. Innløpet til det andre laget 400 er følgelig anordnet ved den sentrale delen av spiralformen til det andre laget 400.1 den andre seksjonen 400 er strømningsretningen spiralformet utover mot det periferisk anordnete utløpet 403 til den andre seksjonen. Utløpet 403 til den andre seksjonen 400 er koblet til et overgangsstykke 405 som tilveiebringer forbindelse til innløpet 501 til den tredje seksjonen 500.

I én utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen er innløpskjøleren 105 forsynt med en strømningskanal 201 som haren indre diameter D. I samsvar med denne utførelsesformen er strømningskanalrøret 201 forsynt med bøyning-er, så som bøyningen til en spiralform eller bøyningen til en serpentinform, som har en bøyeradius som ikke er mindre en to ganger diameteren D. Fortrinnsvis er bøyeradiusen større enn tre ganger diameteren D. Dette trekket gjør pigge-operasjoner (eng: pigging operations) mer gjennomførbare (PIG - pipeline inspection gauge). Dette trekket kan også eksistere for grensesnittet mellom innløpskjøleren 105 og oppstrøms- og nedstrømskomponentene, så som strøm-ningsrøret og røret mellom innløpskjøleren 105 og separatoren 107 (Fig. 1).

En fordel ved havbunns kompresjonssammenstillingen 100 som har en innløpskjøler 105 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er at strømningskanalrøret 201 kan lages av standard strømningsrørstykker. Ettersom strømningskanalrøret 201 fremviser dimensjoner i den samme størrelsesordenen som strømningsrøret oppstrøms for innløpskjøleren 105, typisk diametre i området 8" til 24", kan innløpskjøleren bli laget av verksteder eller verft som lager strømningsrøret. Det er egnet for mange offshoreverft som er spesialister i sveising, inspeksjon og test av rør på slike dimensjoner. Materialet til strømningskanalrøret 201, som faktisk er en strømningsrørdel som i noen utførelsesformer er kveilet opp på et redusert areal, kan være det samme som for oppstrøms strømningsledningen, typisk karbonstål. Korrosjons-beskyttelse mot sjøvannet som blir eksponert på ytre flater kan anordnes på kjent måte ved hjelp av offeranoder og med overflatebelegg. Kjøleren kan også lages i rustfritt stål, for eksempel 6Mo, duplex eller super-duplex med eller uten overflatebelegning.

Mens trykket inne i strømningsrøret og det tilknyttete strømningskanalrøret 201 kan være betydelig, for eksempel 200 bar eller mer, er det nødvendige trykket i ringrommet 209 heller lavt, typisk mindre enn 10 bar over sjøvannstrykket. Det behøver kun å være tilstrekkelig til å bevege det pumpete sjøvannet gjennom ringrommet 209, fra ringromsinnløpet 211 til ringromsutløpet 213. En eventuell lekkasje gjennom kapperøret 207 ville selvfølgelig ikke være en miljømessig bekymring. Videre, kun en betydelig lekkasje ville redusere kjøleevnen til inn-løpskjøleren i betydelig grad. Følgelig, material- og sammenstilling av kappe-røret 207 kan velges tilsvarende. Man kan for eksempel benytte et polymer-materiale. På den annen side, dersom man ønsker å oppnå en kjøleeffekt på sjøvannet inne i ringrommet fra det omgivende sjøvannet utenfor kapperøret 027, bør man velge et varmeledende materiale, så som metall.

Materialet til kapperøret kan også velges av et metall eller legering som fungerer som offeranoder for kjølerrøret (strømningskanalrøret) eller offeranoder kan festes til den indre siden av kapperøret.

I én utførelsesform er den indre diameteren til strømningskanalrøret 201 redusert langs strømningsbanen til det hydrokarbonholdige fluidet. Dette er for å sikre et turbulent strømningsregime inne i strømningskanalrøret 201 som er fordelaktig for å oppnå høy varmeoverføring fra brønnstrømmen til den indre rørveggen. Et turbulent strømningsregime, for eksempel tåkestrømning (eng: mist flow), vil også sikre en jevn distribusjon av inhibitoren og bidra til å hindre hydratdannelse inne i strømningskanalrøret 201. Ytterligere fordeler er at den turbulente strømningen også motvirker deponeringer, for eksempel voks og partikler, og begroing og avskalling.

I én utførelsesform kan pumpen 215 til innløpskjøleren 105 være automatisk styrt på grunnlag av målte utløpstemperaturer til det hydrokarbonholdige fluidet som strømmer ut fra innløpskjøleren 105.

Illustrasjon av utførelsesform

I det følgende blir en utførelsesform beskrevet med realistiske parametre for en innløpskjøler 105 som er egnet for anvendelse med havbunns kompressorsammenstillingen 100 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Tabell 1 nedenfor beskriver de eksisterende parametrene så vel som de ønskete utgangsparametrene til innløpskjøleren 105 til dette eksemplet på utførelsesform.

Oppgaven er å kjøle gass fra 90 °C ned til 20 °C. Gasstrømningen er 2700000 Sm<3>/dag, som ved innløpsforholdene (90 °C og 21 bar) resulterer i en faktisk innløpsstrømning på 6242 m<3>/h. Den resulterende totale varmeoverførings-koeffisienten (OHTC) er 741 W/m<2>og beregnet kjølerareal er 363 m<3>uten noen overflatebelegning. I denne beregningen er det ikke tatt hensyn til at brønn-strømmen fra et gassfelt vanligvis omfatter en liten fraksjon væsker, la oss si 0,1 til 3 vekt-%. Beregningen er imidlertid fortsatt nøyaktig nok til å gi et representativt bilde av kjølerprestasjonen. Nødvendig kjølerareal er 363 m<2.>

Til sammenligning, OHTC for en passiv kjøler er 262 W/m<2>K og nødvendig kjølerareal er 1027 m<2>.

I dette utførelseseksemplet er en serpentinform (se Fig. 5 beskrevet ovenfor) valgt for innløpskjøleren 105. Tabell 2 nedenfor viser de resulterende dimensjonene som er karakteristisk for kjøleren 105. Den resulterende innløps-kjøleren 105 er forholdsvis kompakt i forhold til sin yteevne.

Den resulterende innløpskjøleren 105 i denne eksempelutførelsesformen vil ha 14 lag med serpentinformer, stablet vertikalt oppå hverandre. Det nødvendige arealet for kjøleren er 4,9 x 2,8 meter og dens høyde er 7,8 meter.

Alternativ utførelsesform

I en ikke vist utførelsesform av det andre aspektet ved oppfinnelsen blir det hydrokarbonholdige fluidet ført i et ringrom mellom et indre rør og veggene til strømningskanalrøret 201'. Det vil si, sammenlignet med utførelsesformen beskrevet med henvisning til Fig. 2, har det pumpete sjøvannet og det hydrokarbonholdige fluidet byttet plass. Med en slik utførelsesform må det største røret, det vil si strømningskanalrøret 201', være dimensjonert til trykkene inne i det hydrokarbonholdige fluidet. Strømningskanalrøret 201' må også være stort nok til å inneholde det sjøvannbærende indre røret 207'. Videre, det indre røret 207 behøver å utgjøre en trykkbarriere mellom det hydrokarbonholdige fluidet og trykket til det kjølende sjøvannet i det indre røret 207'.

På den annen side, man vil oppnå kjøling av det hydrokarbonholdige fluidet fra begge radielle sider av ringrommet.

Claims

1. Havbunns kompresjonssammenstilling (100) innrettet til å komprimere et fluid som strømmer gjennom sammenstillingen, der nevnte fluid er et inhibert hydrokarbonholdig fluid produsert fra en havbunns hydrokarbonbrønn, hvorved havbunns kompresjonssammenstillingen (100) omfatter en kompressor (115) og en konvek-sjonskjøler (105) som er innrettet til å kjøle fluidet oppstrøms for kompressoren,karakterisert vedat - konveksjonskjøleren (105) er en ettløpskanal-kjøler, innrettet til å kjøle fluidet inne i ettløpskanalen ved hjelp av varmekonveksjon fra fluidet til omgivende sjøvann gjennom veggene til et strømningskanalrør (201) inne i hvilket ettløps-kanalen er anordnet; og - at konveksjonskjøleren (105) videre omfatter et kapperør (207) som er anordnet rundt strømningskanalrøret (201), og en pumpe (215) som er innrettet til å pumpe sjøvann gjennom et ringrom (209) mellom strømningskanalrøret (201) og kapperøret (207) fra et ringromsinnløp (211) til et ringromsutløp (213), langs den aksiale utstrekningen til strømningskanalrøret (201).

2. Havbunns kompresjonssammenstilling i samsvar med patentkrav 1,karakterisertved at konveksjonskjøleren (105) opptar et horisontalt areal, hvorved strømnings-kanalrøret (201) til konveksjonskjøleren (105) er anordnet med bøyninger på en slik måte at strømningsbanen gjennom strømningskanalrøret (201) til konveksjons-kjøleren er i det minste fem ganger den største avstanden målt på tvers av nevnte horisontale areal.

3. Havbunns kompresjonssammenstilling i samsvar med et av de foregående patentkravene,karakterisert vedat strømningskanalrøret til konveksjonskjøleren omfatter en del formet til en spiralform.

4. Havbunns kompresjonssammenstilling i samsvar med et av de foregående patentkravene,karakterisert vedat strømningskanalrøret til konveksjonskjøleren omfatter en del formet til en serpentinform.

5. Havbunns kompresjonssammenstilling i samsvar med et av de foregående patentkravene,karakterisert vedat strømningskanalrøret til konveksjonskjøleren omfatter en del formet til en fjærform.

6. Havbunns kompresjonssammenstilling i samsvar med et av patentkravene 3 og 4,karakterisert vedat strømningskanalrøret fremviser et flertall deler formet til spiralformen eller serpentinformen, hvorved hver av formene strekker seg hovedsakelig i ett respektivt plan og hvorved planene er anordnet i en stabelformasjon på en slik måte at nevnte respektive plan er parallelle med hverandre.

7. Havbunns kompresjonssammenstilling i samsvar med et av de foregående patentkravene,karakterisert vedat den gjennomsnittlige indre diameteren til strømningskanalrøret (201) er innenfor et område på 80 til 110 % av den gjennomsnittlige indre diameteren til et strømningsrør som fører fluidet fra en fjern lokasjon, så som en havbunnsbrønn, til havbunns kompresjonssammenstillingen.

8. Havbunns kompresjonssammenstilling i samsvar med et av de foregående patentkravene,karakterisert vedat - konveksjonskjøleren (105) omfatter et kjølerstrømningsinnløp (203) oppstrøms for et kjølerstrømningsutløp (205), mellom hvilke ringrommet (209) er anordnet; - at fra en posisjon i et strømningsrør oppstrøms for kjølerstrømningsinnløpet (203), hvilket strømningsrør er koblet til kjølerstrømningsinnløpet (203), til posisjonen til kjølerstrømningsutløpet (205), fremviser strømningsbanen til det hydrokarbonholdige fluidet en minste kurveradius som er større enn det dobbelte av den indre diameteren til strømningsrøret ved posisjonen til kjøler-strømningsinnløpet (203).

9. Havbunns kompresjonssammenstilling (100) innrettet til å komprimere et fluid som strømmer gjennom sammenstillingen, der nevnte fluid er et inhibert hydrokarbonholdig fluid produsert fra en havbunns hydrokarbonbrønn, hvorved havbunns-kompresjonssammenstillingen (100) omfatter en kompressor (115) og en konvek-sjonskjøler (105) som er innrettet til å kjøle fluidet oppstrøms for kompressoren,karakterisert vedat - konveksjonskjøleren (105) er en ettløpskanal-kjøler, innrettet til å kjøle fluidet inne i ettløpskanalen ved hjelp av varmekonveksjon fra fluidet til omgivende sjøvannet; og - at konveksjonskjøleren (105) videre omfatter et indre rør (207) som er anordnet inne i et strømningskanalrør (201), og en pumpe (215) som er innrettet til å pumpe sjøvann gjennom det indre røret (207), slik at fluidet blir ført i et ringrom (209) mellom det indre røret (207) og strømningskanalrøret (201) fra et ringromsinnløp (211) til et ringromsutløp (213), langs den aksiale utstrekningen til strømningskanalrøret (201).