NO163424B - Integrert system for omforming av stroemningsmoenster. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et integrert system for omforming av strømningsmønster, f.eks. to-fase strømning i stigerør for olje og gass på en offshore plattform hvor oljen og gassen transporteres i en rørledning langs sjøbunnen og føres videre gjennom stigerøret til plattformen.

Ved feltutbygging offshore er det ønskelig å transportere

olje eller kondensat og gass i en felles (to-fase) rørled-

ning. Rørledningen vil være koblet til et stigerør som fører oljen og gassen opp på en plattform. Ved to-fase strøm kan ustabil strømning (væskeplugger) oppstå både i rørledningen og i stigerøret. Sannsynligheten for ustabil strømning er stor, og følgelig må prosessutstyret på plattformen konstrueres slik at det vil kunne motta væskeplugger.

To-fase strømningsmønster ved transport av hydrokarboner i horisontale rør danner ulike strømningsmønster, avhengig av hastighet, rørdiameter, temperatur og oljetype. Grovt sett kan strømningsmønsterne deles inn i følgende kategorier: Lag-

delt, boble, plugg og annulær strømning.

To-fase strømning i vertikale rør kan også grupperes i strøm-ningsmønster. Prosessteknisk skaper pluggstrøm som nevnt for-

an størst problemer. Ved pluggstrøm oppstår to typer væske-

plugger, nemlig normale væskeplugger og ekstreme væskeplug-

ger .

Ekstreme væskeplugger er geometrisk betingete og dannes bare

i stigerør når olje- og gasshastigheten er så lav at det horisontale strømningsmønsteret er lagdelt. Normale væskeplugger er derimot hydrodynamiske og kan dannes både i horisontale og vertikale rør.

For å hindre at væskeplugger føres direkte inn i prosess-anlegg, f.eks. et mottaksanlegg på en offshore plattform, er det tidligere utviklet separatorer som har som oppgave å skille innstrømmende væske og gass. Bl.a. er det tidligere kjent rørseparatorer hvor gass og væske skilles ved å bli ledet inn i parallelle rørgrener via T-forgreninger. Slike rørseparatorer er imidlertid plasskrevende og kostbare å bygge.

Det er også kjent separatorer basert på store tanksepara-torer, hvor tankkapasiteten er dimensjonert for å kunne oppta et maksimalt væskevolum. En slik separator krever mindre plass enn den førstnevnte typen, men stiller større krav til regulering av væskenivået.

Videre er det fra NO patentsøknad nr. 853656 kjent en anord-ning for oppsamling av væskeplugger for offshore olje- og gassutvinning som delvis baserer seg på en separator anordnet på plattformen og delvis på en separator anordnet på havbun-nen. Anordningen består av et sekundært stigerør som er ført fra et forgreningssted ved begynnelsen av en rørsløyfe for hovedtilførselsledningen for gass og olje, og til en separa-tortank på plattformen gjennom en strupeinnretning. Anordningen virker på den måten at når en væskeplugg passerer forbi forgreningen på hovedledningen vil væske stige opp i det sekundære stigerøret. Ved dette skapes et høydepotensial som motvirker videre inntrengning av væske i det sekundære stige-røret. Og etter at væskepluggen har passert forgreningen vil væskevolumet som har trengt inn i det sekundære stigerøret tømmes delvis ved at det renner tilbake til hovedledningen, delvis ved at det presses igjennom en regulerbar strupeventil som forbinder det sekundære stigerøret med separatortanken.

En vesentlig ulempe med denne sistnevnte separator består i at den bare er anvendelig for forannevnte type normale væskeplugger, d.v.s. væskeplugger som blir dannet i hovedrørled-ningen. Dersom anordningen også skulle være konstruert for å fange opp væskeplugger som dannes i stigerøret, såkalt ekst-rem væskeplugg, måtte separatortanken på plattformen bygges etter forannevnte prinsipp for maksimalt vaeskevolum, og i så fall ville det sekundære stigerøret være overflødig.

Et felles trekk for de forannevnte tre typer væskefangere er at de alle tre benytter seg av en eller annen type separator anordnet på plattformen. Herunder er det et problem at det

totale volum for væskefangerne må være større enn den antatt største størrelse på væskepluggene og vil berøve viktig plass og vektkapasitet på plattformen.

Med foreliggende oppfinnelse tas det derimot sikte på å frem-skaffe et system for omforming av strømningsmønster hvor all separasjon av gass og væske skjer utenfor plattformen, d.v.s. i rørsystemet som forbinder olje-/gassrørledningen på havbun-nen med mottaksanlegget på plattformen.

Systemet er spesielt konstruert for ta hånd om ekstreme væskeplugger som særlig oppstår ved lave væske- og gass-hastigheter, f.eks. ved oppstart og redusert produksjon. Det er ellers en fordel med systemet i henhold til oppfinnelsen at det, selv om det er installert utenfor plattformen, ikke har bevegelige deler under vann, er enkelt og rimelig å bygge, er driftssikkert og er enkelt å vedlikeholde. Oppfinnelsen er karakterisert ved de trekk som fremgår av det vedheftede krav 1. Kravene 2-7 angir fordelaktige utførelser av oppfinnelsen.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av eksempel

og under henvisning til tegningsfigurene hvor:

Fig.l ,viser en prinsippskisse av en plattform hvor en del

av gassrøret som inngår i oppfinnelsen er inntegnet,

og

Fig.2 viser et flytdiagram av oppfinnelsen.

Figur 1 viser en offshore plattform 10 for mottak av olje og gass. En rørledning 1 transporterer oljen og gassen fra en avsidesliggende, ikke vist plattform eller brønngruppe via et stigerør 2 til et mottaksanlegg på plattformen. Rørledningen er i^en avstand X fra stigrøret forsynt med en forgrening i form av et T-stykke 5 som er koblet til et separat gass-

stigerør 3.

Som nærmere vist i fig. 2 er gass-stigerøret forbundet med en gass-skrubber 6 som er anordnet på plattformen. Gass-skrub-

beren er på sin side forsynt med to avtapningsrør, en for gass (i gassform) 11 og en for kondensert gass 9.

En ventil 14 på avtapningsrøret 9 som kan være styrt av en nivåbryter (ikke vist), sørger for væskenivå i skrubberen 6. Rørledningen for kondensert gass 9 og stigerøret 2 er begge

koblet til en oppsamlingstank 4 for olje og kondensert gass

som også er anordnet på plattformen. Oppsamlingstanken er

videre forsynt med et avtapningsrør 12 for olje og et utløpsrør 13 for eventuell gass som har kommet inn i tanken sammen med eller er avdampet fra oljen.

I rørledningen 1 mellom T-stykket og stigerøret er det anord-

net fem kapasitansmålere K^-Kj. som er innrettet til å

detektere olje-/gassovergangen i rørledningen. Kapasitans-

måleren er elektrisk forbundet med og avgir signal til en styreinnretning tikke vist) som styrer en strupeventil 7 på gass-stigerøret 3.

Prinsippet for virkemåten for oppfinnelsen består i at olje

og gass som transporteres i rørledningen 1 blir separert i T-stykket 5, der gassen ledes opp gjennom gass-stigerøret 3,

mens oljen ledes videre i rørledningen 1 og opp gjennom stigerøret 2. Rørledningen 1 mellom T-stykket og stigerøret 2

har en svak helning slik at det dannes en væskelås i stige-

røret. Reguleringsventilen 7 regulerer gasstrykket i rørled-

ningen, og dermed løftestykket for væskesøylen i rørledningen 1 og stigerøret 2, på basis av målesignal fra kapasitans-

målerne K i rørledningen. Således vil reguleringsventilen åpne for øket gasstransport i gassrøret når overgangen mellom væske og gass befinner seg nærmere stigerøret (ved K^) og stenge for lavere gasstransport i gassrøret når overgangen befinner seg nærmere T-stykket (ved K^). Herved oppnås at stigerøret for olje er fylt 100 % med olje til enhver tid, og at olje-/gassovergangen alltid befinner seg i rørledningen mellom T-stykket og stigerrøret.

I det foranstående er angitt at rørledningen er forsynt med

fem kapasitansmålere K. Hvor nøyaktig olje-/gassovergangen overvåkes er imidlertid avhengig av antallet kapasitansmålere og avstanden mellom disse. Innenfor oppfinnelsens ramme kan det således være aktuelt å anordne flere enn fem kapasitansmålere. Det kan også være aktuelt å benytte andre detektorer enn kapasitansmålere, f.eks. trykkdetektorer anordnet i hen-holdsvis skrubberen, oppsamlingstanken og rørledningen, og hvor en ved hjelp av en regneenhet, på basis av differanse i trykk, kan bestemme olje-/gassovergangen i rørledningen.

For å oppnå optimal separasjon av olje og gass kan for øvrig rørene som inngår i systemet ha forskjellige diametre og ha optimalt tilpassede lengder. Dette siste er viktig for å sikre at systemet kan ta hånd om de antatt største væskeplugger. Eksempelvis-har det vist seg ved forsøk at avstanden X mellom T-stykket og stigerøret bør være minst to ganger høy-den på stigerøret.

Selv om det i det ovenstående er angitt at rørene som inngår i systemet kan ha forskjellige diametre, anses det å være en fordel for å kunne skrape rørledningen 1 innvendig, at rør-ledningen 1 og stigerøret 2 har samme diameter innvendig, uten restriksjoner i form av ventiler eller innvendig måleut-styr .

Et annet moment som kan være viktig er helningen på røret mellom T-stykket og stigerøret. Denne har fordelaktig vist seg å kunne være ca. 2°. Det er dessuten mulig at forgreningen i T-stykket kan ha en vinkel som er forskjellig fra 90° slik det er vist i tegningene, for å oppnå en mest mulig optimal separasjon av olje-/gasstrømmen i rørledningen.

Claims (6)

1. Integrert system for omforming av strømningsmønster, for eksempel to-fase strømning i stigerør (2) for olje og gass på en plattform hvor oljen og gassen transporteres i en rørledning (1) langs sjøbunnen og føres videre gjennom stigerøret (2) til plattformen, karakterisert ved at stigerøret er forbundet med en oppsamlingstank (4) på plattformen og at rørledningen (1) i en bestemt avstand (X) fra stigerøret er forsynt med en forgrening i form av et T-stykke (5) hvortil er koblet et separat gass-stigerør (3) som er forbundet med en gass-skrubber (6) på plattformen og at fasegrensen mellom væskefase og gassfase holdes stasjonær i rørledningen ved hjelp av en reguleringsventil (7) i gass-stige-røret (3) som styres av en styreinnretning på basis av et målesystem (8) for fasegrensebestemmelse.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at målesystemet (8) utgjøres av en eller flere kapasi-tans-målere (kl-k5) for deteksjon av olje-/gassovergangen i rørledningen mellom stigerøret (2) og T-stykket (5).

3. System ifølge krav 1, karakterisert ved at målesystemet (8) utgjøres av trykkdetektorer anordnet i rørledningen (1), skrubberen (6) og oppsamlingstanken (4), og at en regneenhet, på basis av differanse i trykk kan bestemme olje-/gassovergangen i rørled-ningen .

4. System ifølge kravene 1 og 2 karakterisert ved at T-stykkets avstand (X) fra stigerøret er minst to ganger høyden på stigerøret.

5. System ifølge de foregående krav 1-3 karakterisert ved at rørledningen (1) mellom T-stykket (5) og stigerøret er anordnet svakt hellende.

6. System ifølge krav 5, karakterisert ved at helningsvinkelen er ca. 2°.