NO873676L - Fremgangsmaate ved og anlegg for transport av hydrokarboner fra hydrokarbonreservoar med lavt trykk. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for transport av hydrokarboner fra et første sted ved et hydrokarbonreservoar og til et andre sted, når trykket i hydrokarbonreservoaret alene ikke er tilstrekkelig høyt til å drive hydrokarbonene frem til det annet sted.

Oppfinnelsen vedrører også et anlegg for transport av hydrokarboner fra et første sted ved et hydrokarbonreservoar og til et andre sted, når trykket i hydrokarbonreservoaret alene ikke er tilstrekkelig høyt til å drive hydrokarbonene frem til det annet sted.

Oppfinnelsen vedrører således en fremgangsmåte som har til hensikt å muliggjøre transport av hydrokarbonvæske (olje) og hydrokarbongass (gass) gjennom en og samme rørledning over lengre avstander i forbindelse med olje- og gassproduksjon. Oppfinnelsen er særlig aktuell ved olje- og gassproduksjon til havs.

Olje- og gassproduksjon til havs foregår i dag vanligvis som følger: Produksjonsbrønner bores fra en plattform ned i hydrokarbonreservoaret. Plattformen er plassert over bølgehøyde på et understell som står på havbunnen eller som flyter på havoverflaten. Brønnhodeventilene, som stenger for reservoartrykket, er plassert på plattformen vanligvis rett over produksj onsbrønnene.

Oljen, som finnes under høyt trykk i hydrokarbonreservoaret, inneholder store mengder oppløst gass. Oljens evne til å holde på den oppløste gass avtar med synkende trykk og stigende temperatur. Når oljen strømmer opp gjennom produk-sjonsbrønnen fra reservoaret og forbi brønnhodeventilen på plattformen, hvorved trykket synker, avgis det således gass fra oljen. Det vil derfor være en blanding av olje og gass som kommer ut på oppsiden av brønnhodeventilen.

Denne blandingen av olje og gass føres til et prosessanlegg som vanligvis står på plattformen. Prosessanleggets funksjon er i hovedsaken å skille olje og gass og gjøre oljen egnet til transport og gassen egnet til transport eller tilbake-føring til reservoaret.

Etterhvert som hydrokarbonene tappes ut av reservoaret vil trykket der synke. Etter en tid vil trykket ikke lenger være tilstrekkelig til å drive hydrokarbonene fra reservoaret opp gjennom produksjonsrøret, forbi brønnhodeventilen og i gjennom rørledningen til prosessanlegget.

Det finnes tre prinsippielt forskjellige metoder for å løse dette problem. Den ene går ut på å opprettholde trykket ved å injisere sjøvann eller hydrokarbongass i reservoaret. Den andre går ut på å redusere det mottrykket reservoartrykket må overvinne ved å blande gass inn i det vertikale produksjons-røret og derved redusere vekten av væskekolonnen slik at det statiske mottrykket reduseres (mammutpumpeprinsippet). Det tredje prinsippet går ut på å installere en pumpe nede i produksjonsrøret som gir hydrokarbonene et trykk i tillegg til reservoartrykket. Slike pumper er vanligvis elektrisk drevne sentrifugalpumper med motor og pumpe sammenkoplet neddykket i produksjonsrøret eller elektrisk drevne stempel-pumper med motor tørroppstilt og mekanisk kraftoverføring til stempelpumpen ned i produksjonsrøret.

Avhengig av trykkforholdene i reservoaret vil prosessanlegget også omfatte også nødvendige installasjoner for å kompensere for trykkfallet i reservoaret.

Ettersom alle prosessene krever energi og ettersom hydrokarboner er brannfarlige må det bygges en rekke hjelpefunksjoner og nødsystemer rundt prosessanlegget. Dessuten krever operasjon av prosess-, hjelpe- og nødsystemene mannskaper som på sin side krever innkvartering og en rekke andre funk- sjoner. På denne måten blir anleggene store og kostbare både 1 investeringer og i drift. Til havs og særlig på større havdyp forsterkes kostnadsproblemet når plattformen med anlegget skal stå på et kostbart, bunnfast eller flytende understell. Det ville være en stor fordel om prosessanlegget kunne plasseres på et lettere tilgjengelig sted langt vekk fra det utilgjengelige reservoaret.

Store utviklingsprosjekter er for tiden i gang med det sikte-mål å redusere kostnadene. For olje/gassproduksjons til havs er det blant annet utviklet teknologi som gjør det mulig å plassere brønnhodeventilene på havbunnen - såkalte undervannsproduksjonsanlegg. Dette har stor økonomisk betydning fordi antall plattformer som er nødvendig for å drenere et hydrokarbonreservoar til havs kan reduseres. Et undervannsproduksjonsanlegg plasseres over et område av hydrokarbonreservoaret som ikke kan nås med produksjonsbrønner fra plattformen.

Produksjonsbrønnene i et undervannsproduksjonsanlegg bores fra flytende eller oppjekkbare borefartøyer. Olje og gass fra hydrokarbonreservoaret strømmer opp og forbi brønnhodeven-tilene på havbunnen og går deretter som tofase strøm (olje og gass i blanding) i en rørledning som forbinder undervannsproduksjonsanlegget med plattformen. Slik tofase strømning medfører dannelse av væskeplugger som gir kraftige væskeslag, ukontrollerte strømningsforhold og stort trykkfall i rørled-ningen. Avstanden mellom undervannsproduksjonsanlegget og plattformen kan derfor ikke være stor. En praktisk grense antas i dag å være ca. 15 km.

Tekniske løsninger som kan øke denne avstanden vil ha stort økonomisk potensiale. I sin ytterste konsekvens kan da plattformen gjøres overflødig, idet brønnhodeventilene kan stå på havbunnen ved hydrokarbonreservoaret og prosess-, hjelpe- og nødsystemene legges på land.

Det arbeides for tiden med store utviklingsprosjekter for å løse problemet med transport av olje/gassblanding over store avstander. Enkelte av disse prosjektene tar sikte på å tilføre olje/gassblandingen trykk ved å plassere tofasepumper på havbunnen for å kompensere for det store trykkfallet. Andre prosjekter tar sikte på å separere olje og gass på havbunnen og så pumpe olje og gass i hver sin rørledning til et prosessanlegg. •

Disse løsninger medfører betydelige tekniske problemer fordi store mengder avansert teknisk utstyr må plasseres på havbunnen.

Redusert pålitelighet og sikkerhet kan ikke aksepteres.

Hensikten med oppfinnelsen er nettopp å kunne muliggjøre transport av olje og gass i en og samme rørledning over store avstander. Mer spesielt er det et formål med oppfinnelsen å kunne frakte olje/gassblandingen fra et undervannsproduksjonsanlegg til et prosessanlegg på land uten at olje/gass-blandingen først må føres opp på en plattform.

Det må imidlertid understrekes at oppfinnelsen ikke bare gjelder olje/gassproduksjons til havs, men olje/gassproduksjon fra et hvert hydrokarbonreservoar på utilgjengelig sted, (ørken, jungel, arktis, etc).

For å beskrive oppfinnelsen er det nødvendig å referere til norsk patentsøknad nr. 872666 som beskriver en fremgangsmåte og et anlegg for transport av hydrokarboner over lange avstander basert på absorbsjonsprinsippet. Norsk patentsøknad nr. 872666 baserer seg på oljens varierende evne til å absorbere gass avhengig av trykk og temperatur. Ideen er å føre olje, som er behandlet slik at den er gassfattig, og derfor har evne til å absorbere gass, til et undervannsproduksjonsanlegg i en rørledning og deretter blande denne gassfattige oljen i et absorbsjonskammer med olje og gass som kommer fra reservoaret via undervannsproduksjonsanl egget. Den gassfattige oljen vil da absorbere gass. Den gassfattige oljen opptrer som et absorbsjonsmedium som absorberer gass. Gassfattig olje føres til absorbsjonskammeret med et trykk som er avstemt etter det trykket som er på oppsiden av brønnhodeventilen. Mengden gassfattig olje som føres til undervannsproduksjonsanlegget avstemmes mot behovet for å absorbere gass. Denne absorbsjonsteknikk er utnyttet i oppfinnelsen som imidlertid i tillegg adresserer det problem som oppstår når trykket i reservoaret synker og ikke lenger er tilstrekkelig til å drive hydrokarboner frem til bestemmelsesstedet .

Oppfinnelsen går i korthet ut på å benytte absorbsjonsvæske under høyt trykk for overføring av energi til en hydraulisk motor som driver en pumpe ved reservoaret, eventuelt nede i produksjonsrøret. Pumpen gir da hydrokarbonene fra reservoaret det nødvendige trykk i tillegg til reservoartrykket. Deretter blandes absorbsjonsvæsken med hydrokarbonvæske - som inneholder assosiert gass - i et absorbsjonskammer. Mengde og trykkforholdene innstilles slik at trykket er tilstrekkelig til å bringe hydrokarbonene til bestemmelsesstedet og blandingsforholdet mellom absorbsjonsvæske og hydrokarbonene med den assosierte gassen fra reservoaret er slik at assosiert gass ikke frigjøres før blandingen er nådd frem til bestemmelsesstedet, slik at tofasestrømning unngås i rørled-ningen .

Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor en fremgangsmåte ved transport av hydrokarboner fra et første sted ved et hydrokarbonfelt og til et andre sted, idet fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det ved det første sted tilveiebringes en absorbsjonsvæske under høyt trykk, at absorbsjonsvæsken trykkavlastes over en hydraulisk motor ved det første sted, at den trykkavlastede absorbsjonsvæske deretter ledes til et absorbsjonskammer, at hydrokarbonvæske og assosiert gass fra hydrokarbonreservoaret ledes gjennom en pumpe som drives av den hydrauliske motor, at hydrokarbonvaesken og den assosierte gass ledes til absorbsjonskammeret og blandes med den trykkavlastede absorbsjonsvæske slik at assosiert gass absorberes i absorbsjonsvæsken, og ved at hydrokarbonvæske/ absorbsjonsvæske-blandingen med den absorberte hydrokarbongassen føres i rørledning fra det første sted ved hydrokarbonreservoaret og til det andre sted.

Den nye fremgangsmåte kan realiseres med den hydrauliske motor og pumpen plassert nede i hydrokarbonbrønnen eller med den hydrauliske motor og pumpen plassert etter brønnhodeven-tilen, på havbunnen, på en plattform over havoverflaten eller på jordoverflaten. Den hydrauliske motor kan være av ulik art, eksempelvis en turbin, en stempelmotor eller en ejektor. Når pumpen er plassert nede i brønnen kan på fordelaktig måte produksjonsrøret utnyttes som absorbsjonskammer.

Oppfinnelsen vedrører også et anlegg for transport av hydrokarboner fra et første sted ved et hydrokarbonfelt og til et andre sted, og ifølge oppfinnelsen er anlegget kjennetegnet ved at det innbefatter en trykkgiver for en absorbsjonsvæske, en hydraulisk motor for avlasting av den trykksatte absorbsjonsvæske, en rørledning fra trykkgiveren og til den hydrauliske motor, en pumpe som drives av den hydrauliske motor, hvilken pumpe har fluidumforbindelse med hydrokarbonreservoaret, et absorbsjonskammer, en fluidumforbindelse fra den hydrauliske motor og til absorbsjonskammeret, et fluidumforbindelse fra pumpen og til absorbsjonskammeret og en rørledning fra absorbsjonskammeret for transport av fluidum fra absorbsjonskammeret.

Absorbsjonsvæsken kan fordelaktig være gassfattig hydrokarbonvæske. Denne kan fremskaffes f.eks. fra et prosessanlegg som prosesserer hydrokarbonvæske fra et annet hydrokarbonreservoar eller den kan fremskaffes fra et prosessanlegg som prosesserer blandingen med absorbsjonsvæske og hydrokar-bonsvæske med assosiert gass fra hydrokarbonreservoaret. I dette siste tilfelle vil da absorbsjonsvæsken sirkulere i en ringledning fra hydrokarbonreservoaret til prosessanlegget som står på et lett tilgjengelig sted og tilbake igjen.

En særlig enkel konstruksjon oppnås dersom den hydrauliske motor og pumpen dannes av en ejektorpumpe nede i produk-sjonsrøret i hydrokarbonbrønnen. Da unngås bevegelige deler nede i produksjonsrøret.

Når ejektoren (hydraulisk motor og pumpe) er plassert nede i hydrokarbonbrønnen kan på fordelaktig måte produksjonsrøret danne absorbsjonskammeret.

Anlegget kan fordelaktig ha en ventilforsynt omløps-rørled-ning mellom rørledningen fra trykkgiveren og rørledningen fra absorbsjonskammeret. Gjennom denne omløps-rørledning kan med omløpsventilen i åpen stilling en rørskrape sendes gjennom rørledningene.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningene hvor,

Fig. 1 rent skjematisk viser et anlegg ifølge oppfinnelsen, med ejektorpumpe nede i brønnen,

fig. 2 viser en modifisert utførelse av anlegg til fig.

1,

fig. 3 viser nok en mulig anleggsutførelse og fig. 4 viser et forstørret snitt gjennom ejektorpumpen

i anlegget i fig. 1.

I figur 1 er det vist en produksjonsbrønn 1 for hydrokarboner. I brønnen er det på vanlig måte satt inn et produk-sjonsrør 2 som nede ved den produserende formasjon 3 er avtettet mot brønnveggen (foringen) ved hjelp av en pakning 4.

I produksjonsrøret 2, i et nivå over pakningen 4, er det utformet en ejektorpumpe 5. Den er vist mer detaljert i figur 4.

Som vist i figur 4 er det i produksjonsrøret 2 anordnet et innsnevret gjennomløp 6. Under dette innsnevrede gjennomløp 6 i produksjonsrøret 2 er det anordnet et ejektorlegeme 7. Dette er så vist i venstre halvsnitt hult og står ved hjelp av hule navsteg 8 i forbindelse med ringrommet 9 mellom brønnveggen 10 og produksjonsrørets 2 yttervegg 11. Ejektor-legemet 7 er ved hjelp av egnede pakninger 12 avtettet mot innerveggen i produksjonsrøret 2.

E j ektorpumpen 5 virker på følgende måte. Når en væske, f.eks. absorbsjonsvæske sendes ned gjennom ringrommet 9, vil væsken nederst gå inn i de hule navsteg 8 og opp gjennom ejektor-legemet 7 og ut gjennom ejektorlegemets øvre åpning 13, som munner ved det innsnevrede parti 6 i produksjonsrøret 2. Væsken fra rommet under pakningen 4 vil gå opp rundt ejek-torlegemet 7 og opp gjennom produksjonsrøret 1 gjennom innsnevringen 6. I dette tilfellet representerer ejektor-legemet 7 en hydraulisk motor, mens det innsnevrede parti 6 representerer pumpen.

Under fortsatt henvisning til figur 1 innbefatter det der viste anlegg videre en trykkilde i form av en pumpe 14. Fra denne pumpen 14 går det en rørledning 15 til ringrommet 9. Fra toppen av produksjonsrøret 2, dvs. fra den der anbragte brønnhodeventil 16, går det en rørledning 17. Denne rørled-ning representerer en transportledning og går til et separatoranlegg 18, hvor væske og gass skilles. Fra separatoranlegget 18 kan absorbsjonsvæske eventuelt føres tilbake til pumpen 14.

Mellom rørledningene 15 og 17 er det anordnet en omløps-rørledning 19, med en omløpsventil 20.

Det i figur 1 viste anlegg virker på følgende måte. Ved hjelp av pumpen 14 sendes en absorbsjonsvæske, eksempelvis gassfattig hydrokarbonvæske, gjennom rørledningen 15 og ned i ringrommet 9. Derfra går den trykksatte væske inn i ejektorpumpen 5. Her trykkavlastes den trykksatte absorbsjonsvæske og river samtidig med seg hydrokarbonf luidum fra rommet under pakningen 4. Blandingen går videre opp gjennom produksjons-røret 2, som i dette tilfellet vil virke som et absorbsjonskammer, idet gass her vil opptas i absorbsjonsvæsken, samtidig som absorbsjonsvæsken og hydrokarbonvæsken fra reservoaret blander seg. Gjennom brønnhodeventilen 16 går væskestrømmen så videre gjennom transportledningen 17 og i dette tilfellet til separatoranlegget 18.

Omløpsledningen 19 kan benyttes for å sende en rørskrape gjennom rørledningene 15 og 17.

I figur 2 er det forutsatt samme anlegg som i figur 1, men nede i brønnen 1' er det i produksjonsrøret 2' antydet at man kan ha en konvensjonell hydraulisk motor 7' som er drivkoplet med en konvensjonell pumpe 6'. Forøvrig virker anlegget til figur 2 på samme måte som beskrevet foran i forbindelse med anlegget i figur 1.

I figur 3 er det vist et anlegg hvor den hydrauliske motor og pumpen er plassert etter brønnhodeventilen.

Fra en pumpe 21 går det en rørledning 22 til en hydraulisk motor 23. Denne hydrauliske motor er drivkoplet med en pumpe 24. Fra hydrokarbonreservoaret 25 går det en brønnrørstrøm gjennom brønnhodeventilen 26 og til pumpen 24. Fra pumpen 24 går det en rørledning 27 til et absorbsjonskammer 28. Fra den hydrauliske motor 23 går det også en rørledning 29 til absorbsjonskammeret 28. Fra absorbsjonskammeret 28 går det en transportrørledning 30 til et separatoranlegg 31. Også dette anlegg har en omløps-rørledning 32 med omløpsventil 33. Anlegget til figur 3 virker forøvrig på samme måte som anlegget til figur 1.

Man vil forstå at det første sted befinner seg ved reservoaret, mens det andre sted eksempelvis kan representeres av separatoranlegget.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte ved transport av hydrokarboner fra et første sted ved et hydrokarbonreservoar og til et andre sted, karakterisert ved at det ved det første sted tilveiebringes en absorbsjonsvæske under høyt trykk, at absorbsjonsvæsken trykkavlastes over en hydraulisk motor ved det første sted, at den trykkavlastede absorbsjonsvæsken deretter ledes til et absorbsjonskammer, at hydrokarbonvæske og assosiert gass fra hydrokarbonreservoaret ledes gjennom en pumpe som drives av den hydrauliske motor, at hydrokarbonvæsken og den assosierte gass ledes til absorbsjonskammeret og blandes med den trykkavlastede absorbsjonsvæsken slik at assosiert gass absorberes i absorbsjonsvæsken, og ved at hydrokarbonvæske/absorbsjonsvæske-blandingen med den absorberte hydrokarbongassen føres i rørledning fra det første sted ved hydrokarbonreservoaret og til det andre sted.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at korrosjonshindrende midler tilsettes absorbsjonsvæsken før den blandes med hydrokarbonvæske og assosiert gass fra reservoaret.

3. Anlegg for transport av hydrokarboner fra et første sted ved et hydrokarbonreservoar og til et andre sted, karakterisert ved at det innbefatter en trykkilde for en absorbsjonsvæske, en hydraulisk motor for avlasting av den trykksatte absorb-sj onsvæske, en rørledning fra trykkilden og til den hydrauliske motor, en pumpe som drives av den hydrauliske motor, hvilken pumpe har fluidumforbindelse med hydrokarbonreservoaret, et absorbsjonskammer, en fluidumforbindelse fra den hydrauliske motor og til absorbsjonskammeret, en fluidumforbindelse fra pumpen og til absorbsjonskammeret, og en rørledning fra absorbsjonskammeret for transport av fluidum fra absorbsjonskammeret.

4. Anlegg ifølge krav 2, karakterisert ved at rørledningen fra absorbsjonskammeret går til trykkilden via et separatoranlegg for væske/gass.

5. Anlegg ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at den hydrauliske motor og pumpen er plassert nede i hydrokarbonbrønnen.

6. Anlegg ifølge krav 4, karakterisert ved at den hydrauliske motoren og pumpen dannes av en ejektorpumpe.

7. Anlegg ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at brønnens produksjonsrør danner absorbsjonskammeret .

8. Anlegg ifølge krav 2-6, karakterisert ved en ventilforsynt omløps-rørledning mellom rørledningen fra trykkilden og rørledningen fra absorbsjonskammeret.