Separatortank for utseparering av olje og gass fra vann

Transkript

1 1 Separatortank for utseparering av olje og gass fra vann 2 3 Foreliggende oppfinnelse vedrører en separatortank for utseparering av olje og gass fra vann, og omfattende en hovedsakelig sylindrisk, vertikal tank med en separatortankenhet, der separatortankenheten har en øvre del og en nedre del, et innløp for fluid som strømmer tangentialt inn i separatortankenheten, en ringformet innervegg for å skille en virvelstrømning utenfor den ringformede innerveggen fra en strømning innenfor den ringformede innerveggen under drift av separatortanken, minst ett første utløp i den øvre delen av separatortankenheten og minst ett andre utløp i den nedre delen av separatortankenheten; hvor nevnte ringformede innervegg har en første åpning ved en øvre ende av nevnte ringformede innervegg som muliggjør kommunikasjon mellom den øvre delen og den nedre delen av separatortankenheten. En separatortank av denne typen er kjent fra WO 02/4196, hvor den ringformede innerveggen i den enkeltstående separatortankenheten er et sylindrisk legeme omgitt av en inntaksledeskovl. WO 07/ beskriver en separatortank, også av denne typen, hvor den ringformede innerveggen i den enkeltstående separatortankenheten er et kjegleformet legeme, og serie- eller parallellkobling av flere separatortanker er beskrevet. WO 07/04924 beskriver også en separatortank, hvor en sentral virvelbryter er innlemmet i den enkeltstående separatortankenheten, og serie- eller parallellkobling av flere separatortanker er beskrevet. Separatortankene anvendes for å fjerne små mengder olje fra en hovedstrøm av vann. Hovedstrømmen av vann er typisk fremkommet fra produksjon av råolje etter den innledende utsepareringen av olje fra fluidstrømmen som kommer fra brønnhodet. Den innledende utsepareringen kan skje i ett eller flere trinn, og vannstrømmen som separeres ut fra oljen vil inneholde små mengder av olje og gass, for eksempel 0 mg olje per liter vann (0 ppm olje) eller enda mindre olje, for eksempel 0 mg olje per liter vann (0 ppm olje). Selv om disse oljemengdene kan synes små, er det av miljøgrunner en fordel om de kan reduseres ytterligere før vannet føres ut til en passende mottaker, så som havet, eller inn i et reservoar. I tillegg til å rense vannet vannet før det føres ut, gir separatortankene den klare fordelen at den gjenvunnede oljen kan nyttiggjøres. I denne henseende kan en nokså høy rensingsgrad være fordelaktig, også i tilfeller hvor vannet skal pumpes tilbake inn i formasjonen på oljefeltet. For å oppnå det ønskede lave nivået av olje og gass i vannet som føres ut er det nødvendig å behandle vannet i to eller flere påfølgende rensetrinn, og for dette er

2 2 2 3 flere separatortanker påkrevet. De utseparerte volumene av vann i forhold til volumene av produsert olje øker etter hvert som oljefeltet eldes, og samtidig avtar oljeproduksjonens verdi som følge av de mindre mengdene. Et formål med foreliggende oppfinnelse er å forenkle utstyret som anvendes for rensing av vann fra oljeproduksjonen, og spesielt å øke effektiviteten ved installasjon av separatortanken som anvendes for å rense vannet. Med dette for øyet er den innledningsvis angitte separatortanken kjennetegnet, ifølge foreliggende oppfinnelse, ved at separatortanken omfatter to eller flere separatortankenheter anordnet oppå hverandre, at et innløpsrør er koblet til fluidinnløpet i en første av de minst to separatortankenhetene, at det andre utløpet i den første separatortankenheten er koblet til fluidinnløpet i en andre av de minst to separatortankenhetene, og at separatortanken omfatter minst én trykkreguleringsanordning for å regulere trykket nedstrøms de første utløpene for olje og gass slik at under drift av separatortanken, trykket ved de første utløpene er lavere enn trykket ved de andre utløpene. Anordning av separatortankenhetene oppå hverandre innenfor den indre innkapslingen av tankveggen har flere fordeler. Veggen til den indre innkapslingen kan som én enkelt del tjene som yttervegg for de enkelte separatortankenheter anordnet i midtområdet innenfor den indre innkapslingen. Tilkoblingen av det andre utløpet fra den første separatortankenheten direkte til fluidinnløpet i den andre separatortankenheten anbragt i umiddelbar forlengelse av den første separatortankenheten gir kortest mulig forbindelser, og således også lavest trykkfall over separatortanken. Installasjon av den enkeltstående separatortanken ifølge foreliggende oppfinnelse er enklere enn kjent teknikks installasjon av flere tanker, siden jobben med å bygge sammen to eller flere av separatortankenhetene blir utført på fabrikken og separatortanken leveres til installasjonsstedet som én enkelt enhet. Denne enkle installasjonen er spesielt viktig på oljefelter til havs hvor installasjonsarbeid er dyrt og arbeidet påvirkes av værforhold. En annet viktig aspekt ved installasjonen er det lille arealet nødvendig sammenliknet med kjent teknikks installasjon av flere separate separatortanker. Et innløpsrør er koblet til et innløp for fluid i en første av de minst to separatortankenhetene. Separatortankenhetene inne i separatortanken er således koblet i serie, noe som muliggjør en effektiv fjerning av olje og gass fra vannet. Dersom høy kapasitet for separatortanken er mer viktig, kan da to eller flere av separatortankenhetene inne i separatortanken i stedet være koblet via parallelle strømningsløp til innløpet på separatortanken og via andre parallelle strømningsløp til vannutløpet på separatortanken.

3 3 2 3 Nedstrøms separatortankens utløp for olje og gass er det minst én trykkreguleringsanordning for å regulere nedstrømstrykket slik at trykket ved separatortankens utløp for olje og gass er lavere enn trykket ved vannutløpet på separatortanken. Når separatortanken er i drift, vil væskenivået inne i den enkelte separatortankenhet stige og synke på en pulserende måte rundt det første utløpet for olje og gass, og når trykket ved separatortankens utløp for olje og gass er lavere enn trykket ved vannutløpet, og fortrinnsvis minst 0,2 bar lavere, passende omtrent 0,4 bar lavere, er amplituden til den pulserende endringen av væskenivået mindre, og som følge av dette reduseres mengden vann som strømmer ut sammen med oljen. Når trykket reguleres på nedstrømssiden av separatortanken, for eksempel ved å regulere trykket i en nedstrøms avvisningstank, reguleres trykket for separatortanken som helhet ved separatortankens utløp for olje og gass, og de enkelte separatortankenheter har likt trykknivå ved deres første utløp. Når det er én trykkreguleringsanordning ved hvert av de første utløpene for olje og gass, kan trykkes bestemmes individuelt for hver av separatortankenhetene. Fortrinnsvis kobler et første gassreturløp et utløp for gass ved separatortanken med innretninger for gassinjeksjon i fluidinnløpet i minst én av de minst to separatortankenhetene. Separatortanken drives ved et nokså lavt trykk, for eksempel et trykk som er mindre enn 7 barg eller også mindre enn 4 barg, og siden dette trykket typisk er mye lavere enn trykket i oljefeltformasjonen som vannet er trukket ut fra, og lavere enn trykket i de foregående separasjonstrinnene, vil oppløst gass bli frigitt fra vannet og vil flyte opp i separatortanken. Følgelig kan effektiviteten i fjerningen av olje fra vannet økes ved å tilføre ytterligere gass i vannet, og når gass frigjort i separatortanken resirkuleres til fluidinnløpet, trenger ikke denne gassstrømningen tilføres fra en ekstern kilde. Det er mulig å drive separatortanken med én enkelt, felles strømningsmengdereguleringsventil, eller å la strømningsmengden variere uten regulering, men for å optimalisere separatortankens kapasitet og for å oppnå en forholdsvis høy mengde olje i strømningen ut av det første utløpet, er det foretrukket at den enkelte separatortankenhet har en strømningsmengdereguleringsventil for å regulere strømning fra det første utløpet fra separatortankenheten. Individuell innstilling av strømningsmengden muliggjør individuell justering av forholdet mellom olje og gass i strømningen gjennom det første utløpet. En for høy strømningsmengde kan forårsake utstrømning av for mye gass og således en for liten mengde olje i forhold til gass i utstrømningen. En for lav strømningsmengde kan forårsake en senkning i væskenivået i separatortankenheten og således sviktende gjennomstrømning og redusert kapasitet for separatortankenheten.

4 4 2 3 I en utførelsesform har en vannutløpskanal fra vannutløpet på separatortanken en trykkreguleringsventil for å regulere trykket ved vannutløpet på separatortanken slik at det er høyere enn trykket i vannutløpskanalen nedstrøms trykkreguleringsventilen. Et resultat av dette er at et i alminnelighet passende trykk opprettholdes inne i separatortanken, og mer presist i separatortankenhetene. En fordel med denne utførelsesformen er at bare én enkelt trykkreguleringsventil er nødvendig, som styrer trykkfallet over alle separatortankenhetene i separatortanken i fellesskap. Dette er spesielt en fordel når separatortankenhetene i separatortanken er koblet i parallell, men kan også anvendes når separatortankenhetene er koblet i serie. I en utførelsesform har den enkelte separatortankenhet en trykkreguleringsventil for å regulere trykket ved det andre utløpet fra tankenheten slik at det er høyere enn trykket nedstrøms trykkreguleringsventilen. Den individuelle reguleringen av separatortankenhetene muliggjør en mer presis styring av driften av separatortanken, ettersom reguleringen av trykkfallet over den enkelte separatortankenhet er mer presis, og med det styringen av hastigheten til det innstrømmende fluidet. Dette er spesielt en fordel når separatortankenhetene i separatortanken er koblet i serie, ettersom det muliggjør innstilling av innbyrdes forskjellige trykkfall over separatortankenhetene. I en utførelsesform har den enkelte separatortankenhet en trykkreguleringsanordning for å regulere trykket nedstrøms separatortankenhetens første utløp slik at det er lavere enn trykket ved separatortankenhetens andre utløp, og denne utførelsesformen muliggjør individuell innstilling av trykket ved det første utløpet. Når separatortankenhetene er koblet i serie, er mengden olje som skal fjernes større i den første separatortankenheten enn i den siste separatortankenheten, og følgelig kan trykket ved det første utløpet innstilles lavest ved den siste separatortankenheten. I en utførelsesform har den enkelte separatortankenhet et senterrør som strekker seg fra det første utløpet i den øvre delen av separatortankenheten til det andre utløpet i den nedre delen av separatortankenheten, hvilket senterrør er blokkert med en strømningsbarriere mellom det første utløpet og det andre utløpet, og hvilket senterrøret har en øvre forlengelse som rager ut av separatortankenheten og en nedre forlengelse som rager ut av separatortankenheten. Senterrøret anvendes således både for olje og gass som strømmer inn gjennom det første utløpet og for vann som strømmer inn gjennom det andre utløpet, og utførelsen er således veldig kompakt med kun få separate deler. I tillegg tjener senterrøret også både som en virvelbryter i midten av separatortankenheten og som en støtte for innretningen for å roe ned

5 2 3 strømningen rundt det andre utløpet, og eventuelt også som en støtte for den ringformede innerveggen i separatortankenheten. En videreutvikling av denne utførelsesformen er kjennetegnet ved at i den nederste separatortankenheten i separatortanken, den nedre forlengelsen av senterrøret strekker seg ned gjennom en nedre ende av separatortanken, og at i den øverste separatortankenheten i separatortanken, den øvre forlengelsen av senterrøret strekker seg opp gjennom en øvre ende av separatortanken, mens de andre forlengelsene av de sentrale rørene strekker seg i radial retning ut av separatortankenhetene gjennom bendpartier. Denne utførelsesformen reduserer strømningsmotstanden gjennom separatortanken. I en foretrukket utførelsesform er den første av de minst to separatortankenhetene plassert øverst innenfor den ringformede innkapslingen i separatortanken, og den andre av de minst to separatortankenhetene er plassert tilstøtende og nedenfor den første separatortankenheten. Denne utformingen minimerer lengden til strømningløpene inne i separatortanken. Eksempler på utførelser av foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet mer i detalj i det følgende med støtte i de illustrerende og skjematiske tegningene, hvor Figur 1 er en illustrasjon av en separatortank ifølge foreliggende oppfinnelse og en tilknyttet avvisningstank, Figur 2 er et lengdesnitt gjennom en første utførelsesform av separatortanken i figur 1, Figur 3 er en illustrasjon av en andre utførelsesform av separatortanken i figur 1, Figur 4 er en illustrasjon av en tredje utførelsesform av separatortanken i figur 1, og Figurene a og b er illustrasjoner sett fra siden og ovenfra av en skovl fra en separatortankenhet i den første utførelsesformen vist i figur 2. En separatortank, generelt betegnet 1 i figur 1, er en flertrinns separatortank omfattende to eller flere separatortankenheter 2, 2' anordnet oppå hverandre. I de forskjellige utførelsesformene som beskrives i det følgende er de samme henvisningstall anvendt for detaljer som er like. De to separatortankenhetene er koblet i serie, dvs. at et andre utløp 9 for vann i separatortankenheten 2 er koblet til et innløp 7 for fluid i separatortankenheten 2'. På denne måten blir vannet renset i separatortankenhet 2 renset ytterligere i separatortankenhet 2'. Separatortanken kan være installert på et produksjonsanlegg atskilt fra den faktiske oljebrønnen, for eksempel på et sted hvor behandlet vann blir renset, typisk på et sted over vannoverflaten, for eksempel på en plattform eller en rigg, eller et sted på land. Når

6 6 2 3 den anvendes ved et oljeproduksjonsfelt, er separatortanken således installert nedstrøms utblåsningssikringen (BOP) anordnet på brønnhodet. Som illustrert i figur 2 omfatter en separatortank som har en ringformet innkapsling 4 en sylindrisk vegg av stålplater og endebunner som kan godkjennes som en sertifisert trykkbeholder. Et midtområde innenfor den ringformede innkapslingen 4 rommer separatortankenhetene, og utenfor den utvendige overflaten av den ringformede innkapslingen 4 er det anordnet strømningsløp for fluider som transporteres inn i og ut av separatortankenhetene 2, 2'. En mellomliggende bunn 6 skiller den øvre, første separatortankenheten 2 fra den nedre, andre separatortankenheten 2'. Separatortankenhetene inne i separatortanken har fortrinnsvis lik utforming, men det er imidlertid også mulig å ha separatortankenheter med forskjellige utforminger inne i samme separatortank. Separatortankenheten har i sitt indre en øvre del og en nedre del, som også kan kalles en øvre andel og en nedre andel, siden ifølge foreliggende oppfinnelse øvre del og nedre del av separatortankenheten skal forstås å bety henholdsvis i det øvre området av separatortankenheten og i det nedre området av separatortankenheten. Separatortankenheten har innløpet 7 for fluid og i den øvre delen av enheten et første utløp 8 og i den nedre delen av enheten det andre utløpet 9 og en innretning for å roe ned strømningen rundt det andre utløpet. Separatortankenheten har videre en ringformet innervegg 11 som deler inn strømningen i den øvre delen av separatortankenheten i en ytre virvelstrømning som opptrer utenfor den ringformede innerveggen og en indre strømning i midtområdet innenfor den ringformede innerveggen. Den ringformede innerveggen har en første åpning 12 ved sin øvre ende og en andre åpning 13 ved sin nedre ende, og den første åpningen 12 og den andre åpningen 13 muliggjør fluidkommunikasjon mellom den øvre delen og den nedre delen av separatortankenheten 2, 2'. Den ytre virvelstrømningen opptrer i ringrommet mellom den ringformede innerveggen og den ringformede innkapslingen 4, og nær den ringformede innerveggen beveger vannstrømningen seg også nedover i tillegg til den roterende bevegelsen. I underkant av den ringformede innerveggen kan den innerste andelen av strømningen strømme rundt kanten og opp gjennom den andre åpningen 13, og denne oppadrettede strømningen kan inneholde gassbobler. Fluidinnløpet 7 i den første separatortankenheten 2 i figur 1 er tangentialt rettet slik at det kaster en innløpsstrøm i horisontal retning langs innsiden av den ringformede innkapslingen med det resultat at innløpsstrømmen tjener til å rotere fluidet inne i separatortankenheten i en virvelstrømning. Rotasjonsbevegelsen gjør at de lettere bestanddelene, så som oljedråper og gassbobler, presses inn mot midten av

7 7 2 3 tanken. Som følge av rotasjonen og gravitasjonseffekter vil olje og gass i fluidet konsentreres i den radialt indre andelen av fluidstrømmen, hvor olje og gass har en tendens til å bevege seg oppover, mot en nedadrettet bevegelse av vannet. Den ringformede innerveggen bistår den oppadrettede bevegelsen av olje og gass på flere måter. Når fluidstrømmen møter den første ringformede innerveggen, vil olje og gassbobler koalesere og bli større og således ha økt tilbøyelighet til å stige som følge av lavere densitet enn vannet rundt. I tillegg, som beskrevet over, lar underkanten av den ringformede innerveggen spesielt mindre gassbobler og olje strømme rundt kanten og stige i midtpartiet etter å ha blitt trukket nedover av vannstrømningen. Oljen og gassen samler seg ved og oppå den øvre overflaten av fluidstrømningen. Den tangentiale innløpsstrømmen kan oppnås på flere forskjellige måter. Én mulighet er å anordne innløpsrøret slik at det peker i tangential retning ved inngangen inn i separatortankenheten. En annen mulighet er å plassere en ledeplate ved innløpet, slik at innløpsstrømmen rettes i tangential retning uavhengig av hvordan innløpsrøret ligger i nærheten av innløpsåpningen. Innløprøret kan f.eks. peke i radial retning inn i separatortankenheten og ha en ledeplate anordnet foran åpningen. I den første utførelsesformen i figur 2 strekker et innløpsrør 14 seg i radial retning gjennom den ringformede innkapslingen 4 slik at fluidinnløpet 7 vender i tangential retning, og med det besørger rotasjonsbevegelsen av vannet i tanken 1. De første utløpene 8 i separatortankenhetene i figur 1 er koblet til en avvisningstank via utløpsrør 16. Hvert første utløp 8 har en tilknyttet strømningsmengdereguleringsventil 17. Dersom denne ventilen lukkes under drift, vil den tilknyttede separatortankenheten tømme seg for vann og fylles med gass. Dersom ventilen 17 åpnes helt under drift, vil strømningsmengden gjennom det første utløpet være stor og vanninnholdet i strømningen vil være for høy. Ventilen 17 innstilles fortrinnsvis individuelt for hver separatortankenhet, og fortrinnsvis slik at ventilen 17 tilknyttet den første separatortankenheten 2 er mer åpen enn ventilen 17 tilknyttet den andre separatortankenheten 2'. Olje, gass og vann i avvisningstanken tillates nok en gang å separeres, men denne gang er imidlertid oljeinnholdet høyt, spesielt dersom ventilene 17 er innstilt med presisjon for å minimere vanninnhold og driftsforholdene er stabile. Olje trekkes ut gjennom en oljeledning 18 med en trykkreguleringsanordning i form av en trykkreguleringsventil 19, som blir anvendt for å regulere trykket i avvisningstanken og således også trykket ved de første utløpene 8. Alternativt kan trykkreguleringsanordningen være en trykkreguleringsventil i utløpsrøret 16, og en slik enkeltstående ventil kan være innlemmet i fellesgrenen til utløpsrøret 16, eller

8 8 2 3 alternativt kan den enkelte gren i utløpsrøret 16 ha en trykkreguleringsventil for individuell regulering av trykket ved det første utløpet fra hver separatortankenhet. En gassledning med en pumpe 21 kan resirkulere gass fra avvisningstanken til innløpsrøret 14. Pumpen 21 øker gasstrykket slik at det er høyere enn trykket i innløpsrøret. En vannledning 22 med en reguleringsventil 23 og en pumpe 24 for å øke trykket i vannet kan være koblet til et vannutløp på avvisningstanken med innløpsrøret 14, eller vannledningen 22 kan alternativt være tilknyttet et avløp. Det andre utløpet 9 fra den første separatortankenheten 2 er koblet til fluidinnløpet 7 i den andre separatortankenheten 2' gjennom et mellomliggende rør 2. Videre kan gassgrenledningen ' tilføre gass til vannet i det mellomliggende røret. Det andre utløpet 9 i den andre separatortankenheten 2' er koblet til en vannutløpskanal 26 med en trykkreguleringsventil 27. Trykkreguleringsventilen regulerer trykkfallet over separatortanken. I eksempelet illustrert i figur 1 er trykkfallene store. Trykket i innløpsrøret 14 er 3,0 barg, og ventilen 27 er innstilt slik at trykkfallet fra innløpsrøret 14 til utløpskanalen 26 er omtrent 1,6 bar, og trykket i den første separatortankenheten 2 anses å være omtrent 2,2 barg og trykket i den andre separatortankenhet er omtrent 1,4 barg. Trykkreguleringsventilen 19 er innstilt slik at trykket i avvisningstanken er omtrent 1,0 barg. I det typiske tilfelle er imidlertid trykkfallet fra innløpsrøret 14 til utløpskanalen 26 omtrent halvparten av den angitte verdien, nemlig omtrent 0,8 bar, matetrykket i innløpsrøret 14 er omtrent 1,8 barg, trykket i den første separatortankenheten 2 er omtrent 1,3 barg, og trykket i den andre separatortankenheten er 0,9 barg. Trykkreguleringsventilen 19 er da innstilt slik at trykket i avvisningstanken er omtrent 0, barg. Det er en fordel å anvende så lavt trykk som mulig siden gassen i vannet vil fordampe i større grad når trykket er lavere. Dette vil på den ene side frembringe gassbobler til bruk i separatortanken, og på den annen side blir vannet tømt for gassinnhold og således bedre renset. Separatortanken 1 og avvisningstanken danner sammen et rensesystem hvor en innkommende strømning av urent vann i form av en fluidblanding, med et vanninnhold på minst 96% og et innhold av olje og gass på maksimalt 4% totalt, tilføres ved innløpsrøret 14. Ved vannutløpskanalen 26 leveres nesten rent vann, for eksempel vann med et olje- og gassinnhold på mindre enn 0,001%. Ved oljeledningen 18 leveres den utvunnede oljen i en tilstand egnet for tilførsel til en oljeproduksjonsledning. I det følgende vil forskjellige eksempler på faktiske utførelsesformer av separatortankenheten bli beskrevet mer i detalj. Det er naturligvis mulig å modifisere utførelsesformene innenfor innholdet i de vedføyde patentkravene, og detaljer ved de

9 9 2 3 forskjellige utførelsesformene kan også kombineres til nye utførelsesformer innenfor innholdet i patentkravene. I den første utførelsesformen i figur 2 er en spiralskovl 28 anbragt ved fluidinnløpet slik at skovlen befinner seg like under innløpsåpningen og strekker seg oppover på innsiden av den ringformede innkapslingen 4 i strømningsretningen til det innkommende fluidet, slik at det innkommende fluidet tvinges til å strømme i en svakt oppadrettet virvlende fluidbevegelse. Sett i virvelrotasjonsretningen er spiralskovlen anbragt med en andel av sin lengde beliggende før - eller oppstrøms - fluidinnløpet. Med andre ord er den spiralformede ledeskovlen beliggende på begge sider av fluidinnløpet. Spiralskovlens lengde er fra en oppstrømsende 29 til en nedstrømsende. Den delen av lengden som befinner seg før innløpet er fortrinnsvis i området fra 2% til 0%, og hensiktsmessig omtrent til 3%, av spiralskovlens totale lengde. Denne delen av spiralskovlen tjener til å fange opp noe av den nedadrettede vannstrømningen og rette den oppover slik at vannet får en lenger oppholdstid i tanken, med bedret mulighet for gass og olje til å stige til overflaten av strømningen. Spiralskovlen 28 er illustrert mer detaljert i figurene a og b. Spiralskovlen kan strekke seg i området fra 180 til 40 rundt den innvendige periferien til den ringformede innkapslingen 4. Fortrinnsvis strekker spiralskovlen seg over mindre enn 360, for eksempel i området fra 290 til 3, rundt den innvendige periferien. I den illustrerte utførelsesformen strekker spiralskovlen seg over 6. Dette etterlater en åpen sektor 31, f.eks. vinkelsektoren på 4, mellom endene 29 og, og i denne åpne sektoren strømmer vannet fritt nedover. Skovlen strekker seg i spiral oppover i nedstrøms retning slik at nedstrømsenden befinner seg i en større høyde enn oppstrømsenden 29, og denne høydeforskjellen h er illustrert i figur a og kan ha en verdi i området fra f.eks. -0%, fortrinnsvis fra -40% og hensiktsmessig omtrent 3% av den innvendige diameteren til den ringformede innerveggen 11. Når den lett oppoverroterende vannstrømmen passerer nedstrømsenden, styres ikke lenger strømningen oppover av spiralskovlen og vil dreie nedover i den åpne sektoren. Imidlertid vil rotasjonsbevegelsen i strømmen fortsette og etter hver som strømmen dreier nedover beveger den seg også i retning av oppstrømsenden 29, hvor en del av strømningen vil tvinges til å strømme på oversiden av spiralskovlen og således igjen bli ført oppover i separatortankenheten. Den ringformede innerveggen 11 strekker seg fra omtrent høyden til oppstrømsenden 29 av spiralskovlen og kan som et eksempel ha en høyde på omtrent to ganger spiralskovlens høyde h. Den ringformede innerveggen 11 er sylindrisk og dens utvendige diameter er mindre enn den innvendige diameteren Di til spiralskovlen, slik at den ringformede innerveggen 11 er omgitt av et ringformet åpent

10 2 3 rom 32 gjennom hvilket vannet kan strømme fritt nedover. Hastigheten til den nedadrettede vannstrømmen påvirker flotasjonen, ettersom gassboblene og oljen, for å komme opp i den øvre delen av enheten, må ha større hastighet oppover i forhold til vannet enn vannets nedadrettede hastighet. Spiralskovlen har derfor en innvendig diameter Di som er større enn den utvendige diameteren Dw til den ringformede innerveggen 11, og fortrinnsvis er Di i området fra 1,2 til 1,6 Dw, og mer foretrukket er Di i området fra 1,3 til 1,4 Dw. Den ringformede innkapslingen 4 har en innvendig diameter De, og forholdet De/Di mellom De og den innvendige diameteren Di til spiralskovlen 28 er f.eks. i området fra 1, til 2, fortrinnsvis fra 1,60 til 1,90. Det mest foretrukne forholdet er omtrent 1,78. Forholdet Dw/De mellom den utvendige diameteren Dw til den ringformede innerveggen 11 og De, den innvendige diameteren til den ringformede innkapslingen 4, er mellom 2,3 og 2,8, fortrinnsvis fra 2,40 til 2,70 og mest foretrukket omtrent 2,66. Det er nokså vide grenser for forholdet H/D mellom høyden og diameteren til den enkelte separatortankenhet 2, for eksempel i området fra 1 til 4, men fortrinnsvis er forholdet H/D minst 1,, for eksempel i området fra 1,3 til 2,, og mer foretrukket i området fra 1,3 til 1,8. Det tangentiale innløpet i kombinasjon med den ringformede tankveggen og spiralskovlen sørger for dannelse av en virvelstrømning i den øvre delen av tanken og av en virvelstrømning i den nedre delen av tanken. Det er foretrukket at virvelstrømmen ikke danner et virvelsenter i midten av tanken, der senteret er fritt for væskeblanding. Dannelse av et virvelsenter er uønsket fordi det har en tendens til å redusere enhetens kapasitet. For å unngå dannelse av et virvelsenter kan en stavformet, vertikalt stående virvelsenterbryter være anordnet langs separatortankenhetens senterlinje. Dette er i prinsippet kjent fra WO 07/ Ifølge foreliggende oppfinnelse og utførelsesformen illustrert i figur 2 er rørene som fører til det første utløpet 8 og det andre utløpet 9 sammenkoblet gjennom en lengde av et senterrør 33. En strømningsbarriere 34 er anordnet inne i røret, fortrinnsvis i en posisjon rett nedenfor det første utløpet 8, og den deler det innvendige volumet i røret i to deler og hindrer fluidstrømning fra den ene delen til den andre og lar den ene delen ha et annet trykk enn den andre delen. Utløpene er utformet som åpninger i siden av røret, og renset vann strømmer ut gjennom det andre utløpet 9 og gass og olje strømmer ut gjennom det første utløpet 8. Det andre utløpet 9 er plassert i den nedre delen av separatortankenheten og oljeutløpet er plassert i den øvre delen av separatortankenheten. I den andre separatortankenheten 2' (den nederste enheten i utførelsesformen i figur 2) strekker

11 en nedre forlengelse 3 av senterrøret 33 seg ned gjennom en nedre ende 36 av separatortanken 1. I den første separatortankenheten 2 strekker en øvre forlengelse 37 av senterrøret seg opp gjennom en øvre ende 40 av separatortanken. Ved den mellomliggende bunnen 6 har senterrøret 33 i den andre separatortankenheten 2' et 90 bendparti og fortsetter i radial retning ut av separatortankenheten til strømningsmengdereguleringsventilen 17. Ved den mellomliggende bunnen 6 har senterrøret 33 i den første separatortankenheten 2 også et 90 bendparti og fortsetter i radial retning ut av separatortankenheten til det mellomliggende røret 2. Senterrøret 33 tjener også som støtte for den ringformede innerveggen 11 som er festet til senterrøret via tre radialt forløpende stag 38, eller via to sett av tre stag anordnet f.eks. ved den øvre enden og ved den nedre enden av den ringformede innerveggen 11. En innretning for å roe ned strømningen rundt det andre utløpet 9 kan være kjegleformet (en kinesisk hatt) og sveiset fast på senterrøret 33. Volumet inne i enheten 2 eller 2' i området ovenfor den kjegleformede innretningen står i strømningsforbindelse med området nedenfor den kjegleformede innretningen kun gjennom et ringrom 39 mellom en ytterkant av den kjegleformede innretningen og den innvendige overflaten til den ringformede innkapslingen 4. Den nedadrettede vannstrømmen må således strømme gjennom dette ringrommet for å komme til det andre utløpet 9. Virvelstrømningen i den nedre delen av enheten gjøres således veldig uniform, eller dempes i betydelig grad, før vannet føres ut gjennom det andre utløpet 9. Trykket i tanken, Pt, holdes høyere enn trykket Po i det første utløpsrøret 16 som fraktes den avviste oljen, gassen og, om det ikke kan unngås, også vann. Fortrinnsvis er trykkdifferansen Pt-Po omtrent 0,4 bar. Trykket Pt i tanken bør fortrinnsvis være høyere enn trykket Pw i vannutløpskanalen nedstrøms trykkreguleringsventilen 27, dvs. Pt > Pw, og Pt holdes hensiktsmessig ved omtrent 0, bar høyere trykk enn Pw. Som nevnt over kan trykkdifferansene i en utførelsesform reguleres av trykkreguleringsventiler tilknyttet separatortanken, men alternativt det kan være anordninger i prosessystemene oppstrøms og nedstrøms separatortanken som bestemmer trykkene. Dette gjør imidlertid korrekt funksjon av separatortanken veldig avhengig av andre systemer. Det første utløpet 8 i den øvre delen av separatortankenheten befinner seg i en avstand fra toppen av separatortankenheten. Dette lar gass bygge seg opp i den øverste andelen av enheten. Når gass har fylt volumet over det første utløpet 8 og gassnivået kommer ned til det første utløpet, strømmer gassen inn i den første åpningen og ut gjennom utløpsrøret 16. Gassen oppsamlet i den øverste andelen er mye mer komprimerbar enn væske-/gassfluidene i de nedre andelene av enheten, og

12 den oppsamlede gassen kan således tjene som en pute som tar opp for brå trykkvariasjoner ved innløp og utløp i separatortankenheten. Et visst volum av gass er nødvendig for å oppnå denne effekten under normal drift, og det er derfor foretrukket at utløpsåpningen plasseres i området fra 7 til % av diameteren De til den ringformede innkapslingen 4 nedenfor den øvre enden av separatortankenheten, og mer foretrukket fra til % av denne diameteren De. Gassen kommer fra blandingen av vann, olje og gass som strømmer inn i enheten via innløpsrøret 14. Inne i virvelstrømmen i enheten tjener gassen til å samle opp olje, og gjennom koalesens øker gassboblenes størrelse og boblene blir så store at de er i stand til å stige opp gjennom vannstrømmen og flyte opp i det øverste området av enheten. Som følge av de generelle forholdene inne i separatortankenheten har væskenivået i enheten en tendens til å fluktuere opp og ned etter hvert som trykknivået i gassen avtar og øker. Siden oljen konsentreres ved overflaten av væsken er fluktuasjonene fortrinnsvis så små at hovedsakelig olje og gass strømmer ut gjennom det første utløpet 8. Ved normal drift skjer gassoppbygging gjennom akkumulering av gass inntil gassen har fortrengt væskedelen av blandingen i tanken til et nivå like under det første utløpet. På dette tidspunktet vil gass og olje bli drevet ut gjennom det andre utløpet og forlate separatortankenheten. Nivået av væskeblanding vil stige til over utløpet for olje og gass og en ny gassoppbyggingssekvens vil finne sted. På denne måten blir olje automatisk skummet av fra toppen av vannet i separatortankenheten. Ved normal drift vil omtrent 0,2%-3% av fluidene som strømmer inn i enheten gjennom fluidinnløpet strømme ut gjennom det første utløpet. I en foretrukket utførelsesform blir ytterligere gass injisert inn i fluidet som strømmer i innløpsrøret 14. Selv om vannet typisk vil inneholde en mengde gass fra reservoaret vannet er trukket ut fra, er det en fordel å tilføre ytterligere gass som kan blande seg med fluidet og med det øke evnen til å fange oljepartikler i fluidblandingen. Gassen som anvendes for gassinjeksjon kan være en hvilken som helst gass egnet til å danne bobler i fluidet, f.eks. CO2, nitrogen eller en gass basert på hydrokarboner. Fortrinnsvis blir gassen resirkulert fra prosessene som anvendes for utseparering av olje og gass fra vann. Slik resirkulering kan oppnås fra den enkelte separatortankenhet ved å tilveiebringe en gassresirkuleringskanal 41 som fører fra den øverste delen av volumet inne i enheten til innløpsrøret 14. Innløpsrøret har en anordning 3 for tilførsel av gass. Dersom anordningen er av en ejektortype er den i stand til å trekke gass fra enheten på egen hånd, og da er kun en strømningsmengdereguleringsventil 42 nødvendig i kanalen 41. Alternativt kan en

13 pumpe for å øke gasstrykket bli anvendt i kanalen 41, og gassen kan da bli injisert gjennom dyseåpninger inn i fluidstrømmen i innløpsrøret 14. Mengden gass som tilsettes er typisk i området fra 0,02 til 0,2 St.m 3 per m 3 fluid. Verdier i området fra 0,0 til 0,18 St. m 3 per m 3 fluid er foretrukket, men høyere verdier for mengden gass som tilsettes kan også bli anvendt, så som en mengde på opptil 0,3 St.m 3 per m 3 fluid. St.m 3 er standard kubikkmeter av det gassformige mediet. St.m 3 er standardisert innenfor offshoreteknikken (volum av tørr gass ved,6 C og ved et trykk på 1,32 kpa). Separatortankenhetens dimensjoner velges typisk i henhold til mengdene vann som skal behandles. I testdrift har det vært funnet at oppholdstiden i separatortankenheten fortrinnsvis kan velges til å være fra til 60 sekunder, fortrinnsvis til 40 sekunder og mer foretrukket fra 8 til 3 sekunder. Når oppholdstiden er fastsatt, og ønsket kapasitet er kjent, kan det nødvendige effektive flotasjonsvolumet beregnes, og beregningen kan baseres på den antagelse at en separatortankenhet med et effektivt flotasjonsvolum på 1 m 3 og en oppholdstid for væsken på sekunder har en kapasitet på 1 m 3 per time. Dersom oppholdstiden reduseres, øker kapasiteten proporsjonalt eller volumet avtar proporsjonalt. Dersom kapasiteten økes og oppholdstiden beholdes, må volumet økes proporsjonalt. Gassen dispergeres fortrinnsvis i fluidet som bittesmå bobler, for eksempel ved at den injiseres inn i fluidet i innløpskanalen gjennom en dyseanordning beliggende bare en kort avstand fra innløpsåpningen, for å unngå at de bittesmå gassboblene smelter sammen og danner større gassbobler før de kommer inn i separatortankenheten. Gassinjeksjonen skjer i innløpsrøret 14 fortrinnsvis ikke mer enn fra til 40 cm fra fluidinnløpet 7. Dysen eller dysene for injeksjon kan i dette tilfellet være plassert i en ring og innløpsrøret kan ha en strømningsbegrensning som skaper turbulens i strømningen inne i røret for å bedre sammenblandingen av gass med fluidet. Den ringformede innkapslingen 4 med sin nedre ende og øvre ende er laget i overensstemmelse med i hvert fall ANSI 0 psi, slik at den er godkjent for drift med et maksimalt trykk mellom 17- bar, selv om driftstrykket typisk bare er mellom 1-3 barg. Når separatortankenhetene er koblet i serie, som illustrert i figur 2, mottar den første separatortankenheten 2 en blanding av vann, olje og gass som har f.eks. 800 ppm urenheter i form av olje og gass, og ved utløpet 9 fra den første enheten 2 har vannet blitt renset til et innhold av urenheter på omtrent 90 ppm. Den andre separatortankenheten kan deretter ytterligere rense vannet levert fra den første separatortankenheten til et innhold av urenheter på omtrent 9 ppm. Disse verdiene er

14 kun eksempler, og mange andre verdier kan oppnås, men generelt blir vannstrømmen renere når den behandles i flere trinn. Flertrinns separatortanken med enkeltenhetene anordnet oppå hverandre er i tillegg en vannrensingsløsning som er veldig effektiv og krever lite plass. Separatortankenheten kan også utformes på andre måter innenfor rammen til de vedføyde patentkravene. Ett eksempel på dette er illustrert i figur 3, hvor separatortanken er utført med tre separasjonstrinn, nemlig den første separatortankenheten 2, den andre separatortankenheten 2' og en tredje separatortankenhet 2". Innsiden av den enkelte separatortankenhet har en utforming som er forskjellig fra den beskrevet i forbindelse med den første og den andre utførelsesformen. Når det gjelder kanaler, rør, forbindelser, ventiler, mellomliggende bunner, innløp, utløp, midler for å roe ned strømninger etc., henvises til det so er beskrevet over i forbindelse med de første og andre utførelsesformene og virkemåten til disse. Når det gjelder den ringformede innerveggen anvendes imidlertid en helt annen utforming, nemlig en utforming hvor den ringformede innerveggen er kjegleformet med en større åpning ved den nedre enden og en mindre åpning ved den øvre enden, som beskrevet i WO 07/ Det er også, som et alternativ, mulig å utforme den ringformede innerveggen i separatortankenheten med en nedovervendt kjegle som omtalt i WO07/049247, eller den ringformede innerveggen kan utformes som et ringformet dobbel vegg med kjegleform som illustrert i figur 4, hvor et flensområde 4 i begge kjeglene er utført med en utgangsåpning for nedadrettet strømning, og en nedre ringformet flens 46 er plassert under utgangsåpningen i flensområdet av den nedre kjeglen. I utførelsesformen i figur 2 befinner oppstrømsenden 29 av spiralskovlen seg i en høyde en kort avstand over den andre åpningen 13. Alternativt kan den ringformede innerveggen 11 strekke seg lengre ned i forhold til oppstrømsenden 29, som da vil befinne seg en tilsvarende økt avstand over den andre åpningen, eller oppstrømsenden kan befinne seg ved en høyde en kort avstand nedenfor den andre åpningen 13. Den første utløpsåpningen 8 i den øvre delen av separatortankenheten trenger ikke være en nedre endeåpning i et utløpsrør som strekker seg oppover, men kan i stedet være en øvre endeåpning i et utløpsrør som strekker seg nedover og ut av tankenheten i en lavere høyde, eller en åpning i et utløpsrør som strekker seg radialt eller sideveis ut av tankenheten. Tilsatsstoffer så som flokkuleringsmidler kan også bli tilastt i vannet før det kommer inn i separatortankenheten for å bedre renseeffektiviteten. Et eksempel på utførelse vil bli beskrevet i det følgende.

15 Eksempel: I den illustrerte utførelsesformen har den ringformede innkapslingen en diameter De = 26 mm, spiralskovlen har en innvendig diameter Di = 7 mm, den ringformede innerveggen 11 har en diameter Dw = 114 mm. Separatortanken har to likt utformede separatortankenheter med disse dimensjonene og en individuell høyde på 00 mm, og separatortankenhetene er anordnet over hverandre og et mellomliggende rør 2 kobler det andre utløpet til den første enheten til fluidinnløpet til den andre enheten. Fluidinnløpet ble plassert i midten av separatortankenheten. Høyden til den ringformede innerveggen 11 var mm og den nedre åpningen 13 var på høyde med oppstrømsenden 29 av spiralskovlen. Oljekonsentrasjonen i vannet ved fluidinnløpet var fra omtrent 0 mg/l til mg/l. Etter noen timers innkjøring antok driftsparametere nokså stabile verdier med et oljeinnhold i vannet i vannutløpskanalen 26 på omtrent 2 mg/l. Variasjoner i de beskrevne utførelsesformene er mulig innenfor rammen til de vedføyde kravene, og detaljer i utførelsesformene kan kombineres til nye utførelsesformer. Spesielt kan den ringformede innerveggen ha andre utforminger.

16 16 P a t e n t k r a v 2 1. Separatortank (1) for utseparering av olje og gass fra vann, og omfattende en hovedsakelig sylindrisk vertikal tank med minst to separatortankenheter (2, 2',2''), der separatortankenheten har en øvre del og en nedre del, et innløp (7) for fluid som strømmer tangentialt inn i separatortankenheten, en ringformet innervegg (11) for å skille en virvelstrømning utenfor den ringformede innerveggen fra en strømning innenfor den ringformede innerveggen under drift av separatortanken, minst ett første utløp (8) i den øvre delen av separatortankenheten og minst ett andre utløp (9) i den nedre delen av separatortankenheten; der nevnte ringformede innervegg har en første åpning (12) ved en øvre ende av nevnte ringformede innervegg som muliggjør kommunikasjon mellom den øvre delen og den nedre delen av separatortankenheten, hvor de to eller flere separatortankenhetene er anordnet oppå hverandre; separatortanken videre omfattende et innløpsrør (14) koblet til fluidinnløpet i en første av de minst to separatortankenhetene, idet det andre utløpet (9) i den første separatortankenheten er koblet til fluidinnløpet (7) i en andre av de minst to separatortankenhetene, og minst én trykkreguleringsanordning (19) tilpasset for å regulere trykket nedstrøms de første utløpene (8) for olje og gass slik at de er lavere enn trykket ved de andre utløpene (9) under drift av separatortanken, og hvor den enkelte separatortankenhet har et senterrør (33) som strekker seg fra det første utløpet (8) i den øvre delen av separatortankenheten til det andre utløpet (9) i den nedre delen av separatortankenheten, hvilket senterrør er blokkert med en strømningsbarriere mellom det første utløpet og det andre utløpet, og hvilket senterrør har en øvre forlengelse som rager ut av separatortankenheten og en nedre forlengelse som rager ut av separatortankenheten. 2. Separatortank ifølge krav 1, hvor, via et første gassreturløp, et utløp for gass ved separatortanken er koblet til en gassinjeksjonsinnretning (43) i fluidinnløpet i minst én av de minst to separatortankenhetene. 3. Separatortank ifølge krav 1 eller 2, hvor den enkelte separatortankenhet har en strømningsmengdereguleringsventil (17) tilpasset for å regulere strømning fra det første utløpet fra separatortankenheten Separatortank ifølge ethvert av kravene 1 til 3, hvor en vannutløpskanal fra vannutløpet på separatortanken inkluderer en trykkreguleringsventil (27) tilpasset for

17 17 å regulere trykket ved vannutløpet på separatortanken slik at det er høyere enn trykket i vannutløpskanalen nedstrøms trykkreguleringsventilen.. Separatortank ifølge ethvert av kravene 1 til 4, hvor den enkelte separatortankenhet har en trykkreguleringsventil tilpasset for å regulere trykket ved det andre utløpet (9) fra tankenheten slik at det er høyere enn trykket nedstrøms trykkreguleringsventilen. 6. Separatortank ifølge ethvert av kravene 1 til, hvor den enkelte separatortankenhet har en trykkreguleringsanordning tilpasset for å regulere trykket nedstrøms separatortankenhetens første utløp (8) slik at det er lavere enn trykket ved separatortankenhetens andre utløp (9). 7. Separatortank ifølge ethvert av kravene 1 til 6, hvor i den nederste separatortankenheten i separatortanken, den nedre forlengelsen (3) av senterrøret (33) strekker seg ned gjennom en nedre ende av separatortanken, og hvor i den øverste separatortankenheten i separatortanken, den øvre forlengelsen (37) av senterrøret strekker seg opp gjennom en øvre ende av separatortanken, mens de andre forlengelsene av de sentrale rørene strekker seg i radial retning ut av separatortankenhetene via bendpartier Separatortank ifølge ethvert av kravene 1 til 7, hvor den første av de minst to separatortankenhetene er plassert øverst inne i den ringformede innkapslingen i separatortanken, og den andre av de minst to separatortankenhetene er plassert tilstøtende og nedenfor den første separatortankenheten. 9. Separatortank ifølge ethvert av kravene 1 til 8, hvor separatortanken er installert nedstrøms en utblåsningssikring (BOP) anordnet på et brønnhode.

18 18

19 19

20