(12) PATENT (19) NO (11) 333261 (13) B1 NORGE (1) Int Cl. E21B 43/34 (06.01) E21B 43/36 (06.01) Patentstyret (21) Søknadsnr 1114 (86) Int.inng.dag og søknadsnr (22) Inng.dag 11..27 (8) Videreføringsdag (24) Løpedag 11..27 (30) Prioritet (41) Alm.tilgj 13.04.22 (4) Meddelt 13.04.22 (73) Innehaver Aker Subsea AS, Postboks 94, 132 LYSAKER, Norge (72) Oppfinner Kjell Olav Stinessen, Vækerøveien 132 O, 0383 OSLO, Norge (74) Fullmektig Zacco Norway AS, Postboks 03 Vika, 012 OSLO, Norge (4) Benevnelse Fremgangsmåte til drenering av en eller flere væskeoppsamlere (6) Anførte publikasjoner NO 0836 A NO 092680 A (7) Sammendrag Det er tilveiebrakt en fremgangsmåte for nøddrenering av kompressor () i et system for utskilling og oppsamling av væske i gass fra et reservoar, hvilket system videre innbefatter en væskeoppsamler (3, 4) tilknyttet et utløp (6) fra kompressoren (), og en resirkuleringskrets () mellom utløpet (6) av kompressoren og et innløp (1) fra reservoaret og til en væskeutskiller (2) til hvilken den minst ene væskeoppsamleren (3, 4) er nedstrøms tilknyttet, og hvilket utløp (6) er nedstrøms tilknyttet et transportrør (7), idet trykket til væsken i den minst ene væskeoppsamleren (3, 4) heves til et høyere trykk enn trykket i innløpsrøret (1) eller transportrøret (7), og idet væsken i den minst ene væskeoppsamleren (3, 4) dreneres oppstrøms enten til innløpsrøret (1) eller direkte til væskeutskilleren (2) via et nøddreneringsrør (K), eller alternativt nedstrøms til transportrøret (7) via et dreneringsrør (13).
1 Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for drenering av minst èn væskeoppsamler i et system for utskilling og oppsamling av væske i gass fra et reservoar, som angitt i ingressen til krav 1. Ved resirkulasjon kan alternativt nok trykk oppnås til å drenere til blandepunkt nedstrøms kompressoren. 1 Med henvisning til norsk patent nr. 330768, tilhørende søkeren, er det tidligere kjent et system med væskeoppsamler som dreneres ved tilførsel av komprimert gass fra systemets kompressor til væskeoppsamler eller ved tilførsel av innestengt trykk nedstrøms av kompressoren til væskeoppsamler. En svakhet ved dette systemet er at dersom kompressoren skulle stoppe eller det ikke er tilgjengelig innestreng trykk, vil ikke lenger væskeoppsamleren kunne dreneres. Hvis oppsamleren er full idet stans inntreffer, vil den derfor kunne bli overfylt ved oppstart av kompresjonssystemet, noe som gjør at det må stenges ned, og på den måten vil oppstart ikke være mulig. En annen situasjon hvor oppsamleren kan være full eller delvis full er etter installasjon av kompresjonssystemet og sjøvann kan ha lekket inn i forbindelse med installasjonsoperasjonen. I et slikt tilfelle kan det være umulig å starte kompressoren og slippe trykkgass ut til transportrøret, netto utstrømning, fra den fordi produksjon av trykkgass fra kompressoren vil føre til at brønnstrøm med væske føres inn i separatoren og væskeutskilleren kan bli overfylt. Ovennevnte og andre svakheter eller mangler søkes i henhold til oppfinnelsen løst ved hjelp av en fremgangsmåte som angitt i karakteristikken til krav 1. 2 Fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav. 30 Ikke begrensende utførelsesformer av oppfinnelsen er vist i vedlagte figurer, der figur 1 er et prinsippriss av en første utførelsesform av oppfinnelsen, uten behov for nøddreneringsrør, figur 2 er et prinsippriss av en andre utførelsesform av oppfinnelsen, med behov for nøddreneringsrør, og figur 3 er et prinsippriss av en tredje utførelsesform av oppfinnelsen, innbefattende en trykkakkumulatortank. 3
2 Betydningen av henvisningene som refererer til ovennevnte figurer og som gitt i beskrivelsen nedenfor fremgår av opplistingen i Tabell 1, og hvor like eller liknende komponenter eller elementer er identifisert med like tall- og eller/bokstavhenvisninger. Tabell 1 1 Innløpsrør 2 Væskeutskiller 3 Væskeoppsamler 4 Væskeoppsamler Kompressor a Kompressormotor 6 Utløpsrør 7 Transportrør 8 Ventil 9 Tilbakeslagsventil Resirkuleringskrets 11 Ventil 12 Blandepunkt 13 Dreneringsrør 14 Varmeveksler A Trykkakkumulatortank B Ventil C Ventil D Ventil E Ventil F Ventil G Ventil H Ventil I Ventil J Ventil K Rør for nøddrenering til punkt oppstrøms separator eller inn i separator L Blandepunkt M Avtakspunkt for høytrykks dreneringsgass N Alternativt avtakspunkt for dreneringsgass
3 Ved først å henvise til figur 1, er det vist en innløpsrør 1 som fører fra et reservoar og til en væskeutskiller (i det etterfølgende også omtalt som en separator) 2. Utskilt væske fra væskeutskilleren 2 føres til minst en væskeoppsamler, i det viste tilfellet to væskeoppsamlere 3, 4, mens gass fra væskeutskilleren føres til en kompressor, med motor a, nedstrøms av væskeutskilleren 2, slik det også er kjent fra norsk patent nr. 330768, tilhørende søkeren. Utgående, komprimert gass fra kompressoren føres til utløpsrør 6 og føres videre mot land gjennom et transportrør 7 etter passering av en ventil 8 med aktuator og en tilbakeslagsventil 9. 1 2 30 Fra utløpsrøret 6, rett etter kompressoren, utgår en resirkuleringskrets ( anti surge ) som fører gass tilbake til innløpsrøret 1 oppstrøms av væskeutskilleren 2, idet resirkuleringskretsen innbefatter en ventil med aktuator 11 som i strømningsretning er etterfulgt av en varmeveksler 14 for avkjøling av resirkulert gass ved varmeveksling til det omgivende sjøvann. Under normal operasjon hvor komprimert gass, trykkgass, fra kompressoren føres inn i transportrøret 7 slik at den har netto utstrømning og ikke bare går i resirkulasjon uten produksjon, vil gass fra væskeutskilleren 2 dreneres ved at gass med kompressorens utløpstrykk, trykkgass fra et avtakspunkt M (eller alternativt N, se figur 3), presser væske ut av væskeoppsamlerne 3, 4 når ventil G eller ventil H er lukket og ventil I eller ventil J er åpen og ventil E eller ventil F er åpen og ventil C er åpen. For å sikre effektiv utstrømning fra væskeoppsamlerne 3, 4 til blandepunktet 12 i transportrøret 7 via dreneringsrør 13, kan f.eks. ventil 8 ha en viss strupning eller det kan være satt inn en spesiell strupning i blandepunktet 12 for å oppnå et drivende trykkfall fra utløpet av væskeoppsamlerne 3, 4 til blandepunktet 12, typisk 1 til 3 bar. I visse tilfeller kan det være nok trykkfall gjennom utstyr fra utløpet av kompressoren og frem til blandepunktet 12 slik at egen struping vil være unødvendig. Dette kan være tilfelle hvis en (ikke vist) gassutløpskjøler er innmontert mellom kompressorens utløp og foran blandepunktet 12. En annen måte å fremskaffe drivende trykkfall på er å anordne en innsnevring som gir undertrykk, f.eks. Laval- eller venturi-dyse eller blende, i transportrøret 7 i blandepunktet 12 der hvor væske strømmer inn. 3 Videre, med henvisning til figur 2 og 3, kan det i tilfeller hvor kompressoren har stoppet og det er behov for drenering av væskeoppsamlerne 3, 4, være anordnet et dreneringsrør K (i det etterfølgende også omtalt som et nøddreneringsrør) som kan føre væske til et blandepunkt L oppstrøms separatoren 2.
4 Nøddreneringsmetode 1, uten behov for nøddreneringsrør (figur 1): I forbindelse med kontrollert nedstengning av kompressoren, og for å sikre seg at væskeoppsamlerne 3, 4 er tomme før neste oppstart, kan kompressoren settes i resirkulasjon, med ventil 8 stengt, og resirkulasjons-/anti-surgeventilen 11 kan innstilles på slik stuping at utløpstrykket for den resirkulerte gassen i resirkulasjonsrør blir høyere enn trykket i transportrøret 7 og væsken kan på vanlig måte dreneres til blandepunktet 12, slik som beskrevet ovenfor. 1 Nøddreneringmetode 2, med nøddreneringsrør (figur 2): Hvis det ikke er mulig å strupe så mye på ventilen 11 at trykket på den resirkulerte gassen i røret blir høyere enn trykket i røret 7, kan dreneringen utføres ved at det er lagt inn et nøddreneringsrør K fra utløpet av væskeoppsamlerne 3, 4 til et blandepunkt L i innløpsrøret 1 oppstrøms separatoren 2. Alternativt, og ikke vist, kan nøddreneringsrøret K føres direkte inn i separatoren 2. Resirkuleringstrykket i røret innstilles da på et trykk som er høyere enn i innløpsrøret 1. Ved oppstart etter stopp kan man også sikre seg at væskeoppsamlerne 3, 4 er tomme ved bruk av en av de ovennevnte nøddreneringsmetodene med resirkulasjon før netto utstrømning av gass og dermed ingen netto innstrømning av væske til separatoren 2. Nøddreneringsmetode 1 og 2 er bare mulig med avtakspunkt M oppstrøms avstengningsventilen 8 for kompressoren, og således for avtak av høytrykks dreneringsgass fra kompressoren. 2 30 Som en ekstra forsikring for at nøddrenering skal være mulig, kan det innføres en trykkakkumulatortank A, som vist i figur 3. Fra utløpsrøret 6, fortrinnsvis rett etter kompressoren (i avtakspunktet M for høytrykks dreneringsgass) eller alternativt lengre ned i utløpsrøret (i avtakspunktet N for dreneringsgass ved lavere trykk), etter ventilen 8 med aktuator og tilbakeslagsventilen, utgår i henhold til denne utførelsesformen av oppfinnelsen et tilførselsrør til minst en trykkakkumulatortank, i det viste tilfellet en trykkakkumulatortank A, og hvor tilførselsrøret til trykkakkumulatortanken A innbefatter en ventil B med aktuator, hvis funksjon vil bli beskrevet nedenfor. 3
Fra trykkakkumulatortanken A utgår et tilførselsrør for trykkgass til hver av de to væskeoppsamlerne 3, 4, og hvor hvert av disse tilførselsrørene innbefatter en respektive ventil E, F med aktuator. Et tilførselsrør for væske fra væskeutskilleren 2 og til de to væskeoppsamlerne 3, 4 forgrenes før hver væskeoppsamler 3, 4, og på hver forgrening er det anordnet en respektive ventil G, H med aktuator. 1 I et væskeutløpsrør fra hver respektive væskeoppsamler er det anordnet to ytterligere ventiler I, J, og hvor de to væskeutløpsrørene er tilsluttet en krets K, 13 som går mellom innløpsrøret 1 fra reservoaret og utløpsrøret 6 fra kompressoren, og nedstrøms av tilbakeslagsventilen 9 for sistnevnte. Nevnte krets innbefatter i en nødstrømningsretning mot innløpsrøret 1 fra reservoaret en ventil D med aktuator og i en normalstrømningsretning mot utløpsrøret 6 fra kompressoren en ventil C, hvis funksjon også vil bli beskrevet nedenfor. Det vil forstås at det med kompressoren i drift vil være et trykkfall over ventilen 8 med aktuator og tilbakeslagsventilen 9, og hvor det nedstrøms av tilbakeslagsventilen 9 vil være et innestengt trykk, selv ved avtapping av gass på eller ved land. 2 Ved et trykkforhold på for eksempel 3:1 mellom nedstrøms- og oppstrøms-/sugesiden av kompressoren vil et trykk på bar i innløpsrøret til væskeutskilleren 3, 4 gi et trykk etter kompressoren på 60 bar. Volumet i trykkakkumuatortanken A er fordelaktig dimensjonert for f.eks. tre dreneringer, og et volum på f. eks. m 3 vil med et trykk på 60 bar da gi et trykkvolum eller kapasitet lik m 3 x 60 bar. Trykkakkumulatortanken A vil således være en tank for lagring av gass ved utløpstrykket fra kompressoren. 30 Ved normal drift og kompressoren i funksjon vil ventilene B, C være åpne og ventilen D vil være stengt, slik at oppsamlet væske i væskeoppsamlerne 3, 4 dreneres til nedstrømssiden av kompressoren grunnet trykkfallet over ventilen 8 med aktuator og tilbakeslagsventilen 9 anordnet i utløpsrøret 6 fra kompressoren eller trykkfall p.g.a. annet utstyr, for eksempel (ikke vist) utløpskjøler. 3 Nøddreneringsmetode 3, med trykkakkumulatortank (figur 3): For drenering av væskeoppsamleren 4 tilknyttet ventilene H, J stenges således først ventilen H hvoretter ventilen F åpnes slik at væskeoppsamleren 4 fylles med trykkgass
6 fra trykkakkumulatortanken A hvoretter igjen ventilen F stenges og ventilen J åpnes for drenering av væskeoppsamleren 4. Tilsvarende fremgangsmåte gjelder for alternativ drenering av væskeoppsamleren 3 tilknyttet ventilene G, I, men da ved manipulering av ventilene E, G og I. Under drenering av den ene væskeoppsamleren 3, 4 vil fylling av den andre væskeoppsamleren 4, 3 fra væskeutskilleren 2 fordelaktig kunne fortsette som normalt. Ved resirkulering eller kompressorstopp vil ventilen B stenges for å lagre trykket i trykkakkumulatortanken A som reserve for drenering. Ved nøddrift stenger således ventilene C og B, mens ventilen D åpnes, for å sikre drenering til et sted med lavere trykk, for eksempel tilbake til reservoaret via innløpsrøret 1. 1 Selv om dette ikke er vist i figurene eller beskrevet ovenfor, kan systemet innbefatte et hvilket som helst antall væskeutskillere, væskeoppsamlere og trykkakkumulatortanker. I tillegg kan, under normal drift med kompressoren i funksjon, trykkgass for drenering hentes direkte fra kompressoren (dvs. uten å gå via noen trykkakkumulatortank A), mens en eller flere trykkakkumulatortanker sikrer trykk for at antall dreneringer i situasjoner hvor kompressoren er ute av drift. Den foreliggende oppfinnelse er således ikke begrenset til de ovennevnte utførelsesformer, men kan varieres innenfor rammen av de vedlagte krav.
7 P a t e n t k r a v 1 1. Fremgangsmåte for drenering av minst èn væskeoppsamler (3, 4) i et system for utskilling og oppsamling av væske i gass fra et reservoar, der den minst ene væskeoppsamleren (3, 4) er tilknyttet et utløp (6) fra en kompressor (), og en resirkuleringskrets () mellom utløpet (6) av kompressoren og et innløp (1) fra reservoaret og til en væskeutskiller (2) til hvilken den minst ene væskeoppsamleren (3, 4) er nedstrøms tilknyttet, og hvilket utløp (6) er nedstrøms tilknyttet et transportrør (7), k a r a k t e r i s e r t v e d å heve trykket til væsken i den minst ene væskeoppsamleren (3, 4) til et høyere trykk enn trykket i innløpsrøret (1) eller transportrøret (7), og å drenere væsken i den minst ene væskeoppsamleren (3, 4) oppstrøms enten til innløpsrøret (1) eller direkte til væskeutskilleren (2) via et første dreneringsrør (K), eller alternativt nedstrøms til transportrøret (7) via et andre dreneringsrør (13). 2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d å sette kompressoren () i resirkulasjon og innstille et resirkulasjonstrykk til høyere enn trykket i tranportrøret (7), og å drenere væsken i den minst ene væskeoppsamleren (3, 4) til transportrøret (7) via det andre dreneringsrøret (13). 2 30 3 3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d å sette kompressoren () i resirkulasjon, å innstille et resirkulasjonstrykk til høyere enn trykket i innløpsrøret (1) eller væskeutskilleren (2), og å drenere væsken i den minst ene væskeoppsamleren (3, 4) til innløpsrøret (1) eller væskeutskilleren (2) via det første dreneringsrøret (K). 4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d å tilføre gass fra en trykkakkumulatortank (A) anordnet mellom utløpsrøret (6) eller transportrøret (7) fra kompressoren () og den minst ene væskeoppsamleren (3, 4) med et høyere trykk enn trykket i innløpsrøret (1) eller transportrøret (7), og å drenere væsken i den minst ene væskeoppsamleren (3, 4) til enten innløpsrøret (1) eller væskeoppsamleren (2) via det første dreneringsrøret (K) eller alternativt til
8 transportrøret (7) via det andre dreneringsrøret (13), idet dreneringen skjer uavhengig av om kompressoren () settes i resirkulasjon eller er i drift siden komprimert gass fra kompressoren () er tilgjengelig via trykkakkumulatortanken (A). 1. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av de ovenstående krav, k a r - a k t e r i s e r t v e d å anordne to væskeoppsamlere (3, 4) i to respektive forgreninger fra væskeutskilleren (2), og å drenere væske vekselvis fra de to væskeoppsamlerne (3, 4), idet to respektive ventiler (G, H) er anordnet i hver respektive forgrening oppstrøms av, og to respektive ventiler (I, J) er anordnet nedstrøms av, de to væskeoppsamlerne (3, 4), og idet to respektive ventiler (E, F) er anordnet i to respektive tilførselsledninger for trykkgass til de to væskeoppsamlerne (3, 4), idet for drenering av væskeoppsamleren (4), stenges først ventilen (H) hvoretter ventilen (F) åpnes for fylling av væskeoppsamleren (4) med trykkgass, hvoretter ventilen (F) stenges og ventilen (J) åpnes for drenering av væskeoppsamleren (4), og med tilsvarende trinn for drenering av væskeoppsamleren (3) ved tilsvarende manipulering av tilsvarende respektive ventiler (E, G, I) tilknyttet væskeoppsamleren (3). 6. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av de ovenstående krav, k a r - a k t e r i s e r t v e d at det i det andre dreneringsrøret (13) er anordnet en ventil (C) med aktuator, og at det i resirkuleringskretsen () er anordnet en ventil (11) med aktuator. 2 30 3 7. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av de ovenstående krav, k a r - a k t e r i s e r t v e d at det i det første dreneringsrøret (K) er anordnet en ventil (D) med aktuator, og at det i resirkuleringskretsen () er anordnet en ventil (11) med aktuator. 8. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av de ovenstående krav, k a r - a k t e r i s e r t v e d at det mellom utløpsrøret (6) fra kompressoren () og transportrøret (7) er anordnet en ventil (8) nedstrøms fulgt av en tilbakeslagsventil (9).
9 9. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av de ovenstående krav, k a r - a k t e r i s e r t v e d at et avtakspunkt (M) for gass til drenering av væskeoppsamlerne (3, 4) er anordnet i utløpsrøret (6) fra kompressoren ().. Fremgangsmåte i henhold til krav 8, k a r a k t e r i s e r t v e d at et avtakspunkt (N) for gass til trykkakkumulatortanken (A) er anordnet i transportrøret (7), idet en ventil (B) er anordnet mellom avtakspunktet (N) og trykkakkumulatortanken (A). 1 11. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av krav 4 til, k a r a k - t e r i s e r t v e d at et avtakspunkt (M) for gass til trykkakkumulatortanken (A) er anordnet i utløpsrøret (6) fra kompressoren (), idet en ventil (B) er anordnet mellom avtakspunktet (N) og trykkakkumulatortanken (A). 12. Fremgangsmåte i henhold til krav eller 11, k a r a k t e r i s e r t v e d å, ved resirkulering eller kompressorstopp, stenge ventilene (C) og (B), og å åpne ventilen (D), for drenering via det første dreneringsrøret (K) til et sted med lavere trykk, for eksempel innløpsrøret (1). 2
1/3 Feil! Ukjent dokumentegenskaps navn.confidential Figur 1
2/3 Feil! Ukjent dokumentegenskaps navn.confidential Figur 2
3/3 Feil! Ukjent dokumentegenskaps navn.confidential 14 11 2 a 1 L K G H 3 4 B 6 M 8 9 N 7 I J E F A 12 D C 13 Figur 3