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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum
Pumpen von mehrphasigen Fluida und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, ein
System und ein Verfahren zur nachhaltigen Erdölförderungssteigerung.
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Die
Förderung
von vielen Öl-
und Gasfeldern ist eingeschränkt,
weil der Lagerstättendruck
während
der Feldnutzungsdauer abfällt.
Im Allgemeinen müssen
die Förderbohrungen
bei dem Druck betrieben werden, der von dem nachgelagerten Prozess oder
Pipeline-System verlangt wird, und der Ausstoßdruck am Bohrlochkopf kann
nicht unter diese Grenze abgesenkt werden, um entweder die Förderung
aufrechtzuerhalten oder um die Förderung
und Ausbeute von dem Feld zu steigern. Unter diesen Bedingungen
ist ein Druckerhöhungssystem
erforderlich, damit die Abnahme des Gegendrucks bei Bohrlöchern oder
des Ausstoßdrucks
am Bohrlochkopf erreicht wird, während
gleichzeitig die Druckanforderungen des nachgelagerten Prozesses
oder der nachgelagerten Pipeline erfüllt werden.
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Die
Ergiebigkeit von Bohrlöchern
innerhalb eines Fördersystems
oder Feldes schwankt aus etlichen Gründen wie etwa der Fragmentierung
der Lagerstätte,
wobei die Förderung
aus verschiedenen Zonen oder von Nebenfeldern kommt. Es ist bekannt, dass
in diesen Fällen
einige Bohrlöcher
als gute Hochdrucklieferanten eingestuft werden, während einige
schwache Niederdruckquellen sein könnten.
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Bei
vielen herkömmlichen
Fördersystemen wird
der Förderstrom
von allen fördernden
Bohrlöchern
in einer Sammelleitung vereint, und die Gesamtförderung tritt in eine oder
eine Reihe von Separatoranlagen ein. Diese Separatoranlagen trennen
im Wesentlichen die Gasphase von der Flüssigkeitsphase. Der Druck des
abgetrennten Gases wird in den meisten Fällen mit Verdichtern erhöht, um einen Hochdruck
zu erzielen, der entweder gebraucht wird, um das Gas mittels Pipeline
zu exportieren oder um zu ermöglichen,
dass das Gas für
anderer Zwecke genutzt wird, wie etwa als Liftgas oder zum Einpressen
in die Lagerstätte,
um den Lagerstättendruck
aufrechtzuerhalten.
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Die
Verdichter sind für
einen erforderlichen Mindest-Einlassdruck ausgelegt, wobei dieser
Druck den Betriebsdruck der Separatoranlagen stromaufwärts von
den Verdichtern bestimmt. Wenn der Druck der Lagerstätte abfällt, wird
der erforderliche Mindest-Einlassdruck für die Verdichter ein begrenzender
Faktor, da nicht zugelassen werden kann, dass der Ausstoßdruck am
Bohrlochkopf der Förderbohrungen
weiter abnimmt, um die Förderung
aufrechtzuerhalten oder zu steigern. Diese Situation kann auch fragmentierte
Lagerstätten
oder Felder mit Nebenlagerstätten
betreffen, die zum Teil eine vom Rest des Feldes verschiedene Ertragsfähigkeit
oder Permeabilität
haben können.
In diesem Fall erfordern die Teile oder die Bohrlöcher in
den einen niedrigen Druck aufweisenden, fragmentierten Teilen eine
Druckerhöhung.
Jedoch vermindert ein Absenken des Einlassdrucks von Verdichtern
ihre Gasförderleistung,
weshalb es nicht oft gewünscht
oder möglich ist.
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Außerdem ist
ein Umrüsten
solcher Verdichter in der Weise, dass sie mit einem niedrigeren
Einlassdruck umgehen können
(wodurch für
einen niedrigeren Gegendruck bei den Bohrlöchern und für mehr Förderung gesorgt wird), ein
sehr aufwändiger Vorgang
und erfordert außerdem
eine lange Vorbereitungszeit. Obwohl dieses Umrüsten bei einigen Feldern, die
im späteren
Stadium ihrer Nutzungsdauer sind, erfolgt, wird es wegen seiner
hohen Kosten für
viele ertragsarme Felder nicht in Betracht gezogen.
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Unter
diesen Umständen
wäre ein
Druckerhöhungssystem,
das ermöglichen
würde,
einige oder alle der Niederdruckquellen bei einem niedrigeren Gegendruck
(und folglich einer höheren
Förderrate) zu
betreiben, höchst
wünschenswert.
Solch ein Druckerhöhungssystem
würde ermöglichen,
die Förderung
aus den ausgewählten
Niederdruckquellen zu steigern, ohne dass es erforderlich ist, große Summen
für ein
Umrüsten
des gesamten Fördersystems auszugeben.
Auch in Fällen,
in denen das endgültige Umrüsten des
Prozesses und des Verdichtungssystems stattfindet, benötigen solche
Projekte zwei Jahre oder länger
bis zum Abschluss, wobei während dieses
Zeitraums die Förderung
unterbrochen ist. Ein Druckerhöhungssystem,
das bei verhältnismäßig niedrigen
Kosten zur Anwendung gebracht werden kann, wäre als eine Übergangslösung gerechtfertigt, da
das Druckerhöhungssystem
die Investition innerhalb weniger Monate bezahlt machen würde, wobei die
Restzeit dem Betreiber zusätzliche
Einnahmen bringen würde.
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Es
gibt verschiedene Methoden, durch die die Erhöhung des Drucks oder die Verminderung
des Gegendrucks bei Förderbohrungen
erzielt werden kann. Die Auswahl eines geeigneten Systems ist durch
Feldbedingungen und Zwänge,
wie etwa die Raum- und Gewichtsbeschränkungen oder Leistungsbeschränkungen,
und die wirtschaftlichen Aspekte, die sich auf Schlüsselparameter
wie Investitionskosten, Betriebskosten, Steigerung der Förderung
und des Ertrags sowie Faktoren wie etwa die Amortisationsdauer für die getätigte Investition
beziehen, beeinflusst.
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Ein
ideales System ist ein solches, das verhältnismäßig preiswert, einfach zu bedienen
und zuverlässig
ist, wobei es für
die erforderliche Druckerhöhung
sorgt.
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Eine
Steigerung der Förderung
von Erdöl schließt den Umgang
sowohl mit der Gasphase als auch der Flüssigkeitsphase ein, da in praktisch
allen Fällen
das geförderte
Erdöl in
mehrphasiger Form (eine Gasphase und eine Flüssigkeitsphase enthaltend)
vorliegt. Um den Druck der geförderten
Fluida zu erhöhen,
muss das Druckerhöhungssystem
mit dem mehrphasigen Gemisch umgehen können, wozu es Anlagen wie etwa
Mehrphasenpumpen benötigt.
Alternativ können
die Gasphase und die Flüssigkeitsphase
getrennt werden; dann wird für
jede Phase ein separates Druckerhöhungssystem benutzt. Dies bedeutet
beispielsweise, einen Gasverdichter für die Druckerhöhung der
Gasphase und eine Flüssigkeitsdruckerhöhungspumpe
für die
Flüssigkeitsphase
zu verwenden. Die sogenannten Mehrphasen-Druckerhöhungspumpen,
die sowohl eine Gasphase als auch eine Flüssigkeitsphase fördern können, sind
komplizierte und teure Einheiten, wobei die Betriebsbedingungen,
mit denen sie konfrontiert sind und denen sie genügen müssen, der
Hauptgrund für
ihre Kompliziertheit und hohen Kosten sind. Einige typische Betriebsanforderungen
an solche Pumpen sind:
- • Fördern eines Zweiphasenstroms.
- • Verkraften
von chaotisch schwankenden Strömungsbedingungen,
die mit einem Mehrphasenstrom verbunden sind, wie etwa eine Schwallströmung.
- • Die
Fähigkeit,
eine kurze Zeitdauer mit 100 % Gas und ohne Flüssigkeitsphase zu laufen. Diese Bedingung
wiederum ergibt sich oftmals aus der Strömungsbedingung oder Schwallströmung in Pipelines
in geneigter, horizontaler oder vertikaler Anordnung.
- • Die
Fähigkeit,
ein Gasvolumen, das im Vergleich zu der zugeordneten Flüssigkeitsphase
groß ist, zu
fördern.
Dies ist insbesondere bei Niederdruckquellen (da das Volumen des
Gases in dem Maße zunimmt,
wie der Druck abnimmt) und bei Quellen mit Gasliftförderung
(wo Gas in das Bohrloch eingepresst wird, um die hydrostatische
Druckhöhe der
Fluida in dem Bohrloch zu verringern und den Ausstoßdruck am
Bohrlochkopf zu maximieren) zutreffend. In den meisten Fällen ist
das Gas/Flüssigkeits-Verhältnis des
Gemischs bei den Betriebsbedingungen im Bereich von 9 bis 49 oder höher. Dies
bedeutet, dass das Volumen des Gases als Prozentsatz des Gesamtgemischs
zwischen 90 % und 98 % oder höher
ist.
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Das
verhältnismäßig große Volumen
Gas im Vergleich zur Flüssigkeitsphase
allein erhöht
den Leistungsbedarf der Mehrphasenpumpe auf das Mehrfache und in
einigen Fällen
auf das Zehnfache oder mehr. Dieser hohe Leistungsbedarf ist ein Haupthinderungsgrund
für viele
Felder und insbesondere bei autarken Plattformen, die für diesen Zweck
nicht genügend
Leistung verfügbar
haben. Ein typischer Bereich für
die Leistung, die für
Mehrphasenpumpen benötigt
wird, ist 200 kW bis 1000 kW und in einigen Fällen noch höher, wobei 2 bis 3 Megawatt
erreicht werden, wovon der überwiegende
Teil durch das große
Volumen des beteiligten Gases bedingt ist.
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Ein
alternatives System, das eine Strahlpumpe verwendet und Gegenstand
des
Europäischen Patents Nr. 0 717 818 war,
nutzt Hochdruck-(HD)Quellen als Energiequelle, um bei Niederdruck
(ND-)Quellen den Gegendruck zu vermindern und folglich ihre Förderrate
zu erhöhen,
wobei die Druckanforderungen des nachgelagerten Systems erfüllt werden.
Dieses System arbeitet bei vielen Anwendungen zufriedenstellend,
hat aber Grenzen, wenn:
- • der Anteil des Gasvolumens
von den ND-Quellen sehr hoch ist,
- • es
unwahrscheinlich ist, dass die zur Verfügung stehenden Hochdruckquellen
ihren hohen Druck lange aufrechterhalten; oder
- • der
Druck und die Strömungsgeschwindigkeit der
Hochdruckquellen nicht wesentlich höher als jene der ausgewählten ND-Quellen
sind.
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Ein
weiteres Druckerhöhungssystem,
das unter der Handelsbezeichnung Wellcom Boost vermarktet wird,
schließt
eine Option ein, wie in 1 gezeigt, wo ein mehrphasiges
Gas- und Ölgemisch von
einer oder mehreren ND-Quellen durch eine Sammelleitung 2 einer
Separatoranlage 4 zugeführt wird,
die in diesem Fall ein kompakter Phasentrenner vom Zyklontyp ist.
Die Gasphase und die Flüssigkeitsphase
werden voneinander getrennt und es wird eine Druckerhöhungspumpe
benutzt, um den Druck der ND-Flüssigkeitsphase
zu erhöhen.
Diese Flüssigkeitsphase
mit erhöhtem
Druck wird dem HD-Einlass einer Strahlpumpe 8 zugeführt und
als treibende Strömung
benutzt. Das abgetrennte ND-Gas wird durch eine Umgehungsleitung 10 dem
ND-Einlass der Strahlpumpe 8 zugeführt. Der ND-Gasdruck wird durch
die Strahlpumpe 8 erhöht,
um ein Gas/Flüssigkeits-Gemisch
mit dem erforderlichen Austrittsdruck in eine Pipeline 12 abzugeben.
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Es
ist ein Nachteil dieses Systems, dass es dann, wenn der Volumendurchsatz
des ND-Gases im Vergleich zu dem Volumendurchsatz der Flüssigkeitsphase
mit erhöhtem
Druck hoch ist, nicht zufriedenstellend arbeitet. Wenn der Volumendurchsatz des
ND-Gases bei dem
Betriebsdruck und der Betriebstemperatur mehr als zweimal jener
der Flüssigkeitsphase
ist, nimmt typisch die Effektivität des Strahlpumpensystems deutlich
ab, wodurch das System unattraktiv und unwirtschaftlich wird. Bei
praktisch allen Ölfeldern
ist das Verhältnis
von Gasdurchsatz zu Flüssigkeitsdurchsatz
weit über
2 bei den Betriebsbedingungen (oft zwischen 5 und 50), sodass das
in 1 gezeigte System eine sehr eingeschränkte Anwendbarkeit
hat.
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Falls
andere herkömmliche
Druckerhöhungsoptionen
genutzt werden, wie etwa die Verwendung einer Flüssigkeitsdruckerhöhungspumpe (für die Flüssigkeitsphase)
und eines Verdichters (für die
abgetrennte Gasphase), wird das System infolge der Notwendigkeit,
sowohl ein Trennsystem zum Trennen der Gasphase von der Flüssig keitsphase, als
auch den Verdichter und die Druckerhöhungspumpe vorzuhalten, sehr
kompliziert und aufwändig. In
diesem Fall ist der Verdichter das aufwändigste Element, was weitere
Nachteile zur Folge hat, darunter einen erheblichen Platzbedarf,
hohe Anforderungen an die Instandhaltung und eine lange Lieferzeit.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein System zum Pumpen von mehrphasigen Fluida bereitgestellt,
wobei das System umfasst: einen Verdichter, der so ausgebildet und
eingerichtet ist, dass er für
eine aufrechtzuerhaltende Gasquelle sorgt, die einen Druck im Bereich
von 50 bis 150 bar aufweist; einen Phasentrenner vom Zyklontyp,
der derart angeschlossen ist, dass er ein mehrphasiges ND-Fluid aufnimmt,
und so ausgebildet und eingerichtet ist, dass er eine ND-Gasphase
und eine ND-Flüssigkeitsphase
von dem mehrphasigen ND-Fluid trennt; einen Abscheidebehälter zum
Entfernen von zurückbehaltener
Flüssigkeit
von der abgetrennten ND-Gasphase mit einem Einlass, der derart angeschlossen
ist, dass er die ND-Gasphase vom Phasentrenner entgegennimmt, einem
ND-Gasauslass und einem ND-Flüssigkeitsauslass;
eine Gas-Gasstrahlpumpe mit einem ND-Einlass, der derart angeschlossen
ist, dass er die ND-Gasphase vom Abscheidebehälter entgegennimmt, einem HD-Einlass,
der derart angeschlossen ist, dass er das vom Verdichter gelieferte
HD-Gas entgegennimmt, und einem Auslass zum Liefern von Auslassgas
auf einem Druck, der höher
als jener der ND-Gasphase ist; und eine Flüssigkeitspumpe, umfassend eine
Verdrängerpumpe
mit einem ND-Einlass, der derart angeschlossen ist, dass er die
ND-Flüssigkeitsphasen vom
Phasentrenner und vom Abscheidebehälter entgegennimmt, und einem
Auslass zum Liefern von Auslassflüssigkeit auf einem Druck, der
höher als
jener der ND-Flüssigkeitsphasen
ist.
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Die
aufrechtzuerhaltende Gasquelle kann von einem Verdichter sein, der
für eine
Bereitstellung von Liftgas oder Exportgas sorgt. Vorteilhaft weist
die aufrechtzuerhaltende Gasquelle einen Druck auf, der mindestens
doppelt so hoch und vorzugsweise mehrmals so hoch wie jener der
ND-Gasphase ist.
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Die
Gas-Gasstrahlpumpe kann typisch einen Förderdruck im Bereich von 1,1-
bis 3,0-mal dem Druck
des ND-Gases aufweisen, obwohl sie nicht auf diesen Bereich beschränkt ist.
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Der
Förderdruck
der Flüssigkeitspumpe
ist vorzugsweise jenem der Gas-Gasstrahlpumpe ähnlich. Die Flüssigkeitspumpe
kann vom hydraulisch angetriebenen Typ sein. Solche Pumpen werden durch
eine energiereiche Flüssigkeitsphase
statt durch einen Elektromotor angetrieben. Das energiereiche Fluid
kann Erdöl
unter hohem Druck oder Wasser unter hohem Druck wie etwa Einpresswasser sein,
das bei einigen Feldern zur Verfügung
steht und zwecks Aufrechterhaltung des Lagerstättendrucks in einige Bohrlöcher eingepresst
wird.
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Das
System kann eine Mischvorrichtung umfassen, die an die Auslässe der
Strahlpumpe und der Flüssigkeitspumpe
angeschlossen ist, um das Auslassgas und die Auslassflüssigkeit
zu kombinieren und ein kombiniertes mehrphasiges Auslassfluid auf einem
Druck, der höher
als jener des mehrphasigen ND-Fluids ist, bereitzustellen. Die Mischvorrichtung kann
eine Vorrichtung zum Zusammenmischen sein. Falls es einen deutlichen
Unterschied zwischen den Drücken
des Auslasses der Gas-Gasstrahlpumpe und der Druckerhöhungspumpe
gibt, kann ein Drosselventil an der Auslassleitung des Fluids mit
dem höheren
Druck installiert sein, um die Drücke anzugleichen.
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Das
kombinierte mehrphasige Auslassfluid kann einen Förderdruck
im Bereich von 1,1- bis 3,0-mal
jenem der ND-Flüssigkeitsphase
aufweisen, obwohl es nicht unbedingt auf diesen Bereich beschränkt ist.
Das mehrphasige Fluid ist vorzugsweise ein Erdölgas/Erdöl-Gemisch. Das Gas/Flüssigkeits-Verhältnis des
Erdölgas/Erdöl-Gemischs
auf niedrigem Druck kann im Bereich von 9 bis 49 sein, da es durch
Feldbedingungen bestimmt ist, obwohl das nicht unbedingt die Grenze
dieses Bereichs ist.
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Bei
einigen Anwendungen und in Abhängigkeit
von den Feldbedingungen braucht es nicht erforderlich zu sein, die
Gasphase mit erhöhtem
Druck und die Flüssigkeitsphase
mit erhöhtem
Druck zu kombinieren. In diesem Fall brauchen die Drücke der zwei
Fluida mit erhöhtem
Druck nicht ähnlich
zu sein, und es ist keine Vorrichtung zum Zusammenmischen erforderlich.
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Das
Verfahren kann außerdem
ein Mischen der Gas- und Flüssigkeitsphasen
auf erhöhtem Druck
umfassen, um ein kombiniertes mehrphasiges Fluid auf einem Druck
bereitzustellen, der höher
als jener des mehrphasigen ND-Fluids ist.
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Weitere
neuartige Aspekte der Erfindung umfassen Folgendes:
- • Ein
Verfahren, bei dem Energie von einer Hochdruck-Gas- oder Flüssigkeitsquelle
verwendet wird, um den Druck der aus einer oder mehreren ND-Quellen
geförderten
Fluida zu erhöhen.
- • Ein
System, das aus einem Gas-Flüssigkeits-Phasentrenner,
einer Gas-Gasstrahlpumpe, einer
Druckerhöhungspumpe
und einer Vorrichtung zum Zusammenmischen in der in 2 gezeigten
Anordnung gebildet ist.
- • Ein
System, das eine aufrechtzuerhaltende Quelle von Hochdruckgas (z.B.
Liftgas) als treibende Strömung
für die
Strahlpumpe nutzt.
- • Ein
System mit einer Pumpe, die nicht nur imstande ist, die Flüssigkeitsphase
zu fördern,
sondern die auch ungebundenes Gas fördern kann. Die Notwendigkeit,
Gas fördern
zu können,
ergibt sich aus zwei Hauptgründen:
- a) Die abgetrennte Flüssigkeitsphase
ist frisches, nicht stabilisiertes Rohöl und unterliegt der Freisetzung
von Gas aus dem Fluid, während
sie das Rohrleitungssystem durchströmt;
- b) oftmals tritt infolge von einbegriffenen Strömungsschwankungen
(oder Strömungsbedingungen)
stromaufwärts
und/oder infolge der Verwendung von kompakten Separatoranlagen wie
etwa Zyklonabscheidern ein Mitreißen von Gas in die Flüssigkeitsphase
auf.
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Ein
Beispiel für
solch eine Pumpe ist die sogenannte Verdrängerpumpe, wie etwa vom Typ Zweispindelpumpe
oder Exzenterschneckenpumpe oder von einem beliebigen anderen Typ
mit solch einer Leistungsfähigkeit.
- • Ein
Umgehungs-Pipelinesystem (mit seinem zugeordneten Steuerventil)
für das
Pumpsystem, das für
zwei Hauptfunktonen verwendet wird:
- a) um den Flüssigkeitsstrom
zu Beginn des Systembetriebs (Anfahren) in die Pumpe umzuleiten, um
sicherzustellen, dass die Pumpe beim Anfahren nicht mit 100 % Gas
läuft;
- b) um zu ermöglichen,
in den Fällen,
in denen der Flüssigkeitsvolumenstrom,
der von der Pumpe gefördert
wird, weit unter ihrem optimalen Dimensionierungswert ist, einen
Teil der Flüssigkeit rückzuführen.
- • Einen
Satz Rückschlagventile,
um eine Rückströmung aus
einer Leitung in die andere zu verhindern. Diese sind erforderlich,
um die Pumpe und die anderen Bauteile bei Funktionsstörungen zu
schützen.
- • Einen
Satz Steuerventile stromabwärts
von der Strahlpumpe oder der Druckerhöhungspumpe, um die Drücke der
Fluida anzugleichen, bevor sie in einer Vorrichtung zum Zusammenmischen
zusammengemischt werden.
- • Ein
System, das die Gasmenge, die mittels der Mehrphasenpumpen gefördert werden
muss, deutlich verringert. Die Verringerung der Gasmenge, die mittels
der Mehrphasenpumpe gefördert werden
muss, hat den Hauptvorteil, dass sich die Größe der Pumpe verringert, wodurch
die Leistung, die für
die Pumpe erfor derlich ist, deutlich verringert wird und wegen der
Verringerung der Größe und Leistung
der Pumpe die Kosten gesenkt werden. Sie hat außerdem den Vorteil, dass sie
ermöglicht,
das Druckerhöhungssystem
an Orten zu benutzen, an denen kein großer Elektroenergiebetrag (üblicherweise
100 bis 2000 kW) für
die Verwendung nur durch die Mehrphasenpumpe zur Verfügung steht.
- • Ein
System, das eine hydraulisch angetriebene Flüssigkeitsdruckerhöhungspumpe
verwenden kann, um den Druck der ND-Flüssigkeitsphase zu erhöhen. Das
energiereiche Fluid kann Erdöl, Wasser
oder irgendeine andere akzeptable oder verfügbare Flüssigkeit auf hohem Druck sein.
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Es
werden nun Ausführungsformen
der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben, worin:
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1 die
allgemeine Beschaffenheit eines Druckerhöhungssystems des Standes der
Technik, bekannt als WELLCOM BOOST-System, graphisch veranschaulicht;
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2 die
allgemeine Beschaffenheit eines Druckerhöhungssystems gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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3 eine
zweite, optimale Modifikation des in 2 gezeigten
Systems veranschaulicht.
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Die
Gesamtübersicht
und Schlüsselkomponenten
des Systems sind in
2 gezeigt. Das System umfasst
einen Phasentrenner
14, der so eingerichtet ist, dass er
eine mehrphasige Fluidmischung (eine Gasphase und eine Flüssigkeitsphase
umfassend) von einer oder mehreren ND-Quellen durch eine Sammelleitung
(
16) empfängt.
Vorzugsweise ist der Phasentrenner ein kompakter Zyklonabscheider, wie
er beispielsweise in den
Europäischen Patenten Nr.
1 028 811 und
1 028
812 beschrieben ist. Alternativ können jedoch andere Typen von
Phasentrenner verwendet werden, darunter beispielsweise ein herkömmlicher
Schwerkraftabscheider.
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Der
Phasentrenner 14 trennt die Gasphase von der Flüssigkeitsphase,
die den Phasentrenner durch eine Gasleitung 18 bzw. eine
Flüssigkeitsleitung 20 verlassen.
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Vorzugsweise
ist stromabwärts
vom Phasentrenner 14 ein Abscheidebehälter 22 vorgesehen,
um die kleinen Mengen Flüssigkeit,
die durch die abgetrennte Gasphase mitgerissen worden sein können, abzuscheiden.
Das gereinigte ND-Gas verlässt
den Abscheidebehälter 22 durch
eine Gasleitung 24. Oft ist ein Mitreißen von Flüssigkeit in die abgetrennte Gasphase
zu erwarten – entweder
infolge von Strömungsschwankungen,
die bei einem Mehrphasenstrom in Pipelines stromaufwärts von
dem System häufig
sind, oder als eine Folge der Verwendung eines jeglichen kompakten
Phasentrenners, da diese auf Strömungsschwankungen
empfindlicher reagieren. Alternativ kann der Abscheidebehälter weggelassen
werden, wobei die erste Gasleitung 18 direkt mit der zweiten
Gasleitung 24 verbunden wird.
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Das
gereinigte ND-Gas strömt
durch ein Druckbegrenzungsventil 26 und ein Rückschlagventil 28 zum
ND-Einlass einer Gas-Gasstrahlpumpe 30. Die Strahlpumpe 30 empfängt das
abgetrennte ND-Gas als Ansaugstrom. Durch eine HD-Gasleitung 32 wird
dem HD-Einlass der Strahlpumpe 30 Hochdruckgas zugeführt. Das
HD-Gas wird vorzugsweise von einer vorhandenen, aufrechtzuerhaltenden Hochdruckquelle,
wie etwa einer Liftgasversorgung oder von der Auslassseite eines
vorhandenen Verdichters erhalten. Das HD-Gas kann auch HD-Dampf von
irgendeiner zur Verfügung
stehenden Quelle, wie etwa geothermischen Bohrlöchern, sein. Das HD-Gas dient
als treibendes Gas für
die Strahlpumpe 30 und zieht das ND-Gas durch die Gasleitung 24, um
am Auslass der Strahlpumpe 30 einen kombinierten Gasstrom
bereitzustellen, der auf einem wesentlich höheren Druck als das ND-Gas
ist.
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Die
Flüssigkeitsphase
verlässt
den Phasentrenner 14 durch die Flüssigkeitsleitung 20 und
fließt durch
ein Steuerventil 34 zu einer Druckerhöhungspumpe 36, welche
die abgetrennte Flüssigkeitsphase empfängt und
ihren Druck auf jenen erhöht,
den das nachgelagerte System erfordert. Die Flüssigkeit, die im Abscheidebehälter 22 vom
ND-Gas abgeschieden wurde,
fließt
durch eine Flüssigkeitsleitung 36 und ein
Niveauregulierungsventil 40 und wird stromaufwärts von
der Druckerhöhungspumpe 36 in
einer Vorrichtung 42 zum Zusammenmischen mit der Hauptflüssigkeitsphase
wiedervereint. Die Flüssigkeitsphase
mit erhöhtem
Druck verlässt
die Druckerhöhungspumpe
durch eine Flüssigkeitsleitung 44, über ein Rückschlagventil 46.
Eine Umgehungsleitung 48, die ein Sicherheitsventil 50 enthält, verläuft vom
Einlass zum Auslass der Druckerhöhungspumpe 36.
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Die
Flüssigkeitsphase
auf erhöhtem
Druck wird durch die Flüssigkeitsleitung 44 und
ein weiteres Rückschlagventil 52 an
einen ersten Einlass einer Vorrichtung 54 zum Zusammenmischen
geliefert, wo sie mit dem Gas auf erhöhtem Druck, das vom Auslass
der Strahlpumpe 30 über
eine Gasleitung 56 und ein Rückschlagventil 58 einem
zweiten Einlass der Vorrichtung 54 zum Zusammenmischen
zugeführt wird,
wiedervereint wird. Die Vorrichtung 54 zum Zusammenmischen
dient dazu, die Gasphase auf erhöhtem
Druck und die Flüssigkeitsphase
auf erhöhtem
Druck für
den Transport des Gemischs entlang einer einzigen Auslassleitung 60 effizient
zu vereinen. Alternativ kann eine T-Verzweigung benutzt werden,
um die zwei Ströme
zu vereinen, obwohl diese Möglichkeit
weniger effizient ist und einen kleinen zusätzlichen Druckverlust verursachen
könnte,
und zwar kann sie benutzt werden, wenn beide Phasen mit erhöhtem Druck,
die Flüssigkeitsphase
und die Gasphase, den gleichen oder ungefähr gleichen Druck haben.
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Wahlweise
kann ein Paar Drucksteuerventile 70 und 71 stromabwärts von
der Strahlpumpe 30 und/oder der Druckerhöhungspumpe 36 vorgesehen sein,
um die Drücke
der Fluida anzugleichen, bevor sie in der Vorrichtung 54 zum
Zusammenmischen zusammengemischt werden.
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Dieses
System hat durch die Art seiner Anordnung und Ausgestaltung die
folgenden Hauptvorteile:
- • Es verwendet HD-Gas von einer
vorhandenen Quelle, die ein nachhaltiges bzw. aufrechtzuerhaltendes
Gas auf einem sehr hohem Druck, wie durch seine Verwendung bestimmt,
liefern kann, wie etwa bei der Gasförderung oder Gasliftförderung
bei ND-Quellen.
- • Der
Druck des HD-Gases bleibt hoch und fällt während der Feldnutzungsdauer
nicht ab, im Gegensatz zu Situationen, in denen HD-Gas von vorhandenen
Hochdruckquellen verwendet wird (das während der Feldnutzungsdauer
einem Druckabfall unterliegt).
- • Die
Druckerhöhung
der Flüssigkeitsphase
wird durch eine Druckerhöhungspumpe
erzielt, die für jede
spezifische Anwendung entworfen und bereitgestellt worden ist, weshalb
ihre Druckerhöhungsleistung
während
der Feldnutzungsdauer nicht abnehmen wird.
- • Die
Kombination aus einer Strahlpumpe, welche Hochdruckgas von einer
aufrechtzuerhaltenden Quelle nutzt, und einer Druckerhöhungspumpe, welche
die Flüssigkeitsphase
fördert,
ermöglicht, einen
viel höheren
Grad der Druckerhöhung
(dp) und/oder eine Absenkung des Gegendrucks von ND-Quellen zu erzielen.
Dies wiederum hat, verglichen mit anderen Druckerhöhungssystemen, die
Fluid aus HD-Quellen als treibende Strömung nutzen, ein viel höheres Ertragsniveau
bei ND-Quellen zur Folge.
- • Die
Steigerung der Förderung
und Ausbeute wird über
einen viel längeren
Zeitraum erzielt, da die Quellen der HD-Fluida (Gas oder Flüssigkeit) nachhaltig
bzw. aufrechtzuerhalten sind, im Gegensatz zu HD-Gas von HD-Quellen.
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Eine
zweite modifizierte Form des oben beschriebenen Druckerhöhungssystems
ist in 3 gezeigt. Dieses modifizierte System eignet sich
zur Verwendung in Situationen, in denen die Gasphase und die Flüssigkeitsphase
separat gespeichert und geliefert werden sollen. In diesem Fall
entfällt
die Vorrichtung 54 zum Zusammenmischen, und die Gas- und
Flüssigkeitsphase
auf hohem Druck werden getrennt voneinander durch die Versorgungsleitung 56' bzw. 44' abgegeben.
Die sonstigen Teile des Systems sind im Wesentlichen wie oben beschrieben.