DE69114125T2

DE69114125T2 - Hydrozyklonanlage.

Info

Publication number: DE69114125T2
Application number: DE69114125T
Authority: DE
Inventors: David Webb
Original assignee: Merpro Montassa Ltd
Current assignee: Baker Hughes Ltd
Priority date: 1990-03-02
Filing date: 1991-02-28
Publication date: 1996-06-20
Anticipated expiration: 2011-03-01
Also published as: US5507955A; NO303208B1; NO923344L; EP0516715A1; GB9004714D0; DE69114125D1; ATE129438T1; DK0516715T3; EP0516715B1; NO923344D0; WO1991012893A1

Description

Hydrozyklone werden zum Entölen von Wasser verwendet, das auf Hochsee-Ölbohrinseln oder in anderen Produktionsstätten von Produktionsfluiden getrennt wird.
Zur Bereitstellung der maximalen Flußrate von einer Quelle erzeugten Wassers ist eine Mehrzahl von Hydrozyklonen erforderlich und diese sind üblicherweise in Reihen gruppiert, wobei die verschiedenen Reihen häufig innerhalb unterschiedlicher Druckgefäße angeordnet sind. Jeder einzelne Hydrozyklon weist einen speziellen Einlaß-Flußratenbereich auf, über den er wirksam Öl von Wasser trennt, und es ist wichtig, daß keiner der Hydrozyklone so betrieben wird, daß seine Einlaß unterhalb eines minimalen Wertes liegt. Die Flußrate der Produktionsfluide kann erheblich schwanken, beispielsweise kann die Wasserproduktion bei einem jungen (Öl-)Feld oder beim Hochlaufen nach einer Unterbrechung vergleichsweise gering sein. Folglich müssen Mittel zum Absperren verschiedener Hydrozyklone oder Reihen von Hydrozyklonen unter Verwendung herkömmlicher Ventile vorgesehen werden, und es ist wünschenswert, daß Bedienungspersonal bei der arbeitsintensiven Aufgabe des Ein- und Ausschaltens der verschiedenen Hydrozyklone bei einer Änderung der Flußrate des zu entölenden Wassers eingespart werden kann. Diese Technik ist in OTC 5594 offenbart, einer Veröffentlichung mit dem Titel "Hydrocylones: A Solution to Produced Water Treatment", von N. Meidrum, vorgestellt bei der "19th annual Offshore Technology conference" in Houston, Texas, 27.-30. April 1987.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zum Entölen von Wasser, bei dem jeweils einen Mischungseinlaß, einen Überlauf-Ölauslaß und einen Unterlauf- Wasserauslaß aufweisende Hydrozyklonseparatoren eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß durch mindestens ein Hydrozyklon erfaßt wird und, wenn der Fluß einen Schwellwert erreicht, unterhalb welchem ein für einen zufriedenstellenden Betrieb unzureichender Fluß durch den (die) jeweilige(n) Hydrozyklon(e) vorliegt, der (die) Mischungseinlaß (Mischungseinlässe) mit einer zusätzlichen separaten Wasserzufuhr gespeist wird (werden), um den Fluß sicher oberhalb des Schwellwertes zu halten.
Die Erfindung wird üblicherweise bei einer Mehrzahl von Hydrozyklonreihen angewendet, wobei die jeweiligen Reihen parallel arbeiten und jeweils eine zu den Mischungseinlässen der Hydrozyklone der jeweiligen Reihe führende Mischungseinlaßeinrichtung, eine von den Überlauf-Ölauslassen der Hydrozyklone der jeweiligen Reihe abführende Auslaßeinrichtung und eine von den Unterlauf-Wasserauslässen der Hydrozyklone der jeweiligen Reihe abführende Wasserauslaßeinrichtung aufweist, wobei der Fluß durch die Hydrozyklonreihe erfaßt wird, und die Mischungseinlaßeinrichtung mit der zusätzlichen Wasserversorgung gespeist wird, um den Fluß durch die Hydrozyklone der jeweiligen Reihe sicher oberhalb des Schwellwertes zu halten. Jede Reihe kann in einem eigenen Druckgefäß angeordnet sein.
Mit dieser Anordnung ist das Absperren irgend eines Hydrozyklons bei einer Verminderung der Flußrate des zu entölenden Wassers unnötig, weil die Hydrozyklone mit der automatischen Zufuhr zusätzlichen Wassers zu den Mischungseinlässen bei einem für einen wirksamen Betrieb ausreichenden Einlaßfluß gehalten werden.
Das Erfassen kann indirekt mittels einer Differenzdruck-Steuereinrichtung ausgeführt werden, die die Druckdifferenz zwischen dem Mischungseinlaß und den Unterlauf- Wasserauslässen der einzelnen Hydrozyklonen wirksam erfaßt, obwohl es in der Praxis durch Erfassen der Druckdifferenz zwischen der Mischungseinlaßeinrichtung und der Wasserauslaßeinrichtung eines Druckgefäßes ausgeführt wird. Diese Druckdifferenzen stellen in einem speziellen Fall die Unterlaufrate gereinigten Wassers dar. Alternativ könnte die Flußrate direkter mit einem Flußmeßgerät gemessen werden, das entweder die Mischungseinlaß-Flußrate oder die Unterlaufauslaß-Flußrate erfaßt.
Das zusätzliche Wasser kann von irgend einer Quelle stammen, wie etwa vom benachbarten Seewasser, aber es ist vorteilhafterweise bereits mit den Hydrozyklonen gereinigtes Wasser, das beispielsweise aus einem Entgasungsgefäß erhalten wird, das zum Entlüften des gereinigten Wassers an der Abstromseite der Hydrozyklone eingesetzt wird.
Ein Beispiel eines zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Betriebs konstruierten Systems ist diagrammartig in der begleitenden Zeichnung dargestellt.
Gemäß der Darstellung strömt eine Mischung aus einem Gas, Öl und Wasser von Quellen 1 in einen Verteiler 2 und wird in einen Dreiphasenseparator 3 abgegeben, in dem eine teilweise Trennung des Öls, Gases und Wassers mittels einer Gravitationsabsetzung stattfindet. Üblicherweise wird der Druck innerhalb des Dreiphasenseparators 3 durch Steuern der Geschwindigkeit, mit der das Gas vom Dreiphasenseparator abgegeben wird, gesteuert. Das wird durch Verwendung einer Drucksteuereinrichtung 4 erreicht, die den Druck im Dreiphasenseparator 3 erfaßt und ein Signal an ein Steuerventil 5 abgibt, so daß eine Öffnung im Steuerventil 5 so eingestellt wird, daß die Gasflußrate durch dieses Ventil zur Beibehaltung des Drucks im Dreiphasenseparator 3 bei einem vorgegebenen Wert (Sollpunkt) im wesentlichen konstant gehalten wird. Das Öl wird über ein Rohr 6 vom Dreiphasenseparator 3 abgezogen.
Das Wasser, welches etwas darin dispergiertes Öl aufweisen kann, wird durch ein Rohr 8 vom Dreiphasenseparator 3 abgezogen, wobei das Rohr 8 mit einer Reihe von Hydrozyklonen 9 verbunden ist, die in diesem Fall innerhalb eines Druckgefäßes enthalten sind. Zumindest etwas von dem Öl im den Hydrozyklonen 9 zugeführten Wasser wird zum Erhalt eines vergleichsweise ölreichen Auslaßstroms von den Hydrozyklonen 9 getrennt. Dieser Strom fließt durch ein Rohr 10. Der andere Auslaßstrom von den Hydrozyklonen 9 fließt durch ein Rohr 11 und ist zumindest im wesentlichen ölfrei, d.h. dieser Strom besteht aus gereinigtem Wasser.
Weil die Dichte von Öl geringer ist als diejenige von Wasser, liegt das Wasser als unterhalb des Öls angeordnete Schicht im Dreihphasenseparator 3 vor. Folglich gibt es eine Grenzfläche zwischen den Wasser- und Ölschichten im Dreiphasenseparator 3, an der die Unterseite der Ölschicht die Oberseite der Wasserschicht berührt. Es gibt eine Pegelsteuereinrichtung 7, die die Höhenlage dieser Öl-Wasser-Grenzfläche erfaßt. Die Höhenlage der Öl-Wasser-Grenzfläche kann durch Ändern der Rate, mit der Wasser durch das Rohr 8 vom Dreiphasenseparator 3 abgegeben wird, eingestellt werden.
Das wird mit einer Pegelsteuereinrichtung 7 erreicht, mit der ein Steuersignal zum Einstellen einer Öffnung eines Ventils 12 abgegeben wird, um die Flußrate des Wassers durch das Ventil 12 so einzustellen, daß die Öl-Wasser-Grenzfläche im Dreiphasenseparator 3 bei einem vorgegebenen Wert (Sollpunkt) im wesentlichen konstant gehalten wird.
Nach Durchlaufen des Steuerventils 12 tritt das Wasser in ein Entgasungsgefäß 13 ein. Weil der Druck im Entgasungsgefäß 13 erheblich niedriger ist als der Druck im Dreiphasenseparator 3, kann es eine erhebliche Menge zum Wasser im Entgasungsgefäß 13 gehörendes Gas geben. Dieses Gas war zuvor bei dem höheren Druck, unter dem das Wasser im Dreiphasenseparator 3 gestanden hat, im Wasser gelöst.
Im Entgasungsgefäß 13 gibt es zwei Schichten, nämlich eine Gasschicht, die oberhalb einer Wasserschicht angeordnet ist. Die Höhenlage der Grenzfläche im Entgasungsgefäß 13 wird mit einer Pegelsteuereinrichtung 18 und einem Steuerventil 17 gesteuert. Vom Entgasungsgefäß 13 wird Wasser in ein Rohr 16 abgegeben. Zumindest etwas von diesem Wasser kann durch das Steuerventil 17 strömen und anschließend an einer Stelle 29 an die Umgebung, z.B. das Meer, abgegeben werden.
Beim Betrieb eines Hydrozyklons gibt es einen Druckabfall zwischen dem Hydrozykloneinlaß und dem Hydrozyklonauslaß für gereinigtes Wasser. Dieser Druckabfall kann ansteigen, wenn die Flußrate durch den Hydrozyklon ansteigt.
Es gibt einen bestimmten Abfall, der der minimalen Flußrate durch ein Hydrozyklon, bei der noch eine wirksame Trennung zu beobachten ist, entspricht. Eine Differenzdruck- Steuereinrichtung 24 weist eine Erfassungsleitung 26 auf, mit der der Druck an der Anströmseite der Gruppe von Hydrozyklonen 9 erfaßt wird, und eine weitere Erfassungsleitung 25, mit der der Druck des von den Hydrozyklonen abgegebenen, gereinigten Wassers erfaßt wird. Die Differenzdruck-Steuereinrichtung 24 erfaßt die Druckdifferenz zwischen den Leitungen 25 und 26 und gibt ein Signal an ein Steuerventil 23 ab. Die Differenzdruck- Steuereinrichtung 24 weist einen speziellen Sollpunkt auf. Dieser Sollpunkt entspricht einem Differenzdruck, bei dem eine wirksame Trennung mit den Hydrozyklonen 9 erreicht wird, beispielsweise kann dieser Sollpunkt einem Differenzdruck entsprechen, bei dem die Hydrozyklone 9 bei der minimalen Flußrate für die jeweiligen Hydrozyklone betrieben werden, bei der noch eine wirksame Trennung zu beobachten ist.
Eine Pumpe 19 weist die Fähigkeit auf, Wasser vom Rohr 16 an das an der Anströmseite der Hydrozyklone 9 angeordnete Rohr 8 zu übergeben. Das Öffnungsmaß des Steuerventils 23 wird mittels der Differenzdrucksteuereinrichtung 24 mit dem Ziel gesteuert, den Differenzdruck zwischen der Erfassungsleitung 26 und der Erfassungsleitung 25 am oder in der Nähe des Sollpunktes zu halten.
Wenn die Flußrate des aus dem Dreiphasenseparator 3 ausströmenden Wassers beträchtlich und allein ausreichend ist, um die Hydrozyklone 9 oberhalb der minimalen Flußrate für eine wirksame Trennung zu halten, kann der mit der Differenzdruck- Steuereinrichtung 24 erfaßte Differenzdruck größer sein, als der Sollpunkt. Unter diesen Umständen kann die Differenzdruck- Steuereinrichtung 24 das Absperren des Steuerventils 23 veranlassen.
Die Pumpe 19 kann Wasser von einem Rohr 28 erhalten, das wiederum Wasser vom Rohr 16 erhalten kann. Die Pumpe 19 verursacht einen Anstieg des Wasserdrucks, so daß der Druck in einem Rohr 22 an der Abgabeseite der Pumpe 19 größer ist als der Druck in einem Rohr 28 an der Ansaugseite der Pumpe 19. Es gibt eine der Pumpe 19 benachbarte Umgehungsleitung, so daß zumindest etwas des von der Pumpe 19 abgegebenen Wassers nach Durchlaufen eines Steuerventils 21, das zusammen mit einer Drucksteuereinrichtung 20 zum Steuern des Drucks im Rohr 22 verwendet wird, zur Ansaugseite der Pumpe 19 zurücklaufen kann. Die Drucksteuereinrichtung 20 erfaßt den Druck im Rohr 22 und gibt ein Signal an das Steuerventil 21 ab, um den Druck im Rohr 22 bei einem speziellen Sollpunkt zu halten. Die Wasser-Flußrate vom Rohr 22 zu einem Rohr 27 wird mit dem Differenzdruck-Steuerventil 23 gesteuert.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Systems zum Entölen von Wasser, bei dem jeweils einen Mischungseinlaß, einen Überlauf-Ölauslaß (10) und einen Unterlauf-Wasserauslaß (11) aufweisende Hydrozyklonseparatoren (9) eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß durch mindestens ein Hydrozyklon (9) erfaßt wird und wenn der Fluß einen Schwellwert erreicht, bei dem ein für einen zufriedenstellenden Betrieb unzureichender Fluß durch den (die) jeweilige(n) Hydrozyklon(e) (9) vorliegt, der (die) Mischungseinlaß (Mischungseinlässe) mit einer zusätzlichen getrennten Wasserzufuhr gespeist wird (werden), um den Fluß sicher oberhalb des Schwellwertes zu halten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das bei einer Mehrzahl von Reihen von Hydrozyklonen (9) angewendet wird, wobei jede Reihe parallel arbeitet und eine zu den Mischungseinlässen der Hydrozyklone der jeweiligen Reihe führende Mischungseinlaßeinrichtung, eine von den Überlauf-Ölauslässen der Hydrozyklone der jeweiligen Reihe abführende Auslaßeinrichtung (10) und eine von den Unterlauf-Wasserauslässen der Hydrozyklone der jeweiligen Reihe abführende Wasserauslaßeinrichtung (11) aufweist, bei dem der Fluß durch die Reihe von Hydrozyklonen erfaßt wird und die Mischungseinlaßeinrichtung mit der zusätzlichen Wasserversorgung gespeist wird, um den Fluß durch die Hydrozyklone der jeweiligen Reihe sicher oberhalb des Schwellwertes zu halten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Erfassen indirekt über das Erfassen der Druckdifferenz zwischen dem (den) Mischungseinlaß (Mischungseinlässen) und dem (den) Unterlaufwasserauslaß (-auslässen) (11) des (der) Hydrozyklon(e) (9) ausgeführt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, bei dem jede der Reihen von Hydrozyklonen (9) in einem jeweiligen Druckgefäß angeordnet ist und das Erfassen durch das Erfassen der Druckdifferenz zwischen der Mischungseinlaßeinrichtung und der Wasserauslaßeinrichtung der Druckgefäße ausgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das zusätzliche Wasser bereits mittels der Hydrozyklone gereinigtes Wasser ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das zusätzliche Wasser aus einem Entgasungsgefäß (13) erhalten wird, das zum Entlüften des gereinigten Wassers an der Abströmseite der Hydrozyklone (9) eingesetzt wird.