EP0091842B1 - Système pour empêcher l'entraînement de liquides au nez de torche - Google Patents
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- E21B43/34—Arrangements for separating materials produced by the well
- E21B43/36—Underwater separating arrangements
Definitions
- the present invention aims to improve such a safety system in order to avoid, in the event of a liquid spill in the overflow column, the retention and trapping of gas in the liquid spilled, or below it, which would lead to a random operation of the entire security system.
- the security system comprises a circuit allowing the evacuation to the installations located upstream of the overflow column, of the gases existing or entrained by the liquids in the latter, said circuit being constituted by a vertical tube which communicates with the overflow column at different levels uniformly distributed over its height, the lower end of said tube being placed, at the lowest level, in the vicinity of the lowest level reached by the water at l inside the overflow column, while its upper end is connected, either on the torch foot ball at a point located above the connection of the overflow column on said ball, or on the barrel torch of the installation in the case where it acts as a torch foot balloon.
- said tube consists of a strainer tube of section lower than the overflow column and mounted inside the latter.
- the gas evacuation tube is placed outside of the overflow column and communicates with it by a series of pipes located at different levels.
- the invention also aims to improve the operating safety of the overflow column, by detecting an abnormally high level of liquid in said column.
- the overflow column can lose its quality of safety, either by partial or total blockage, or by a subsequent resizing of the installations placed upstream, leading to liquid flows that can be discharged into the overflow column incompatible with its initial design.
- the overflow column is equipped with one or more detection members making it possible to detect the presence of hydrocarbons at an abnormal level.
- detection devices may consist of high level detectors placed in the aerial part of the overflow column, or one or more pressure detectors, differential or not, placed more generally in the lower part of the overflow column. -full.
- These detectors can also be designed so as to detect the presence of hydrocarbons, for example by optical effect, by capacitive effect, by magnetic effect, by electromagnetic effect or also by measurement of vibratory phenomena.
- All the detectors according to the invention can be placed either in the overflow column or outside and can be protected or not by an annexed tubing.
- This verification may for example consist of an injection of water at a known rate into all or part of the entire security system, the injection being carried out at any point of the installation, but so as to allow the verification of the operation of all or part of the security system.
- the subject of the invention is also a third improvement making it possible to increase the retention capacity of the spilled liquids and finally to improve the overall safety of the system, by increasing the number of overflow columns, this, also for the purpose, not to create localized constraints that are too great, given the retention capacity sought.
- overflow tubes For this purpose, a multiplicity of overflow tubes can be used, these can be installed in favorable areas, all or part of the existing underlying structures can for example be used for their realization.
- the commissioning of these overflow columns may if necessary be made when the installation is put into service for the first time, or partially deferred in time according to the required change in the capacity of the installation.
- Each of the overflow columns is equipped with the previous improvements if necessary.
- the safety system to which the improvements according to the invention apply is intended to equip installations for the production of hydrocarbons on land and at sea.
- These installations may comprise, as described in European patent application No. 82 902 735.8, a source of drive for liquid hydrocarbons constituted by a separator receiving the crude oil or the gas by an inlet pipe.
- This separator can be fitted, in a conventional manner, with a normal recovery circuit for oil or condensates and with a gas outlet connected to a gas flow chain up to the nose of the torch.
- This gas flow chain comprises, between the separator and the nose of the torch, a torch foot balloon (or equivalent) equipped, in a conventional manner with a drip recovery circuit which may include a pump.
- These installations further comprise, as described in the aforementioned patent application, an overflow column coming to be stuck on the torch foot ball at a location corresponding to a predetermined maximum level and opening out below the level of the sea at a predetermined distance, below the nozzle on said balloon.
- FIGS. 1 and 2 of this patent application gas drive 2 and connected, in its upper part, to the torch barrel 3.
- an overflow column 4 On this torch foot balloon 1 is also stuck an overflow column 4, at a location corresponding to a predetermined maximum level, and opening below sea level 5, 6.
- this overflow column 4 includes, inside, a strainer tube 7 substantially coaxial and of smaller cross section than that of said column 4.
- this screened tube 7 is placed at the lowest, in the vicinity of the lowest level 6 reached by the water inside the overflow column 4 in the event of operation of the system.
- Its upper end 8 is in turn connected (conduit 9) either on the torch foot balloon 1 at a point 10 located above the nozzle 11 of the overflow column 4 on said balloon 1 (as in the example shown) or on the torch barrel if it plays the role of the torch base balloon.
- the stitching point 10 of the strainer tube will be located at a point in the gas venting circuit, such that the separation of liquids, possibly entrained by the rising gases, can be carried out before venting the gases.
- the horizontal or subhorizontal part 12 of the overflow column 4 may, preferably, but not necessarily, open tangentially into the vertical or subvertical part of the overflow column 4, in order to minimize trapping or the entrainment of gas in said column 4.
- the inner surface of the upper end of the vertical part of the overflow column 4 may, preferably but not necessarily, be equipped with devices, for example guide fins or helical ramps generating a helical movement of descending liquids in the overflow column 4, this in order to promote the flow of the descending liquids and create a central chimney for the evacuation of the trapped gases below the liquids or driven by them.
- the winding direction, of the guide ramps for example, will depend on the terrestrial hemisphere on which it is located, (to take account of the forces of Coriolis).
- FIG. 2 relates to a second embodiment of a circuit allowing the evacuation of the gases inside the overflow column 4.
- This circuit which makes it possible to obtain effects similar to those obtained using the Screened tube previously described, however, differs from it by the fact that it involves, for the evacuation of the gases trapped in the overflow column 4, an evacuation tube 13 placed outside.
- This discharge tube 13 (vertical) which is placed substantially parallel to the overflow column 4 communicates with the latter by a series of possibly horizontal tubes 14 allowing the evacuation of the trapped gases at different levels.
- this discharge tube 13 is connected to the torch base balloon 1 at a point 16 located above the nozzle 17 of the overflow column 4 on said balloon 1, it being understood that this connection could also be carried out on the torch barrel 3 in the case where it plays the role of the torch base balloon.
Description
- Par la demande de brevet européen n° 82 902 735.8=WO-A-83/01086 et le brevet GB-A-2 063 776, on connaît un système de sécurité selon le préambule de la revendication 1.
- La présente invention vise à perfectionner un tel système de sécurité afin d'éviter, en cas de déversement de liquide dans la colonne de trop-plein, la rétention et le piégeage de gaz dans le liquide déversé, ou en dessous de celui-ci, ce qui conduirait à un fonctionnement aléatoire de l'ensemble du système de sécurité.
- A cet effet, le système de sécurité comprend selon l'invention un circuit permettant l'évacuation jusque dans les installations situées en amont de la colonne de trop-plein, des gaz existants ou entraînés par les liquides dans cette dernière, ledit circuit étant constitué par un tube vertical qui communique avec la colonne de trop-plein à différents niveaux uniformément répartis sur sa hauteur, l'extrémité inférieure dudit tube se trouvant placée, au plus bas, au voisinage du niveau le plus bas atteint par l'eau à l'intérieur de la colonne de trop-plein, tandis que son extrémité supérieure est raccordée, soit sur le ballon de pied de torche en un point situé au-dessus du piquage de la colonne de trop-plein sur ledit ballon, soit sur le fût de torche de l'installation dans le cas où celui-ci joue le rôle de ballon de pied de torche.
- Selon un premier mode de réalisation, ledit tube consiste en un tube crépiné de section inférieure à la colonne de trop-plein et monté à l'intérieur de celle-ci.
- Selon un second mode de réalisation, le tube d'évacuation des gaz est placé à l'extérieur de la colonne de trop-plein et communique avec celle-ci par une série de tubulures situées à différents niveaux.
- L'invention vise également à améliorer la sécurité de fonctionnement de la colonne de trop-plein, en détectant un niveau anormalement haut de liquide dans ladite colonne.
- En effet, durant la vie de l'installation, la colonne de trop-plein peut perdre sa qualité de sécurité, soit par bouchage partiel ou total, soit par un redimensionnement ultérieur des installations placées en amont, conduisant à des débits de liquide pouvant être déversés dans la colonne de trop-plein incompatibles avec le dimensionnement initial de celle-ci.
- Selon l'invention, la colonne de trop-plein est équipée d'un ou plusieurs organes de détection permettant de détecter la présence d'hydrocarbures à un niveau anormal. Ces organes de détection peuvent consister en des détecteurs de niveau haut placés dans la partie aérienne de la colonne de trop-plein, ou en un ou plusieurs détecteurs de pression, différentiels ou non, placés plus généralement dans la partie basse de la colonne de trop-plein. Ces détecteurs peuvent également être conçus de manière à détecter la présence d'hydrocarbures par exemple par effet optique, par effet capacitif, par effet magnétique, par effet électromagnétique ou encore par mesure de phénomènes vibratoires.
- Par le brevet US-A-3 893 918, il est connu d'utiliser un détecteur de niveau, mais ce dernier est utilisé à d'autres fins que dans la demande. Il s'agit en effet, dans ledit brevet, d'empêcher l'écoulement de façon intermittente et pendant une période d'attente suffisante pour séparer les fines gouttelettes de liquide de la zone d'écoulement, afin que le fluide n'acquière pas une vitesse d'écoulement vers le bas.
- Tous les détecteurs selon l'invention peuvent être placés soit dans la colonne de trop-plein, soit à l'extérieur et peuvent être protégés ou non par une tubulure annexe.
- Ainsi, quel que soit le mode de détection et le ou les dispositifs utilisés, la détection de la présence d'hydrocarbures à un niveau anormal pourra permettre :
- - En cas de dérèglement de l'installation, de signaler son mauvais fonctionnement et éventuellement d'arrêter le débit des fluides dans l'installation, si le dérèglement ne peut être corrigé automatiquement ou non;
- - De vérifier périodiquement la capacité de service de l'ensemble du dispositif de sécurité par des moyens appropriés.
- Cette vérification peut par exemple consister en une injection d'eau à débit connu dans tout ou partie de l'ensemble du système de sécurité, l'injection étant effectuée en un point quelconque de l'installation, mais de façon à permettre la vérification du fonctionnement de tout ou partie du système de sécurité.
- L'invention a également pour objet un trosième perfectionnement permettant d'augmenter la capacité de rétention des liquides déversés et finalement d'améliorer la sécurité globale du système, en multipliant le nombre de colonnes de trop-plein, ceci, dans le but également, de ne pas créer de contraintes localisées trop importantes compte-tenu de la capacité de rétention recherchée.
- A cet effet, une multiplicité de tubes de trop-plein pourra être utilisée, ceux-ci pouvant être implantés dans des zones favorables, tout ou partie des structures sous-jacentes existantes pouvant par exemple être utilisées pour leur réalisation.
- La mise en service de ces colonnes de trop-plein pourra si nécessaire être faite à la première mise en service de l'installation, ou partiellement différée dans le temps suivant l'évolution requise de la capacité de l'installation. Chacune des colonnes de trop-plein est équipée si nécessaire des perfectionnements précédents.
- Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
- La figure 1 est une représentation schématique d'un système de sécurité dans lequel le tube de trop-plein est équipé d'un tube crépiné pour l'évacuation des gaz.
- La figure 2 est une représentation schématique d'un système de sécurité dans lequel le tube de trop-plein est équipé d'un circuit extérieur pour l'évacuation des gaz.
- Comme précédemment mentionné, le système de sécurité sur lequel s'applique les perfectionnements selon l'invention est destiné à équiper des installations de production d'hydrocarbures à terre et en mer.
- Ces installations peuvent comprendre, comme décrit dans la demande brevet européen n° 82 902 735.8, une source d'entraînement d'hydrocarbures liquides constituée par un séparateur recevant le pétrole brut ou le gaz par un conduit d'arrivée. Ce séparateur peut être équipé, de façon classique, d'un circuit de reprise normale de l'huile ou des condensats et d'une sortie de gaz raccordée à une chaîne d'écoulement de gaz jusqu'au nez de la torche.
- Cette chaîne d'écoulement de gaz comporte, entre le séparateur et le nez de la torche, un ballon de pied de torche (ou équivalent) équipé, de façon classique d'un circuit de reprise des égouttures pouvant comprendre une pompe.
- Ces installations comprennent en outre, comme cela est décrit dans la demande de brevet susmentionnée, une colonne de trop-plein venant se piquer sur le ballon de pied de torche en un emplacement correspondant à un niveau maximal prédéterminé et débouchant en dessous du niveau de la mer à une distance prédéterminée, en dessous du piquage sur ledit ballon.
- Toutefois, dans un but de simplification et de clarté on n'a représenté sur les figures 1 et 2 de la présente demande de brevet, qu'une partie de l'installation comprenant un ballon pied de torche 1, monté en bout de la chaîne d'entraînement des gaz 2 et connecté, dans sa partie supérieure, au fût de torche 3. Sur ce ballon pied de torche 1 vient en outre se piquer une colonne de trop-plein 4, en un emplacement correspondant à un niveau maximal prédéterminé, et débouchant en dessous du niveau 5, 6 de la mer.
- Dans le mode de réalisation représenté figure 1, cette colonne de trop-plein 4 comporte, à l'intérieur, un tube crépiné 7 sensiblement coaxial et de section plus faible que celle de ladite colonne 4.
- L'extrémité inférieure de ce tube crépiné 7 se trouve placée au plus bas, au voisinage du niveau le plus bas 6 atteint par l'eau à l'intérieur de la colonne de trop-plein 4 en cas de fonctionnement du système.
- Son extrémité supérieure 8 est quant à elle raccordée (conduit 9) soit sur le ballon de pied de torche 1 en un point 10 situé au-dessus du piquage 11 de la colonne de trop-plein 4 sur ledit ballon 1 (comme dans l'exemple représenté) soit sur le fût de torche si celui-ci joue le rôle du ballon de pied de torche.
- Il convient de préciser que, de préférence le point de piquage 10 du tube crépiné sera situé en un point du circuit de mise à l'atmosphère des gaz, tel que la séparation des liquides, éventuellement entraînés par les gaz remontants, puisse s'effectuer avant la mise à l'atmosphère des gaz.
- En outre, la partie horizontale ou subhorizontale 12 de la colonne de trop-plein 4 pourra, de préférence, mais non nécessairement, déboucher tangentiellement dans la partie verticale ou subverticale de la colonne de trop-plein 4, afin de minimiser le piégeage ou l'entraînement de gaz dans ladite colonne 4. Dans le même but, la surface intérieure de l'extrémité supérieure de la partie verticale de la colonne de trop-plein 4 pourra, de préférence mais non nécessairement, être équipée de dispositifs, par exemple des ailettes de guidage ou des rampes hélicoîdales générant un mouvement hélicoidal de liquides descendants dans la colonne de trop-plein 4, ceci afin de favoriser l'écoulement des liquides descendants et créer une cheminée centrale pour l'évacuation des gaz piégés en dessous des liquides ou entraînés par ceux-ci. Selon la position géographique de l'installation sur laquelle le système de sécurité sera installé, le sens d'enroulement, des rampes de guidage par exemple, sera dépendant de l'hémisphère terrestre sur laquelle elle se situe, (pour tenir compte des forces de Coriolis).
- La figure 2 concerne un deuxième mode de réalisation d'un circuit permettant l'évacuation des gaz à l'intérieur de la colonne de trop-plein 4. Ce circuit qui permet d'obtenir des effets analogues à ceux obtenus à l'aide du tube crépiné précédemment décrit, se distingue cependant de celui-ci, par le fait qu'il fait intervenir pour l'évacuation des gaz piégés dans la colonne de trop-plein 4, un tube d'évacuation 13 placé à l'extérieur.
- Ce tube d'évacuation 13 (vertical) qui est placé sensiblement parallèlement à la colonne de trop-plein 4 communique avec ce dernier par une série de tubulures 14 éventuellement horizontales permettant l'évacuation des gaz piégés à différents niveaux.
- L'extrémité supérieure 15 de ce tube d'évacuation 13 se trouve raccordée sur le ballon de pied de torche 1 en un point 16 situé au-dessus du piquage 17 de la colonne de trop-plein 4 sur ledit ballon 1, étant entendu que cette connexion pourrait également être effectuée sur le fût de torche 3 dans le cas où celui-ci joue le rôle du ballon de pied de torche.
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