CN102282336B - 一个和多个冷流中心 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海底生产系统，包括：位于海床上的多口井，所述多口井生产出包含烃的流体；位于海床上的冷流中心，所述冷流中心流体连接至所述多口井；以及位于陆地上或者浮式结构上的生产设备，所述生产设备流体连接至所述冷流中心；其中所述冷流中心降低所述流体的温度，并且产生由所述流体和悬浮固体组成的浆料，以用于输送到所述生产设备。
Description
技术领域
本发明公开涉及一个和多个冷流中心。
背景技术
当前，在海底温度和生产管线压力处于成蜡区域和/或水合区域位置的海底井田通过热保存(HR)或热保存和热添加(HRAHA)策略进行开发，以用于生产管线返回到水面上。这些HR和HRAHA系统可以具有一口或者多口井。对于多口井，HR和HRAHA系统可以具有很多种配置：(i)多口井供给一根通过返回到水面上的生产管线系统连接的歧管，(ii)多根多井歧管供给返回到水面上的生产管线系统，(iii)多口井供给返回到水面上的生产管线系统，(iv)一口或多口井以及一根或多根歧管供给返回到水面上的生产管线系统。
最近，已经提出了这些井田可利用冷流策略进行开发。与当前使用的策略相比，冷流策略允许或促进沉淀并且产生可输送的浆料流，该浆料流运动至不必保存热或添加热的远距离到达水面上的生产管线。
已经提出了用于冷流系统的两种井流收集策略：
在SINTEF系统中，冷流系统以井流和再循环系统开始。然后，另外的单个未处理的井流流被添加到已处理的流中(一个接一个)。
在另一种系统中，来自一个或多个邻近井的流用作冷流处理系统的单一输入，然后已处理的流被传送至水面上的设备中。
公开号为2006/0175063的美国专利申请公开了一种通过下述方式确保海底烃产品在管线中流动的系统：在热交换器中冷冻烃产品并且致使固体形成，利用闭路的清管器发送接收系统来周期性地移除沉积物并且将它们置于浆料中。在此将公开号为2006/0175063的美国专利申请的全部内容通过引用结合于本文。
本领域需要一种可在不添加热的情况下操作的改进的冷流系统。
发明内容
本公开提供一种用于开发海底烃储层的更高效率的、低成本的方法。本公开提供了用于将冷流装置和非冷流生产技术相结合以减少所需的冷流装置的数量的手段和方法。
本发明的一个方面提供了一种海底生产系统，该海底生产系统包括：位于海床上的多口井，所述多口井生产出包含烃的流体；位于海床上的冷流中心，所述冷流中心流体连接至所述多口井；以及位于陆地上或者浮式结构上的生产设备，所述生产设备流体连接至所述冷流中心；其中，所述冷流中心降低所述流体的温度，并且产生由所述流体和悬浮固体组成的浆料，以用于输送到所述生产设备。
本发明的另一个方面提供了一种从海底井田生产烃的方法，该方法包括：将多口井钻入海床上的井田中；将所述多口井流体连接至冷流中心；将所述冷流中心流体连接至位于陆地上或者浮式离岸结构上的生产设备；从所述多口井向所述冷流中心生产包含烃的流体；在所述冷流中心处降低所述流体的温度以将一种或多种固体沉淀到所述流体中；形成由所述流体和所述固体组成的浆料；以及将所述浆料从冷流中心输送至所述生产设备。
附图说明
图1示出了根据本公开的实施例的输送系统。
附图2示出了根据本公开的实施例的冷流中心的部件的视图。
附图3示出了根据本公开的实施例的冷流中心的部件的视图。
附图4示出了根据本公开的实施例的传送管线和生产管线的截面图。
具体实施方式
在一方面，在此所公开的实施例总体设计用于输送烃的设备和方法。特别地，在此所公开的实施例涉及一种用于将生产流从井眼输送至生产系统(例如，离岸水面设备，陆地设备)的系统。如在此所使用的“生产流”是指包含有水、各种蜡、晶体和/或在生产期间从井眼中抽取出来的其它组分的烃流。
生产流从位于具有变化的温度和压力的各种环境中的井眼中抽取出来。这些环境包括井眼井口位于海洋表面下几百至几千英尺海底处的海底环境。在海底环境中，环绕用于将生产流从井眼输送至生产系统的所述系统的海水温度可能比井眼内部的温度低。
在操作期间，生产流从井眼中流出并且流入用于输送生产流的所述系统的传送管线中。该传送管线通常暴露于海水中，这可能导致生产流的温度降低。结果，水合物和/或蜡可能形成在生产流内。进一步地，在水合物形成时，水可能被夹带在水合物层中。更进一步地，水、夹杂水的蜡和水合物可能粘附至传送管线的内壁。水、夹杂水的蜡和/或水合物在传送管线内壁上的积聚可能在传送管线中引起堵塞，这可能使生产停止和/或降低操作效率。
在某些实例中，流经管道或者管线的水合物和蜡颗粒本身并不必然是一个问题。如果颗粒不沉积在壁或者装备上，并且对流动特性没有很大的影响，则它们可以只是随着生产流的其它部分一起流动，而不会产生有问题的情况。因此，期望获得下述的一种情况：水合物和蜡以一种受控的方式形成，从而允许水合物和蜡流过管线和管道，而不会堵塞流动。另外，期望在整个输送系统中降低水合物积聚。因此，期望获得一种系统，该系统可以在将生产流从井眼输送至生产系统时控制水合物和蜡的形成并且阻止堵塞形成。
综述：
参照附图1，示出了根据本公开的实施例的一种输送系统100。输送系统100构造为将生产流从井眼高效地输送至位于海洋表面上的生产系统160。在一个可替代的实施例中，输送系统100可包括位于陆地上的生产系统160。
在由多个井眼170形成的井田的生产期间，来自每一个井眼的生产流被抽取出来并且通过管道172输送至流动控制系统110。然后，来自多个流动控制系统110的生产流通过传送管线120传送到歧管130，直接到生产管线122或者直接到冷流中心140。每一根歧管130将生产流引导到至少一条生产管线122中，该至少一条生产管线将生产流从歧管130输送到冷流中心140。冷流中心140的冷流装置142通过多个开口接收来自多个井170的生产流的流。接下来，生产流流过冷流装置142，由于生产流的温度接近环绕海水的温度，冷流装置可将生产流转换成可输送的浆料。
参照附图2，在选定的实施例中，根据本公开的实施例的冷流中心240用来接收生产流。生产流可包含可能需要分离的流体和/或小颗粒。这样，冷流中心240可包括分离器244，该分离器构造成在生产流被传送到冷流装置242之前从生产流中分离出流体(例如，水和/或气体)和小颗粒(比如，沙)。生产流通过第一孔口246被传送到冷流装置242中。冷流装置242与图1所示的冷流装置142类似地构造。因此，它可用来将生产流转换成可输送的浆料。更进一步地，已经从生产流中分离出的流体和/或小颗粒通过第二孔口247被传送出以用于进行处理(比如，到海洋中)。
参照附图3，在选定的实施例中，从分离器244分离出的流体和/或小颗粒可被注入到一个或多个井眼中。因此，流体和/或小颗粒通过第二孔口247从分离器244传送出并且通过入口252进入泵250中。在流体和/或小颗粒被传送到泵250中时，泵250可将流体和/或小颗粒泵送通过出口254进入到流体管线255中。然后，流体管线255可将流体和/或小颗粒传送至井眼，在该处它们被注入到储层中。
还可包括与用于排放到海水中(例如，沙和水)的排放装置(图2)和用于排放到处理井(例如，可能带有烃污染物的水)的排放装置(图3)相结合的系统。
返回参照附图1，一旦生产流在接近环绕海水温度的温度下被转换成可输送的浆料，在有或者没有泵的情况下，可输送的浆料流出冷流装置142并且进入管状管线180。最后，管状管线180a将生产流运送到生产系统160中，在该处可进行储存或者进行进一步处理。
系统组件
如附图1所示，流动控制系统110定位在井眼170附近，以使得它们可接收从井眼170流出的生产流。如前面所述的，生产流可通过管道172从井眼172传送到流动控制系统110。进一步地，流动控制系统110可用来控制生产流在从井眼流出时的流速。例如，流动控制系统110可包括诸如节流阀、蝶形阀、或者本领域已知的任何其它流动控制装置的流动控制装置。生产流流过管道172并且进入流动控制系统110。在生产流流过流动控制系统110时，它可以经过流体控制装置，在该处，生产流的流速可由流体控制装置控制。然后，生产流可被传送到传送管线120中。本领域的技术人员将意识到流动控制系统110还可包括水下采油树。水下采油树通常是由阀、套筒、配件、和其它本领域已知的设备零件构成的系统。更进一步地，水下采油树可用来既阻止生产流从井眼释放到环境中又引导和控制从井眼流出的生产流的流动。
传送管线120构造成将生产流传送到歧管130或者冷流中心140。传送管线120可由不锈钢、合金或者可经受住生产流的温度和压力的本领域已知的任何其它材料制成。传送管线120既与歧管130联接又与流动控制系统110联接。在一些情况下，流动控制系统110位于歧管130处。传送管线120可通过使用螺丝、螺栓或本领域已知的任何其它连接方法来与歧管130和流动控制系统联接。
每一个歧管130包括阀组件，该阀组件可用来将来自多个流动控制系统110的生产流的流引导到至少一条生产管线122中，该至少一条生产管线将歧管130连接到冷流中心140。歧管130通常定位在井眼附近。然而，在某些实施例中，歧管130可定位在离井眼170选定的距离处。例如，当非常多的井眼170经由传送管线120连接至歧管130而且井眼170分布在具有不规则的地形和障碍的很大占地面积上时，可能是一种情况。可替代地，传送管线120可直接连接至冷流中心140。
冷流中心140构造成从一个或多个歧管130经由生产管线122和/或从流动控制系统110经由传送管线120接收生产流的流。如所示出的，每一个冷流中心140包括一个或多个冷流装置142。生产管线122和传送管线120通过使用螺丝、螺栓、焊接或者本领域已知的任何其它连接方法联接到冷流中心140的冷流装置142。在操作期间，生产流从生产管线122或传送管线120流到冷流中心140的冷流装置142中。冷流装置142可同时接收来自每一条生产管线122的生产流和来自传送管线120的生产流。本领域的技术人员将意识到同时接收来自生产管线122的生产流和来自传送管线120的生产流的能力可提高输送系统100的效率。
冷流装置142构造成在不需要温度控制的情况下将生产流转换成可从冷流中心140输送到生产系统160(即，经由管状管线180)的可输送的浆料。在一个实施例中，冷流装置142执行很多步骤：i)接收来自生产管线122和传送管线120的暖的生产流，ii)将生产流冷却至接近周围海水的温度，iii)操控冷流装置142中的沉积物，以及iv)形成可输送的浆料。
在另一个实施例中，冷流装置142接收来自生产管线122和传送管线120的暖的生产流，并且将已经冷却的生产流流体和固体与暖的生产流混合。在冷的流与暖的生产流混合时，冷却的固体可帮助将生产流转换成可输送的浆料。
在另一个实施例中，冷流装置142可在引入较冷流之前或之后进一步冷却生产流。这可通过引导生产流流过热交换器来完成。进一步地，冷流装置142可包括混合器、分流器或节流器，以提高冷却和形成可输送的浆料的效率，同时协助操控管状管线180的壁上的沉积物。
现在参照附图2，在一个可替代的实施例中，输送系统100可包括与附图1所示的冷流中心140相似的冷流中心240。不过，在这个实施例中，冷流中心240还包括分离器244，该分离器构造成接收来自生产管线122和/或传送管线120的生产流。本领域的技术人员将意识到分离器244可包括海底分离器、离心式分离器、或者本领域已知的任何其它分离器。在生产流流过分离器244时，分离器244可从生产流中分离出一些量的流体(例如，水)和/或小颗粒(例如，沙和固体)。本领域的技术人员将意识到通过从生产流中分离出至少一些量的流体和/或小颗粒，分离器244可减少在生产流流过冷流装置242时所形成的水合物的量。另外，分离器244还可减少生产系统或者其它用来处理生产流的装置所需要的处理量。
一旦分离器244已经处理了生产流，则生产流可被传送到冷流装置242中。进一步地，由分离器244从生产流中分离出的流体和/或小颗粒被从分离器244中传送出去。如所示的，分离器244可包括第一孔口246、第二孔口247、和阀248、249。第二孔口247构造成允许由分离器244分离出的流体和/或颗粒从分离器244流出以用于处理。第一孔口246构造成允许由分离器244分离出的生产流流入冷流装置242。阀248、249构造成控制流体和/或小颗粒以及生产流离开分离器244的流动。这样，如果阀248是打开的，则分离出的流体和/或小颗粒可从分离器244的第二孔口247流出以用于处理(例如，流到水处理设备或者流到处理井中)。进一步地，如果阀249是打开的，则已处理的生产流可从分离器244的第一孔口246流出并且进入冷流装置242中。
现在参照附图3，在一个实施例中，冷流中心240还可包括泵250，该泵具有入口252和出口254。在操作期间，泵250通过入口252接收从分离器244的第二孔口247分离出的流体和/或颗粒。一旦流体和/或小颗粒通过入口252进入泵250，则泵250可以用来将流体和/或小颗粒泵送通过出口254并进入流体管线255中。流体管线255联接到出口254，并且可用来将流体和/或小颗粒从泵250输送到井眼(未示出)。输送到井眼的流体和/或小颗粒可被注入到井眼内以用于处理。本领域的技术人员将意识到泵250可包括离心泵、齿轮泵、活塞泵、或者本领域已知的任何其它泵送装置。
返回参照附图1，冷流中心140可定位在井眼170附近，因为生产流在冷却到沉积物可形成于传送管线122、120中的温度之前只可能通过传送管线120和/或生产管线122运行某一距离。如果不控制这些沉积物的形成，则生产管线120、122可能被堵塞。
在选定的实施例中，该距离(在井眼170与冷流中心140之间)可能相当长，并且可能使生产流在到达冷流中心140之前就形成水合物。这可能是要考虑的具有不规则的地形和障碍的结果。因此，为了控制生产流的温度，生产管线122和传送管线120可包括如图4所示的温度控制装置125。
现在参照附图4，在一个实施例中，温度控制装置125布置在生产管线122和传送管线120的外表面周围。进一步地，温度控制装置125可包括机构126，该机构环绕管线120和122并且用来为管线120和122保存热和/或添加热，从而控制流过管线120和122的生产流的温度。本领域的技术人员将意识到机构126可包括绝缘体、绝缘泡沫、管中管构造、导线、电加热器、加热管、加热流体、或者本领域已知的任何其它绝缘和/或加热元件或装置。更进一步地，温度控制装置125可包括热保存(HR)装置或热保存和热添加(HRHA)装置。热保存装置可包括嵌入管线120、122的壁内或者绕管线120、122外表面缠绕的绝缘材料，其可帮助控制流过管线120、122的生产流的温度。热保存和热添加装置可包括也嵌入管线120、122的壁内或者绕管线120、122外表面缠绕的绝缘材料和导体材料。进一步地，导体材料可接收来自外部供应源的热或动力，以保持流过管线120、122的生产流的温度。
在一个实施例中，温度控制装置125可沿着生产管线122和传送管线120的整个长度布置。因此，在生产流流过生产管线122和传送管线120时，温度控制装置125可以在沿着生产管线122和传送管线120的长度上的任意位置处控制生产流的温度。在一个可替代的实施例中，温度控制装置125可沿着生产管线122和/或传送管线120的选定部分布置。
返回参照附图1，管状管线180联接到冷流中心140，并且构造成将生产流从冷流中心140传送到生产系统160。在该实施例中，管状管线180的远侧端部182通过连接件184联接到一起，该连接件可引导来自两根或更多根管状管线180的生产流流到单根管状管线180a中，该单根管状管线从连接件184延伸到生产系统160。可使得生产系统160仅需要一个连接件来接收来自单根管状管线180a的生产流。在一个可替代的实施例中，每一根管状管线180可从冷流中心140延伸到生产系统160，而无需将来自多个冷流中心140的流体流进行组合。
生产系统160构造成接收流过管状管线180和/或管状管线180a的生产流。然后，生产系统160可将生产流储存在存储罐(未示出)中，该存储罐最后可被移走和/或进行进一步处理。在一个实施例中，生产系统160可包括离岸设备。在另一个实施例中，生产系统160可包括基于陆上的岸上设备。
本公开的实施例包括下述优点中的一个或多个。将生产流从多个井眼高效地传送到生产系统(例如，陆地钻井设备、离岸钻井设备)的输送系统。在无需温度控制的情况下将生产流转换成可从冷流中心输送到生产系统的可输送的浆料的设备。可用于各种海底地形的输送系统。控制水合物和蜡的形成从而减少或者阻止水合物和蜡堵塞用于传送生产流的管线(例如，传送管线、生产管线、管状管线)的输送系统。
本公开提供了使用较少的冷流装置142来操作需要从井田提取烃的所有井的生产。本公开通过下述方式能够从具有多口井的井田中有效地提取烃：i)通过非冷流技术将井生产流收集到冷流中心，ii)处理生产流，这可包括在每一个冷流中心处进行水分离和处理，以提供可输送的浆料，iii)将浆料输送至水面上设备。
一种用于开采海底井田的可选的新颖方式是利用冷流中心的一个或多个串。在冷流中心有一个串的情况下：
1.具有两个或更多个冷流中心。
2.每一个冷流中心接收来自一口或多口井的输入流。
3.每一个冷流中心将其输入流转换成适于在无需热保存的情况下输送的浆料流。
4.来自两个或更多个冷流中心的已冷流处理过的流经由单个生产管线系统(这可以是单根生产管线或多根生产管线)输送到水面上设备中。
一种用于开发海底井田的可选的新颖方式是将HR或HRAHA策略用于通向冷流中心的管线，然后，将冷流从冷流中心输送到水面上。这可以允许每一个冷流中心服务于更大的空间范围。
示例性实施例
在一个实施例中，公开了一种海底生产系统，该海底生产系统包括：位于海床上的多口井，所述多口井生产出包含烃的流体；位于海床上的冷流中心，所述冷流中心流体连接至所述多口井；以及位于陆地上或者浮式结构上的生产设备，所述生产设备流体连接至所述冷流中心；其中，所述冷流中心降低所述流体的温度，并且生产由所述流体和悬浮固体组成的浆料，以用于输送到所述生产设备。在一些实施例中，冷流中心包括分离器，所述分离器适用于在产生可输送的浆料之前从所述流体中去除水。在一些实施例中，所述系统还包括与所述生产设备流体连接的多个冷流中心。在一些实施例中，所述系统还包括歧管，所述歧管流体连接在所述冷流中心和所述多口井中的至少两口井之间。在一些实施例中，所述冷流中心离所述多口井中的一口井至少1千米。在一些实施例中，所述冷流中心离所述多口井中的一口井至少2千米。在一些实施例中，所述冷流中心离所述生产设备至少5千米。在一些实施例中，所述冷流中心离所述生产设备至少10千米。在一些实施例中，所述冷流中心离所述生产设备至少20千米。在一些实施例中，所述冷流中心离所述生产设备至少50千米。在一些实施例中，所述冷流中心离所述生产设备至少100千米。在一些实施例中，所述悬浮固体包括蜡、石蜡、水合物和沥青烯中的至少一种。在一些实施例中，所述流体包括原油。在一些实施例中，所述井中的所述流体具有从30摄氏度到100摄氏度的温度。在一些实施例中，邻近所述冷流中心的海水具有从-10摄氏度到10摄氏度的温度。在一些实施例中，所述系统还包括所述冷流中心将所述流体的温度降低从10摄氏度到80摄氏度。在一些实施例中，所述冷流中心将所述流体的温度降低从20摄氏度到50摄氏度。
在一个实施例中，公开了一种用于从海底井田生产烃的方法，该方法包括：将多口井钻到在海床上的井田中；将所述多口井流体连接至冷流中心；将所述冷流中心流体连接至位于陆地上或者浮式离岸结构上的生产设备；从所述多口井向所述冷流中心生产包含烃的流体；在所述冷流中心降低所述流体的温度以将一种或多种固体沉淀到所述流体中；形成由所述流体和所述固体组成的浆料；以及将所述浆料从所述冷流中心输送至所述生产设备中。在一些实施例中，所述方法还包括：将所述多口井中的至少两口井连接至歧管，然后，将所述歧管连接至所述冷流中心。在一些实施例中，所述方法还包括在所述冷流中心处从所述流体中分离出水和/或固体。在一些实施例中，所述方法还包括将水注入到处理井中。
本领域的技术人员将意识到，根据本发明所公开的实施例、构造、材料和方法，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可能进行很多修改和改变。因此，随后所附的权利要求书的范围和它们的功能等同物不应受到在此所描述和所示出的特定实施例限制，因为这些实施例实际上仅是示例性的。
Claims (18)
1.一种海底生产系统，包括:
位于海床上的多口井，所述多口井生产出包含烃的流体；
位于海床上的冷流中心，所述冷流中心流体连接至所述多口井；以及
位于陆地上或者浮式结构上的生产设备，所述生产设备流体连接至所述冷流中心；
其中，所述冷流中心降低所述流体的温度，并且产生由所述流体和悬浮固体组成的浆料，以用于输送到所述生产设备；
其中，所述冷流中心包括分离器，所述分离器适于在产生能输送的所述浆料之前从所述流体中去除水和小颗粒；并且所述分离器适于通过将已经分离出的水和/或小颗粒排放到海中和/或注入到一个或多个井眼中来进行处理。
2.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括与所述生产设备流体连接的多个冷流中心。
3.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括歧管，所述歧管流体连接在所述冷流中心与所述多口井中的至少两口井之间。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的系统，其中，所述冷流中心离所述多口井中的一口井至少1千米。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的系统，其中，所述冷流中心离所述多口井中的一口井至少2千米。
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的系统，其中，所述冷流中心离所述生产设备至少5千米。
7.根据权利要求1-3中的任一项所述的系统，其中，所述冷流中心离所述生产设备至少10千米。
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的系统，其中，所述冷流中心离所述生产设备至少20千米。
9.根据权利要求1-3中的任一项所述的系统，其中，所述冷流中心离所述生产设备至少50千米。
10.根据权利要求1-3中的任一项所述的系统，其中，所述冷流中心离所述生产设备至少100千米。
11.根据权利要求1-3中的任一项所述的系统，其中，所述悬浮固体包括蜡、石蜡、水合物和沥青烯中的至少一种。
12.根据权利要求1-3中的任一项所述的系统，其中，所述流体包括原油。
13.根据权利要求1-3中的任一项所述的系统，其中，所述多个井中的所述流体具有从30摄氏度到100摄氏度的温度。
14.根据权利要求1-3中的任一项所述的系统，其中，邻近所述冷流中心的海水具有从-10摄氏度到10摄氏度的温度。
15.根据权利要求1-3中的任一项所述的系统，其中，所述冷流中心将所述流体的温度降低从10摄氏度到80摄氏度。
16.根据权利要求1-3中的任一项所述的系统，其中，所述冷流中心将所述流体的温度降低从20摄氏度到50摄氏度。
17.一种从海底井田生产烃的方法，包括：
将多口井钻入海床上的井田中；
将所述多口井流体连接至冷流中心；
将所述冷流中心流体连接至位于陆地上或者浮式离岸结构上的生产设备；
从所述多口井向所述冷流中心生产出包含烃的流体；
在所述冷流中心处从所述流体中分离出水和小颗粒；
在所述冷流中心处降低所述流体的温度以将一种或多种固体沉淀到所述流体中；
通过将已经分离出的水和/或小颗粒排放到海中和/或注入到一个或多个井眼中来进行处理；
形成由所述流体和所述固体组成的浆料；和
将所述浆料从所述冷流中心输送到所述生产设备。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：将所述多口井中的至少两口井连接至歧管，然后将所述歧管连接至所述冷流中心。
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