CN102971490A - 用于从井中生产油气的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于从油井生产油气的系统，该系统包括从井口接收流体的卸载装置。该卸载装置将油和气分离并且将油泵送给管道。使用卸载装置和泵帮助降低了在井口处的压力，这帮助提高产量。由卸载装置分离的气体被压缩并且重新注入到油井中以产生出气体升举，这进一步帮助提高产量。收集并且重新注入分离的气体以便进行气体升举操作减轻了普通卸载装置和泵组件所带来的环境破坏。卸载装置、压缩机和泵是模块化的以便更迅速的安装以及实现更小的占地面积。在提高第一储油气层的生产寿命之后，可以将该系统拆卸并且重新组装用于另一个储油气层。

Description

用于从井中生产油气的系统和方法

相关申请

本申请与2010年6月30日提交的美国临时申请No.61/360235相关并且要求其优先权。

技术领域

本发明总体上涉及油气生产，并且更具体地说涉及利用人造升举器来生产油气。

背景技术

帮助延长油气井的使用寿命的两种形式人造升举器采用了油气升举和油井卸载组件。这两种形式的人造升举器在本领域是公知的并且在世界范围上得到应用。而且，每种都具有内在的挑战，尤其在其中成本和空间变为重要的限制条件的海上环境中。

随着油层压力由于消耗而下降，油井的升举性能下降，并且因为在油层处的压力不足以克服在油层和油井平台处的采油树之间的流体静压头，所以在某个时刻油井不再能够自然或经济地生产液体。为了提高油气生产，必须提高升举性能或入流性能。如果如通常情况一样不能改变入流性能，则必须改善竖直升举性能以让油井能够流出。实现这个目的的两种有效方式是降低在地面处的井口流动压力或者降低在采油管中的流体静压头。降低地面处的压力可以通过使用油井卸载装置(WUU)。这涉及在地面上使用泵送设备以降低油井的背压，因此使得油气能够流到油井地面。随后将这些流体以更高的压力泵送到生产管线中。普通油井卸载装置的问题在于，所采集的任意油气都通入到大气中并且损失掉。由于油气有价值并且可以销售，所以这既带来环境问题而且也丧失了生产/收入的机会。

油气升举是另一种在本领域广泛应用并且有效的人造升举形式。油气升举涉及以高压将油气喷射到油井的环形间隙通常为在采油管道和最里面的油井套筒之间的环形间隙中的过程。油气在地面下方几千英尺通过止回阀进入到生产管道中并且具有所期望的降低在管道中的流体梯度并且因此降低油井流动压力的作用。这提高了在油井上的水位降低并且增大了液体比率和储量。

在油井上应用油气升举的主要问题在于需要高压通常大于1000psi的气体。该气源来自在油井平台上生产的其它高压油气井或者通过安装压缩机来抽吸低压油气、将它压缩并且将它用于油气升举。

通常，采用来自其它油井的高压气体不是操作的选择。另外，即使在存在具有高压气体的油井的情况下，它也只是短期解决方案，因为油层压力迅速下降并且气压会很快到达不足以进行油气升举的程度。另一个选择方案是安装气体升举压缩机。这是优选的，因为可以调节压力并且能够实现稳定的气体供应。但是，这种选择方案的问题在于压缩机的高成本、较大的占地面积以及不可移动性。但是，气体升举压缩机通常需要超过2百万美元的投资。另外，这些装置都是不可移动的，将气体升举压缩机从一个油井平台移动到另一个油井平台的成本比压缩机自身的成本都更昂贵。气体升举压缩机还具有较大的占地面积并且占据着在海上油井平台上甲板空间的大部分。如果油井平台由于经济和空间限制而不允许安装油气升举压缩机，则油气通常将留在油层中。

发明内容

本发明提供了油井卸载装置和压缩机系统以及用于从与储油气层流体连通的油井中生产油气的相关方法。根据一个实施方案，该系统包括卸载装置，其构成为通过采油树从油井中接收所生产出的具有油气的流体并且将所生产出的流体分离成液态流体和气态流体。例如，卸载装置可以为三相分离器，其构成为使得水与所生产出的流体分离，和/或卸载装置可以包括动态分离器例如气-液柱状旋流分离器。与卸载装置流体连通的压缩机被构成为从卸载装置接收气态流体并且将该气态流体压缩至预定压力，从而气态流体能够重新喷射到油井中以帮助从储油气层将所生产出的流体升举到采油树。气体歧管构成为从压缩机接收压缩气态流体并且将该气态流体分配给至少一个采油树以及至少一个相应的油井。泵被构成为从卸载装置接收液态流体，提高液态流体的流体压力，并且将液态流体输送给管道。例如，可以位于海上甲板上设施处的泵可以构成为将液态流体输送给位于海底的海底管道，从而液态流体可以通过管道输送给远方例如陆地处理设施。

卸载装置、压缩机和气体歧管可以构成为作为基本上封闭的油气升举系统操作，从而卸载装置接收之前注入到油井中的气态流体。

在一些情况下，该系统可以设置成模块化系统，该系统可以根据油层需要重新定位。具体地说，卸载装置、压缩机、气体歧管和泵可以设置在一个或多个滑橇上，从而每个滑橇可以很容易输送并且重新用于从不同的储油气层中采集油气。

根据另一个实施方案，该方法包括在卸载装置中接收从油井生产出的流体并且使得所生产出的流体分离成液态流体和气态流体。例如，可以例如通过气-液柱状旋流分离器动态分离所生产出的流体，和/或可以使得水与气态和液态流体分离。将来自卸载装置的气态流体压缩至预定压力并且分配给至少一个采油树和相应的油井。从歧管将气态流体重新注入到油井中以帮助将从油层生产出的流体升举。还有，在泵中提高液态流体的流体压力，并且将液态流体输送给管道例如位于海底的海底管道。接收所生产出的流体和提高液态流体的压力的作用可以是降低在油井处的背压。

卸载装置、用于进行压缩步骤的压缩机、用于进行分配步骤的气体歧管以及泵可以设在一个或多个滑橇上。每个滑橇可以从靠近储油气层的位置输送到靠近第二储油气层的位置，并且然后可以将卸载装置、压缩机、气体歧管和泵重新用于从第二储油气层中采油。

在一些情况下，重新注入气态流体的步骤在卸载装置正在接收从油井中生产出的流体的同时进行，从而油井在进行油气升举操作的同时进行生产。接收所生产出的流体的步骤可以包括接收之前注入到油井中的气态流体，从而气态流体重新用于基本上封闭的气体升举循环。

附图说明

图1为根据本发明实施方案的从多个海底油井接收油气并且将油气输送给管道的海上采油平台的环境视图。

图2为根据本发明实施方案的油井卸载装置和压缩机系统的示意图。

图3为根据本发明实施方案的油井卸载和压缩机系统的示意性流程图。

具体实施方式

下面将参照这些附图对本发明进行更详细的说明，在这些附图中显示出本发明的一些但不是全部实施方案。实际上，本发明可以按照许多不同的方式实施并且不应该被认为局限于在这里给出的实施方案，这些实施方案如此给出，从而该说明书将清楚完整，并且将给本领域技术人员完全传达本发明的范围。在整个说明书中相同的附图标记指代相同的元件。

参照图1，海上采油平台11示出处于海面13上。平台11显示出为浮动平台，但是只是意味着代表本领域所公知的任意海上采油平台，例如自升式平台或张力腿式平台。立管15从平台11延伸至海底井口17。井口17位于该海床19上。井口17设置在上方，并且与一串采油管道21流体连通。管道21通常轴向延伸穿过在海床19下面延伸的一系列套管22，至少延伸至这样的深度，使得套管设置在其中具有油气的储油气层23内。穿孔25延伸穿过套管22，从而生产管道21与储油气层23流体连通。

生产管线27从平台11朝着海床19延伸。流动管线27与设置在海床19上的管线末端29连接。管线末端29与管线31流体连通。

来自储油气层23的油气通过穿孔25流进套管22并且沿着管道21向上流到位于海床19处的海底井口17。油气然后沿着立管15向上流道平台11。通常，油气经过初始的处理即分离气体和液体，从而液态油气能够沿着流动管线27向下流以便输送到管线31中。通常，管线31以预定的压力进行流动传输。因此，通常采用泵来将液态油气加压至足够的压力以便进入管线31。

参照图2，油井卸载装置和压缩机系统33包括采油树35。采油树35可以为普通的地面采油树，它位于平台11上并且接收从立管15生产出的油气。如本领域技术人员所容易理解的是，通常有多个采油树35，它们每个都与立管15和海底井口17相连。系统33还包括设置在平台11上的卸载装置37。卸载装置37从采油树接收流体并且分离出液态和气态流体。在本发明的实施方案中，从采油树35生产出的流体在小于50psi的压力下进入卸载装置37。卸载装置37可以包括静态分离器例如容器，其使得气相和液相随着时间分离开。在优选的实施方案中，采用三相分离器，从而将所生产出的水也与所生产出的流体分开。可选的是，卸载装置17还可以为动态分离器，它采用离心力来帮助将气态和液态流体分离开。这种动态分离器可以为气-液柱状旋流分离器(GLCC)，它是无源的，因为它不需要任何运动部件或马达来产生出离心力。

与卸载装置37流体连通的压缩机39接收来自卸载装置37的气态流体。压缩机39将所生产出的气体压缩至预定压力，从而这些气体可以重新注入到油井中以帮助将油气从储油气层23(图1)升举到采油树35。气体歧管41接收来自压缩机39的压缩气体，并且将该气体分配给与海底井口27对应的每个采油树35。在本发明的实施方案中，压缩气体沿着在生产管道21和套管22之间的环形间隙向下流动以便在储油气层23的深度附近在油井中输送。如本领域技术人员能够很容易理解的一样，气体也可以输送穿过延伸到油井中的双层管道或同心管道，其中一部分管道输送气体，而另一部分接收所生产出的油气。

系统33包括可以设置在平台11上的泵43。泵43接收来自卸载装置37的液体并且提高液体的流体压力。然后将这些液体输送给管道31。

参照图3，该图显示出系统33，更详细显示出系统33的实施方案的工艺流程。歧管滑橇组件45包括生产歧管47。生产歧管47与多个采油树35流体连通。生产歧管47在分离之前从多个采油树35的每一个中收集所生产出的流体。歧管滑橇组件45优选具有安装在已经装配有管道入口、控件和阀门的滑橇上的生产歧管47。因此，在安装歧管滑橇组件45时，一旦滑橇安装到位则只要使得来自采油树35的管道与和歧管滑橇组件45相关的管道入口对准就可以。

在本发明的实施方案中，关闭滑橇组件49设置在歧管滑橇组件45下游。关闭滑橇组件49优选包括关闭阀组件51，用于控制来自生产歧管47的流体流。关闭滑橇组件49优选包括自关闭阀门组件51和安装在共同滑橇上的相关入口和出口管道。因此，在关闭滑橇组件49安装到位时，只需要从一个滑橇组件向另一个安装和对准管道，例如在来自歧管滑橇组件45的出口管道与关闭滑橇组件49的入口管道之间。在优选实施方案中，关闭阀门组件51在紧急情况下能够远程启动。

系统33还包括具有安装在其上的分离器55的分离器滑橇组件53以及具有安装在其上的液体缓冲罐59的液体缓冲罐滑橇组件57。在图3中所示的实施方案中，卸载装置37包括分离器滑橇和液体缓冲罐滑橇组件53、57。分离器滑橇组件53设置在歧管滑橇组件45下游。分离器滑橇组件53优选还设置在关闭滑橇组件49下游，从而关闭阀门组件51能够在由分离器滑橇组件接收之前控制流体流。如上面所述的一样，分离器55可以为静态或动态分离器。分离器滑橇组件53优选包括安装在共同滑橇上的分离器、管道、阀门和控件，从而只需要在将分离器滑橇组件53在平台11上安装到位时进行管道入口和出口的连接。

在优选的实施方案中，分离器55为具有气体、水和油出口的三相分离器。如果采用注入法，则在分离之后，水从分离器滑橇组件53输送出以便用于处理或者进一步生产使用。油液从分离器滑橇组件53输送给液体缓冲罐滑橇组件57的液态缓冲罐59。液体缓冲罐59通常为容器。将油液收集在液体缓冲罐59中提供了帮助保持所要泵送给管道31的油的恒定流量和压力的方式(图1和2)。另外，液体缓冲罐59可以用作二级分离器以使得气态颗粒与从分离器55接收到的油液进一步分离。包括有液体缓冲罐59、相关的管道入口和出口、阀门以及控件的液体缓冲罐滑橇组件57优选如此预先安装在共同的滑橇上，从而只需要在将液体缓冲罐滑橇组件57在平台11上安装到位时进行管道入口和出口的连接。

系统33包括具有安装在其上的泵43的泵滑橇组件61。泵43优选为正排量泵例如往复式泵。泵43提高来自分离器55和液体缓冲罐59的液体压力，从而它能够在管道31的预定压力下进入管道31(图1和2)。泵滑橇组件61优选包括预先安装在共同滑橇上的泵43、发动机或马达、相关的入口和出口管道、阀门以及控件，从而管道入口和出口以及燃料源或电源的连接一旦在平台11上安装到位时是最小的。在本发明的实施方案中，在泵滑橇组件61下游设置有另一个具有关闭阀65的关闭滑橇组件63，从而能够在紧急情况下控制提供给管道31的流量。在优选实施方案中，关闭阀65可以为远程促动阀。

在分离器滑橇组件53下游还设置有压缩机滑橇组件67。压缩机39安装在压缩机滑橇组件67的滑橇上。压缩机39为能够将分离出的气体从小于50psi的入口压力压缩至大于1100-1200psi的压缩机，然后将该气体输送给气体歧管41(图2)以便分配给生产油井进行气体升举。在优选实施方案中，压缩机39可以每天处理2百万标准立方英尺(MMSCF/D)，这适用于对四个或五个油井进行气体升举。在对五个以上的油井进行气体升举时可以采用另外的压缩段或另外的压缩机滑橇组件。

在优选实施方案中，压缩机39为三级往复式压缩机组件。压缩机组件包括用来去除在每一级压缩之后夹杂在气体中的液体的抽吸涤气器或除液器、气体发动机和用于在每一级压缩之后降低压缩气体温度的翅扇式马达驱动冷却器。可以采用单独的燃料气体滑橇来给气体发动机提供燃料。来自涤气器的液体可以从压缩机滑橇组件67输送给液体缓冲罐59。压缩机滑橇组件67包括具有预先安装在共同滑橇上的相关设备、管道、阀门和控件的压缩机39，从而只需要在将压缩机滑橇组件67在平台11上安装到位之后进行最小的安装作业。来自压缩机39的多余气体可以输送给封闭的排放涤气器，这也能够接收从分离器55和液体缓冲罐59分离出的气体。

如在背景技术中所述的一样，普通油井卸载装置或方法的一个问题在于分离出的生产气体排放到大气中并且损失掉。系统33通过在分离之后收集生产出的气体以便重新注入到油井中供气体升举使用而很好地解决了这个问题。

系统33组合了两种关键形式的人造升举-1)降低在地面处的背压以及2)气体升举提高了从地下储油层的生产速度以及储量。系统11使得油井能够在流动至非常低的表面压力(<30psi)的同时进行气体升举，因为卸载装置37和泵43防止在采油树35上形成背压。卸载装置37还提供了用于气体升举的气体。系统33的另一个优点是收集了原来会排放的油气，并且因此降低了温室气体排放并且利用它进行人造升举。

另外，油井能够给卸载装置37生产流体并且同时进行气体升举，因为注入的气体通过在管道21和套管22之间的环形空间或通过双管道组注入。这产生出闭环气体升举系统，并且气体重新用于升举，从而使之完全优化以使得生产最大化。没有任何普通人造升举系统实现了该闭环气体升举，同时降低了在地面处的背压、而且，没有任何其它普通人造升举系统实现了这种作用同时还收集了在其它情况下会排放出的其它生产出的流体。

系统33的另一个有利方面是其可动性。系统33包括歧管滑橇组件45、具有分离器滑橇和液体缓冲罐滑橇组件53、57的卸载装置37、泵滑橇组件61和压缩机滑橇组件67。因为这些部件中的每一个可以包括预安装和设置的设备和管道，所以系统33是模块化的并且能够在每12小时轮班在海上平台中安装或拆卸。这种可动性使得系统33能够服务多个平台以便实现最大使用率。与需要在每个平台上提前花费安装气体升举压缩机的标准气体升举操作相比，该系统所需的资金投资少得多。在系统33已经从第一平台11抽取合适的储量并且保持该系统运行不再经济时，由于其模块化特性，可以将该系统33拆下并且移动到另一个平台11以继续工作。

服务多个平台的这种可动性和灵活性对于任意其它系统而言不是存在的，这也提供了有效并且经济地抽取储量的机会，这些储量在油井生产率下降之后不会被生产出。

另一个方面在于，与普通气体升举组件相比，系统33在海上平台甲板上的空间要求或“占地面积”较小。具有这样小的占地面积进一步使得油井作业操作例如钢丝和电线操作能够与系统33同时进行。这在其中需要频繁油井干涉操作的几种海上环境中是有利的。

虽然已经按照其只是一些形式显示出本发明，但是对于本领域技术人员而言应该是显而易见的是，本发明并不会如此受到限制，而是在不脱离本发明范围的情况下可以有各种变化。例如，压缩机滑橇组件67也可以从液体缓冲罐59中接收分离出的气体以便压缩并且重新注入到油井中。

Claims (14)

1.一种井卸载装置和压缩机系统，用于从与储油气层流体连通的井中生产出油气，该系统包括：

卸载装置，所述卸载装置被构造为通过采油树从井中接收所生产出的具有油气的流体，并且将所生产出的流体分离成液态流体和气态流体；

与卸载装置流体连通的压缩机，所述压缩机被构造成从卸载装置接收气态流体并且将该气态流体压缩至预定压力，从而气态流体能够重新喷射到井中以帮助将所生产出的流体从储油气层升高到采油树；

气体歧管，所述气体歧管被构造成从压缩机接收压缩气态流体并且将该气态流体分配给至少一个采油树以及至少一个相应的井；以及

泵，所述泵被构造成从卸载装置接收液态流体以及提高液态流体的流体压力，并且将液态流体输送给管道。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述卸载装置包括被构造成从所生产出的流体中分离出水的三相分离器。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述卸载装置包括动态分离器。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述泵被构造成将所述液态流体输送给所述管道，所述管道位于海床上。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述卸载装置、压缩机和气体歧管设置在一个或多个滑橇上，使得每个滑橇能够输送并且重新用于从不同的储油气层生产出油气。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述卸载装置、压缩机和气体歧管被构造成作为基本封闭的气体升举系统操作，从而所述卸载装置接收之前注入到井中的气态流体。

7.一种从与储油气层流体连通的井中生产出油气的方法，该方法包括：

在卸载装置中接收从井生产出的流体，并且使得所生产出的流体分离成液态流体和气态流体；

将来自卸载装置的气态流体压缩至预定压力；

将气态流体分配给至少一个采油树和相应井；

将气态流体重新注入到井中以帮助将从油层生产出的流体升举；以及

在泵中提高液态流体的流体压力，并且将液态流体输送给管道。

8.如权利要求7所述的方法，其中用于接收和分离所生产出的流体的步骤包括使得水与所述气态流体和液态流体分离。

9.如权利要求7所述的方法，其中用于接收和分离所生产出的流体的步骤包括动态分离地所生产出的流体。

10.如权利要求7所述的方法，其中输送步骤包括将所述液态流体输送给管道，所述管道位于海床上。

11.如权利要求7所述的方法，还包括：

在一个或多个滑橇上设置所述卸载装置、用于进行压缩步骤的压缩机、用于进行分配步骤的气体歧管、以及泵；并且

将每个滑橇从靠近储油气层的位置输送到靠近第二储油气层的位置，并且然后将所述卸载装置、压缩机、气体歧管和泵重新用于从所述第二储油气层中生产油气。

12.如权利要求7所述的方法，其中重新注入所述气态流体的步骤在所述卸载装置正在接收从所述井生产出的流体的同时进行，从而所述井在受到气体升举操作的同时进行生产。

13.如权利要求7所述的方法，其中接收所生产出的流体的步骤包括接收之前注入到所述井中的气态流体，从而所述气态流体重新用于基本封闭的气体升举循环中。

14.如权利要求7所述的方法，其中接收所生产出的流体以及提高液态流体的压力的步骤包括降低在井处的背压。

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