CN104520527A - 海底冷却器的主动控制 - Google Patents

Abstract

一种冷却器系统，具有入口(A)和出口(B)，该冷却器系统包括：至少第一冷却器(20，21，22，23，24)和第二冷却器(20，21，22，23，24)，其中，第一冷却器(20，21，22，23，24)和第二冷却器(20，21，22，23，24)被布置为串联连接，该冷却器系统进一步包括至少第三冷却器(20，21，22，23，24)，该第三冷却器被布置为与第一冷却器(20，21，22，23，24)和第二冷却器(20，21，22，23，24)并联连接，并且该冷却器系统包括用于引导流体通过至少一个冷却器(20，21，22，23，24)的至少一个流动控制装置，其中，至少一个冷却器(20，21，22，23，24)包括旁路线路和/或再循环回路(35)。

Description

海底冷却器的主动控制

技术领域

本发明涉及一种冷却器系统，包括被布置为串联连接的至少第一冷却器和第二冷却器以及被布置为与所述第一冷却器和所述第二冷却器并联连接的第三冷却器。至少一个所述冷却器包括再循环回路(recirculationloop)。该系统具体地可适用于在海底使用。

背景技术

通常的冷却器在本领域中是众所周知的，但也存在鲜为人知的海底冷却器。例如，在通过引用将其全部内容并入本文中的本申请人自己公布的申请WO 2011008101 A1中，或在挪威专利第30761B1号中公开了冷却诸如油气流(hydrocarbon flow)的井流(well flow)的海底冷却器的实例。在WO 2010110674 A2和WO 2010110676 A2中描述了其它已知的海底冷却器。

压缩机的功能部分依赖于将要压缩的介质的流量和温度。已经证实了将介质冷却会提高压缩机的效率。因为难以远距离地接近恶劣的海底环境，已经证实了具有最小维护需求的稳健且有效的压缩机在海底应用中尤为重要。然而，除其它问题之外，冷却油气流会造成水合物形成。因为水通常形成部分油气流而使水合物形成，当冷却流体时水可以作为游离水(free water)而被分离出来。水合物会结晶或被压缩从而造成堵塞油管、流动线路或管线的危险。因此，被适配于专门用途的冷却单元以及待冷却的介质的量和成分同样重要。

已经证实的是难以在考虑井流的流量和温度的情况下灵活地布置冷却器系统。

因此，本发明的一个目的是针对井流的寿命周期的冷却需求提供一种灵活的冷却系统。

另一个目的是确保冷却后的流体保持在预定温度范围内。

发明内容

在独立权利要求中阐述并且描述了本发明的特征，而从属权利要求描述了本发明的其他特征。

根据本发明，提供了一种冷却器系统，具有入口和出口，该冷却器系统包括：至少第一冷却器和第二冷却器，其中，第一冷却器和第二冷却器被布置为串联连接，该冷却器系统包括至少第三冷却器，该第三冷却器被布置为与第一冷却器和第二冷却器并联连接，并且该冷却器系统包括用于引导流体通过至少一个冷却器的至少一个流动控制装置，其中，至少一个冷却器包括旁路线路和/或再循环回路。该再循环回路在流体冷却不令人满意的情况下允许额外地冷却至少一部分井流，可替换地，冷却全部的井流。另外，可以在所述第一冷却器和/或第二冷却器上布置旁路线路，该旁路线路允许至少一部分流体(可替换的，全部流体)旁路冷却器。这在由于井流的温度，例如，在野外的使用寿命期间，井流的温度随着时间函数变化和/或井流的流量会发生变化而不需要或不想要进行冷却(例如，额外地冷却)的场合中会是有利的。例如，通过使用允许不流动、在第一方向上流动或在第二方向上流动的三通阀可以使旁路线路形成再循环回路的一部分。可替换地，旁路线路和再循环回路可由单独的管、管道或类似物形成，旁路冷却器，或在冷却器周围或者可替换地在冷却器内进行再循环。第三冷却器或任意数量的额外的冷却器可以相对于第一冷却器和第二冷却器被布置在一个或多个并联连接中。在第一冷却器和第二冷却器串中还可以存在额外的冷却器。在一个实施例中，第三冷却器包括再循环回路。在另一个实施例中，第三冷却器包括旁路线路和/或再循环回路。但应该理解的是，第一冷却器、第二冷却器、第三冷却器或额外的冷却器中的任意一个可以布置有再循环回路和/或旁路线路。第三冷却器可以被布置为与至少一个其它冷却器串联连接。不同的串联连接(例如，表示为单个分支)可具有相同的最大冷却效果或不同的冷却效果。在一个串联连接或分支中的冷却效果还取决于井的预期流量。冷却器系统包括至少一个流动控制装置，该流动控制装置用于引导流体流过所述第一冷却器和第二冷却器、第三冷却器和/或旁路线路中的至少一个。流动控制装置优选地为阀门或其它能够控制井流的其他装置。系统可配备有一个、两个或多个引导井流通过所期望的冷却器、旁路管线或旁路线路的流动控制装置。

冷却器系统可设置有用于MEG-注入的装置以阻止水合物的形成。MEG-注入装置在正常流动条件下的冷却器系统的标准操作期间以及当流动停止时等均可能变得有用。

诸如在WO 2011008101 A1中所描述的，可以布置多个冷却器或冷却单元以设置根据本发明的冷却器系统。WO 2011008101 A1描述了一种海底冷却单元，其包括第一总管(header pipe)和第二总管，该第二总管具有基本上平行于第一总管的纵轴并且该第二总管与第一总管保持一定距离。至少一组冷却器盘管被布置在第一总管与第二总管之间。形成至少一组冷却器盘管，这样使得盘管被布置在一个平面中。该第一总管适配于与至少一个油气井连通并且形成用于海底冷却单元的公共入口。该第二总管适配于与流体管线连通并且形成用于海底冷却单元的公共出口。每组冷却器盘管被单独连接至两个总管。这些总管适配于连接至海底处理设备并且形成海底冷却单元的入口和出口。该冷却单元可被用于利用例如海水对介质进行冷却。然后，可以在总管和盘管内引导待冷却的介质，利用海水对其进行冷却。可以很容易地调节一组冷却器盘管中的流道长度。还可很容易地调节冷却器盘管组的数量。这给出了一个可容易地适配于特定用途和在特定位置需要的所期望的冷却效果的冷却单元。通过将盘管布置在一个平面内，可很容易地将几组盘管一个挨着一个堆叠。由此，可通过增加或减少布置在两个总管之间并且与两个总管连通的盘管组的数量来很容易地调节冷却速度，并且可以同时调节总管的长度以容纳所需数量的冷却器盘管组。在冷却器单元的使用寿命期间，还可以通过具有被配置为它们可以在冷却单元的使用寿命期间接纳额外的冷却器盘管组的总管来改变一个冷却单元的冷却效果。至少一组冷却器盘管可形成盘旋结构并且可包括至少三个直管和至少两个180度的弯管，其中直管和弯管被设置为形成连续盘管，该连续盘管形成内部流路和两个连接器，流路每端各有一个连接器，用于将冷却器盘管组连接到总管。直管和弯管优选地为预制的标准件。然后直管和弯管的总成将形成蜿蜒的流道。通过对这些进行组装，可将冷却器盘管组适配于针对专门用途所需要的长度，这给出了冷却单元的极大的通用性。形成冷却单元的元件的标准化还使得冷却单元廉价并且可容易进行适配。

单个冷却器可被布置为具有位于上部中的用于使井流通向冷却器盘管的入口的单元。该冷却器盘管可具有通向井流出口的多个直管和弯管，其出口被布置在在垂直方向上低于入口水平面的水平面中。根据一个方面的冷却器可在每一侧上设置有液密壁(fluid-tight wall)以及在下部中设置有开口。另外，冷却器可在液密壁的上端设置有第一穿孔板和第二穿孔板。优选地，海水从冷却器下方进入并且从冷却器的上部流出。第一穿孔板和第二穿孔板可设置有相似或不同的穿孔。第一穿孔板和第二穿孔板相对彼此是可移动的。第二穿孔板可相对于冷却器的液密壁固定。第一穿孔板可以是可移动的并且被布置为与第二穿孔板平行。第一穿孔板的移动可借助于致动器来控制。致动器可以是为机械式或电动式等。通过布置相对于第二板可移动的一个板，可通过允许更多或更少的海水穿过穿孔来调节通过冷却器的海水的流量，即，流动面积。如果两块板的穿孔一致，则流动面积最大。通过使用这种布置，通过控制的自然对流来驱动井流的冷却。还可以使用不同于穿孔板的其它的流量调节装置，这样的实例可以是不同种类的阀门、平板阀、阀瓣或可部分或完全限制穿过冷却器单元中的盘管的海水的流量的其它装置等等。可替换地，可布置用于产生流体(即，海水)运动的装置，诸如泵、推进装置、螺旋桨和类似于驱动海水通过冷却器的装置。具有高温的井流进入盘管并且通过冷却盘管的壁暴露于已经由冷却器下部中的井流加热过的海水中。因此，井流经历逐渐冷却的过程，即，其先暴露于加热过的海水中，然后再暴露于冷的海水中。加热过的海水将总是倾向于向上流动至冷水中，并且如果冷却器打开，允许部分或全部的海水流动通过，这将建立通过冷却器中的冷却盘管的海水的自然流动。在冷却器系统的实施例中，至少两个冷却器可具有不同的冷却能力(coolingcapacity)。冷却需求在相同的环境上可能有所变化，并且即使在同一井流中可能随时间的函数变化。通过提供具有不同或甚至相同冷却能力的冷却器，其被布置为串联或并联并且具有旁路管线和用于包括或不包括流动通过不同冷却器的调节装置，以针对所需的冷却效果给出较大的灵活性。

在实施例中，本发明涉及至少一个冷却器，该冷却器包括：用于海底流体的入口和出口；用于冷却介质的进入开口和排出开口，其中，排出开口包括调节通过冷却器的冷却介质的流量的流体流量调节装置。如上所述，流量调节装置可以是两个以上的穿孔板的形式，穿孔板可相对于彼此移动。可替换地，同样如上所述，流量调节装置可以是阀门、阀瓣或其它可调节流动面积的装置。由于自然对流，更大的流动面积给出更大的流量，而更小的流动面积减小流量。可串联和并联地布置两个以上的冷却器。

如果将额外的井连接到冷却器系统，串联连接的冷却效果可以被调节为适合于这个额外的井或多个井期望的冷却需求。由于不同的井可具有不同的成分、流量和温度，这会引起从一个井到冷却器的第一串联连接的流动、从第二井到冷却器的第二串联连接的流动。可替换地，可混合来自单独的井的流体，引导混合流体通过相同的串联连接的冷却器。

在实施例中，冷却器系统包括旁路所有的冷却器的旁路管线。旁路管线可以是被布置为与冷却器的串联连接并联的单独的旁路管线，或在一个串联连接中的每个冷却器上的旁路线路。这使得井流可以旁路所有的冷却器，并且在不需要进行冷却或当对冷却器执行维护工作的情况下会是有利的。

在冷却器系统的实施例中，冷却器可包括温度控制装置并且可以被配置为如果温度高于阈值，则通过再循环回路再循环至少部分流体流。该系统还可包括其他类型的传感器装置，诸如流量传感器、压力传感器等等。传感器可以被布置在冷却器系统中的不同位置处，例如，在每个冷却器上、在冷却器之间、在冷却器串的入口处等等。通过读取传感器值，根据期望，操作者可监控冷却器系统和冷却器，并且将流体引导至另外一组冷却器、再循环整个流体或部分流体、通过旁路管线或旁路线路使全部或部分流体旁路。

现在将参照所附示图通过非限制性实施例来描述本发明，在附图中：

附图说明

图1示出了根据发明的不同冷却器系统的实例，系统A)、B)、C)、D)、E)包括冷却能力相同的冷却器。

图2示出了包括冷却能力相同或不同的冷却器的冷却器系统的实例。

图3A示出了根据本发明的单个冷却器的实施例的侧视图。

图3B示出了单个冷却器的穿孔板的顶视图。

图4示出了包括五个并行冷却器串的冷却器系统的第一实施例，其中一些冷却器设置有再循环回路。

图5示出了冷却器系统的第二实施例，其中一些冷却器设置有再循环回路和旁路回路。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的不同的冷却器系统的实例。系统A)、B)、C)、D)、E)包括冷却能力相同的冷却器20。在A)中公开的实施例中，示出了具有相同冷却能力的五个相同的冷却器。实施例B)示出了具有一个冷却器20的冷却系统。实施例C)示出了具有以串联连接布置的两个冷却器20的冷却系统。实施例D)、E)和F)示出了分别具有三个、四个和五个冷却器20的冷却器系统的实施例。

图2示出了包括冷却能力相同或不同的冷却器的冷却器系统的实例。在实施例A)中示出了四个不同的冷却器21、22、23、24。冷却器21、22、23、24在尺寸上的差异是表示冷却能力上的差异的图解示出。冷却器21还被示出在实施例B)中，冷却器21被示出为冷却器21、22、23、24中最小的，表示冷却器21具有最低的冷却能力。冷却器22还被示出在实施例C)中，该冷却器22比冷却器21大，表示它具有大于冷却器21的冷却能力。类似地，冷却器23和24被示出为甚至比冷却器22大，表示它们具有大于冷却器22的冷却能力。在D)中所示的实施例中，公开了其中系统具有相同的冷却能力的两个不同的冷却器系统的实例。由冷却器21和22组成的系统被示出为与由一个冷却器23组成的系统具有相同的尺寸，因此具有相同的冷却能力。类似地，在实施例E)中示出了具有相同冷却能力的两个冷却器系统。一个由冷却器21和冷却器23组成的系统对应于由一个冷却器24组成的冷却器系统。实施例F)、G)、H)、I)、J)和K)示出了分别包括不同的冷却器21、22、23、24中的两个或两个以上的冷却器系统的不同实例。

图3A示出了根据本发明的单个冷却器的实施例。在示例性冷却器中，冷却器被布置在海底环境中。井流(即,油气流)从上部进入冷却器盘管10。通过箭头A示出了流入方向。井流从下部中冷却器。通过箭头B示出了从冷却器中的盘管10中流出的方向。优选地，海水从冷却器下方进入(在图中通过箭头C示出)并且通过冷却器的上部流出，其通过箭头D示出。在冷却器的上端，布置了具有穿孔12的第一穿孔板11和第二穿孔板13。第二穿孔板13连接到冷却器的壁。第一穿孔板11是可移动的并且被布置在相对于第二穿孔板13的并行平面内。第一穿孔板11的运动例如可借助于致动器14进行操作，该致动器14通常为机械，电动形式等。因为井流的冷却由自然对流驱动，通过布置相对于第二穿孔板13可移动的第一穿孔板11，可以调节通过冷却器的海水的流量。具有高温的井流沿箭头A进入冷却器中的盘管10并且与已经由冷却器下部中的井流加热过的海水进行热交换。从而井流经历一个逐渐冷却的过程，即，其先暴露于加热过的海水中然后再暴露于冷的海水中。在这种情况下，加热过的海水将在冷却器中移动。由于对流，加热过的海水移动到相对较冷的区域。

图3B示出了具有穿孔12的第一穿孔板11的配置实例的顶视图。第一穿孔板11相对于第二穿孔板13的运动来控制通过第一穿孔板和第二穿孔板的穿孔的流动面积，即，海水流经冷却器的对流流量。

图4示出了根据本发明的冷却系统的第一实施例。井流通过进入管45进入冷却器系统，通过箭头A示出了流动方向。流体通过排出管46离开冷却器系统，通过箭头B示出了流动方向。在图中，示出了五个分支30、31、32、33、34，其中所有分支被布置为相互平行。在每个连接串30、31、32、33、34的入口处，布置控制至每个分支和每个冷却器中的流入物的流动控制装置36。流动控制装置36通常是三通阀(three-way valve)或能够引导井流的其它装置。冷却系统还可包括诸如温度传感器的温度控制装置(未示出)。另外，可使用其它传感器装置，诸如流量传感器、压力传感器等等。传感器可以被布置在冷却器系统中的不同位置上，例如，每个冷却器上、冷却器之间、冷却器串的入口处等等。根据所要求的冷却能力，布置在连接串的每个入口处的流动控制装置36可引导流体进入不同的串联连接中的一个或多个。在示例性实施例中，串联连接31是所示出的串联连接中具有最高冷却能力的冷却串，而如果将串联连接34排除在外，则串联连接33具有最低冷却能力。连接34是旁路线路，其允许流体流过冷却器系统而旁路所有的冷却器。

图5示出了根据本发明的冷却器系统的第二实施例。在与每个冷却器的连接中，例如，如果温度高于阈值，除了布置再循环回路37之外，可布置旁路至少部分流体流的旁路线路37、38。旁路线路37、38可以是如通过参考标号37所示的单向流动回路或如通过参考标号38所示的双向流动回路。另外，系统可包括在图4中所公开的实施例的所有特征。

根据本发明的冷却器系统提供了针对冷却需求的较大的灵活性。能够提供一种根据冷却需要而具有不同冷却能力的冷却器系统，应记住的是，在野外的使用寿命期间水合物的形成温度和/或流量的变化会是有利的。通过选择具有相同或不同的冷却能力的冷却器、串联布置两个以上的冷却器、如果温度高于预设水平，则在所述冷却器中的一个或多个上设置再循环回路、如果不需要冷却，则设置旁路所有冷却器的旁路线路、或以并联连接布置两个以上的冷却器，这给出了在井流冷却方面较大的灵活性。

在本文中，在非限制性实施例中描述了本发明。本领域中的技术人员应理解的是，可以对所附权利要求所限定的本发明的范围内的实施例做出更改或变形，并且不同实施例的元素或特征可以被组合在任意配置中。

Claims (6)

1.一种冷却器系统，具有入口(A)和出口(B)，所述冷却器系统包括：至少第一冷却器(20，21，22，23，24)和第二冷却器(20，21，22，23，24)，其中，所述第一冷却器(20，21，22，23，24)和所述第二冷却器(20，21，22，23，24)被布置为串联连接，所述冷却器系统进一步包括至少第三冷却器(20，21，22，23，24)，所述第三冷却器被布置为与所述第一冷却器(20，21，22，23，24)和所述第二冷却器(20，21，22，23，24)并联连接，并且所述冷却器系统包括用于引导流体通过至少一个冷却器(20，21，22，23，24)的至少一个流动控制装置，其中，所述冷却器(20，21，22，23，24)中的至少一个包括旁路线路和/或再循环回路(35)。

2.根据权利要求1所述的冷却器系统，其特征在于，所述冷却器(20，21，22，23，24)中的至少两个具有不同的冷却能力。

3.根据权利要求1至2所述的冷却器系统，其特征在于，所述系统包括旁路所有的所述冷却器(20，21，22，23，24)的旁路管线(34)。

4.根据权利要求1至3所述的冷却器系统，其特征在于，所述至少一个流动控制装置引导所述流体通过所述第一冷却器(20，21，22，23，24)和所述第二冷却器(20，21，22，23，24)、所述第三冷却器(20，21，22，23，24)和/或所述旁路管线(34)中的至少一个。

5.根据权利要求1至4所述的冷却器系统，其特征在于，所述第三冷却器(20，21，22，23，24)被布置为与至少一个冷却器(20，21，22，23，24)串联连接。

6.根据权利要求1至5所述的冷却器系统，其特征在于，所述冷却器(20，21，22，23，24)包括温度控制装置并且被配置为如果温度高于阈值，则通过所述再循环回路(35)再循环至少部分流体流。