CN111479984A - 用于注入水和气体中至少一种对海底油藏进行加压的海底系统和方法 - Google Patents

用于注入水和气体中至少一种对海底油藏进行加压的海底系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及将水和气体同时或交替地注入海底井中以增加产量和原油采收率。因此，本发明提供了一种用于通过注入水和气体中的至少一种对海底油藏进行加压的海底系统，包括：(i)至少两个海底注入井(4、4’)，每个海底注入井(4、4’)借助于单条海底管线(1、2)连接至生产单元(5)，所述单条海底管线(1、2)通过主注入芯(6、6’)连接至相应的海底注入井(4、4’)；和(ii)至少一个跨接器(3)，每个跨接器(3)通过环形芯(7、7’)以液压方式连接至少两个相邻的海底注入井(4、4’)中的两个。本发明进一步提供了一种与上述系统相关的海底油藏加压方法。

Description

用于注入水和气体中至少一种对海底油藏进行加压的海底系 统和方法
技术领域
本发明涉及将流体注入油藏中以维持压力。更具体地，本发明涉及将水和气体同时或交替地注入海底井中以增加产量和原油采收率。
背景技术
在海上石油开采中，在一定程度上开采了油藏时，其压力降低。为了使生产继续，有几种二次采油技术，其中值得一提的是注水，以使得物质平衡不足最小化，从而使油藏的压力尽可能接近原始压力。对具有高气油比的深水油田(如位于巴西预盐区的油田)的生产的研究，发现了通过在油藏的同一井和位置中交替地注入气体和水的方法来增加油藏采收率的机会，称为WAG(水气交替(Water-Alternating-Gas))。此方法用于多个陆上油田，但不用于海上油田。
根据油藏的类型，与仅注水法相比，WAG法可以表现出更好的采油指数。WAG方法有一些变体，包括在同一井中同时注入气体和水。
在巴西，出现使用富含CO2的气体进行WAG的机会，主要是最近在预盐层中发现了大量油藏。预盐碳酸盐油藏中所含的大部分油是轻质的，密度在28°至30°API(美国石油学会)范围内，含大量气体，气油比大于200m3/m3，并且含有8％至20％的CO2，这使得利用气体来提高采收率的极具可能性。通过WAG注入法将含CO2的产出气重新注入，除了缓解引起温室效应的气体释放之外，还有提高那些油藏的采油率的良好前景。一个挑战是将这种技术应用于深水中。
深层采油以及在同一井中的气体和水注入系统固有的问题涉及由于在高压和低温条件下气体和水的直接接触而导致的水合物形成所造成堵塞管道的风险。在气体中的CO2百分比大于1％的情况下，使用管线使气体或水流动的另一个问题是需要特殊的冶金和操作程序，以通过利用惰性流体床的垫的替换换来切换流体，从而避免CO2与水反应生成碳酸，这是一种高度腐蚀性的物质。
为了避免在巴西预盐深水区中的第一个海底油田开发中的管线腐蚀的问题和水合物的风险，设计了一种灵活系统，该系统能够只注入水或交替地注入水和气体(WAG法)，具有切换注入流体的能力，并因此降低了水合物形成的风险。为此，开发了一种操作连接到两个海底注入井的水和气体注入海底歧管(MSIAG)。在该系统中，歧管负责控制井中气体和/或水的注入。
尽管这种设计具有优点，但是这样的歧管显示出大约3000万美元量级的高投资成本，加上海底管线的成本和操作成本。因此，需要开发允许在生产中维持油藏压力的新的解决方案。
因此，存在兴趣去寻求其他更经济有效而不需要在与上述情形类似的情形中用歧管来确保通过WAG法的注入的解决方案。在这方面，多功能海底系统将变得有吸引力，所述多功能海底系统将增加油藏采收率的注入与减少水合物的更大稳健性(robustness)相结合，并且进一步与注入直接从海底收集的水的可能性相结合。
ROSA,K.R.S.A.、Bezerra,M.C.M.、Ponzio,E.A.和Rocha,A.A.的发表于Rev.Virtual Quim.2016年的标题为“先进的石油开采：WAG(水气交替)的潜力(AdvancedPetroleum Recovery:Potential of WAG(Water Alternating Gas))”的文献描述了使用WAG注入技术采油的研究。然而，没有提到在无需使用歧管控制注入的情况下在注入井中进行海底注入的可能性。
如以下将详细描述的，本发明旨在以实用且有效的方式解决上述现有技术问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于气体和水注入的集成采收系统，其消除了对海底歧管的需求。
本发明的另一个目的是提供一种经由注入气体和水而对于水合物具有更大稳健性的集成回收系统。
本发明的另一个目的是提供一种经由注入气体和水而能够注入直接从海床收集和处理的水的集成回收系统。
因此，为了实现这些目的，本发明提供了一种用于通过注入水和气体中的至少一种来对海底油藏进行加压的海底系统，所述系统包括：(i)至少两个海底注入井，每个海底注入井通过单条海底管线连接至生产单元，所述单条海底管线通过主注入芯(maininjection mandrel)而连接相应的海底注入井；和(ii)至少一个跨接器，每个跨接器经由注入环形芯而以液压方式连接至少两个相邻的海底井中的两个。
本发明进一步提供了一种通过注入水和气体中的至少一种来对海底油藏进行加压的海底方法，所述方法包括以下步骤：在至少一个海底井中注入水和气体中的至少一种以便注入由至少两个海底注入井组成的组件，每个海底注入井通过单条海底管线与生产单元互连，所述单条海底管线经由主注入芯连接至相应的海底注入井，其中跨接器经由注入环形芯以液压方式连接至少两个相邻的海底井中的两个，其中在至少一个海底注入井中注入水和气体中的至少一种的步骤是从生产单元和相应的单条海底管线执行的，或者是从与至少一个海底注入井液压连通的收集与注入海底系统执行的。
附图说明
下面阐述的详细描述参照表示本发明的各实施方式的附图及其各自的附图标记。
图1示出了根据本发明的第一实施方式的系统的示意图，该系统包括通过单条短海底管线(跨接器)以液压方式连接的一对注入井。
图2示出了根据本发明的第二实施方式的系统的示意图，该系统进一步包括水收集与注入海底系统。
图3示出了本发明的第二实施方式的水收集与注入海底系统的详细示意图。
具体实施方式
首先，要强调的是，以下描述描述了本发明的优选实施方式。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，本发明不限于这些特定实施方式。
在图1的示意图中示出的本发明的第一实施方式中，两个海底注入井4、4’通过它们各自的海底注入管线1、2与诸如FPSO(Floating Production Storage and Offloading,浮式生产储油卸载船)之类的生产单元5互连，所述海底注入管线1、2连接至每个海底注入井4、4’的相应的主注入芯6、6’。井4和4’通过短的海底管线(诸如跨接器3)以液压方式连接，该跨接器3通过每个海底注入井4、4’的环形芯7、7’连接。
跨接器3促进了海底管线1、2中流体的切换和交换，从而促进了惰性流体(例如：柴油)的垫的替换。
另外，跨接器3使工具和流体能够通过海底管线和海底注入井4、4’，诸如刮板，也称为清管器(pig)。为了便于理解，进一步示出了由安装在海底井口中的湿式采油树和生产基地组成的组件中常用到的阀门，其中：
M1–注入主阀；
M2–环形阀；
W1–主翼阀；
W2–环形翼阀；
S1–主抽汲阀(swab valve)；
S2–环形抽汲阀；
XO–转向阀(cross over valve)；
PXO–交叉清管阀(cross over pig valve)；
DHSV–井下安全阀。
可选地，根据图2的示意图所示的第二实施方式，通过海水收集与注入海底系统8在每个海底注入井4、4’中直接从海底收集、过滤和注入水。
优选地，海水收集与注入海底系统8通过至少一个跨接器3与相邻的海底注入井4、4’的环形芯7、7’流体连通。更优选地，海水收集与注入海底系统8沿跨接器3定位，如图2中所示。
优选地，海水收集与注入海底系统8包括阀10；节流器11、11’；流量计12、12’；排出管13；止回阀14；注入泵15；吸入阀16；过滤器17和吸水管18。
可选地，至少一个热刺型的双液压龙头20用于减压操作和水合物缓解。进一步可选地，提供了由ROV(Remotely Operated Vehicle,远程操作航行器)远程操作的辅助阀19、19’。通过双液压龙头20，可以从阀10的一侧抽出流体并返回到另一侧，从而促进在所需一侧上的减压。
本发明进一步提供了一种通过注入水和气体中的至少一种来对海底油藏进行加压的海底方法，所述方法包括在由至少两个海底注入井4、4’组成的组件的至少一个海底注入井4、4’中注入水和气体中的至少一种的步骤，每个海底注入井4、4’通过单条海底管线1、2与生产单元5互连，该单条海底管线1、2经由主注入芯6、6’连接至相应的海底注入井4、4’。
本发明的方法还在于跨接器3，其通过环形芯7、7’以物理方式和液压方式连接至少两个相邻的海底注入井4、4’中的两个，从而在有或无清管器通道的情况下，促进海底管线1和2中流体的替换和交换操作。
另外，在至少一个海底注入井4、4’中注入水和气体中的至少一种的步骤是从生产单元5执行的，或者是从与至少一个海底注入井4、4’液压连通的海底收集与注入系统8执行的。
可选地，注入步骤包括仅从生产单元5通过不同的单条海底管线1、2连续地或交替地注入水和气体中的至少一种。
可选地，从生产单元5通过不同的单条海底管线1、2交替地注入水和气体中的至少一种进一步包括在水和气体之间的界面中注入惰性流体垫。优选地，惰性流体是柴油。
或者，注入步骤包括：从生产单元5通过不同的单条海底管线1、2注入气体；以及从与至少一个海底注入井4、4’流体连通的海底收集与注入系统8注入海水。
因此，要指出的是，通过本发明获得了许多技术优点，因为本发明：
(i)提供了一种海底气体和水注水系统，其被设计为用于提高深水石油生产项目的采收率；
(ii)提供了一种海底注入系统，该系统能够注入一种单一流体或交替地注入多于一种流体；
(iii)提供了一种海底注入系统和相应的方法，该系统和方法允许交替地注入气体或水，其中通过切换位于生产单元和注入井的湿式采油树中的截止阀的位置来进行流体替换；
(iv)同时提供一种注入和流量保证方法，该方法更稳健地促进管线减压，以防止或甚至修复水合物；
(v)由于根据本发明的系统包括部件和成熟技术的集成，因此对于所使用的设备没有技术障碍；和
(vi)提供了一种交替地注入水和气体的海底注入系统，其具有最少数量的连接件和立管，而无需歧管，从而显著降低了建造、安装和维护的成本和复杂性。
允许落入本申请的保护范围内的多种变型。因此，要强调的是，本发明不限于上述特定实施方式/配置。

Claims (10)

1.一种用于注入水和气体中的至少一种对海底油藏进行加压的海底系统，包括：
至少两个海底注入井(4、4’)，每个海底注入井(4、4’)借助于单条海底管线(1、2)与生产单元(5)互连，所述单条海底管线(1、2)通过主注入芯(6、6’)连接至相应的海底注入井(4、4’)；和
至少一个跨接器(3)，每个跨接器(3)通过环形芯(7、7’)流体连通至少两个相邻的海底注入井(4、4’)中的两个。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括海水收集与注入海底系统(8)。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述海水收集与注入海底系统(8)包括至少一个阀(10)、节流器(11、11’)、流量计(12、12’)、排出管(13)、止回阀(14)、注入泵(15)、吸入阀(16)、过滤器(17)和吸入管(18)。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述海水收集与注入海底系统(8)通过所述至少一个跨接器(3)与所述至少两个相邻的海底注入井(4、4’)的所述环形芯(7、7’)流体连通。
5.根据权利要求3或4中任一项所述的系统，其中所述海水收集与注入海底系统(8)进一步包括至少一个双液压龙头(20)。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的系统，其中所述海水收集与注入海底系统(8)进一步包括由ROV远程操作的至少一个辅助阀(19、19’)。
7.一种用于注入水和气体中的至少一种对海底油藏进行加压的海底方法，包括以下步骤：
在由至少两个海底注入井(4、4’)组成的组件中的至少一个海底注入井(4、4’)中注入水和气体中的至少一种，每个海底注入井(4、4’)借助于单条海底管线(1、2)与生产单元(5)互连，所述单条海底管线(1、2)通过主注入芯(6、6’)连接至相应的海底注入井(4、4’)，
其中跨接器(3)通过环形芯(7、7’)以液压方式连接至少两个相邻的海底注入井(4、4’)中的两个，
其中在至少一个海底注入井(4、4’)中注入水和气体中的至少一种的步骤是从所述生产单元(5)执行的，或者是从与所述至少一个海底注入井(4、4’)流体连通的收集与注入海底系统(8)执行的。
8.根据权利要求7所述的方法，其中在至少一个海底注入井(4、4’)中注入水和气体中的至少一种的步骤包括：从所述生产单元(5)通过不同的单条海底管线(1、2)连续地或交替地注入水和气体中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的方法，其中从所述生产单元(5)通过不同的单条海底管线(1、2)交替地注入水和气体中的至少一种进一步包括：在水和气体之间的界面中注入惰性流体的垫。
10.根据权利要求7所述的方法，其中注入步骤包括：从所述生产单元(5)通过不同的单条海底管线(1、2)注入气体；以及从与所述至少一个海底注入井(4、4’)流体连通的所述海底收集与注入系统(8)注入海水。
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