TW201807158A - 碳氫化合物爲基礎的載流體 - Google Patents

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約翰Ａ 巴伯庫克
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Abstract

Y級NGL或L級物被用作載流體以運輸一個或更多化學添加劑進入一碳氫化合物耐受儲槽以處理此碳氫化合物耐受儲槽。Y級NGL或L級物以及化學添加劑可被冷卻及/或發泡。

Description

碳氫化合物為基礎的載流體
本揭露的實施例關於使用碳氫化合物為基礎的載流體輸送一種或更多的化學物。更具體而言，係關於使用未分餾碳氫化合物混和物(例如Y級天然氣液體(Y-Grade NGL)、或L級物)作為載流體以輸送一種或更多的化學添加劑進入碳氫化合物耐受儲槽以增加或修復產率事項。
油及氣井的流量限制傾向減少經過一段時間的產率。一般而言，由碳氫化合物耐受儲槽流出的流體留下固體殘留物，無機及有機均有，在井最接近的一部分以及構成井結構的筒、管、閥、及類似者。
在井的操作中，許多程序可能做動以減少從井的產出。碳氫化合物產物一般被兩種主要儲槽參數限制：孔隙度和穿透率。即使孔隙度適當，對於碳氫化合物流的有效穿透率可能被限制。當一個以上的流存在於可穿透的系統，每一個流被其他的流的量及分布影響；特別是相對流或相對穿透率被在係「濕相(wetting phase)」的流所影響，亦即潤濕儲槽岩表面的流體。水基礎的流體在井處理期間被注入可浸透被處理區域的孔空間，防止碳氫化合物滲入及通過相同的孔空間。
鑽井液可包含化學物其能減少生成能力以產生流體藉由與生成及/或生成流體反應以產生沈澱及/或結垢。逆行冷凝可能造成凝析 物環而累積靠近井筒造成明顯的碳氫化合物流的減少。結垢的沈積，瀝青質(asphaltenes)、及石蠟質(paraffin’s)亦可能抑制流。此外，特定流可能與形成中的黏土反應而造成他們容漲，進一步阻礙流的形成能力。如傳統例子所示溶劑被用於移除石蠟及瀝青沈積物；介面活性劑被用於調整形成濕潤性、調整毛細力以增加油移動度、及消除近井筒冷凝物阻礙；酸被用於移除表皮損傷；以及高分子被用於調整水黏滯度以增進次表層儲槽內的掃或挪流體流(sweep or divert fluid flow)。
在一些例子中，化學處理物需要一「載流體(carrier fluid)」及/或一置換流體以輸送化學處理物及放置其在井筒或地下地層(subsurface formation)的合適位置。有從關於鑽井的損害攜帶懸浮及輸送化學成分給清潔井筒及近井筒區域的方法的需求，工作在近井筒及地下地層特別在低壓形成的操作及退化上。對於實施清潔到操作者可精確地控制補救化學處理的位置的程度有額外的需求。
一種輸送化學添加劑到碳氫化合物耐受儲槽的方法包含混合化學添加劑與載流體以形成處理流體，其中化學添加劑包含未分餾碳氫化合物混合物，以及將處理流體泵入碳氫化合物耐受儲槽。
10‧‧‧碳氫化合物流
40‧‧‧化學添加劑單元
50‧‧‧定量泵
60‧‧‧管路
70‧‧‧管路
74‧‧‧管路
75‧‧‧泵
80‧‧‧吸洗滌器
90‧‧‧管路
100‧‧‧載流體系統
105‧‧‧高壓泵
110‧‧‧液態氮源
120‧‧‧管路
130‧‧‧低溫泵
135‧‧‧蒸發器
140‧‧‧管路
150‧‧‧管路
160‧‧‧冷卻器
170‧‧‧管路
180‧‧‧管路
190‧‧‧井頭
200‧‧‧載流體系統
210‧‧‧加壓器
220‧‧‧排放頭
225‧‧‧後冷卻器
230‧‧‧管路
240‧‧‧管路
270‧‧‧管路
285‧‧‧管路
300‧‧‧載流體系統
310‧‧‧管路
350‧‧‧L級物儲存器
360‧‧‧氮氣總管
380‧‧‧氮氣蒸發器
390‧‧‧管路
400‧‧‧液態氮儲槽
900‧‧‧Y級NGL回收系統
910‧‧‧碳氫化合物儲槽1
920‧‧‧井頭1
930‧‧‧現場分離器
940‧‧‧區域天然氣處理設施
950‧‧‧井頭2
970‧‧‧碳氫化合物儲槽2
3000‧‧‧L級物回收系統
C85‧‧‧止回閥
C290‧‧‧止回閥
C340‧‧‧止回閥
M120‧‧‧孔口流量計
M300‧‧‧孔口流量計
M330‧‧‧孔口流量計
V1‧‧‧控制閥
V2‧‧‧控制閥
V20‧‧‧控制閥
V60‧‧‧控制閥
V70‧‧‧控制閥
V130‧‧‧控制閥
V250‧‧‧控制閥
V260‧‧‧控制閥
V287‧‧‧控制閥
V320‧‧‧控制閥
V370‧‧‧控制閥
圖1示出根據一實施例的載流體系統的平面示意圖。
圖2示出根據一實施例的載流體系統的平面示意圖。
圖3示出根據一實施例的載流體系統的平面示意圖。
圖4示出可被用於創造供用於下述實施例的Y級天然氣的Y 級天然氣回收系統的平面示意圖。
圖5示出可被用於創造供用於下述實施例的L級物的L級物回收系統的平面示意圖。
為了便於理解，同樣的參考符號被使用，若可能，以指定圖式中同樣的元件。可期待一實施例中揭露的元件可被有益地用於其他實施例而無特定引述。
本揭露的實施例包含用於輸送一個或更多化學添加劑(例如化學成分)進入碳氫化合物耐受儲槽的載流體。一個或更多的載流體可包含未分餾碳氫化合物混合物，例如Y級天然氣液體(下稱Y級NGL)或L級液體(下稱L級物)。
Y級NGL是未分餾碳氫化合物混合物包含乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、及戊烷以上物。戊烷以上物包含戊烷、異戊烷、及/或重量較重碳氫化合物，例如碳氫化合物包含至少C5到C8至少其中之一者。戊烷以上物可包含例如天然汽油。
一般而言，Y級NGL是脫甲烷碳氫化合物流的副產物其被製造自頁岩井並被輸送到一集中設施。Y級NGL可由分離設施、氣體廠、及/或精煉廠被在地源化並由卡車或管道輸送到使用點。在其未分餾或天然狀態(在特定壓力及溫度下)，例如在250-600psig範圍內且在井頭或環境溫度，Y級NGL不具有專屬市場或已知用途。Y級NGL在其真正價值被證實前必須進行處理。
Y級NGL可被訂製以在多種情況下做為液體操作。既然Y級 NGL的乙烷成分影響蒸氣壓，乙烷成分可依需要被調整。根據一實施例，Y級NGL可被處理以具有低乙烷成分，例如在3-12百分比範圍的乙烷成分，以讓Y級NGL可在低壓儲存器中作為液體被輸送。根據另一實施例，Y級NGL可被處理以具有高乙烷成分，例如在38-60百分比範圍的乙烷成分，以讓Y級NGL在高壓管路中作為液體被輸送。
Y級NGL不同於液化石油氣(liquefied petroleum gas，LPG)。差別之一在於LPG是一包含主要為丙烷的分餾產品，或者一包含丙烷及丁烷分餾產品的混合物。另一差別在於LPG是分餾碳氫化合物混合物，而Y級NGL是未分餾碳氫化合物混合物。另個差別在於LPG是在分餾設施中經由分餾系列(fractionation train)被製造，而Y級NGL可獲得自分離設施、氣體廠、及/或精煉廠。又一個差別在於LPG是具有完全相同組成的純產品，而Y級NGL可具有不同的組成。
在其未分餾狀態，Y級NGL不是NGL純產品且不是藉由結合一個或更多NGL純產品形成的混合物。NGL純產品被定義為一NGL流具有至少90%的一類型碳分子。五種已承認的NGL純產品為乙烷(C2)、丙烷(C3)、正丁烷(NC4)、異丁烷(IC4)及天然汽油(C5+)。未分餾碳氫化合物混合物必須被送到分餾設施、其被低溫冷卻且通過一包含一系列蒸餾塔的分餾系列，意指脫乙烷塔、脫丙烷塔、及脫丁烷塔，以從未分餾碳氫化合物混合物分餾出NGL純產品。每個蒸餾塔產生一NGL純產品。液化石油氣是僅包含丙烷的NGL純產品，或兩個或更多NGL純產品的混合物，例如丙烷或丁烷。液化石油氣因此為已分餾碳氫化合物或已分餾碳氫化合物混合物。
在一實施例中，Y級NGL包含30-80%，例如40-60%，例如43%，乙烷，15-45%，例如20-35%，例如27%，丙烷，例如5-10%，例如7%，正丁烷，5-40，例如10-25%，例如10%，異丁烷，以及5-25%，例如10-20%，例如13%，戊烷以上物。甲烷一般少於1%，例如少於0.5%的液體體積。
在一實施例中，Y級NGL包含脫水、拖硫的井頭氣體冷凝組成物其具有蒸氣壓不大於600psig在華氏溫度100度(℉)，具有芳香族小於約1重量百分率，以及烯烴小於約1%的液體體積。以下描述對於實施例有用的材料及流一般包含具有熔點低於約華氏0度的碳氫化合物。
在一實施例中，Y級NGL可被與黏度增加劑、非離子介面活性劑、及/或交聯劑混合。Y級NGL可被與非離子介面活性劑混合以創造泡沫。黏度增加劑、非離子介面活性劑、及/或交聯劑可被與增溶流體混合供隨後與Y級NGL的混合。增溶流體可包含已分餾或精煉的碳氫化合物，例如C3、C4、C5、C6、C7、C8及其混合物。增溶流體可包含C3+碳氫化合物，包含丙烷、丁烷、戊烷、石油腦、甲苯、柴油、天然汽油、及其任意組合。
使用Y級NGL作為載流體的優點在於此流體沒有自由水，且與目前使用(超臨界CO2)的無水替換物相比可以較低花費獲得，是百分之百相容於次表層碳氫化合物耐受生成，是天然溶劑，且快速清理基於其被較輕碳氫化合物組成(例如C2及C3)所激化。
L級物是包含天然氣液體、冷凝物(包括芳香族)、以及微量水、二氧化碳、及/或硫化氫的未分餾碳氫化合物。L級物混合物中的天然氣液體包含乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、以及戊烷以上的烴。戊烷以上的 烴包含戊烷、異戊烷、及/或更重的碳氫化合物，例如包含C5到C35的碳氫化合物。戊烷以上的烴可包含例如天然汽油。
一般而言，L級物是脫甲烷碳氫化合物流的副產物其被製造自頁岩井並被輸送到一集中設施。L級物一般包含API比重範圍在50度到75度之間的天然氣液體以及冷凝物。在其未分餾或自然狀態(在特定壓力及溫度，例如在250-600psig的範圍且在井頭或環境溫度)L級物不具有專屬市場或已知用途。L級物在其真正價值被證實前必須進行處理。
L級物與冷凝物不同在於L級物被儲存在介於約230psig至約600psig的壓力，而冷凝物被儲存在大氣條件(例如壓力及溫度)。
L級物可經由一般在600psig以下的壓力的驟蒸分離而由一被收集自井頭或一個或更多的非傳統資源井(unconventional resource wells)的採油管匯(production header)，一般指油頁岩井，的碳氫化合物流中被回收。此是透過使用操作在足夠低壓以自碳氫化合物流去除絕大多數的乙烷、但是在足夠高壓以保留顯著部分的乙烷加上混合物的驟蒸分離來完成。
圖1是根據一實施例的載流體系統100的平面示意圖。載流體系統100包含載流體儲存單元80、化學添加劑單元40、以及一個或更多的高壓泵105。載流體，例如未分餾碳氫化合物混合物(例如Y級NGL或L級物)，來自流體儲存單元80被以泵75經由管路70泵送到控制閥V1且進入管路74。
來自化學添加劑單元40的化學添加劑被以定量泵50泵送經過管路60進入管路74。雖然只有一個化學添加劑單元40被顯示，載流體系統100可包含相同或不同化學添加劑的任意數量的化學添加劑單元，其全數 被泵送進入管路74供與載流體混合。化學添加劑可為溶劑、介面活性劑、非離子型介面活性劑、高分子、酸、奈米介面活性劑、奈米高分子、高分子塗佈奈米粒子、奈米溶劑、或其任意組合。
載流體與管路74中的化學添加劑混合以形成處理流體。任意方便的泵可被用作為高壓泵105。高壓泵105推升載流體的壓力到250psig或更高的壓力，例如250psig至10,000psig，例如約10,000psig，並泵送處理流體通過管路150進到管路180，以及從管路180進到井頭190(且通過例如碳鋼管、不鏽鋼管、撓性管、或毛細管)供注入地下地層。
圖2是根據一實施例的載流體系統200的平面示意圖。載流體系統200與載流體系統100相似但進一步包含冷卻器160、一液態氮源100，以及一個或更多的低溫泵130。處理流體從管路150流經冷卻器160到管路180。液態氮(來自液態氮源110)流經冷卻器160冷卻已加壓處理流體到0℉或更低的溫度，例如低至-60℉。冷卻器160可為殼管式冷卻器(shell-and-tube cooler)、管中管冷卻器(tube-in-tube cooler)、或其他類似設計，且一般藉由與液態氮的熱接觸被冷卻。
來自液態氮源110的液態氮，其可為一液態氮儲存單元，藉由一個或更多的低溫泵130被轉移通過管路120。低溫泵130排經由管路140液態氮到控制閥V2，且由控制閥V2進到冷卻器160以冷卻流經冷卻器160的已加壓處理流體。低溫、已加壓處理流體從冷卻器160排進到管路180且被泵入井頭190供注入地下地層。在冷卻器160中蒸發的液態氮被經由管路170排到氮通風口。
載流體系統200的低溫組成，例如液態氮源110、低溫泵130、 控制閥V2、冷卻器160、以及管路120、140、150、170、及/或180可由耐低溫材料製成且/或可為保溫以避免熱上升並增進操作人員的安全這些耐低溫材料可包含，但不限於，碳鋼、不鏽鋼、鎳、英高鎳、及沃斯田鐵系不鏽鋼。額外的冷卻可被以任意絕熱或藉由選線佈管(routing tubing)或佈管經過絕熱、或在絕熱及設備之間的方式加套，以及提供額外液態氮通過筒或管路的方式包含。
圖3是根據一實施例的載流體系統300的平面示意圖。載流體系統300與載流體系統200相似而差異在冷卻器160被移除且蒸發器135被加入。
獲取自液態氮源110的液態氮藉由一個或更多的低溫泵130被轉移通過管路120，其將液態氮排進到液態氮被轉換成高壓氣態氮的蒸發器135。高壓氣態氮被從蒸發器135經由管路140排通過控制閥V2且直接進到管路180，在此混合且冷卻流自管路150的已加壓處理流體以產生泡沫。泡沫(亦稱處理流體)隨後被泵送進到井頭190供注入地下地層。
在一實施例中，處理流體被冷卻到冷凍位於碳氫化合物耐受儲槽內的原生水(connate water)的溫度。在儲槽內的冷凍水轉移任意額外的處理流體且容許在儲槽內選定位置的材料的置換。
在一實施例中，處理流體(且尤其是處理流體中的Y級NGL或L級物)作為溶劑以修復(remediate)位在鄰近井筒且在碳氫耐受儲槽中的石蠟及/或瀝青質。在一實施例中，處理流體(且尤其是具有介面活性劑的處理流體中的Y級NGL或L級物)被用於修復位在該碳氫耐受儲槽中的凝析油堵塞。
在一實施例中，處理流體可包含體積比例5-10%的抑制水的水包油乳状液、Y級NGL或L級物載流體、化學添加劑、以及介面活性劑。
在一實施例中，二氧化碳、非離子介面活性劑、及/或任意其他冷卻劑可被用於取代或加入如前述載流體系統200中的液態氮以冷卻處理流體。
在一實施例中，二氧化碳、非離子介面活性劑、及/或任意其他起泡劑可被用於取代或加入如前述載流體系統300中的液態氮以冷卻處理流體及/或產生泡沫。
在一實施例中，處理流體被用於藉由從儲槽修復(例如減少或移除)一個或更多材料以處理碳氫化合物耐受儲槽。在一實施例中，處理流替被用於從儲槽置換一個或更多材料以增加儲槽的產率。
圖4示出可與下述任一實施例使用的供獲得Y級NGL的Y級NGL回收系統900的一實施例。如圖4所示，一碳氫化合物流經由第一井頭920被從第一碳氫化合物儲槽910產出到表面其中產出的碳氫化合物流藉由一現場分離器被現場驟蒸分離成為一濕氣體流(亦稱天然氣體流)以及一液體流。天然氣體流被運輸，經由例如管線，到其被進一步處理的區域天然氣體處理設施940，且液體流被運輸到其被銷售進到市場的例如儲存場。
天然氣體流進入其被脫水及清除CO2,、H2s、及N2的天然氣體處理設施940。已脫水及清除的天然氣體流隨後被擴張及冷卻以凝結出天然氣液體。這些天然氣液體(”NGL”)是未分餾碳氫化合物混合物，其被稱為Y級NGL，生料混合(raw mix)、或未分餾NGL。剩餘氣體流被例如運輸到管線以被銷售進入市場。
未分餾碳氫化合物混合物是從在天然氣體處理設施940的天然氣體流冷凝的液體混合物。冷凝程序是天然氣體流擴張及冷卻以冷凝出未分餾碳氫化合物混合物的結果，依程序亦被指為天然氣體流脫甲烷。未分餾碳氫化合物混合物因此是脫甲烷的天然氣體流的副產物。
未分餾碳氫化合物混合物隨後被經由例如管線運輸到目標儲槽供作為如下所述的載流體使用。載流體可使用下述實施例經由一第二井頭950(例如井頭190)被注入一第二碳氫化合物耐受儲槽970。
圖5示出可與下述任一實施例使用的供獲得L級物的L級物回收系統3000的一實施例。L級物回收系統3000被運輸到井場且經由具有以控制閥V20控制的操作壓力及流率的三相高壓垂直分離器40的進口連接到碳氫化合物流10(從在井場的一個或更多的井產出)。碳氫化合物流10被分離器40經由在特定壓力的重力分層而分離成三個單獨成分包含L級物、水、及天然氣。
已加壓L級物經由被控制閥V320控制且由孔口流量計M330測流量的運輸管路310離開分離器40到已加壓L級物儲存器350。止回閥C340防止由L級物儲存器350回流。L級物儲存器350藉由一包含一氮氣總管(nitrogen header)360、控制閥V370、以及液態氮儲槽400的氮包覆系統來以氮包覆。從儲槽400經由管路390的液態氮在一氮氣蒸發器380被蒸發且通過控制閥V370排出到分配氮氣進入L級物儲存器350的氮氣總管360。L級物可隨後被用作載流體且注入一碳氫化合物耐受儲槽。
來自分離器40的水經由管路110被輸送到例如在油及氣租賃的一大氣水儲存及/或丟棄設施。來自分離器40的水的流率及壓力被控制閥 V130控制且被孔口流量計M120測量。
來自分離器40的天然氣體通過管路50輸送經過控制閥V70並進入吸洗滌器80。輸送的液體藉由吸洗滌器80被移除自天然氣體流且經由排放管路100轉移到大氣水儲存及/或丟棄設施。吸洗滌器80可藉由開啟控制閥V60、關閉控制閥V70被繞過，且容許天然氣體流移動通過管路90。
一無液體的氣體流經由管路140離開吸洗滌器80，流經止回閥C85，且被吸入一吸抽總管(suction header)150供分配到天然氣體加壓器180、210。加壓器180、210分別經由能量轉移耦接170、200由原動機160、190驅動以加壓天然氣體流。高壓天然氣體流離開加壓器180、210進入排放頭220，而後被一後冷卻器225冷卻，流經止回閥C290，且在經由轉移管路285轉移到濕氣體銷售管路230前被孔口流量計M300測量。加壓的天然氣體流可藉由開啟控制閥V250、V260及至少部分關閉控制閥V287而被循環以經由管路240、270循環加壓天然氣體流回到加壓器180、210。
雖然上述是對應特定實施例，其他及進一步的實施例可被設計而不脫本揭露的基本範疇。

Claims (13)

  1. 一種輸送一化學添加劑到一碳氫化合物耐受儲槽的方法，包含：混合該化學添加劑與一載流體以形成一處理流體，其中該化學添加劑包含一未分餾碳氫化合物混合物；以及將該處理流體泵入該碳氫化合物耐受儲槽。
  2. 如請求項1所述的方法，其中該化學添加劑包含一溶劑、一介面活性劑、一非離子型介面活性劑、一高分子、一酸、一奈米介面活性劑、一奈米高分子、一高分子塗佈奈米粒子、一奈米溶劑、及其組合。
  3. 如請求項1所述的方法，其中該未分餾碳氫化合物混合物包含Y級天然氣液體(Y-Grade NGL)。
  4. 如請求項1所述的方法，其中該未分餾碳氫化合物混合物包含L級物。
  5. 如請求項1所述的方法，進一步包含冷卻該處理流體並隨後將該處理流體泵入該碳氫化合物耐受儲槽。
  6. 如請求項所述的方法，其中該處理流體包含Y級天然氣液體(Y-Grade NGL)，且進一步包含將該處理流體流經一由液態氮與二氧化碳至少其中之一冷卻之冷卻器以冷卻該處理流體並隨後將該處理流體泵入該碳氫化合物耐受儲槽。
  7. 如請求項1所述的方法，進一步包含蒸發至少其中之一的氮、二氧化 碳、及一非離子介面活性劑，將該至少其中之一的已蒸發的氮、二氧化碳、及一非離子介面活性劑與該處理流體混合以生成泡沫，並隨後將該泡沫泵入該碳氫化合物耐受儲槽。
  8. 如請求項1所述的方法，進一步包含將該處理流體與至少其中之一的氮、二氧化碳、及一非離子介面活性劑混合以生成泡沫，並隨後將該泡沫泵入該碳氫化合物耐受儲槽。
  9. 如請求項1所述的方法，其中該處理流體包含Y級天然氣液體(Y-Grade NGL)且被冷卻到一冷凍位在該碳氫化合物耐受儲槽內的原生水的溫度。
  10. 如請求項1所述的方法，其中該處理流體作為一溶劑以修復位在鄰近井筒且在該碳氫化合物耐受儲槽中的石蠟。
  11. 如請求項1所述的方法，其中該處理流體作為一溶劑以修復位在鄰近井筒且在該碳氫化合物耐受儲槽中的瀝青質。
  12. 如請求項1所述的方法，其中該處理流體作為一溶劑以修復位在該碳氫化合物耐受儲槽中的凝析油堵塞。
  13. 如請求項1所述的方法，其中該處理流體進一步包含體積比例5-10%的抑制水以及一介面活性劑。
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