專利名稱：控制節(jié)涌的裝置的制作方法
控制節(jié)涌的裝置
本發(fā)明涉及一種用于控制提升管內(nèi)的劇烈節(jié)涌發(fā)生的方法和裝 置，所述提升管用于從海底管線向水面生產(chǎn)設(shè)施輸送包括氣相和液相 的多相流體流。
多相管線在石油和天然氣生產(chǎn)工業(yè)中用于從海上生產(chǎn)井向附近的 水面生產(chǎn)設(shè)施運(yùn)輸包括液相(一般包括石油和/或天然氣冷凝物及產(chǎn)生 的水)和氣相的多相流體流。
一般地，位于海床上的管線可連接于上升的水下流送管路，公知 為"提升管，，，其將產(chǎn)出的流體一直輸送到水面生產(chǎn)設(shè)施，優(yōu)選輸送 到氣液分離器以分離氣相和液相。
在某些管線/提升管的構(gòu)造中可發(fā)生"節(jié)涌"流。該條件是指這樣
的情況從提升管的頂部分離出來的氣相和液相的流速不穩(wěn)定且在大 部分(或全部)氣體和大部分(或全部)液體之間振蕩。該情況可導(dǎo) 致三個(gè)嚴(yán)重的問題， 一般是
1) 由于到達(dá)液體的很大"節(jié)涌"產(chǎn)生的進(jìn)口氣/液分離容器的溢 流，到達(dá)液體的體積大于該容器內(nèi)可用的液體容量。這可能導(dǎo)致緊急 停工。
2) 在上層設(shè)備內(nèi)的不穩(wěn)定的操作條件。這可導(dǎo)致不能滿足產(chǎn)品規(guī) 格； 一般是不能滿足對(duì)污染產(chǎn)生的排水的石油量的調(diào)節(jié)，而且不能滿 足規(guī)定的輸出石油中的水含量，這都?xì)w因于難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的石油/水界 面。另外，這可導(dǎo)致控制水面生產(chǎn)設(shè)施的氣體壓縮機(jī)的問題，這是因 為供給氣體從氣/液分離器向上述生產(chǎn)設(shè)施的不穩(wěn)定的流動(dòng)，這可造成 天然氣的一些突然燃燒。
3) 高壓負(fù)載可被施加在提升管上(提升管連接于管線和生產(chǎn)設(shè) 施)，這是因?yàn)橐后w節(jié)涌以其趨向于加速離開管線的高速度到達(dá)所述 設(shè)施。
當(dāng)達(dá)到三個(gè)條件時(shí)發(fā)生劇烈節(jié)涌的標(biāo)準(zhǔn)范例，所述條件是
(i) 向下傾斜的管線；
(ii) 通向?qū)訝盍黧w流的多相流的低速度，和
(iii) 水下管線連接于提升管。因此，管線的傾斜度和多相流體流的速度產(chǎn)生這樣的條件在所 述條件下，流動(dòng)管路中的物流采用層式流型，氣體在液體之上流動(dòng)。 這個(gè)使氣體進(jìn)入到傾斜管線的上部之中的分離是建立劇烈節(jié)涌現(xiàn)象的 決定因素。
劇烈節(jié)涌的特征在于循環(huán)的四階段過程，如下所述
階段I:多相流不具有足夠的能量以將液體運(yùn)輸?shù)教嵘?，并?液體因此積聚在提升管的底部。經(jīng)過一段時(shí)間后，形成了液體的節(jié)涌， 從而阻塞氣體的通過。在阻塞的液體節(jié)涌的上游的氣壓增大，迫使形 成的液體節(jié)涌進(jìn)入到提升管內(nèi)，使得液體壓頭上升通過提升管。液柱 產(chǎn)生靜水壓力，所述靜水壓力隨液柱變長(zhǎng)而增大，這個(gè)靜水壓力大致 等于液體節(jié)涌的管線上游內(nèi)增大的氣壓。液體節(jié)涌的長(zhǎng)度在極端情況 下可達(dá)l至多個(gè)提升管的長(zhǎng)度。
階段n:液體節(jié)涌的上液面到達(dá)提升管的頂部，而且液體開始流 動(dòng)到分離器之內(nèi)。在這一點(diǎn)上，靜水壓力處于最大值。
階段m:在液體節(jié)涌后面增大的氣壓變得足以克服液體的靜水壓 頭，而且氣窩或氣泡被迫使進(jìn)入到提升管的下端并開始沿提升管上移。 在這個(gè)階段，作用在漸小壓頭上的是大致固定的氣壓。氣壓超過靜水 壓力的超出量促使節(jié)涌以高速射出提升管。然后已經(jīng)在液體節(jié)涌后面 累積起來的氣體排放到分離器成為突然的氣體巨涌(氣體爆發(fā))。
階段IV: —旦氣體巨涌已經(jīng)排放到分離器之內(nèi)，多相流就具有足 夠的能量沿提升管向上運(yùn)送液體(如階段I )。液體下落到提升管壁 并開始積聚在提升管的底部，從而進(jìn)入新的循環(huán)。
跟隨有氣體巨涌的液體的節(jié)涌會(huì)威脅淹沒生產(chǎn)設(shè)施。氣體爆發(fā)通 常被檢測(cè)為分離器內(nèi)的高壓，并且壓力檢測(cè)裝置操作使得閥裝置關(guān)閉， 從而切斷提升管和生產(chǎn)設(shè)施而且也關(guān)閉對(duì)設(shè)施的操作。這意味生產(chǎn)被 停止，同時(shí)處理劇烈節(jié)涌的影響，而且在至少幾個(gè)小時(shí)內(nèi)可能無法恢 復(fù)生產(chǎn)，從而造成可能由恢復(fù)的生產(chǎn)的可能性加重的經(jīng)濟(jì)損失，所述 恢復(fù)的生產(chǎn)必須從最開始處于低水平并然后逐漸增大到正常速率。
已經(jīng)采用多種手段來減小或消除劇烈節(jié)涌的影響。參考《石油與 天然氣》("Oil and Gas")雜志1979年11月12日刊，第230-238 頁，使用一種節(jié)流閥來控制劇烈節(jié)涌。因此，通過在提升管的頂部引 入由節(jié)流閥產(chǎn)生的對(duì)流動(dòng)的局部壓降(壓頭損失)可以獲得流動(dòng)的穩(wěn)定性。由節(jié)流閥在表面施加的背壓與經(jīng)過它的流速成比例。這樣，節(jié) 涌被中斷而且可以使流動(dòng)穩(wěn)定。
考慮到實(shí)現(xiàn)管路內(nèi)的壓力降低并保持液體在提升管之內(nèi)流動(dòng)，已 經(jīng)利用氣升裝置來減小提升管內(nèi)的液柱的靜水壓力。這通過在提升管 的底部注射氣體來實(shí)現(xiàn)。然而，由于劇烈節(jié)涌的現(xiàn)象不能被輕易地控 制，通常需要注射大量的氣體，這要求相當(dāng)大的壓縮裝置。此外，大 量氣體的注射基本上改變了氣體和石油的比例，這使得在水面生產(chǎn)設(shè) 施上的相分離操作復(fù)雜化。
GB2280460涉及一種用于插入到例如提升管這樣的管道內(nèi)的設(shè)備。 所述設(shè)備包括管形構(gòu)件，所述管形構(gòu)件具有的外部寬度小于管道的內(nèi) 部寬度，并具有安裝裝置以將管形構(gòu)件安裝在管道之內(nèi)。所述設(shè)備的 優(yōu)點(diǎn)在于，通過減小管道的流動(dòng)量，特別是與氣升裝置結(jié)合使用時(shí)， 可以減少并大體上減輕節(jié)涌問題。
US6041803涉及一種在包括提升管的流動(dòng)管路內(nèi)用于消除物流的 劇烈節(jié)涌的裝置，所述裝置包括具有漸縮噴嘴部分的本體，所述漸縮 噴嘴部分定位在流動(dòng)管路內(nèi)，在所述流動(dòng)管路內(nèi)，物流將要進(jìn)入提升 管。所述本體還包括分流擴(kuò)散器部分，漸縮噴嘴部分和分流擴(kuò)散器部 分以一定的幾何結(jié)構(gòu)限定本體的內(nèi)部通道，使其引入促進(jìn)多相流中的 相重組的壓降，從而將層狀流型轉(zhuǎn)變?yōu)榉菍訝盍餍鸵员愣嘞嗔餮靥嵘?管向上流動(dòng)。
US6716268涉及一種控制提升管內(nèi)的劇烈節(jié)涌的發(fā)生的方法，所述 提升管從管線向分離容器輸送多相流體系統(tǒng)，所述分離容器用于流體 系統(tǒng)的氣相和液相的分離。分離容器裝置設(shè)置有氣體出口，氣體出口 包括閥裝置以至少在提升管的下端的附近調(diào)節(jié)氣體沿管線朝提升管的 流動(dòng)速度。所述方法包括在鄰接于所述提升管的位置觀察管線內(nèi)的壓 力，并且改變閥裝置打開的程度以使管線內(nèi)的氣體速度改變到相反于 或阻止提升管內(nèi)的劇烈節(jié)涌的數(shù)值。
然而，仍然需要進(jìn)一步的裝置和方法以控制劇烈節(jié)涌流通的發(fā)生。 本發(fā)明提出 一種裝置，使用所述裝置通過減小液體節(jié)涌的長(zhǎng)度并 增大離散的液體節(jié)涌的頻率來抑制連接于提升管的多相管線內(nèi)的劇烈 節(jié)涌流，使得在離散的液體節(jié)涌后面的氣相壓力高到足以沿提升管向 上運(yùn)送節(jié)涌。因此，根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于抑制多相流體流內(nèi)的劇烈節(jié)涌 流的裝置，所述多相流體流流動(dòng)通過海底管線并進(jìn)入到提升管內(nèi)，其
中所述裝置直接定位在提升管的上游并包括至少一個(gè)單元，所述至 少一個(gè)單元包括(i )具有下端和上端的向上傾斜的管部，和(ii )具 有第一端部和第二端部的大致水平的管部，或者具有上端和下端的向 下傾斜的管部，其中
向上傾斜的管部的下端直接或間接地與管線連接，向上傾斜的管 部的上端直接或間接地與水平管部的笫一端部或與向下傾斜的管部的 上端連接，并且水平管部的第二端部或向下傾斜的管部的下端直接或 間接地與提升管連接，而且，向上傾斜的管部的傾斜角相對(duì)于水平面 在5-90°的范圍內(nèi)，并且向上傾斜的管部的長(zhǎng)度在1-30英尺的范圍內(nèi)。
因此，所述單元在向下傾斜的管部或水平管部的上游包括向上傾 斜的管部。
大致水平的管部的長(zhǎng)度或向下傾斜的管部("下坡"部)的長(zhǎng)度 應(yīng)當(dāng)足夠短以避免流態(tài)從活塞流(或間歇流)回到層狀流。優(yōu)選地， 大致水平的管部的長(zhǎng)度或向下傾斜的管部的長(zhǎng)度小于30英尺，優(yōu)選小 于20英尺。
當(dāng)管線例如通過支撐在支柱上而從海床升起時(shí)，所述裝置的所述 單元可另外在向上傾斜的管部的上游包括向下傾斜的管部。因此，這 個(gè)可選擇的向下傾斜的管部的上端連接于升起的管線，并且所述可選 擇的向下傾斜的管部的下端直接或間接地連接于向上傾斜的管部的下。
當(dāng)所述裝置的所述單元包括向下傾斜的管部時(shí)(在向上傾斜的管 部的上游和/或下游)，向下傾斜的管部的傾斜角相對(duì)于水平面適合在 5-90。的范圍內(nèi)。 一般地，向下傾斜的管部具有的長(zhǎng)度在l-30英尺的 范圍內(nèi)。向下傾斜的管部的傾斜角可與向上傾斜的管部("上坡"部) 的傾斜角相同或不同。在所述裝置的所述單元在向上傾斜的管部的上 游和下游包括向下傾斜的管部時(shí)，向下傾斜的管部的傾斜角可以相同 或不同。
所述裝置的所述單元可以由直管部形成。優(yōu)選地，所述單元的直 管部之間的連接部、所述單元和管線之間的連接部以及所述單元和提升管之間的連接部具有至少3倍管徑的彎曲半徑，優(yōu)選具有至少5倍 管徑的彎曲半徑以避免損壞管道并允許對(duì)管線、裝置和提升管的清管 作業(yè)。在所述裝置的所述單元包括向下傾斜的管部時(shí)，優(yōu)選所述單元 設(shè)置有連接直管部，所述連接直管部連接向上和向下傾斜的直管部。 優(yōu)選地，連接直管部大體上是基本水平的。 一般地，連接管部的長(zhǎng)度 在l-20英尺的范圍內(nèi)，優(yōu)選1-10英尺。因此，所述單元可包括上坡-水平、上坡-水平-下坡或下坡-水平-上坡-水平的布置。
當(dāng)所述單元由直管部形成時(shí)，向上傾斜的管部、連接管部和向下 傾斜的管部可以基本上在同一垂直平面內(nèi)?？商娲?，連接管部的縱 軸可以相對(duì)于向上和向下傾斜的管部的縱軸成一定角度。特別地，連 接管部的縱軸可以大致垂直于向上和向下傾斜的管部的縱軸，使得在 沿多相流體流的流動(dòng)方向中有突變。
可替代地，所述單元可包括彎曲管部。因此，所述單元可以是倒U 形的，或者當(dāng)管線在支柱上升起時(shí)是U形的或S形的。在管部是彎曲 的時(shí)候，通過作彎曲管部的最陡部分的切線來確定向上和向下傾斜的 管部的傾斜角。
所述裝置的管部?jī)?yōu)選被預(yù)成形。管部可以在地面上連接在一起， 并且裝配好的裝置隨后被放下到海床上的位置中，或者預(yù)成形的管道 可在海床上連接在一起。適宜地，可通過焊接連接所述裝置的管部。 所述裝置也可通過焊接連接到管線和提升管。如有必要，可通過海底 支撐結(jié)構(gòu)，例如，框架或腳手架來支撐所述裝置的管系。
在提升管的上游對(duì)所述裝置的正確定位和對(duì)所述單元的正確的尺 寸設(shè)計(jì)(例如，向上傾斜的管部的長(zhǎng)度和/或向上傾斜的管部的傾斜角) 抑制多相流體流內(nèi)的劇烈節(jié)涌流。不希望被任何理論所束綽，可以確 信，本發(fā)明的裝置通過建立短液體節(jié)涌來抑制劇烈節(jié)涌流的現(xiàn)象，所 述短液體節(jié)涌能夠在氣相壓力的影響下沿提升器向上流動(dòng)，所述氣相 壓力積累在每個(gè)離散的短液體節(jié)涌的后面。因此，流態(tài)從劇烈節(jié)涌流 變?yōu)榛钊骰蜷g歇流。較小的節(jié)涌在多相提升管內(nèi)是可以接受的，并 且不對(duì)水面生產(chǎn)設(shè)施造成操作上的問題。本發(fā)明的裝置消除了壓力和 流速的顯著波動(dòng)，從而使流動(dòng)正常并使水面生產(chǎn)設(shè)施的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。
在本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例中，提供一種抑制多相流體流內(nèi)的劇 烈節(jié)涌流的方法，所述多相流體流流動(dòng)通過管線并進(jìn)入到提升管內(nèi)，其中，所述多相流體流包括氣相和液相，所述方法包括
a) 提供一種直接位于提升管的上游的裝置，所述裝置包括至少一 個(gè)單元，所述至少一個(gè)單元包括(i )具有下端和上端的向上傾斜的管 部，和(ii )具有第一端部和第二端部的大致水平的管部，或者具有 上端和下端的向下傾斜的管部，其中向上傾斜的管部的下端直接或 間接地與管線連接，向上傾斜的管部的上端直接或間接地與水平管部 的第一端部或與向下傾斜的管部的上端連接，并且水平管部的第二端 部或向下傾斜的管部的下端直接或間接地與提升管連接，而且，向上 傾斜的管部的傾斜角相對(duì)于水平面在5-90°的范圍內(nèi)，并且向上傾斜 的管部的長(zhǎng)度在l-30英尺的范圍內(nèi)；
b) 使多相流體流從管線流動(dòng)通過所述裝置并進(jìn)入到提升管內(nèi)，所 述裝置引起流態(tài)從劇烈節(jié)涌流轉(zhuǎn)變向離散的活塞流，其中由所述裝 置產(chǎn)生被氣相的隔離層分離的液相的離散節(jié)涌，并且液相的每個(gè)離散 節(jié)涌的體積足夠小，使得在液相的每個(gè)離散節(jié)涌后面的氣相的隔離層 的壓力足以沿提升管向上運(yùn)送液相的離散節(jié)涌。
在本發(fā)明的 一 個(gè)優(yōu)選的方面中，提供 一 種抑制多相流體流內(nèi)的劇 烈節(jié)涌流的方法，所述多相流體流流動(dòng)通過管線并進(jìn)入到提升管內(nèi)， 其中，所述多相流體流包括氣相和液相，所述方法包括
a) 提供一種直接位于提升管的上游的裝置，所述裝置包括至少一 個(gè)單元，所述至少一個(gè)單元包括(i )具有下端和上端的向上傾斜的管 部，和(ii )具有第一端部和笫二端部的大致水平的管部，或者具有 上端和下端的向下傾斜的管部，其中向上傾斜的管部的下端直接或 間接地與管線連接，向上傾斜的管部的上端直接或間接地與水平管部 的笫一端部或與向下傾斜的管部的上端連接，并且水平管部的第二端 部或向下傾斜的管部的下端直接或間接地與提升管連接，而且，向上 傾斜的管部的傾斜角相對(duì)于水平面在5-90°的范圍內(nèi)，并且向上傾斜 的管部的長(zhǎng)度在l-30英尺的范圍內(nèi)；
b) 使多相流體流從管線流動(dòng)通過所述裝置，使得液體積聚在向上 傾斜的管部的底部，從而形成阻塞向上傾斜的管部的液體節(jié)涌；
c) 允許氣相的壓力在液體節(jié)涌的后面增大到足夠的程度，使得液 體節(jié)涌被驅(qū)使通過所述裝置的大致水平的管部或向下傾斜的管部，并 向上通過提升管到達(dá)水面生產(chǎn)設(shè)施。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括
1) 水面生產(chǎn)設(shè)施可具有較小的氣液分離容器，因?yàn)椴惶赡苡?艮 長(zhǎng)的節(jié)涌淹沒分離容器的危險(xiǎn)；
2) 可以使油井在停工之間保持較長(zhǎng)周期的生產(chǎn)；
3) 由于較低的提升管背壓和背壓變化的減小，所述裝置可允許產(chǎn) 量的增大；
4) 水面生產(chǎn)設(shè)施內(nèi)的氣液分離器不會(huì)經(jīng)受這種伴隨劇烈節(jié)涌發(fā)生 的劇烈的壓力波動(dòng)；和
5) 對(duì)水面生產(chǎn)設(shè)施的設(shè)備的機(jī)械磨損的減少，以及對(duì)提升管和提 升管"停滯"的應(yīng)力連接部的應(yīng)變的減小。
管線是水下管線，用于把多相流體流從海底碳?xì)浠衔锷a(chǎn)井運(yùn) 送到提升管。多相流體流包括液相和氣相。適宜地，多相流體流的液 相包括石油和/或天然氣冷凝物和產(chǎn)生的水。適宜地，多相流體流的氣 相包括天然氣。 一般地，管線內(nèi)的多相流體流的流態(tài)是層狀流。管線 可以是向下傾斜的。然而，這不是本發(fā)明的必要特征。
適宜地，管線具有6-30英寸的內(nèi)徑，優(yōu)選12-28英寸，更優(yōu)選14-20 英寸。管線可以是棵鋼管、絕緣管或套管。優(yōu)選地，所述裝置由具有 與管線相同結(jié)構(gòu)的管部形成。
當(dāng)提升管連接于"固定"平臺(tái)時(shí)，提升管一般是垂直提升管。大 體上，這樣的垂直提升管由鋼形成并具有可達(dá)500米的長(zhǎng)度，例如， 30-400米。垂直提升管一般具有12-24英寸的內(nèi)徑，優(yōu)選16-20英寸。 當(dāng)提升管連接于浮動(dòng)采油船(FPV)時(shí)，提升管一般由呈"S"形或垂 曲線形的軟管形成。 一般地，這樣的軟管提升管具有可達(dá)4000米的長(zhǎng) 度，例如1000-2500米。軟管提升管一般具有4-12英寸的內(nèi)徑，優(yōu)選 6-10英寸，例如8英寸。
適宜地，所述裝置的向上傾斜的管部具有至少3倍提升管直徑的 長(zhǎng)度，優(yōu)選至少6倍提升管直徑，使得由裝置產(chǎn)生的液體節(jié)涌形成橫 穿提升管的穩(wěn)定密封。大體上，向上傾斜的管部具有至少2英尺的長(zhǎng) 度，優(yōu)選至少3英尺，例如至少5英尺。優(yōu)選地，向上傾斜的管部具 有5-30英尺的長(zhǎng)度，優(yōu)選5-20英尺。
優(yōu)選地，所述單元向上傾斜的管部的傾斜角和向下傾斜的管部的 傾斜角在5-85°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選10-75° ，例如相對(duì)于水平面在25-50°的范圍內(nèi)。當(dāng)向上傾斜的管部的上端連接向下傾斜的管部時(shí)， 向下傾斜的管部的傾斜角可比向上傾斜的管部的傾斜角更陡。例如， 向下傾斜的管部可以在相對(duì)于水平面的75-90°的角度之間，而向上傾 斜的管部可以在相對(duì)于水平面的25-50。的角度之間。較陡的向下傾斜 的管部將有助于阻止活塞(或間歇)流回到層狀流。
大體上，輸出到提升管的較短的液體節(jié)涌的長(zhǎng)度大約等于裝置的 向上傾斜的管部的長(zhǎng)度。適宜地，所述節(jié)涌比缺少所述裝置時(shí)形成的 節(jié)涌的長(zhǎng)度短至少5倍，優(yōu)選至少10倍。優(yōu)選地，所述裝置被構(gòu)造成 使得較短節(jié)涌的容量可被水面生產(chǎn)設(shè)施的氣液分離器更容易地處理。 適宜地，節(jié)涌的頻率比缺少所述裝置時(shí)的節(jié)涌的頻率高至少30倍，例 如，至少50倍。例如，節(jié)涌的頻率可從每天一次增大到每半小時(shí)一次 或者從每15分鐘一次增大到每30秒一次。
優(yōu)選地，所述裝置包括多個(gè)串聯(lián)布置的單元，使管線連接串聯(lián)單 元中的第一個(gè)單元，并且提升管連接串聯(lián)單元中的最后一個(gè)單元。優(yōu) 選地，串聯(lián)地布置2-10個(gè)，例如3-7個(gè)單元。
所述串聯(lián)的單元可以通過連接直管部連接在一起。優(yōu)選地，連接 直管部是大致水平的。然而，也可以想到，連接管部可以具有彎曲的 結(jié)構(gòu)。例如，所述裝置可以包括多個(gè)通過連接直管部或連接彎管部連 在一起的倒U形彎管。當(dāng)管線在支柱上升起時(shí)，所述裝置可包括多個(gè) 通過連接直管部或連接彎管部連在一起的U形彎管。當(dāng)所述裝置包括 多個(gè)通過連接管部連在一起的單元時(shí)，所述單元可呈手風(fēng)琴狀的方式 連在一起，從而允許所述裝置在管線和提升管之間占用較短的距離。
可替代地，所述裝置可包括多個(gè)單元，其中每個(gè)單元包括連接于 大致水平管部的向上傾斜的管部。例如，所述裝置可具有"上坡-水平 -上坡-水平"或者"上坡-水平-上坡-水平-上坡-水平"的布置。
適宜地，所述裝置的管系的內(nèi)徑大致與提升管的內(nèi)徑相同。然而， 也可想到，所述裝置的管系的內(nèi)徑可大于或小于提升管的內(nèi)徑。當(dāng)所 述裝置的管系的內(nèi)徑大于提升管的內(nèi)徑時(shí)，多相流體流通過所述裝置 的速度將小于其通過提升管的速度。這意味著在缺少所述裝置時(shí)，在 本來預(yù)期劇烈的節(jié)涌流出現(xiàn)在提升管內(nèi)之前，液體節(jié)涌將累積在裝置 的垂直傾斜部?jī)?nèi)。當(dāng)所述裝置的管系的內(nèi)徑小于提升管的內(nèi)徑時(shí)，多 相流體流通過所述裝置的速度將大于其通過提升管的速度。這意味著在液體節(jié)涌開始累積在裝置的向上傾斜部之前，劇烈節(jié)涌流可能出現(xiàn) 在提升管內(nèi)。因此，管系的內(nèi)徑應(yīng)當(dāng)被正確地設(shè)計(jì)尺寸，使得在裝置 內(nèi)開始產(chǎn)生液體節(jié)涌之前避免在提升管內(nèi)開始劇烈的節(jié)涌流。
有利地，本發(fā)明的裝置可結(jié)合氣升裝置一起使用。可以想到，可 以在所述裝置的上游或下游注入氣體以輔助沿提升管向上運(yùn)送短液體 節(jié)涌。
所述裝置也可具有將渦流或湍流引入到流中的幾何結(jié)構(gòu)，從而有 助于將流分解成能沿提升管向上運(yùn)送的短液體節(jié)涌。例如，所述幾何 結(jié)構(gòu)可允許氣泡分散在液體節(jié)涌中，從而有助于使液體節(jié)涌提升通過 提升管。
適宜地，所述裝置的向上傾斜的管部和/或任何向下傾斜的管部的 內(nèi)壁可設(shè)置有凹槽或鰭狀構(gòu)型以在流中產(chǎn)生渦流。適宜地，凹槽或鰭 狀構(gòu)型呈螺旋的形式，例如，沿著向上傾斜的管部和/或任何向下傾斜 的管部的縱軸布置的單個(gè)螺旋或多個(gè)螺旋。可替代地，向上傾斜的管 部和/或任何向下傾斜的管部可以由絞合管形成。例如，管道可具有橢 圓形橫截面并圍繞其縱軸扭曲，從而在流中產(chǎn)生渦流。
雖然在上文就相關(guān)的提升管對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明也 可適用于陡傾管線，所述裝置被定位在所述陡傾管線的上游。
本發(fā)明的裝置具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，制造成本低廉，并易于安裝在管 線內(nèi)，特別地，易于安裝在提升管的附近。本發(fā)明也具有提供一種相 對(duì)簡(jiǎn)單、便宜且可靠的改進(jìn)方案以減輕提升管內(nèi)的劇烈節(jié)涌的優(yōu)點(diǎn)。
而本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)裝置處于適當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)，清管 器能穿過管線和提升管。因此，所述裝置被構(gòu)造成(特別地，管系的 直徑以及彎曲半徑)允許清管器容易從管線移動(dòng)通過所述裝置進(jìn)入到 提升管內(nèi)，反之亦然。
本發(fā)明的裝置的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)生產(chǎn)被關(guān)閉且流動(dòng)停止時(shí)， 液相將預(yù)期積聚在裝置的下部之內(nèi)，并且氣相積聚在裝置的上部之內(nèi)。 因此，裝置的上部?jī)?nèi)的氣體分解多相流的液相。這就允許生產(chǎn)的平穩(wěn) 重啟動(dòng)。
現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的裝置1，其被定位在下降管線2和水下提升 管3之間。作為示例，水下提升管3連接于分離容器4。裝置1包括向上傾斜的管部5、向下傾斜的管部6和連接管部7。在向上傾斜的管部 5內(nèi)示出液體節(jié)涌8。
圖2示出一個(gè)階段在液體節(jié)涌8后面的氣壓累積已驅(qū)使液體節(jié) 涌8通過連接管部7和向下傾斜的管部6并進(jìn)入到提升管3之內(nèi)。
圖3-10示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選裝置的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種用于抑制多相流體流內(nèi)的劇烈節(jié)涌流的裝置，所述多相流體流流動(dòng)通過海底管線并進(jìn)入到提升管內(nèi)，其中所述裝置直接定位在提升管的上游并包括至少一個(gè)單元，所述至少一個(gè)單元包括(i)具有下端和上端的向上傾斜的管部，和(ii)具有第一端部和第二端部的大致水平的管部，或者具有上端和下端的向下傾斜的管部，其中向上傾斜的管部的下端直接或間接地與管線連接，向上傾斜的管部的上端直接或間接地與水平管部的第一端部或與向下傾斜的管部的上端連接，并且水平管部的第二端部或向下傾斜的管部的下端直接或間接地與提升管連接，而且，向上傾斜的管部的傾斜角相對(duì)于水平面在5-90°的范圍內(nèi)，并且向上傾斜的管部的長(zhǎng)度在1-30英尺的范圍內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述單元的大致水 平的管部的長(zhǎng)度或向下傾斜的管部的長(zhǎng)度小于30英尺，優(yōu)選小于20 英尺。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于向上傾 斜的管部的上端直接或間接地連接于向下傾斜的管部的上端，所述向 下傾斜的管部具有相對(duì)于水平面在5-90。范圍內(nèi)的傾斜角。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述單 元的向上傾斜的管部和/或任何向下傾斜的管部的內(nèi)壁設(shè)置有螺旋形 的凹槽或鰭狀構(gòu)型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述單 元的向上傾斜的管部和/或任何向下傾斜的管部由圍繞縱軸扭曲的管 道形成。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述裝 置的所述單元由直管部形成，并且直管部之間的連接部、所述裝置和 管線之間的連接部以及所述裝置和提升管之間的連接部具有至少3倍 管徑的彎曲半徑，優(yōu)選至少5倍管徑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述裝置另外包括 連接直管部，所述連接直管部具有連接向上和向下傾斜的直管部的 l-20英尺之間的長(zhǎng)度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述連接管部的縱軸大致垂直于所述單元的向上和向下傾斜的直管部的縱軸。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述裝 置的所述單元由彎曲的管部形成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述裝置的所述 單元是倒U形的或S形的。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于通過 焊接連接所述單元的管部，并且通過焊接將所述裝置連接到管線和提 升管。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述 裝置連接于具有6-30英寸的內(nèi)徑的管線，并且所述裝置由具有與所述 管線相同結(jié)構(gòu)的管道形成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述 裝置連接于垂直提升管，所述垂直提升管具有長(zhǎng)達(dá)500米的長(zhǎng)度和 12-24英寸的內(nèi)徑。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述 裝置連接于由軟管形成的提升管，所述軟管具有"S"形或垂曲線形、 長(zhǎng)達(dá)4000米的長(zhǎng)度和4-12英寸的內(nèi)徑。
15. 根據(jù)前迷權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述 裝置包括多個(gè)串聯(lián)布置的單元，使所述管線連接串聯(lián)單元中的第一個(gè) 單元，并且所述提升管連接串聯(lián)單元中的最后一個(gè)單元。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述裝置包括2-10 個(gè)串聯(lián)布置的單元。
17. —種抑制多相流體流內(nèi)的劇烈節(jié)涌流的方法，所述多相流體 流流動(dòng)通過管線并進(jìn)入到提升管內(nèi)，其中，所述多相流體流包括氣相 和液相，所述方法包括a)提供一種直接位于提升管的上游的裝置，所述裝置包括至少一 個(gè)單元，所述至少一個(gè)單元包括(i)具有下端和上端的向上傾斜的管 部，和(ii)具有第一端部和第二端部的大致水平的管部，或者具有 上端和下端的向下傾斜的管部，其中向上傾斜的管部的下端直接或 間接地與管線連接，向上傾斜的管部的上端直接或間接地與水平管部 的第一端部或與向下傾斜的管部的上端連接，并且水平管部的第二端 部或向下傾斜的管部的下端直接或間接地與提升管連接，而且，向上傾斜的管部的傾斜角相對(duì)于水平面在5-90°的范圍內(nèi)，并且向上傾斜 的管部的長(zhǎng)度在l-30英尺的范圍內(nèi)；b)使多相流體流從所述管線流動(dòng)通過所述裝置并進(jìn)入到所述提升 管內(nèi)，所述裝置引起流態(tài)從劇烈節(jié)涌流轉(zhuǎn)變向離散的活塞流，其中 由所述裝置產(chǎn)生被氣相的隔離層分離的液相的離散節(jié)涌，并且液相的 每個(gè)離散節(jié)涌的體積足夠小，使得在液相的每個(gè)離散節(jié)涌后面的氣相 的隔離層的壓力足以沿提升管向上運(yùn)送液相的離散節(jié)涌。
18. —種抑制多相流體流內(nèi)的劇烈節(jié)涌流的方法，所述多相流體 流流動(dòng)通過管線并進(jìn)入到提升管內(nèi)，其中，所述多相流體流包括氣相 和液相，所述方法包括a) 提供一種直接位于提升管的上游的裝置，所述裝置包括至少一 個(gè)單元，所述至少一個(gè)單元包括(i )具有下端和上端的向上傾斜的管 部，和(ii )具有第一端部和第二端部的大致水平的管部，或者具有 上端和下端的向下傾斜的管部，其中向上傾斜的管部的下端直接或 間接地與管線連接，向上傾斜的管部的上端直接或間接地與水平管部 的第一端部或與向下傾斜的管部的上端連接，并且水平管部的第二端 部或向下傾斜的管部的下端直接或間接地與提升管連接，而且，向上 傾斜的管部的傾斜角相對(duì)于水平面在5-90°的范圍內(nèi)，并且向上傾斜 的管部的長(zhǎng)度在l-30英尺的范圍內(nèi)；b) 使多相流體流從管線流動(dòng)通過所述裝置，使得液體積聚在向上 傾斜的管部的底部，從而形成阻塞向上傾斜的管部的液體節(jié)涌；c) 允許氣相的壓力在液體節(jié)涌的后面增大到足夠的程度，使得液 體節(jié)涌被驅(qū)使通過所述裝置的大致水平的管部或向下傾斜的管部，并 向上通過提升管到達(dá)水面生產(chǎn)設(shè)施。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其特征在于(a)所述 多相流體流的液相包括石油和/或天然氣冷凝物和產(chǎn)生的水，和(b) 所述多相流體流的氣相包括天然氣。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17-19中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所 述管線內(nèi)的所述多相流體流的流態(tài)是層狀流。
21. —種根據(jù)權(quán)利要求17-20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于 氣體被注入到所述裝置的上游的管線內(nèi)或注入到所述裝置的下游的提 升管內(nèi)。
全文摘要
一種用于抑制多相流體流內(nèi)的劇烈節(jié)涌流的裝置，所述多相流體流流動(dòng)通過海底管線并進(jìn)入到提升管內(nèi)，其中所述裝置直接定位在提升管的上游并包括至少一個(gè)單元，所述至少一個(gè)單元包括(i)具有下端和上端的向上傾斜的管部，和(ii)具有第一端部和第二端部的大致水平的管部，或者具有上端和下端的向下傾斜的管部，其中向上傾斜的管部的下端直接或間接地與管線連接，向上傾斜的管部的上端直接或間接地與水平管部的第一端部或與向下傾斜的管部的上端連接，并且水平管部的第二端部或向下傾斜的管部的下端直接或間接地與提升管連接，而且，向上傾斜的管部的傾斜角相對(duì)于水平面在5-90度的范圍內(nèi)，并且向上傾斜的管部的長(zhǎng)度在1-30英尺的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)E21B43/01GK101310091SQ200680041828
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2006年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月19日
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