專利名稱：去除沉積物的方法和裝置的制作方法
去除沉積物的方法和裝置
背景技術(shù)：
PCT專利申請公開W02010/83095公開了一種海底生產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:多個位于海底的井眼，這些井眼產(chǎn)出的流體包括碳氫化合物；位于海底的冷流中心，冷流中心與所述多個井眼保持流體連通；以及，位于陸地或浮式結(jié)構(gòu)上的生產(chǎn)設(shè)備，該生產(chǎn)設(shè)備與冷流中心保持流體連通；其中冷流中心降低流體溫度，并產(chǎn)生流體和懸浮固體的混合漿料以輸送到生產(chǎn)設(shè)備中。PCT專利申請公開W02010/83095號的全部內(nèi)容組合在本文中作為參考。美國專利申請公開2006/0186023號公開了一種方法，用于通過管道輸送產(chǎn)出流體并將沉積物限定在所需的管道內(nèi)壁位置上，該方法包括:設(shè)置管道，該管道在所述的所需的管道內(nèi)壁位置處具有小于2.5微米的內(nèi)表面粗糙度Ra ;強制產(chǎn)出流體通過管道，其中產(chǎn)出流體在所述的所需的管道內(nèi)壁位置上產(chǎn)生至少為I達因/每平方厘米的壁剪切應(yīng)力。美國專利申請公開2006/0186023號的全部內(nèi)容組合在本文中作為參考。美國專利4，646，837號公開了如下內(nèi)容:固態(tài)含蠟材料會沉積在管道壁、井管等上，通過在環(huán)境溫度下讓沉積的蠟接觸分散劑類型的表面活化劑和輕質(zhì)烴混合物，從而可去除這種固態(tài)含蠟材料。美國專利4，646，837號的全部內(nèi)容組合在本文中作為參考。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面提供了一種生產(chǎn)和輸送原油的方法,該方法包括:從井中開米原油；將原油置于管道中以將原油從井中輸送出來，其中，管道的至少一部分經(jīng)過這樣的環(huán)境，該環(huán)境的環(huán)境溫度低于20°C ;以及，在第一時段期間以低流量輸送原油以使沉積物形成在管道內(nèi)壁上；在第二時段期間以高流量輸送原油以從管道內(nèi)壁上去除沉積物。


圖1A和IB是管件的截面圖，該管件上形成有沉積物；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容的實施例的海底生產(chǎn)系統(tǒng)的透視圖；圖3A、3B和3C示出了根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容的實施例的改進的管件的多個視圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明公開的實施例的管件的測試結(jié)果圖，該管件具有變化的粗糙度并承受變化的壁剪切應(yīng)力。
具體實施例方式在一個方面，在此公開的實施例通常涉及用于輸送產(chǎn)出流體的裝置和方法。在此公開的其他實施例涉及用于處理系統(tǒng)中的沉積物的方法和裝置，該系統(tǒng)用于從一個或更多個井眼輸送產(chǎn)出流體。具體的實施例提供了一種管件，該管件被構(gòu)造為用于完全去除形成在管件上的沉積物，特別涉及一種設(shè)置在海底環(huán)境下的管件。圖1A 和 IB:一起參照圖1A和1B，示出了管件的截面圖，該管件上形成有沉積物。產(chǎn)出流體可流入管件109中，使產(chǎn)出流體可通過管件109 (或多個管件)從源頭輸送到目的地，如，從井眼輸送到生產(chǎn)設(shè)備(未示出)中。一些固體會沉淀和/或形成沉積物，沉積物會粘結(jié)到管件109的內(nèi)壁104上。由于粘結(jié)到管件109上的沉積物的粘結(jié)性強，因而難以防止沉積和/或從管件109上去除沉積物。如果粘結(jié)到內(nèi)壁104上的沉積物106數(shù)量十分大，就會引起沉積物聚集在管件109中，從而會至少局部阻塞或妨礙管件109。例如，通過監(jiān)測設(shè)備(未示出)上顯示的過程溫度或壓力的增加，能意識到沉積物106形成在管件109內(nèi)。由于沉積物106引起管件109堵塞，這樣也會產(chǎn)生過量污垢、壓降，引起流量減小、熱力學效率降低。管件109的內(nèi)壁104具有表面粗糙度特征105，這些特征可包括頂峰107、低谷108和/或沿內(nèi)壁104發(fā)生偏離的其他結(jié)構(gòu)，如圖1A放大所示。一旦沉積物106粘結(jié)，例如填充在頂峰107和低谷108之間，沉積物106將會粘結(jié)到內(nèi)壁104上，覆蓋管件109的整個內(nèi)側(cè)表面區(qū)域，從而更難以去除掉沉積物106。粗糙度是表面結(jié)構(gòu)的一種度量，通常表示表面上的偏離程度(如，頂峰和低谷的尺寸)。如果這些偏離程度大，那么表面粗糙。如果偏離程度小，那么表面光滑。通常，表面粗糙度越高，形成沉積物的可能性就越大，就越難以去除掉粘結(jié)到該表面上的沉積物。因而，在判斷任何沉積物106怎樣、在何處形成，和/或如何、在何處將其去除這一方面，管件109的表面粗糙度105具有很大的作用?？刹捎脦追N方式來量化表面粗糙度。根據(jù)ASME B46.1_2002(在此引入作為參考)，平均表面粗糙度Ra定義為:從等分線測量，在評定長度范圍內(nèi)輪廓高度偏離絕對值的算術(shù)平均值。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說公知的是，在此所述的生產(chǎn)系統(tǒng)中使用的標準管件的平均粗糙度大致等于或大于1800微英寸。由于沉積物的粘性強，因而作用在沉積物106上的流動剪切力不足以局部或完全去除沉積物106。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說公知的是，使用流動剪切力(即，剪切應(yīng)力)來定義單位面積上的力(所述單位面積為承受該力的表面區(qū)域)，需要這種單位面積上的力來保持流體以恒流量流動。當沉積物的粘結(jié)強度(即，沉積物保持粘結(jié)或連接到表面上的能力)小于凝聚強度(通過剪應(yīng)力或拉應(yīng)力來分離沉積物所需的力)時，其中，內(nèi)壁具有標準粗糙度(或粗糙度比標準粗糙度更大)，那么，流動剪切力會使暴露在流體中的沉積物部分脫落到所述流體中和/或讓剩下的沉積物保持在不位于內(nèi)壁結(jié)構(gòu)內(nèi)的孔隙內(nèi)。并且，防止沉積物所需的剪切力增加時，需要增加產(chǎn)出流體流量至超過優(yōu)選的運行流量。根據(jù)本發(fā)明的公開內(nèi)容，可有效地處理形成在管件內(nèi)和/或粘結(jié)到管件內(nèi)壁上的任何固體或沉積物。在某些實施例中，可防止沉積物形成在內(nèi)壁上，同時，在其他實施例中，所形成的沉積物可從內(nèi)壁上完全去除掉，現(xiàn)在將對此進行解釋。圖2:參照圖2，示出了根據(jù)在此公開的實施例的海底生產(chǎn)系統(tǒng)的透視圖。例如，通過使用圖2中所示的海底生產(chǎn)系統(tǒng)200從地下地層開采產(chǎn)出流體。本發(fā)明公開的海底生產(chǎn)系統(tǒng)200包括井眼212，該井眼被鉆入海底地層S并與表面設(shè)施214保持流體連通。盡管示出表面設(shè)施214為固定平臺，但是本發(fā)明可使用其他設(shè)備，如張力腿平臺、半潛式平臺、筒狀平臺、儲油和卸油系統(tǒng)、以及其他離岸生產(chǎn)設(shè)備。井眼212通過管道210 (如管路、油管、導(dǎo)管等)可操作地連接到表面設(shè)施214上并與其保持流體連通。管道210可包括不同部分，如海底部分219和/或立管部分218，這些部分的長度均必須能夠讓井眼212和表面設(shè)備214之間建立流體連通關(guān)系，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能理解上述內(nèi)容。在一個實施例中，立管部分218可下入深水區(qū)，同時，海底部分219可沿海床236伸展，終止于井口裝置220處。例如，立管部分218可下入到水下一定深度處，即，超過3000英尺深，例如5000至10000英尺深，同時海底部分219沿海底236的長度可超過10000英尺，例如為幾英里或更多。海底生產(chǎn)系統(tǒng)200還可包括輸出管道226，輸出管道被構(gòu)造為將產(chǎn)出流體從井眼212和/或表面設(shè)施214輸送到另一位置，如，輸送到第二表面設(shè)施(未示出)或海岸上。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能理解到，第二表面設(shè)施可以是任何產(chǎn)出流體接收設(shè)備，如陸上鉆機、或浮式采油儲油卸油(FPSO)容器。與海底生產(chǎn)系統(tǒng)200相連的管道210、輸出管道226和/或任何其他管道(如管路系統(tǒng)、出油管路、旁通管、跨接管線等)包括一個管件或更多個連接在一起的管件(未示出)?？蓮木?12中開采出產(chǎn)出流體，井眼可位于海面228下方，離海面很長一段距離。產(chǎn)出流體中除了含有以液態(tài)和氣態(tài)形式存在的任何碳氫化合物以外，還含有其他成分，如水、鹽水等。井眼212中的產(chǎn)出流體還可包括溶解的固體如蠟、氫氧化物、浙青質(zhì)、有機鹽和無機鹽等。在高溫和/或低壓下，溶解的固體可保持在溶液中。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到，井口裝置220和/或任何處理管道周圍的海水的環(huán)境溫度可能會低于從井眼212產(chǎn)出的流體溫度。在某些實施例中，系統(tǒng)200內(nèi)的管道會暴露在更冷的環(huán)境溫度下，可以如40 T那樣冷。在某些情況下，溫度甚至更低。可根據(jù)在此公開的實施例來處理沉淀的任何溶解的固體和/或形成的沉積物。圖3A，3B 和 3C:現(xiàn)在參照圖3A，示出了根據(jù)在此公開的實施例的改進的管件309的截面圖。管件309可以是用于輸送流體的任何管件(如出油管道、導(dǎo)管、管道、管等)，包括與海底生產(chǎn)系統(tǒng)(圖2中的附圖標記200所指示)相連的任何管件。如圖3A所示,管件309可包括圓形流動通道302,產(chǎn)出流體在該流動通道內(nèi)流動，如箭頭所示?？筛鶕?jù)一些因素來設(shè)計管件309，這些因素包括:預(yù)期的環(huán)境溫度、產(chǎn)出流體的溫度和壓力、產(chǎn)出流體的成分、沉淀物和氫氧化物的形成溫度和壓力、以及管件309的熱力和機械屬性(如表面化學特性、長度、直徑等)，但是并不局限于這些因素。在某些實施例中，管件309的粗糙度305可減小或降低，這樣就可以從內(nèi)壁304上完全去除掉沉積物306。在典型實施例中，管件309的平均表面粗糙度Ra可防止任何沉積物306粘結(jié)到管件309的內(nèi)壁304 上。根據(jù)本發(fā)明的公開內(nèi)容，大大降低或消除表面粗糙度305能減小從管件309上去除沉積物306所需的流動剪切力。盡管海底應(yīng)用場合下使用的標準碳鋼管件的平均表面粗糙度大致等于或大于1800微英寸，但是本申請的實施例的平均表面粗糙度Ra小于1000微英寸或大致小于500微英寸。對于形成沉淀更緩慢和疏沉淀物的表面而言，對表面粗糙度的要求就不太高，平均表面粗糙度Ra可以小于1400微英寸。因而，可將管件309的平均表面粗糙度Ra設(shè)計得比海底應(yīng)用場合下通常使用的標準管件要更光滑。為了讓管件309的表面更光滑，管件309例如可由最初具有標準平均粗糙度的管件加工制成。但是，通過精加工過程如電解拋光來降低粗糙度。在此公開的其他實施例可包括如下管件309，即，通過在內(nèi)壁304上涂覆涂層來處理該管件309。盡管提供這些實例以便于理解這些公開內(nèi)容，但是，降低表面粗糙度305的方式并不局限于這些例子，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能理解到，可采用其他方式來降低表面粗糙度305。一起參照圖3B和3C，示出了根據(jù)在此公開的實施例的光滑內(nèi)壁304的局部放大圖，該內(nèi)壁304上形成有沉積物306。當產(chǎn)出流體在管件309中沿內(nèi)壁304流動時(參見圖3A)，固體可產(chǎn)生沉淀，沉積物306會粘結(jié)到內(nèi)壁304上。圖3C示出了由流動剪切力產(chǎn)生的變形的一個示例，該剪切力作用在粘結(jié)到內(nèi)壁304上的沉積物306上。根據(jù)在此公開的實施例，經(jīng)過管件309的流體流量增加，從而增加了沿內(nèi)壁304作用的流動剪切力，這樣就能阻止形成沉積物和/或清除掉粘附到內(nèi)壁304上的沉積物306。例如，可通過打開閥、減小(頂側(cè))壓力或?qū)τ诒绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員來說公知的任何其他過程控制操作來改變流量。產(chǎn)出流體的流量增加也會增加沉積物與壁交界面305a處的壁剪切應(yīng)力τν。壁剪切應(yīng)力\例如可定義為，平行于內(nèi)壁304或與內(nèi)壁相切方向上的流動剪切力分量。因為內(nèi)壁304的粗糙度305可減小(即，表面更光滑)，壁剪切應(yīng)力τ w可去除掉內(nèi)壁304上的全部沉積物306。一旦去除掉沉積物306，沉積物就不再干擾或阻止產(chǎn)出流體流經(jīng)管件309。換句話說，可將內(nèi)壁304設(shè)置成具有預(yù)定的表面粗糙度305，這樣作用在沉積物306上的壁剪切應(yīng)力τ w就足以克服沉積物306粘附到內(nèi)壁304上的總粘附力，從而可基本上清除和/或去除內(nèi)壁304上形成的任何沉積物306。圖4:現(xiàn)在參照圖4，示出了根據(jù)在此公開的實施例的管件的測試結(jié)果圖，所述管件具有變化的粗糙度并承受變化的壁剪切應(yīng)力。在臘沉淀在標準鋼管上和/或形成沉淀物在標準鋼管上的條件下，采用原油進行不同測試。測試管包括油氣工業(yè)標準鋼管、內(nèi)壁粗糙度變化的鋼管、以及其上具有內(nèi)涂層的管道。圖4匯總了四個單獨測試的結(jié)果，這些測試是在粗糙度不同的管件上進行的。采用具有固定粗糙度的一個測試管來進行這四個測試，該測試管承受一定范圍內(nèi)的流量而導(dǎo)致在一定范圍內(nèi)的壁剪切應(yīng)力。如圖4所示，測試#1和#2示出了粗糙度和壁剪切應(yīng)力的組合，該組合導(dǎo)致在穩(wěn)態(tài)流動期間沒有形成沉積物。測試#3和#4示出了表面粗糙度和壁剪切應(yīng)力的組合，該組合在穩(wěn)態(tài)流動期間形成了沉積物。測試#3和M示出了位于中值線之上和之下的數(shù)據(jù)點，該中值線粗略地表示沉積物可形成并粘附到內(nèi)壁上的過渡區(qū)域。例如，測試#3最初從穩(wěn)態(tài)流狀況下開始進行，該穩(wěn)態(tài)流導(dǎo)致低的壁剪切應(yīng)力。即使壁剪切應(yīng)力稍微增加時，在低剪切應(yīng)力狀況下沉積物形成和殘留下來。測試#3也示出:在內(nèi)壁粗糙度相同的情況下，在高的壁剪切應(yīng)力下穩(wěn)態(tài)流中沒有形成沉積物。在過渡區(qū)域(即，中值線附近)，沉積物形成、然后脫落。測試#4還示出了粗糙度和壁剪切應(yīng)力之間的比例關(guān)系。針對粗糙度增加的管件，通過改變壁剪切應(yīng)力來進行類似于測試#3的測試。如前所述，壁剪切應(yīng)力低時形成沉積物。即使壁剪切力增加至測試#3的壁剪切力的中值區(qū)域以及位于該中值區(qū)域上方時，沉積物仍殘留下來。最后，當壁剪切應(yīng)力進一步增加時，沉積物脫落，然后被清除。不同的產(chǎn)出流體和/或系統(tǒng)可具有不同的沉積傾向，也要求粗糙度和剪切力的不同組合來防止和/或去除沉積物。如圖4所示，對于低剪切力下的生產(chǎn)流量而言，防止沉積所需的粗糙度低于高剪切力下的生產(chǎn)流量所需的粗糙度。因而，在此公開的實施例包括一個或更多個下述優(yōu)點。有益地，本發(fā)明公開的改進的管件能通過管件輸送產(chǎn)出流體，使管件上的沉積物顯著減少。更光滑的表面和可控的壁剪切應(yīng)力相結(jié)合，可顯著減小和/或消除形成在管件上的沉積物。對于十分光滑的表面而言，阻止沉積物所需的壁剪切應(yīng)力低于標準管件，從而，有利地，該系統(tǒng)中的流量能保持低于最大值和/或設(shè)計流量。管件中的沉積物減小可降低所需的清潔處理(即，管道內(nèi)部清理、機械刮除等)或需要停工進行的其他處理的頻率。因而，在此公開的實施例提供了一種系統(tǒng)，可提高有價值的碳氫化合物產(chǎn)量。示例性實施例:在一個實施例中，公開了一種生產(chǎn)和輸送原油的方法,包括:從井中開米原油；將原油置于管道中以從井中輸送出原油，其中，管道的至少一部分穿過這樣的環(huán)境，該環(huán)境的環(huán)境溫度低于20°C ;以及，在第一時段期間以低流量輸送原油，使沉積物形成在管道內(nèi)壁上；在第二時段期間以高流量輸送原油以從管道內(nèi)壁上去除掉沉積物。在某些實施例中，管道內(nèi)壁上的表面粗糙度小于0.025毫米。在某些實施例中，環(huán)境溫度低于15°C。在某些實施例中，所述環(huán)境包括咸水海洋環(huán)境如海或海洋。在某些實施例中，管道內(nèi)壁上的表面粗糙度小于1000微英寸。在某些實施例中，管道內(nèi)壁上的表面粗糙度小于500微英寸。在某些實施例中，管道內(nèi)壁上的表面粗糙度在25至400微英寸之間。在某些實施例中，第一時段期間至少為一周。在某些實施例中，第二時段期間少于一天。在某些實施例中，該方法還包括:在第二時段期間之后，在第三時段期間以低流量輸送原油，以讓沉積物形成在管道內(nèi)壁上。在某些實施例中，低流量會在內(nèi)壁處產(chǎn)生低于10達因/每平方厘米的壁剪切應(yīng)力。在某些實施例中，高流量會在內(nèi)壁處產(chǎn)生高于10達因/每平方厘米的壁剪切應(yīng)力。在某些實施例中，高流量會在內(nèi)壁處產(chǎn)生20至1000達因/每平方厘米的壁剪切應(yīng)力。在某些實施例中，高流量會在內(nèi)壁處產(chǎn)生50至500達因/每平方厘米的壁剪切應(yīng)力。盡管已經(jīng)針對數(shù)量有限的實施例描述了本發(fā)明的公開內(nèi)容，但是，受益于本發(fā)明公開內(nèi)容的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能理解到，在不脫離在此描述的公開范圍的情況下，可設(shè)計出其他實施例。因而，本發(fā)明的公開范圍僅由所附的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)和輸送原油的方法，包括: 從井中開采原油， 將原油置于管道中以將原油從井中輸送出來，其中，管道至少的一部分穿過這樣的環(huán)境，該環(huán)境的環(huán)境溫度低于20°c ;以及， 在第一時段期間以低流量輸送原油，以使沉積物形成在管道內(nèi)壁上；以及 在第二時段期間以高流量輸送原油，以從管道內(nèi)壁上去除掉沉積物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，管道內(nèi)壁上的表面粗糙度小于0.025毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中的任一權(quán)利要求的方法,其中,所述環(huán)境溫度低于15°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一權(quán)利要求的方法，其中，所述環(huán)境包括咸水海洋環(huán)境，如海或海洋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一權(quán)利要求的方法，其中，管道內(nèi)壁上的表面粗糙度小于1000微英寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一權(quán)利要求的方法，其中，管道內(nèi)壁上的表面粗糙度小于500微英寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一權(quán)利要求的方法，其中，管道內(nèi)壁上的表面粗糙度在25微英寸至400微英寸之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一權(quán)利要求的方法，其中，第一時段期間至少為一周。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一權(quán)利要求的方法，其中，第二時段期間少于一天。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中的任一權(quán)利要求的方法，還包括:在第二時段期間之后，在第三時段期間以低流量輸送原油，以讓沉積物形成在管道內(nèi)壁上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中的任一權(quán)利要求的方法，其中，所述低流量在內(nèi)壁處產(chǎn)生低于10達因/每平方厘米的壁剪切應(yīng)力。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中的任一權(quán)利要求的方法，其中，所述高流量在內(nèi)壁處產(chǎn)生高于10達因/每平方厘米的壁剪切應(yīng)力。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中的任一權(quán)利要求的方法，其中，所述高流量在內(nèi)壁處產(chǎn)生20至1000達因/每平方厘米的壁剪切應(yīng)力。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中的任一權(quán)利要求的方法，其中，所述高流量在內(nèi)壁處產(chǎn)生50至500達因/每平方厘米的壁剪切應(yīng)力。
全文摘要
一種生產(chǎn)和輸送原油的方法，包括從井中開采原油；將原油置于管道中以將原油從井中輸送出來，其中，管道的至少一部分經(jīng)過這樣的環(huán)境，該環(huán)境的環(huán)境溫度低于20℃；以及，在第一時段期間以低流量輸送原油以使沉積物形成在管道內(nèi)壁上；在第二時段期間以高流量輸送原油以從管道內(nèi)壁上去除沉積物。
文檔編號E21B37/06GK103189595SQ201180051717
公開日2013年7月3日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者G·J·哈頓, C·K·察伊 申請人:國際殼牌研究有限公司