專利名稱:近海碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
從水下油井開采燃?xì)夂驮偷忍細(xì)浠衔铮c從陸上井開采相似，流體通常是由地層中的氣壓壓出海面。在多相液氣流輸送到海面上之后，液氣流分離成獨立成分。如果其主要部分是液體，則其余氣體成分往往燒掉或處理掉。如果液氣流的大部分是氣體，則對氣體進(jìn)行處理并提供商業(yè)性應(yīng)用。
在有些地層中，要采用某種油層增強措施才能開采到液態(tài)碳?xì)浠衔?。例如在某些地方要向地層注水加壓來促進(jìn)開采。注水可促使油穿過油層，進(jìn)入采油井、在采油井中就能方便地采集水、油和氣的混合流。
在壓力不足情況下把原油提升到海面的另一種辦法是采用氣體輔助即氣舉法。在采用這種方法時，原油中混入適量的氣體，以降低液體的粘度和比重。油氣混合物就可以容易地從地下儲油層上升到海面。
在上述的任一種情況下，開采出的原始產(chǎn)品中通常都是含有原油、氣和水的混合物或乳液。在這種乳液升到海面之后，加工處理成單獨的水流、油流和氣流，供進(jìn)一步使用或為商業(yè)目的運出或處理。
如果混合的碳?xì)浠衔锪鲝乃戮斔偷皆谶h(yuǎn)處的設(shè)施，則其中的各種成分很容易會分離開來。具體來說，當(dāng)混合流被頂出海底時，則在混合流和周圍環(huán)境之間發(fā)生大量熱傳導(dǎo)。如果四周的水形成一種相對冷的環(huán)境，大量的熱量就會透過導(dǎo)管壁失散，從而促進(jìn)碳?xì)浠衔锪鞯母鞣N成分分離開來。
如果產(chǎn)品作較長距離(特別是沿海底時)傳輸，則混合流會自動分離成單獨成分，形成的單獨的液滴和氣體向加工設(shè)備移動?？梢栽O(shè)想，在液體用泵從海底壓送到設(shè)在海上結(jié)構(gòu)物或岸上的分離處理設(shè)備上的情況下原油和氣體都會到達(dá)加工設(shè)施。
還可以設(shè)想，在用泵來提升液體成分的情況下，大量氣體進(jìn)入泵的進(jìn)口會導(dǎo)致泵的工作不穩(wěn)定;其后果一般是使進(jìn)入設(shè)在海面上的處理設(shè)備的油氣流不穩(wěn)定。
為克服開采海洋油氣中的這些問題，這里提出一種開采和輸送混合油氣水流的方法，可用于混合流在提升到設(shè)在海面上的處理、儲存設(shè)施之前作較長距離輸送這種情況?；旌狭飨扔稍O(shè)在海底的管路傳輸。在海上結(jié)構(gòu)物、平臺等處混合流進(jìn)入多相油氣分離裝置;在分離裝置中混合流分離成單獨的液體成分和氣體成分。
氣體成分單獨輸送到平臺的甲板;而液體成分，即油水乳液先積聚在一個地下集油池或儲油罐中，然后再以控制速度輸送走。
因此本發(fā)明的目的是提出一種水下開采和產(chǎn)品輸送系統(tǒng)，它能把混合多相產(chǎn)品流輸送到流體分離裝置以及流體加工設(shè)備。
另一個目的是提出一種包括有數(shù)個衛(wèi)星井的水下系統(tǒng)，這些衛(wèi)星井遠(yuǎn)離流體加工設(shè)備但又相連通。
再一個目的是在不大大增加結(jié)構(gòu)重量的前提下擴(kuò)大固定式近海結(jié)構(gòu)物的應(yīng)用，使其能容納更多的加工處理用的油氣。
又一個目的是提出一種可用在近海流體加工設(shè)備上的自立式流體流通立管。
圖1是本發(fā)明提出的一種近海裝置的外圍圖。
圖2是圖1所示裝置的局部視圖。
圖3也是圖1所示裝置的局部視圖。
圖4是圖2所示裝置的另一個實施方案圖。
下面參照上述各圖來介紹本發(fā)明提出的一種近海碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)中主要有一座主要由焊接鋼構(gòu)件制作成的海上結(jié)構(gòu)物或平臺10。海上結(jié)構(gòu)物或平臺(尤其是樁腿11和12)形成一足夠深的長大導(dǎo)管架，導(dǎo)管架把工作甲板13支承在海面之上。導(dǎo)管架的下端處通常打入海底，以在惡劣天氣條件下也使導(dǎo)管架有足夠穩(wěn)定性。
海上結(jié)構(gòu)物(10)的上端裝有工作甲板13，甲板上有常規(guī)的作業(yè)設(shè)備，諸如井架14和(或)向海底打井和加工所開采的流體的配套設(shè)備16。加工所開采的流體的設(shè)備通常還帶有接收、處理和臨時儲放產(chǎn)品的設(shè)備。
水下井通常是通過多個從甲板13到海底20垂直穿過導(dǎo)管架的導(dǎo)管17逐個鉆出。然后，由井架14通過導(dǎo)管17放下的轉(zhuǎn)盤鉆桿柱開始打井，井以后可以變換到所需的方向。
在圖示布置中，18a、18b和18c所代表的各油井位于遠(yuǎn)離海上結(jié)構(gòu)物10的海底20處。這些常稱之為衛(wèi)星井的油井最好是打入距海上結(jié)構(gòu)物10數(shù)英里的同一產(chǎn)油層或儲油層中。所采得的產(chǎn)品聚集起來，并通過鋪設(shè)在海底上的管道輸送到甲板13上的加工設(shè)備16。
如圖所示，遠(yuǎn)處油井18a、18b和18c由防護(hù)板21圍起來，防護(hù)板主要包括有一個海底結(jié)構(gòu)，它能容納和導(dǎo)引一根從平臺降下的、用來鉆出相鄰的一組井的鉆桿柱。
固定在海底的防護(hù)板21，在圖中沒有詳細(xì)表示出，它裝有若干導(dǎo)索;導(dǎo)索在鉆井過程中可裝上、拆下防噴器，而在油井已鉆好、準(zhǔn)備噴油氣之后可用來確定普通套管、井口和采油樹26的位置。
在確認(rèn)油井已可開采的情況下，完成例行的操作之后，從井口上拆下防噴器，裝上采油樹26。采油樹上裝設(shè)有調(diào)節(jié)從各油井流向海上結(jié)構(gòu)物10的碳?xì)浠衔锪黧w流量的所需設(shè)備，碳?xì)浠衔锪黧w一般含有氣、油和水。通過裝在防護(hù)板21上的集管系統(tǒng)22把相鄰?fù)M內(nèi)各油井產(chǎn)出的油氣流會聚起來。集管系統(tǒng)與管路19相連，把開采的油氣流以一定速度輸送到海上結(jié)構(gòu)物10處的海底分離裝置23。
為了向衛(wèi)星井18a、18b和18c提供必需的氣、水和化學(xué)品，以促進(jìn)油氣流的開采，在海上結(jié)構(gòu)物10上的氣、水、化學(xué)品的來源與海底防護(hù)板21之間沿著海底鋪設(shè)有導(dǎo)管25。在海底防護(hù)板21處，進(jìn)入的各種流體通入集管系統(tǒng)，并通過集管系統(tǒng)進(jìn)行分配。因此，就可以有選擇地向任一個或任幾個衛(wèi)星井提供所需的注入流體或處理流體。
由于防護(hù)板21和平臺10之間流通的產(chǎn)品一般都是一種混合液氣流，所以很有必要裝設(shè)流體分離裝置或液滴收集裝置23。這種裝置的作用是稀釋多相油氣流，分離各種成分，然后把各成分分別輸送到設(shè)在海上結(jié)構(gòu)物甲板13上的加工設(shè)備16。
如圖2所示，基本形的海底油氣流分離裝置23是一種由一個或多個長筒形室組成的海底裝置這種裝置在采油行業(yè)是廣為人知的。分離裝置上還裝有與管道19相通的進(jìn)入管27，采得的混合油氣流通過進(jìn)入管進(jìn)入分離裝置，然后在上部分離室28中進(jìn)行分離。
在油水和氣自然分離處理以后，特別是在海水的致冷作用下，氣體通過上部分離室28上升;而液體成分則通過導(dǎo)管35向下流，并積聚在下部室24中。
普通型式的分離裝置23上裝有放清洗刮管用的刮管器接受裝置(圖中未示出)。清洗刮管器可在分離裝置和衛(wèi)星防護(hù)板集管系統(tǒng)22之間的管道19里來回移動，保持輸送流體的管道暢通。
分離裝置23最好是由樁柱56支撐在緊靠海上結(jié)構(gòu)物10的樁腿的海底上。導(dǎo)管31和36分別與長筒形室排出管29和32相通，以使氣流和液流從分離裝置23排放出。
參照圖1，流體從海底20輸送到平臺10的甲板13上要經(jīng)過數(shù)百英尺距離，這會引起一系列問題。在目前布置中，在平臺10內(nèi)或與平臺10相鄰處至少裝有一個立管或接受器柱33和33a(最好裝多個)。這些立管一般就安設(shè)在從海底20直立向上延伸到甲板13的導(dǎo)管17的附近。它們的作用都是把開采出的油氣流和試噴流輸送到甲板13上。
如圖3所示，每一根立管33有一段長圓筒37，圓筒37中貫穿有若干個獨立縱向通道38和39。這些長通道把分離的氣流和液流送入立管上端處的集管頂帽41。集管頂帽然后把氣體和(或)液體通過控制閥61和62送入加工和儲存設(shè)備16作處理，其后再儲存起來或轉(zhuǎn)運到岸上。
如前所述，立管33是由一長圓筒37組成，還帶有一根其下端埋入海底20的套管48。長圓筒最好是用鋼管制成，并鉆入海底足夠深度，約為十五米至數(shù)百米以形成一長的集油池42。
為盡可能減輕海上結(jié)構(gòu)物10承受的重量，立管33可穿過在平臺導(dǎo)管架上的導(dǎo)管導(dǎo)向架54，從而使其在垂直方向作了定位，實際上也就能自己支撐。長圓筒的下套管端48處有適當(dāng)?shù)乃喽骂^或類似東西，以形成集油池底。
長圓筒37最好是由若干根管子組成，它們首尾相接達(dá)到所需要長度。長圓筒上還開有水平側(cè)孔46和47，它們用來固定液體噴嘴43和氣噴嘴44。
立管33的內(nèi)部裝有一根長套管48，套管與立管共同延伸并從立管33的下端部伸出，形成一環(huán)形通道49。細(xì)長管51懸伸在套管48之內(nèi)，其上裝有若干個間隔一定垂直距離的安定器52，每個安定器上有若干個向外輻射的支臂，與附近的套管壁接觸。
細(xì)長管51上懸掛一臺井下泵53。該泵上有一個或數(shù)個與套管48內(nèi)的集油池42相通的進(jìn)口。積聚在集油池42內(nèi)的液態(tài)原油和水通過上述細(xì)長管51向上移動，進(jìn)入集管頂帽41。還裝有旁通管68，它與泵53和立管33相通;旁通管把從管道63抽出的液體再送回到環(huán)形通道49，然后再送回到泵的進(jìn)口。因此，假如集油池42中液體的來源枯竭，泵53仍能繼續(xù)工作，周轉(zhuǎn)適量的循環(huán)液體。
這里所用的立管33對兩股單獨的分離流起導(dǎo)管的作用。簡而言之，通過中心管51的液流與通過環(huán)形通道49的向上的氣流是完全分開的;中心管和環(huán)形通道均在集管頂帽41中終止。
蒸汽或氣體通過進(jìn)入噴嘴44進(jìn)入環(huán)形通道49，進(jìn)入噴嘴44與導(dǎo)管31相通，并一直通到分離裝置23的上部室28。進(jìn)入環(huán)形通道49的壓縮氣流沖擊在中心管51外圍的防護(hù)套57，從而可防止中心管51因與進(jìn)入的氣流接觸而發(fā)生腐蝕。
在海底20，由主要成份是原油和水的液流通過進(jìn)入噴嘴43進(jìn)入到集油池42中。進(jìn)入噴嘴通過導(dǎo)管36與分離裝置23的下部室24相通。這樣，從下部室24出來的液流在重力作用下流入集油池42。由于集油池深入海底數(shù)百英尺，所以對井下泵53形成連續(xù)的液柱壓力。從而在中心管51到放在甲板上的加工儲存設(shè)備16之間形成足夠大的連續(xù)向上液流。
圖4是另一種結(jié)構(gòu)的滴液收集裝置70，它能分別通過導(dǎo)管19和71接受從防護(hù)板21處來的兩股混合油氣流。從導(dǎo)管71來的一股油氣流只用于試驗，所以液流的量比較小。另一股液流則是實際生產(chǎn)用的，所以流量比較大。
滴液收集裝置70的液流處理部份至少有三層流體儲存室，其標(biāo)號分別為72、73和74。每個儲存室都是由大體成U形的管件制成，各管件相互之間垂直相隔一定距離。整個管路組支持圍放在開敞的防護(hù)架91內(nèi)，以避免裝置的工作部件受到操作。同前面所述的滴液收集裝置23一樣，結(jié)構(gòu)是靠樁柱固定到海底，所用的支持方式最好能使其作水平布置。
下面再看一下圖4，圖中是一種滴液收集裝置;主要混合油氣流由導(dǎo)管19輸送到滴液收集裝置70。導(dǎo)管19通過法蘭接頭76與立管77相連通，立管77又與上管件74相連通。油水氣流在頂部分離室進(jìn)行分離，分離出的氣體成分通過排放管78進(jìn)入柔性導(dǎo)管31;柔性導(dǎo)管又與立管33上的氣噴嘴44相連通。
從分離室74出來的液流在重力作用下通過連接管79進(jìn)入中心室73。中心室在正常工作期間的作用是避免由于反復(fù)充灌和放泄造成系統(tǒng)內(nèi)壓力波動。
液流從中心室73出來后通過下導(dǎo)管80進(jìn)入下部室，下部室起局部儲存庫的作用，防止滴液收集裝置出現(xiàn)干運轉(zhuǎn)。這一措施進(jìn)而還可確保立管33中液體的高度基本保持不變。
滴液收集裝置70中的液位高度是由一組連動開關(guān)控制的。圖中未詳細(xì)繪出這種開關(guān)，它主要是由若干個與滴液收集室72、73、74相接的核子密度開關(guān)組成。為了把液流量控制在恒定值，各開關(guān)根據(jù)液面高度(最好是滴液收集室72中的)產(chǎn)生信號。這些信號由電纜傳送到以微處理機為主的控制裝置?？刂蒲b置然后向致動裝置輸送信號，致動裝置開動流量控制閥62，根據(jù)從滴液收集裝置出來的液體流量來調(diào)節(jié)從泵53出來的液體流量。
為流量調(diào)節(jié)微處理機配有專用數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫用已知的液滴流量的歷史數(shù)據(jù)不斷地更新。數(shù)據(jù)庫用來使進(jìn)入甲板上設(shè)備16的液體流量保持不變，盡管分離裝置70上的流體儲存室73反復(fù)地注入和排出流體。
從上部室73和74排出的流體通過導(dǎo)管36和噴嘴43進(jìn)入立管33，并使流體流入集油池42。
如前所說，滴液收集裝置70上還裝有第二(或稱輔助)液體分離系統(tǒng)，該系統(tǒng)與第一(或稱主)液體分離系統(tǒng)相鄰。該第二系統(tǒng)是用于接受和處理試驗用液流，它由垂直定位的上部室86、中間室87和下部室88組成。上部室通過接頭84與試驗用液流導(dǎo)管71相接;這樣從一個或多個油井來的一股混合流就可專門用于試驗。氣流則通過導(dǎo)管66和導(dǎo)管67進(jìn)入立管33a。
這樣，從導(dǎo)管71出來的液流引入立管89，立管與上部室86相接，在上部室內(nèi)進(jìn)行基本的分離過程。此后從下部室88輸送出向下流動的液體，并再進(jìn)一步送到立管33a和甲板13。
當(dāng)然，盡管在不背離本發(fā)明的精神和范圍情況下可以作出各種修改和變更，但它們?nèi)詰?yīng)在所附的權(quán)利要求
書保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種從地下油氣儲層開采油氣流并向設(shè)在遠(yuǎn)處的海上結(jié)構(gòu)(10)輸送的水下系統(tǒng)，該海上結(jié)構(gòu)物架在近海海底，上面裝油氣加工設(shè)備，該系統(tǒng)包括至少一個開采混合多相油氣流的打入油氣層的水下井(18a，18b，18C)，輸送多相油氣流的海底管道(19)，把油氣流從海底升高到海上結(jié)構(gòu)物(10)上的加工設(shè)備的裝置，其特征是水下多相油氣分離裝置(23)設(shè)在海上結(jié)構(gòu)物(10)與油井(18a，18b，18c)之間，分離裝置接受來自管道(19)的多相油氣流并加工成獨立的液流和氣流；在上述海上結(jié)構(gòu)物上有一直立接收長圓筒(37)，該圓筒中有獨立的縱向通道(38，49)，分別用來把液流和氣流輸送到油氣加工設(shè)備；導(dǎo)管(31，36)分別把來自多相油氣分離裝置的獨立的液流和氣流輸送到上述接收長圓筒內(nèi)的兩獨立的縱向通道(49，51)；在接收長圓筒下端部的集油池(42)積聚從導(dǎo)管(36)送到長圓筒中的液態(tài)油，而且與用作輸送液流的縱向通道(51)相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其特點是埋入海底的接收長圓筒(37)的下部形成集油池(42)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的系統(tǒng)，其特征是所述的接收長圓筒(37)埋入海底達(dá)15～153(50～500英尺)，形成集油池(42)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的系統(tǒng)，其特征是接收長圓筒(37)埋入海底達(dá)153～305米(500～1，000英尺)，形成集油池(42)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1～4中任一條的系統(tǒng)，其特征是接收長圓筒(37)中有同軸的管(51)，該管形成一個中心通道(39)供液流通過，一個環(huán)形通道(38)供氣流通過。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1～5中任一條的系統(tǒng)，其特征是在中心通道(39)下端裝有液流用的輸送泵，該泵有通向集油池(42)的進(jìn)油口。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1～6中任一條的系統(tǒng)，其特征是接收長圓筒(37)能自己支撐在直立位置，使作用在海上結(jié)構(gòu)物(10)上的重力為最小。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1～6中任一條的系統(tǒng)，其特征是接收長圓筒(37)是靠海上結(jié)構(gòu)物(10)的橫向支撐保持直立位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1～8中任一條的系統(tǒng)，其特征是海上結(jié)構(gòu)物(10)有導(dǎo)管架(11、12)，它把工作甲板(13)支在海面上以及加工設(shè)備(16)，該設(shè)備設(shè)置在工作甲板上，用來接納和加工從接收長圓筒(37)輸送來的油氣流。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的系統(tǒng)，其特征是導(dǎo)管架(11、12)上設(shè)有多個用來把鉆井導(dǎo)管引導(dǎo)到海底的、垂向間隔一定距離的導(dǎo)管導(dǎo)向器(54)，接收長圓筒(10)則是由垂直間隔一定距離的導(dǎo)管導(dǎo)向器定位的。
11.根據(jù)權(quán)利要求
1～10中任一條的系統(tǒng)，其特征是連接縱向液體輸送通道(51)的下流部的閥裝置中設(shè)有一液流控制閥(62)，連接上述液流控制閥的致動裝置可調(diào)節(jié)返回儲油池(42)的液體流量;裝在分離裝置中的探測器測出其中液面高度，根據(jù)測出的液面高度向致動裝置送出第一信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11要求的系統(tǒng)，其特點是探測器有多個安裝在分離裝置內(nèi)不同高度的探測開關(guān)。
13.根據(jù)權(quán)利要求
11或12所述的系統(tǒng)，其特征是致動裝置連接有一微處理裝置，微處理裝置向致動裝置發(fā)出第二信號，使致動裝置能根據(jù)第一信號和第二信號通過液體流量控制閥調(diào)節(jié)液體流量。
14.根據(jù)權(quán)利要求
1～13中任一條的系統(tǒng)，其特點是多相油氣分離裝置(23)的位置與船上結(jié)構(gòu)物(10)相鄰。
專利摘要
一種輸送從遠(yuǎn)離流體儲存和處理設(shè)施的水下油井開采得的多相碳?xì)浠衔锪鞯乃孪到y(tǒng)。該系統(tǒng)中設(shè)有把幾個油井圍起來的水下井防護(hù)板。從各油井通過管道輸送來的混合碳?xì)浠衔锪魉腿肓黧w分離裝置，分離裝置把混合流分離成單獨的液流和氣流。然后通過一多導(dǎo)管的立管送入處理和儲存設(shè)施。
文檔編號E21B43/34GK86104803SQ86104803
公開日1987年1月14日 申請日期1986年7月14日
發(fā)明者沃倫·溫斯頓·舒羅德, 埃里克·布雷布羅克·圖納 申請人:泰克薩科有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan