Подводная система (варианты) и способ сепарации многофазных сред

Изобретение относится к разделению многофазных текучих сред и может быть использовано в нефтегазовой промышленности. Подводная система сепарации многофазных сред, содержащих нефть, воду и песок, содержит впускной трубопровод (204), делитель (206), отдельные трубопроводы (208, 210) сходного диаметра. К концам отдельных трубопроводов (208, 210) присоединена регулировочная камера (214), имеющая больший диаметр, чем отдельные трубопроводы (208, 210) сходного диаметра. Регулировочная камера (214) включает выпускные трубопроводы (216, 218) и выполнена для корректирования скорости течения текучей среды на выпускном трубопроводе. К отдельным трубопроводам (208, 210) присоединен приемник (212) песка, который размещен ниже одного из отдельных трубопроводов (208, 210). Внутри одного из отдельных трубопроводов (208, 210) размещено струйное сопло, присоединенное к нижнему выпускному трубопроводу регулировочной камеры (214). Подводная система сепарации дополнительно включает регулировочный клапан и систему управления. Многофазную текучую среду пропускают через отдельные трубопроводы (208, 210) ниже по потоку относительно делителя (206) и разделяют ее на нефтяную и водную фазы. Отделяют твердые частицы. Обеспечивают протекание воды через выпускной канал на нижнем конце регулировочной камеры (214), а протекание нефти - через выпускной канал на верхнем конце регулировочной камеры (214). Воду нагнетают в приемник (212). Образуют циклон для удаления песка внутри приемника (212) и удаляют взмученные твердые частицы из приемника (212) без остановки или замедления этапов протекания многофазной текучей среды и ее разделения. Изобретение позволяет обеспечить регулирование потоков на каждой линии, снизить потребление электроэнергии, повысить производительность подводной скважины и создать компактную систему подводной сепарации. 3 н. и 14 з. п. ф-лы, 6 ил.

 

[0001] Настоящая заявка утверждает преимущество приоритета патентной заявки Соединенных Штатов № 61/951,891, поданной 12 марта 2014 года, озаглавленной «РАЗДЕЛЬНО-ПОТОЧНЫЙ ТРУБНЫЙ СЕПАРАТОР», полное содержание которой включено здесь ссылкой.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Данные способы предусматривают внутритрубное разделение потоков многофазных продуктивных текучих сред на их компоненты. Описываемые здесь способы предусматривают разделение продуктивных текучих сред на составляющие их нефтяную и водную фазы с использованием подводной системы сепарации многофазных сред.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Этот раздел предназначен для ознакомления с разнообразными аспектами технологии, которые могут быть связаны с примерными вариантами исполнения данной технологии. Как предполагается, это обсуждение будет содействовать формированию основных представлений, чтобы облегчить лучшее понимание конкретных аспектов данных способов. Соответственно этому должно быть понятно, что этот раздел следует читать с этой точки зрения и не обязательно как признание прототипа.

[0004] Для увеличения количества нефти и газа, добываемых из подводных скважин, может быть использован любой из ряда способов подводной сепарации. Однако подводная сепарация на глубинах моря свыше 1500 метров становится особенно проблематичной вследствие условий окружающей среды. По мере увеличения глубины моря из-за внешнего давления на резервуар, создаваемого гидростатическим напором, возрастает необходимая толщина стенки резервуаров, используемых для подводной обработки. При глубинах моря более 1500 метров эта толщина стенки увеличивается до такой степени, что обычное гравитационное разделение не реализуется. В дополнение, резервуары со стенками такой большой толщины могут создавать проблемы при изготовлении, и дополнительные материал и вес могут повлиять на проектные экономические показатели, а также на доступность резервуара для технического обслуживания. В результате этого сепараторы с большим диаметром часто не могут быть применены на таких глубинах.

[0005] Дополнительную информацию можно найти в Патенте США № 8,282,711 В2 (патент ʹ711). Этот патент относится к подводному оборудованию и к способу разделения жидкости и газа. Это изобретение направлено на разделение жидкостей и газов в добываемой из подводной скважины текучей среде с использованием трубной системы, которая разъединяет потоки жидкостных и газообразных текучих сред.

[0006] Однако патент ʹ711 не раскрывает отделение индивидуальных потоков нефти и воды от потока текучей среды из смешанных фаз нефти/воды. Кроме того, этот литературный источник не представляет способ отделения песка или предотвращения осаждения песка в трубном сепараторе. Литературный источник также не предусматривает финишную очистку потоков газа или воды так, чтобы они могли бы быть закачаны повторно.

[0007] Дополнительную информацию также можно найти в Патенте США № 7,490,671 В2. Этот патент относится к трубному сепаратору с улучшенным разделением нефтяного газа и воды. В этой системе используется циклонное разделение для газожидкостной сепарации с последующим разделением нефти и воды в трубном сепараторе, которому должна содействовать электростатическая коалесценция.

[0008] Дополнительная информация также может быть найдена в Патенте США № 7,516,794 В2. Эта система подобна описанной в патенте US 7,490,671 В2, однако с новым условием быть «очищаемой».

[0009] Дополнительную информацию также можно найти в Патентной заявке США 2008/0116072 А1. В этой системе применяется электростатический коагулятор для обработки потоков нефти или эмульсии, которые извлечены из нефте-водного сепаратора и возвращаются в тот же сепаратор. Представлены многочисленные варианты размещения сепараторов, в которых может быть использована описываемая здесь технология.

[0010] Ни один из цитированных выше литературных источников не рассматривает регулировочную камеру или секцию финишной очистки, которая используется для регулирования потока на каждой линии, тем самым с протеканием главным образом потока нефти, главным образом потока воды и нефтеводной эмульсии.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] Один примерный вариант исполнения представляет раздельно-поточную сепарационную систему, включающую впускной трубопровод, где многофазная текучая среда конфигурирована для протекания через него. Система включает делитель после впускного канала, и делитель подразделяет впускной трубопровод на два или более отдельных трубопроводов сходного диаметра, которые проходят по существу параллельно друг другу, и предназначены для разделения компонентов многофазной текучей среды. Система также включает регулировочную камеру, соединенную с двумя или многими отдельными трубопроводами сходного диаметра. Регулировочная камера имеет больший диаметр, чем отдельные трубопроводы сходного диаметра, и регулировочная камера включает один или многие выпускные трубопроводы. Выпускные трубопроводы предназначены для протекания главным образом нефти из верхнего выпускного трубопровода и главным образом воды из нижнего выпускного трубопровода. Сепарационная система также включает приемник песка, присоединенный к отдельным трубопроводам сходного диаметра. Приемник песка размещен под отдельными трубопроводами сходного диаметра, и приемник песка предназначен для сбора и удаления песка, накапливающегося в раздельно-поточной сепарационной системе.

Предпочтительно, отдельные трубопроводы сходного диаметра подводной системы сепарации многофазных сред предназначены для нагнетания химической добавки, причем химическая добавка может включать пеногасители или деэмульгаторы.

Кроме того, в подводной системе сепарации многофазных сред выше по потоку относительно системы сепарации многофазных сред может использоваться пресепаратор, при этом пресепаратор предназначен для отделения газа от многофазной текучей среды.

[0012] Еще один примерный вариант исполнения представляет способ разделения нефти, газа, воды и твердых частиц внутри многофазной текучей среды, включающий поступление потока многофазной текучей среды в распределительный впускной канал трубного сепаратора многофазной среды. Способ также включает разветвление распределительного впускного канала с горизонтально ориентированным делителем, и протекание многофазной текучей среды в отдельные трубопроводы трубного сепаратора ниже по потоку относительно делителя и в параллельной ему плоскости. Способ включает разделение многофазной текучей среды на нефтяную фазу и водную фазу в трубопроводах трубного сепаратора, и отделение твердых частиц с использованием спускной трубы и приемника, причем приемник открывается, когда накапливаются твердые частицы. Способ также включает поступление потока по каждому трубопроводу в регулировочную камеру, в которой регулируется скорость течения из каждого трубопровода. Способ конфигурирован для протекания главным образом воды через выпускной канал на нижнем конце регулировочной камеры и протекание главным образом нефти через выпускной канал на верхнем конце регулировочной камеры.

Предпочтительно способ включает снижение скорости и давления текучей среды в трубопроводе трубного сепаратора с использованием регулировочных клапанов.

[0013] Еще один примерный вариант исполнения раскрывает систему сепарации многофазных сред, которая включает впускной трубопровод, конфигурированный для подачи многофазной текучей среды через делитель внутри раздельно-поточной сепарационной системы, причем делитель подразделяет многофазную текучую среду в многочисленные трубопроводы трубного сепаратора, которые проходят по существу параллельно друг относительно друга. Система включает секцию финишной очистки внутри многочисленных трубопроводов трубного сепаратора. Система также включает регулировочную камеру, присоединенную к каждому трубопроводу трубного сепаратора, с большим диаметром, чем трубопровод трубного сепаратора, причем регулировочная камера содержит многочисленные выпускные каналы. Система включает регулировочный клапан и систему управления, применяемую для регулирования течения внутри раздельно-поточной трубной сепарационной системы и из нее. Система также включает струйное сопло, расположенное внутри одного из многочисленных трубопроводов трубного сепаратора и присоединенное к выпускному каналу у дна регулировочной камеры, при этом струйное сопло позиционировано при инжекторе выше по потоку относительно дополнительного полого пространства так, чтобы текучая среда из выпускного канала у дна регулировочной камеры нагнеталась в дополнительное полое пространство для приведения в действие циклона для удаления песка, который взмучивает песок до псевдоожиженного состояния, накопившийся в дополнительном полом пространстве, при этом циклон для удаления песка вызывает удаление псевдоожиженного песка из дополнительного полого пространства без остановки или замедления добычи подводной системы сепарации многофазных сред.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0014] Преимущества данных способов будут более понятными со ссылкой на нижеследующее подробное описание и сопроводительные чертежи, в которых:

[0015] Фиг. 1 представляет блок-схему, показывающую систему сепарации многофазных сред для разделения продуктивных текучих сред на потоки компонентов;

[0016] Фиг. 2 представляет вид спереди системы 100 сепарации многофазных сред;

[0017] Фиг. 3 представляет перспективный вид сверху системы 200 сепарации многофазных сред;

[0018] Фиг. 4 представляет технологическую блок-схему, иллюстрирующую способ 400 разделения фаз многофазной текучей среды;

[0019] Фиг. 5 представляет вид сбоку, схематически иллюстрирующий сепарационную систему 500 с инжекторами 502 для удаляющих песок циклонов 504; и

[0020] Фиг. 6 представляет схематическую и блочную диаграмму, иллюстрирующую систему управления, встроенную в систему сепарации многофазных сред согласно Фиг. 2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0021] В нижеследующем разделе подробного описания приведены конкретные варианты исполнения данных способов. Однако в той мере, насколько нижеследующее описание является специальным для конкретного варианта исполнения или конкретного применения данных способов, оно предназначено только для иллюстративных целей и приводит просто описание примерных вариантов исполнения. Соответственно этому способы не ограничиваются описанными ниже конкретными вариантами исполнения, но скорее включают все альтернативные варианты, модификации и эквиваленты, попадающие в пределы подлинных смысла и области пунктов прилагаемой формулы изобретения.

[0022] Как обсуждалось выше, традиционные сепараторы крупного диаметра сталкиваются с техническими проблемами в глубоководном море, например на глубинах свыше приблизительно 1500 метров. Таким образом, описываемые здесь варианты исполнения представляют нетрадиционную сепарационную систему, которая способна достигать приемлемого разделения нефти и воды и сглаживать потенциальные пульсации потока, в то же время удовлетворяя ограничения по габаритам и весу, налагаемые на глубоководное технологическое оборудование. Кроме того, сепарационная система может быть спроектирована как трубная система вместо резервуарной системы, которая может обеспечивать экономию на стоимости и весе. Во многих случаях для данного класса давления необходимая толщина стенки трубы является меньшей, нежели требуемая толщина стенки соответствующего резервуара.

[0023] Согласно описываемым здесь вариантам исполнения для повышения производительности подводной скважины применяется компактная подводная система сепарации многофазных сред, в частности в условиях глубоководной и арктической окружающей среды. В разнообразных вариантах исполнения сепарационная система представляет собой сепаратор, который может быть конфигурирован для разделения продуктивных текучих сред на нефтяную фазу, водную фазу и твердую фазу. В некоторых вариантах исполнения может быть применен размещенный выше по потоку жидкостно-газовый сепаратор, чтобы по большей части удалять газы из продуктивной текучей среды. Другими словами, для создания однофазных потоков могут быть использованы примерные современные способы сепарации. Это может позволить использование однофазных насосов, которые являются более производительными и могут достигать более высоких перепадов давления по сравнению с насосами для многофазных сред. Чтобы перекачивать однофазный поток, может быть достаточным один однофазный насос. Напротив, чтобы перекачивать многофазный поток, может быть применена серия многофазных насосов для достижения такого же перепада давления, особенно в вариантах применения с большим повышением давления.

[0024] Описываемый способ сепарации может быть использован для достижения отделения, по меньшей мере частично, водных текучих сред и твердых песчаных частиц от продуктивных текучих сред, например нефти. Удаление водных текучих сред здесь называется удалением воды, хотя это можно понимать как включающее воду с другими загрязняющими примесями, такими как соли или прочие смешивающиеся текучие среды. Такое удаление воды может смягчать проблемы обеспечения течения, создавая более концентрированные потоки нефти, направляемые на поверхность. Эти отдельные потоки будут образовывать меньшие количества гидратов, таких как клатраты метана, тем самым снижая опасность закупоривания или ограничений течения. Кроме того, могут быть сокращены или устранены проблемы коррозии. Потоки песка и воды как побочных продуктов могут быть размещены поверх предназначенных для утилизации отходов зон, резервуаров, морского дна или тому подобного.

[0025] Удаление воды также может иметь результатом снижение гидростатического давления, действующего на пластовый резервуар, тем самым повышая как истечение нефти из пласта, так и продуктивность. Способ сепарации также может сокращать инфраструктуру сборного нефтепровода, уменьшать число установок на поверхности для обработки воды, снижать потребление электроэнергии и мощности на нагнетание и устранять узкие места оборудования, которые создают проблемы снижения темпа нефтеотдачи вследствие высокой обводненности.

[0026] Фиг. 1 представляет блок-схему, показывающую систему 100 сепарации многофазных сред для разделения продуктивных текучих сред 102 на потоки компонентов. Продуктивные текучие среды 102 могут быть получены из подводной скважины 104. Продуктивные текучие среды 102 могут представлять собой углеводородные текучие среды, которые включают смесь природного газа, нефти, рассола и твердых примесей, таких как песок. Продуктивные текучие среды 102 могут быть получены из подводной скважины 104 с использованием системы подводной добычи любого типа (не показана), которая предназначена для добычи углеводородов из подводных месторождений. Система газо-жидкостного разделения (не показана) может быть необязательно применена выше по потоку относительно раскрытой технологии для разделения газового потока и жидкостного потока. Газовый поток может быть далее обработан в расположенном ниже по потоку оборудовании. Расположенное ниже по потоку оборудование (не показано) может включать, например, любого типа оборудование ниже по потоку для обработки газа, такое как газовый компрессор, установка для подготовки газа, устройство для финишной очистки газа, или тому подобное, или газовый трубопровод.

[0027] В блоке 106 главным образом жидкостный поток 106 протекает в раздельно-поточный трубный сепаратор 108. Раздельно-поточный трубный сепаратор 108 предназначен для отделения нефти и воды и твердых частиц песка от продуктивных текучих сред 102. Раздельно-поточный трубный сепаратор 108 подразделяет технологический поток продуктивных текучих сред 102 на два или более потоков для разделения в различных трубопроводах трубного сепаратора. Разделение нефтяного компонента и более плотного водного компонента достигается, по меньшей мере частично, внутри секции 110 финишной очистки в каждом трубопроводе сепаратора, и, в результате применения приемников 112 песка, песчаный компонент 114 по существу полностью удаляется выше по потоку относительно регулировочной камеры 116.

[0028] Внутри системы 100 сепарации многофазных сред продуктивные текучие среды 102 могут быть разделены, по меньшей мере частично, на отдельные потоки, которые могут быть объединены в регулировочной камере 116 на конце каждого трубопровода трубного сепаратора. Регулировочная камера 116 предназначена для поддерживания по отдельности фаз нефти и воды и может быть использована для корректирования и регулирования скорости течения на впускном канале в раздельно-поточный трубный сепаратор 108 и тем самым потока продуктивных текучих сред 102 в регулировочную камеру 116. Ниже по потоку относительно регулировочной камеры 116 продуктивные текучие среды 102 являются по существу разделенными на нефтяной компонент 118 и водный компонент 120. Разделенные нефтяной и водный компоненты 118, 120 могут быть предназначены для поступления в последующее обрабатывающее оборудование (не изображено), размещенное ниже по потоку относительно раздельно-поточной сепарационной системы 100.

[0029] Блок-схема на Фиг. 1 не предполагает указания на то, что система 100 сепарации многофазных сред должна включать все из показанных на Фиг. 1 компонентов. Кроме того, внутрь системы 100 сепарации многофазных сред может быть включено любое число дополнительных компонентов, в зависимости от условий конкретного осуществления. Например, система 100 сепарации многофазных сред может быть рассчитана на достижение жидкостно-газового, а также жидкостно-жидкостного разделения, с предварительной обработкой или без нее, тем самым подавая потоки по существу чистых нефти, воды и газа на оборудование ниже по потоку. Кроме того, выше по потоку и/или ниже по потоку относительно сепарационной системы 100 могут быть размещены дополнительные многофазные и однофазные пескоотделители.

[0030] Фиг. 2 показывает чертеж вида спереди системы 200 сепарации многофазных сред. Многофазная текучая среда 202 поступает в систему 200 сепарации многофазных сред в распределительном впускном канале 204. Система 200 сепарации многофазных сред после распределительного впускного канала 204 расщепляется горизонтально при первом делителе 206 на отдельные трубопроводы 208 и 210 трубного сепаратора. Y-образное разветвление при первом делителе 206 конфигурировано для протекания многофазной текучей среды по меньшей мере в два отдельных трубопровода, предназначенных для разделения нефтяной и водной фаз. Конструкция системы 200 сепарации многофазных сред, включающая приемники 212 песка для удаления накопившегося песка, избегает ограничений в отношении емкости текучей среды, обусловленных ограниченным диаметром резервуара и отложениями песка, тем самым обеспечивая возможность экономичной добычи и течения. Система 200 сепарации многофазных сред обеспечивает возможность усиленного или по меньшей мере непрерывного течения с пропускной способностью, допустимой конструктивными ограничениями системы, которые могут быть, например, характеристиками подводной продуктивной скважины и системы.

[0031] В современных конструкциях глубоководной подводной сепарации нефтеводный сепаратор или трубный сепаратор часто имеют диаметр меньше чем около 30 дюймов (762 мм) вследствие ограничений по давлению. Когда выполняют сепарации при такой ограниченной площади поперечного сечения, производительность системы лимитирована, поскольку скорость текучей среды, как правило, не может превышать величину около 0,3 м/с, если желательно обеспечить достаточное разделение для нагнетания воды. Эта скорость варьирует в зависимости от свойств текучих сред. Проектная длина системы 200 сепарации многофазных сред, конкретно длина трубопроводов 208 и 210 трубного сепаратора, может быть выбрана на основе вероятных характеристик текучей среды и минимальных продолжительностей пребывания, необходимых для достаточного разделения фаз. Если желательно разделение тяжелой нефти, которая может образовывать эмульсии, или если происходит извлечение твердых материалов, таких как песок, тогда могут потребоваться длительные продолжительности выдерживания для достижения приемлемой сепарации. Однако вследствие ограничений в отношении размера и веса, это не практикуется на многих морских и подводных промыслах. Проектирование глубоководной системы на продолжительности выдерживания свыше примерно трех-пяти минут становится проблематичным.

[0032] Если необходимо уменьшить диаметр сепарационного резервуара для глубоководного разделения, чтобы противостоять более высоким давлениям, то для обеспечения более длительных продолжительностей выдерживания соответственно увеличивается длина. Если в системе присутствует песок, то он будет отлагаться вдоль длины трубы по время разделения текучей среды. Этот нанесенный песок будет занимать площадь поперечного сечения трубы и сокращать доступный объем сепаратора, тем самым уменьшая время выдерживания и производительность сепарации. По этой причине песок может быть периодически удален из системы 200 сепарации многофазных сред. Соответственно этому, приемники 212 песка могут быть размещены вдоль трубопроводов 208 и 210 трубного сепаратора для удаления песка из системы 200 сепарации многофазных сред до того, как продуктивные текучие среды поступают в регулировочную камеру 214 на конце каждого трубопровода.

[0033] Регулировочная камера 214 на конце каждого трубопровода 208 или 210 трубного сепаратора предназначена для дополнительного разделения и выдерживания по отдельности нефтяной и водной фаз продуктивных текучих сред. Регулировочная камера 214 представляет собой цилиндрическую конструкцию с большим диаметром, чем у трубопроводов 208 и 210 трубного сепаратора. Регулировочная камера может быть рассчитана на протекание частично разделенной многофазной текучей среды из одиночного выпускного канала или может быть конфигурирована на течение главным образом нефти через нефтяной выпускной канал и главным образом воды через водный выпускной канал. В системе 200 сепарации многофазных сред согласно Фиг. 2 регулировочная камера 214 конфигурирована на протекание по большей части воды через водный выпускной канал 216 и главным образом нефти через нефтяной выпускной канал 218. Регулировочные камеры 214 могут быть использованы для регулирования и корректирования скорости течения текучих сред на распределительном впускном канале 204, делителе 206, внутри трубопроводов 208, 210 сепаратора и на выпускных каналах 216 и 218. Таким образом, в то время как трубопроводы 208 и 210 сепаратора являются раздельными, характеристики сепарации в каждом из них связаны между собой через соединение выше по потоку и совместное оборудование 220 ниже по потоку, такое как насосы, клапаны и иное оборудование, которое может детектировать или контролировать уровни поверхности раздела фаз текучей среды, например уровень поверхности раздела фаз между относительно несмешивающимися водным и нефтяным компонентами.

[0034] Оборудование 220 ниже по потоку может быть конфигурировано на посылание сигнала в управляющее устройство (не показано) которое может настраивать регулировочные клапаны, которые соединены с нефтяным и водным выпускными каналами 216 и 218 и трубопроводами 208 и 210 трубного сепаратора. Регулировочные клапаны предназначены, по меньшей мере частично, для эффективного контроля скорости течения из каждого трубопровода в регулировочную камеру 214 таким образом, чтобы достигалось наиболее эффективное разделение между фазами компонентов многофазной текучей среды.

[0035] Схематическое изображение на Фиг. 2 не предполагает указания на то, что система 200 сепарации многофазных сред должна включать все из показанных на Фиг. 2 компонентов. Кроме того, внутрь системы 200 сепарации многофазных сред может быть включено любое число дополнительных компонентов, в зависимости от условий конкретного осуществления.

[0036] Фиг. 3 представляет перспективный вид сверху системы 200 сепарации многофазных сред согласно Фиг. 2, иллюстрирующий горизонтальное разделение делителем 302, которое происходит в системе 200 сепарации многофазных сред после распределительного впускного канала 304. Сходные пронумерованные позиции являются такими же, какие обсуждались в отношении Фиг. 2. Система 200 сепарации многофазных сред включает делитель 302 распределительного впускного канала, предназначенный для подачи многофазной текучей среды в трубопроводы 208 и 210 трубного сепаратора. Многофазная текучая среда может быть текучей средой любого типа, которая включает относительно несмешивающиеся фазы такого рода, как, например, смешанная текучая среда из компонента водной фазы, компонента нефтяной фазы и компонента твердых частиц песка. В одном примерном варианте исполнения многофазная текучая среда включает продуктивные текучие среды из подводной скважины.

[0037] Распределительный впускной канал 304 может быть соединен с первым трубопроводом 208 трубного сепаратора и вторым трубопроводом 210 трубного сепаратора, которые расходятся горизонтально от делителя 302. Первый трубопровод 208 трубного сепаратора и второй трубопровод 210 трубного сепаратора размещаются в плоскости, параллельной распределительному впускному каналу 304. На течение в каждом из трубопроводов 208 или 210 трубного сепаратора можно влиять с помощью перегородок (не показаны), вмонтированных внутри трубопроводов.

[0038] В одном примерном варианте исполнения каждый из трубопроводов 208 или 210 трубного сепаратора может быть горизонтально ориентирован и конфигурирован для подачи в независимую регулировочную камеру 214, где каждая регулировочная камера 214 является цилиндрической по форме и имеет диаметр, который является большим, чем диаметр соединенных с нею трубопроводов 208 и 210 трубного сепаратора. Система 200 сепарации многофазных сред подразделяет поток текучей среды на параллельные в основном горизонтальные трубные секции для разделения нефти, воды, песка и, в необязательных вариантах исполнения, эмульсии. Газы могут быть удалены в этой или предшествующей секции, соединенной с системой 200 сепарации многофазных сред, в зависимости от варианта применения. Делитель 302, который создает разветвление в проточные трубопроводы, может обусловливать более высокую чистоту потоков нефти и воды на выпускных каналах 216 и 218 системы 200 сепарации многофазных сред по сравнению с традиционным горизонтальным трубным сепаратором. Более конкретно, разветвление течения позволяет обрабатывать большее количество текучей среды внутри системы 200 сепарации многофазных сред, в то же время сохраняя пропускную способность. Длительные продолжительности пребывания текучих сред внутри трубопроводов 208 и 210 трубного сепаратора становятся меньшей проблемой для экономичной и эффективной добычи, когда течение подразделяется, и сохраняется производительность, даже при эксплуатации со скоростью течения, необходимой для оптимального разделения внутри трубопроводов 208 и 210 трубного сепаратора.

[0039] Регулировочная камера 214 конфигурирована на течение главным образом воды через водный выпускной канал 216 и рассчитана на течение главным образом нефти через нефтяной выпускной канал 218. В одном альтернативном варианте исполнения сточные трубопроводы ниже по потоку относительно регулировочной камеры 214 могут быть подразделены по вертикали (не показано) для достижения лучшего разделения нефтяной фазы и водной фазы с замедлением относительно скоростей течения, и для объединения в обрабатывающем оборудовании ниже по потоку таким образом, как вертикально ориентированная регулировочная камера (не показано), наряду с прочими. В одном примерном варианте исполнения в систему 200 сепарации многофазных сред может быть включено устройство 306 для электростатической коагуляции. Для интенсификации разделения нефти и воды текучая среда из каждого трубопровода 208 или 210 трубного сепаратора протекает через секцию финишной очистки. Кроме того, трубопроводы 208 и 210 трубного сепаратора могут быть оснащены электростатическим коагулятором 306 для усиления коалесценции и разделения нефти и воды. В альтернативных вариантах исполнения сточные трубопроводы системы 200 сепарации многофазных сред могут быть оборудованы внутренними устройствами для коалесценции и распределения течения, например блоками лопастей, перфорированными перегородками, и т.д., которые усиливают разделение нефти и воды.

[0040] Схематическое изображение на Фиг. 3 не предполагает указания на то, что система 200 сепарации многофазных сред должна включать все из показанных на Фиг. 3 компонентов. Кроме того, внутрь системы 200 сепарации многофазных сред может быть включено любое число дополнительных компонентов, в зависимости от условий конкретного осуществления. Например, длина трубопроводов 208 и 210 трубного сепаратора и регулировочные камеры 214 могут быть изменены, может быть увеличено соотношение «длина/диаметр» (L/D) выше по потоку относительно секции финишной очистки или внутри нее для продления времени пребывания и содействия разделению нефти/воды. Это может обеспечить возможность модернизации или исключения традиционных стадий разделения ниже по потоку и обрабатывающего оборудования.

[0041] Фиг. 4 представляет технологическую блок-схему, иллюстрирующую способ 400 разделения фаз многофазной текучей среды. В разнообразных вариантах исполнения для осуществления способа 400 используется система 200 сепарации многофазных сред, обсуждаемая выше в отношении Фигур 2 и 3. В некоторых вариантах исполнения выше по потоку относительно данного способа может быть применен процесс газожидкостного разделения для удаления газов из продуктивной текучей среды. В этих вариантах исполнения многофазная текучая среда протекает в распределительный впускной канал системы газо-жидкостного разделения. Внутри системы газожидкостного разделения многофазная текучая среда разделяется на газы и жидкости. Газовый поток может быть направлен в газовый выпускной канал для существенного отделения от жидкостного потока. Жидкостный поток движется к основному описываемому здесь процессу.

[0042] Способ 400 начинается с блока 402, в котором многофазная текучая среда притекает в распределительный впускной канал системы сепарации многофазных сред. В блоке 404 многофазная текучая среда после распределительного впускного канала подразделяется горизонтально ориентированным делителем. В блоке 406 каждый из потоков, разделенных от распределительного впускного канала, протекает в отдельные трубопроводы трубного сепаратора в плоскости, которая является по существу параллельной горизонтально ориентированному делителю. Разделение компонентов многофазной текучей среды может быть достигнуто в то время, когда многофазная текучая среда протекает при пропускной способности или близкой к ней, отчасти благодаря тому, что поток был подразделен на различные трубные сепараторы. Многофазная текучая среда разделяется, по меньшей мере частично, на нефтяную фазу и водную фазу в трубопроводах трубного сепаратора. Каждый отдельный трубопровод трубного сепаратора может быть проточным по заданной длине сепарационной системы. Эта длина может быть конфигурирована так, чтобы обеспечивать конкретное время пребывания текучей среды в каждом трубопроводе. Время пребывания может быть выбрано для содействия эффективному разделению многофазной текучей среды в сепарационной системе.

[0043] В примерных вариантах исполнения многофазная текучая среда включает продуктивные текучие среды из продуктивной скважины, такой как глубоководная продуктивная скважина, с добычей нефти и газов, и существенными количествами воды и песка. В блоке 408 принимается решение, присутствует ли песок и накапливается ли в каждом трубопроводе сепаратора. Если песок присутствует, тогда способ переходит к блоку 410, где компонент твердого дисперсного материала удаляется с использованием приемников песка для конкретного трубопровода сепаратора. В блоке 410 любые твердые частицы, которые могли бы присутствовать в многофазной текучей среде, такие как песок, увлекаемый продуктивной текучей средой, отделяются с использованием спускной трубы и приемника песка. В блоке 412 приемник песка периодически промывается для удаления песка, когда накопилось определенное количество песка. Например, песок, который накопился сверх заданного уровня, может быть взмучен псевдоожижением с использованием циклонов для удаления песка, которые запускаются в действие накопившимся песком.

[0044] После вымывания твердого дисперсного материала в блоке 412, или, если согласно блоку 408 в каждом трубопроводе трубного сепаратора присутствует недостаточное количество твердого дисперсного материала, способ 400 затем продолжается в блоке 414. В блоке 414 каждый трубопровод трубного сепаратора подает поток в регулировочную камеру и скорость течения в каждом трубопроводе регулируется отчасти внутри регулировочной камеры. В блоке 416 детектируется уровень поверхности раздела фаз в каждом трубопроводе сепарационной системы. Уровни нефти и воды, которые детектируются датчиком уровня, могут быть сообщены системе управления. В блоке 418 подается сообщение на управляющее устройство, показывая уровень поверхности раздела фаз, который был выявлен. Управляющее устройство конфигурировано для подачи напряжения на регулировочный клапан с электрическим приводом, который обеспечивает то, что течение в каждом трубопроводе поддерживается при заданной скорости. Примерная система управления будет обсуждена более подробно в отношении Фиг. 6. В блоке 420 главным образом вода вытекает через водный выпускной канал цилиндрической регулировочной камеры. В блоке 422 главным образом нефть вытекает через нефтяной выпускной канал цилиндрической регулировочной камеры. Способ 400 позволяет эффективно и экономично разделять компоненты многофазной среды в конкретных продуктивных текучих средах, происходящих из подводной скважины и транспортировать по подводному трубопроводу.

[0045] Технологическая блок-схема на Фиг. 4 не предполагает указания на то, что стадии способа 400 должны исполняться в любом конкретном порядке или что все стадии способа 400 должны быть включены в каждом случае. Кроме того, в рамки способа 400 может быть включено любое число дополнительных стадий, не показанных на Фиг. 4, в зависимости от условий конкретного осуществления.

[0046] Фиг. 5 представляет вид сбоку, схематически иллюстрирующий сепарационную систему 500 с инжекторами 502 для удаляющих песок циклонов 504. Инжекторы 502 со струйными соплами 506 и циклоны 504 для удаления песка могут быть вмонтированы в трубопровод, например, системы 200 сепарации многофазных сред согласно Фиг. 2. Рециркуляционная вода из выпускного канала регулировочной камеры может нагнетаться на накопившийся песок в приемниках песка для вымывания песка через спускные трубы 508, размещенные ниже по потоку относительно струйного сопла 506. Инжекторы 502 могут быть использованы в связи с рециркуляционным потоком 510, таким как рециркуляционный поток «чистой» воды, вытекающий из одной из регулировочных камер. Многочисленные струйные сопла 506 для подачи рециркуляционного потока текучей среды или дополнительные циклоны 504 для удаления песка также могут быть применены для воздействия на течение в конкретном трубопроводе сепарационной системы 500. Рециркуляционный поток 510 может быть конфигурирован для протекания из выпускных каналов регулировочных камер или из места выше по потоку относительно регулировочной камеры для каждого отделенного компонента многофазной текучей среды внутри сепарационной системы 500.

[0047] Дополнительные сточные трубы 508 могут быть присоединены в качестве ловушек песка для отделения песка, который накапливается в сепарационной системе 500. Сточные трубы 508 могут быть перекрыты приемником 512 песка, который представляет собой цилиндрическую камеру, ориентированную перпендикулярно горизонтальному трубному сепаратору, для сбора и дренирования песка, собравшегося в трубопроводе. Приемник 512 песка может быть конфигурирован для возможности предварительно задавать количество песка, накапливающегося до того, как приемник песка открывается и песок отделяется от основного потока воды. Выше по потоку относительно приемника 512 песка находится струйное сопло 506, которое подает рециркуляционный поток 510 в инжекторе 502. Рециркуляционный поток 510 через струйное сопло 506 может действовать для вымывания накопившегося песка в сточную трубу 508 в режиме подобно циклонам 504 для удаления песка. В некоторых вариантах исполнения многочисленные ловушки песка могут быть объединены в комплекс и/или использоваться по отдельности для отделения песка из многофазной текучей среды.

[0048] Приемники 512 песка действуют для сбора «подвижных» наслоений песка, которые непрерывно распространяются по длине трубного сепаратора в сторону регулировочных камер. Эти наслоения нарушают надлежащее разделение и занимают сепарационный объем, необходимый для более длительного времени пребывания. Приемники 512 песка представляют собой короткие вертикальные секции трубы, присоединенные к дну трубного сепаратора. Со временем приемники 512 песка могут заполняться песком. При определенном заданном уровне могут быть приведены в действие циклоны 504 для удаления песка, которые размещены у дна приемников 512 песка. Циклоны 504 для удаления песка будут переводить объем песка в псевдоожиженное состояние и будут удалять песок из приемников 512 через донное соединение. Этим путем песок может быть удален из сепарационной системы 500 без остановки или замедления добычи.

[0049] Схематическое изображение на Фиг. 5 не предполагает указания на то, что сепарационная система 500 должна включать все из показанных на Фиг. 5 компонентов. Кроме того, внутрь сепарационной системы 500 может быть включено любое число дополнительных компонентов, в зависимости от условий конкретного осуществления.

[0050] Фиг. 6 представляет схематическую диаграмму в виде сверху, иллюстрирующую систему 602 управления, встроенную в систему 200 сепарации многофазных сред согласно Фиг. 2. Сходные пронумерованные позиции являются такими же, какие обсуждались в отношении Фиг. 2. Система 602 управления функционирует для протекания текучей среды из каждого впускного канала сепарационной системы с предпочтительной скоростью на основе определенных измерений. В системе 200 сепарации многофазных сред может быть применена система 602 управления для посылания регулирующих сигналов 604 и 606 на регулировочные клапаны 608 и 610, которые могут быть конфигурированы для контроля массового расхода потока через систему 200 сепарации многофазных сред. Система 602 управления может быть частью более крупной системы, такой как распределенная система управления (DCS), программируемый логический контроллер (PLC), контроллер непосредственного цифрового управления (DDC) или любая другая подходящая система управления. Кроме того, система 602 управления может автоматически корректировать параметры или может давать информацию о сепарационной системе оператору, который проводит настройки вручную.

[0051] Система 602 управления посылает сигнал 604 на регулировочный клапан 608 для регулирования течения внутри трубопровода 208 трубного сепаратора. Подобным образом, управляющий сигнал 606, посланный на регулировочный клапан 610, используется для регулирования течения внутри трубопровода 210 трубного сепаратора. Измерительное устройство 612 конфигурировано для посылания сигнала 614 датчика в систему 602 управления. Например, сигнал 614 датчика может позволять системе 602 управления посылать сигналы 604 и 606 на регулировочные клапаны 610 в ответ на показания измерительного устройства 612. В одном примерном варианте исполнения измерительное устройство 612 включает датчик уровня, предназначенный для измерения уровня поверхности раздела фаз между нефтью и водой внутри продуктивной текучей среды, протекающей в системе 200. Регулировочные клапаны 608 и 610 продолжают получать сигналы от системы 602 управления в сообщении с датчиком уровня. Когда в каждом трубопроводе детектируются разнообразные уровни нефти и воды, управляющее устройство будет получать сигналы соответственно этим уровням и регулировочные клапаны будут соответственно корректироваться для облегчения разделения многофазных сред в трубопроводах 208, 210.

[0052] Регулировочные клапаны 608 и 610 могут быть конфигурированы для регулирования скорости течения текучей среды в сепарационной системе 200. Система 602 управления конфигурирована для регулирования течения из каждого трубопровода 208 и 210 трубного сепаратора в регулировочную камеру 214. Длина каждого трубопровода может быть конфигурирована для достижения баланса между существенным разделением фаз и временем пребывания текучих сред внутри системы 200 сепарации многофазных сред. Измерение проводится измерительным устройством (не показано) в цилиндрической регулировочной камере 214, и поток в каждом трубопроводе 208 и 210 трубного сепаратора в соответствующую регулировочную камеру 214 контролируется передачей данных измерения через систему 602 управления на регулировочные клапаны 608 и 610. Степень, до которой регулировочные клапаны 608 и 610 открываются или закрываются, будет напрямую влиять на скорость течения многофазной текучей среды в регулировочную камеру 214. В одном примерном варианте исполнения разделение водной и нефтяной фаз поддерживается внутри регулировочной камеры 214. Датчик уровня внутри регулировочной камеры определяет уровень поверхности раздела фаз между нефтью и водой, присутствующими в различных секциях вертикальной колонны. Продолжительности пребывания каждой фазы в регулировочной камере могут варьировать в зависимости от уровня поверхности раздела нефти и воды, который детектируется. В конечном итоге, регулировочная камера 214 конфигурирована для протекания главным образом воды из водного выпускного канала 216 у дна колонны и главным образом нефти из нефтяного канала 218 у верха колонны. Выпускные каналы 216, 218 могут быть соединены с другими стадиями финишного разделения ниже по потоку, например гидроциклонами добытой воды, или с устройством для нагнетания жидкости, или с трубопроводом для выведения жидкости.

[0053] Система 602 управления также может детектировать количество песка, который накопился поверх приемника песка (не показано). Когда это количество песка достигает определенного уровня, система 602 управления может инициировать срабатывание нагнетательных сопел (не показаны) и/или циклонов для удаления песка (не показаны) для вымывания песка из системы 200. Этим путем становится незначительным количество песка, который доходит до цилиндрической регулировочной камеры 214. Это будет сводить к минимуму количество песка, который будет способен проходить через нагнетательные устройства (не показаны), и также будет минимизировать количество песка, нагнетаемого в продуктивную скважину, тем самым лучше поддерживая целостность продуктивной скважины.

[0054] Будет понятно, что сепарационная система 200, показанная на Фиг. 2, была упрощена, чтобы содействовать разъяснению разнообразных вариантов исполнения данных технологий. Соответственно этому в вариантах исполнения данных способов могут быть дополнительно встроены многообразные устройства, не показанные или специально не упомянутые. Такие устройства могут включать расходомеры, такие как диафрагменные расходомеры, массовые расходомеры, ультразвуковые расходомеры, расходомеры Вентури и тому подобные. Кроме того, в вариантах исполнения в дополнение к показанным устройствам необязательно могут быть использованы компрессоры, цистерны, теплообменники и датчики.

[0055] В то время как данные способы могут быть восприимчивы к разнообразным модификациям и альтернативным формам, обсужденные выше варианты исполнения были показаны только в порядке примера. Однако опять же должно быть понятно, что технологии не предполагаются быть ограниченными раскрытыми здесь конкретными вариантами исполнения. Действительно, данные технологии включают все альтернативные варианты, модификации и эквиваленты, попадающие в пределы подлинных смысла и области пунктов прилагаемой формулы изобретения.

1. Подводная система сепарации многофазных сред, содержащая:

впускной трубопровод;

делитель, причем делитель горизонтально подразделяет впускной трубопровод на два или более отдельных трубопроводов сходного диаметра и причем два или более отдельных трубопроводов сходного диаметра, по существу, параллельны друг другу и предназначены для разделения компонентов многофазной текучей среды, содержащей нефть, воду и песок;

регулировочную камеру, присоединенную к двум или более отдельным трубопроводам сходного диаметра, причем регулировочная камера имеет больший диаметр, чем отдельные трубопроводы сходного диаметра, причем регулировочная камера включает выпускные трубопроводы и причем выпускные трубопроводы предназначены для протекания, по существу, нефти из верхнего выпускного трубопровода и протекания, по существу, воды из нижнего выпускного трубопровода;

приемник песка, присоединенный к одному из отдельных трубопроводов сходного диаметра, причем приемник песка размещен ниже одного из отдельных трубопроводов сходного диаметра и причем приемник песка предназначен для сбора и удаления песка, накопившегося в подводной системе сепарации многофазных сред, и

струйное сопло, размещенное внутри одного из отдельных трубопроводов сходного диаметра и присоединенное к нижнему выпускному трубопроводу регулировочной камеры, причем струйное сопло позиционировано при инжекторе выше по потоку относительно приемника песка так, чтобы текучая среда из нижнего выпускного трубопровода нагнеталась в приемник песка для приведения в действие циклона для удаления песка, который взмучивает песок до псевдоожиженного состояния в приемнике песка, при этом циклон для удаления песка вызывает удаление песка из приемника песка без остановки или замедления добычи подводной системы сепарации многофазных сред.

2. Подводная система сепарации многофазных сред по п.1, содержащая также регулировочный клапан ниже по потоку относительно регулировочной камеры для регулирования скорости течения на одном выпускном трубопроводе при регулировочной камере.

3. Подводная система сепарации многофазных сред по п.1, которая предназначена для действия в подводной окружающей среде на глубинах моря свыше 1500 метров, при этом многофазная текучая среда включает продуктивную текучую среду из подводной скважины.

4. Подводная система сепарации многофазных сред по п.1, в которой отдельные трубопроводы сходного диаметра соединены с электростатическим коагулятором.

5. Подводная система сепарации многофазных сред по п. 1, в которой отдельные трубопроводы сходного диаметра дополнительно предназначены для нагнетания химической добавки.

6. Подводная система сепарации многофазных сред по п.5, в которой химическая добавка включает пеногасители или деэмульгаторы.

7. Подводная система сепарации многофазных сред по п. 1, дополнительно включающая спускную трубу, соединенную с одним из трубопроводов сходного диаметра.

8. Подводная система сепарации многофазных сред по п.7, в которой спускная труба перекрыта приемником песка, предназначенным для открывания, когда накопилось определенное количество песка.

9. Подводная система сепарации многофазных сред по п. 1, в которой выше по потоку относительно системы сепарации многофазных сред используется пресепаратор, при этом пресепаратор предназначен для отделения газа от многофазной текучей среды.

10. Подводная система сепарации многофазных сред по п. 1, в которой выпускной канал из регулировочной камеры предназначен для рециркуляции в место выше по потоку.

11. Подводная система сепарации многофазных сред по п. 1, дополнительно включающая секцию финишной очистки.

12. Подводная система сепарации многофазных сред по п. 2, в которой регулировочный клапан приводится в действие на основе сигналов, сообщаемых системой управления.

13. Способ разделения нефти, воды и твердых частиц внутри многофазной текучей среды, в котором обеспечивают:

протекание многофазной текучей среды в распределительный впускной канал трубного сепаратора многофазных сред, причем распределительный впускной канал предназначен для разделения многофазной текучей среды;

протекание многофазной текучей среды в отдельные трубопроводы трубного сепаратора ниже по потоку относительно делителя;

разделение многофазной текучей среды на нефтяную фазу и водную фазу в трубопроводах трубного сепаратора;

отделение твердых частиц с использованием спускной трубы и приемника, причем приемник открывается, когда накапливаются твердые частицы;

протекание по каждому трубопроводу трубного сепаратора в регулировочную камеру, причем скорость течения из каждого трубопровода трубного сепаратора регулируется; и

протекание, по существу, воды через выпускной канал на нижнем конце регулировочной камеры и протекание, по существу, нефти через выпускной канал на верхнем конце регулировочной камеры;

нагнетание воды из выпускного канала на нижнем конце регулировочной камеры в приемник;

применение нагнетаемой воды, образуя циклон для удаления песка внутри приемника, при этом циклон для удаления песка взмучивает накопленные твердые частицы до псевдоожиженного состояния; и

удаление взмученных твердых частиц из приемника без остановки или замедления этапов протекания многофазной текучей среды и ее разделения.

14. Способ по п.13, включающий снижение скорости и давления текучей среды в трубопроводе трубного сепаратора с использованием регулировочных клапанов.

15. Способ по п.13, дополнительно включающий детектирование уровня поверхности раздела нефтяной и водной фаз в каждом трубопроводе трубного сепаратора, и сообщение с управляющим устройством для открытия и закрытия регулировочных клапанов ниже по потоку относительно регулировочной камеры на основе детектированного уровня поверхности раздела нефтяной и водной фаз.

16. Способ по п.13, дополнительно включающий финишную очистку многофазной текучей среды в секции финишной очистки выше по потоку относительно регулировочной камеры.

17. Подводная система сепарации многофазных сред, содержащая:

впускной трубопровод, предназначенный для подачи многофазной текучей среды через делитель внутри системы сепарации многофазных сред, причем делитель подразделяет многофазную текучую среду в многочисленные трубопроводы трубного сепаратора, которые являются, по существу, параллельными, при этом многочисленные трубопроводы трубного сепаратора предназначены для обеспечения накопления песка в дополнительном полом пространстве у дна каждого из трубопроводов трубного сепаратора, при этом многофазная текучая среда содержит нефть, воду и песок;

секцию финишной очистки внутри многочисленных трубопроводов трубного сепаратора;

регулировочную камеру с большим диаметром, чем у трубопроводов трубного сепаратора, соединенную с каждым трубопроводом трубного сепаратора, причем регулировочная камера включает многочисленные выпускные каналы;

регулировочный клапан, предназначенный для протекания, по существу, нефти на выпускном канале наверху регулировочной камеры и для протекания, по существу, воды на выпускном канале у дна регулировочной камеры;

струйное сопло, расположенное внутри одного из многочисленных трубопроводов трубного сепаратора и присоединенное к выпускному каналу у дна регулировочной камеры, при этом струйное сопло позиционировано при инжекторе выше по потоку относительно дополнительного полого пространства так, чтобы текучая среда из выпускного канала у дна регулировочной камеры нагнеталась в дополнительное полое пространство для приведения в действие циклона для удаления песка, который взмучивает песок до псевдоожиженного состояния, накопившийся в дополнительном полом пространстве, при этом циклон для удаления песка вызывает удаления псевдоожиженного песка из дополнительного полого пространства без остановки или замедления добычи подводной системы сепарации многофазных сред;

систему управления; и

измерительное устройство, сообщенное по текучей среде с системой управления, причем измерительное устройство выполнено с возможностью измерения уровня поверхности раздела нефтяной и водной фаз в разнообразных точках системы сепарации многофазных сред, при этом система управления предназначена для регулирования скорости течения в каждом из трубопроводов трубного сепаратора настройкой регулировочного клапана на основе измеренного уровня поверхности раздела нефтяной и водной фаз.