Система подводного манифольда
Предложенная группа изобретений относится к подводной добычи углеводородов, в частности к приёмно-распределительному оборудованию. Модульный подводный распределительный узел добычи углеводорода содержит первичный манифольд и одну или большее количество совместно размещаемых конструкций расширения. Каждая из конструкций расширения расположена в пределах 100 метров от первичного манифольда. Первичный манифольд содержит первые соединения для соединения по меньшей мере с водоотделяющей колонной и шлангокабелем от надводной установки и вторые соединения для соединения по меньшей мере с одной конструкцией расширения. По меньшей мере одна из конструкций расширения включает вторичный манифольд, содержащий первые соединения, соединенные со вторыми соединениями первичного манифольда, вторые соединения для соединения по меньшей мере с одной дополнительной конструкцией расширения и третьи соединения для соединения по меньшей мере с устьем скважины и/или плитой-шаблоном. Система добычи углеводородов содержит надводную добывающую платформу, соединенную с помощью водоотделяющей колонны и шлангокабеля с распределительным узлом. Система выполнена с возможностью передачи электрических управляющих сигналов, электрической энергии и нагнетаемых текучих сред в каждую из скважин сначала через первичный манифольд, а затем через вторичный манифольд. Предложен способ соединения устья подводной скважины с надводной добывающей платформой посредством модульного подводного распределительного узла. Достигается технический результат – обеспечение возможности увеличения пропускной способности распределительного узла по мере присоединения новых скважин и сохранение надежности за счет оптимизации числа соединительных элементов. 3 н.п. и 11 з.п. ф-лы, 9 ил.
Настоящее изобретение относится к подводному распределительному узлу добычи углеводородов и к подводной системе добычи углеводородов, содержащей такой распределительный узел, применение которых особенно целесообразно, когда нефть или газ необходимо добывать из множества месторождений, причем по меньшей мере одно является удаленным «спутниковым» месторождением.
Хорошо известно, что для получения углеводородов (нефти и/или газа) из подводного продуктивного пласта на поверхности обеспечивают надводную установку, например, добывающую платформу или судно, а на морском дне обеспечивают устье скважины. Устье скважины расположено в верхней части скважины, через которую нефть и/или газ могут выходить из подземного продуктивного пласта. Устье скважины снабжено оборудованием для управления скважиной и содержит клапан и устройства для предотвращения утечки из продуктивного пласта.
Устье скважины соединено с надводной установкой эксплуатационным и/или подающим трубопроводом, проходящим по морскому дну, часто на десятки километров, и водоотделяющей колонной, проходящей вверх к надводной установке, которую также называют платформой. По ним нефть/газ поступает в надводную установку. Кроме того, от надводной установки к устью скважины проходят трубопроводы для газлифтного подъема, нагнетания газа или нагнетания воды, присоединенные либо через подводные манифольды, либо идущие непосредственно к целевым скважинам.
Кроме того, специальные шлангокабели обеспечивают питание, управление и связь, а также подачу химических веществ, например, гидравлических рабочих сред и MEG (моноэтиленгликоля), который используют в качестве антифриза для предотвращения образования гидратов.
Как правило, множество устьев скважин группируется относительно близко друг к другу. Чтобы не проводить отдельные водоотделяющие колонны к каждой скважине, на морском дне, как правило, применяют манифольд. К нему присоединены водоотделяющие колонны, соединяющие его с надводной установкой для обеспечения осуществления вышеуказанных функций. Кроме того, обеспечивают отдельные соединения от манифольда к каждому из множества устьев скважин. Один пример такой системы манифольда описан в документе US 2011/0132615.
Другая известная ситуация заключается в том, что разрабатывают так называемое спутниковое месторождение и из него осуществляют добычу с помощью одной и той же надводной установки. Этого можно достичь, применив решение с последовательным соединением посредством дополнительных плит-шаблонов или соединяя каждое новое спутниковое месторождение непосредственно с надводной установкой. При стандартном расположении обеспечивают так называемое основание водоотделяющей колонны, связанное с каждым устьем скважины, и основание водотделяющей колонны соединяют с надводной установкой.
На фиг. 1 показано такое стандартное расположение, при котором надводная установка, в данном случае платформа, соединена со стандартным манифольдом и множеством спутниковых месторождений.
На этой фигуре платформа 1 схематически показана как имеющая две области, 2 и 3. Область 2 обеспечивает соединение со стандартным манифольдом 4 с помощью шлангокабеля 5, который содержит различные каналы. (На этой схеме символом C показаны каналы для управления, подачи питания и текучих сред (гидравлических рабочих сред, химических и барьерных текучих сред. Обозначение WI указывает подачу воды или газа, а LP/HP означает, соответственно, низконапорную/высоконапорную добычу). Манифольд 4, в свою очередь, соединен с множеством скважин 6 (показанных здесь поз. 1, 2 и 3) посредством соединителей 7.
Кроме того, платформа 1 включает область 3 для соединения с спутниковыми месторождениями. Эти месторождения, как правило, разбуривают после первоначальных месторождений. На фигуре спутниковые месторождения показаны рядом с другими месторождениями, но в действительности они рассредоточены на большой площади морского дна и часто отдалены на десятки километров. Каждое спутниковое месторождение содержит основание 8, 9, 10 водоотделяющей колонны, соединенное с платформой посредством водоотделяющих колонн и шлангокабелей 11, 12, 13. Основания водоотделяющих колонн, в свою очередь, соединены с различными спутниковыми месторождениями 14, 15 и 16 посредством соединений 17, 18 и 19.
Из рисунка понятно, что для каждого спутникового месторождения, как правило, требуется отдельная водоотделяющая колонна (-ы) между спутниковым месторождением и надводной установкой, каждая из которых должна включать эксплуатационные трубопроводы и обеспечивать нагнетание газа и воды. Кроме того, необходим шлангокабель (-и) с каналами для управления, подачи питания, моноэтиленгликоля и различных текучих сред. Соответственно, на надводной установке для каждого спутникового месторождения необходимо от двух до четырех окон для водоотделяющих колонн.
В совокупности эти факторы обуславливают необходимость значительных новых затрат для каждого отдельного нового месторождения. Хотя эти затраты могут быть экономически оправданными, если соответствующие спутниковые месторождения содержат значительные запасы добываемых углеводородов, разработка более истощенных месторождений не будет коммерчески перспективной. Кроме того, существует физический предел количества доступных окон для водоотделяющих колонн на надводной установке.
Настоящее изобретение нацелено на решение этой проблемы, с тем чтобы обеспечить возможность добычи из более низкодебитных спутниковых месторождений.
Первый аспект включает модульный подводный распределительный узел добычи углеводородов, содержащий первичный манифольд и одну или большее количество совместно размещаемых конструкций расширения, причем первичный манифольд содержит первые соединения для соединения по меньшей мере с водоотделяющей колонной и шлангокабелем от надводной установки, и вторые соединения для соединения по меньшей мере с одной конструкцией расширения, причем по меньшей мере одна из конструкций расширения включает вторичный манифольд, содержащий первые соединения, соединенные со вторыми соединениями первичного манифольда, вторые соединения для соединения по меньшей мере с одной дополнительной конструкцией расширения и третьи соединения для соединения по меньшей мере с устьем скважины и/или плитой-шаблоном, причем вторичный манифольд обеспечивает поток добываемых углеводородов по меньшей мере из одного устья скважины или плиты-шаблона в надводную установку через первичный манифольд и водоотделяющую колонну, а также облегчает электрическое и/или гидравлическое управление с надводной установки через первичный манифольд и шлангокабель.
Использование такого модульного распределительного узла облегчает обеспечение связи между большим количеством подводных скважин и надводной платформой посредством небольшого количества водоотделяющих колонн и шлангокабелей. Кроме того, модульная конфигурация подразумевает, что, если требуется увеличить мощность добычи или функциональность при добыче, например, для добычи из новых спутниковых скважин или для обеспечения дополнительной подводной переработки, это можно осуществить просто путем присоединения к распределительному узлу дополнительных конструкций расширения. Например, манифольды расширения или технологическое оборудование можно подключать непосредственно к свободным соединениям на первичном манифольде или конструкции расширения.
В контексте настоящего документа термин «совместно размещенный» означает, что модульные компоненты распределительного узла (первичный манифольд и конструкции расширения) расположены в группе или кусте скважин на небольшом расстоянии друг от друга с точки зрения оборудования и устройств для добычи углеводородов на шельфе, например, под платформой. Таким образом, они находятся близи по меньшей мере относительно площадки спутниковой скважины, которая часто отдалена на расстояние в десятки километров. В различных вариантах осуществления это может, например, подразумевать, что они включают компоненты в пределах зоны безопасности, окружающей водоотделяющую колонну (как правило это 500 м радиус вокруг основания водоотделяющей колонны или первичного манифольда в данном случае). Как правило, компоненты распределительного узла расположены ближе друг к другу и расстояние между отдельными компонентами, как правило, составляет существенно менее 100 м и обычно менее 50 м. В некоторых вариантах осуществления компоненты могут быть непосредственно примыкающими друг к другу и/или механически соединенными (в дополнение к соединениям для переноса текучих сред/управления), например, с помощью болтов, или жестко соединенными каким-либо другим способом.
В различных вариантах осуществления первичный манифольд может обеспечивать соединение со вторичным манифольдом (или другой конструкцией расширения) для обеспечения любых или всех из следующих функций, которые, как правило, связаны с водоотделяющей колонной: добыча углеводородов, нагнетание воды, нагнетание газа, газлифтный подъем. Дополнительно (или альтернативно) он может обеспечивать любые из функций или все функции, осуществляемые через шлангокабель, например, управление, питание и/или подача рабочих текучих сред (гидравлических рабочих текучих сред, химических, барьерных текучих сред).
Как правило, сам первичный манифольд подключают к устью скважины и/или плите-шаблону, и, фактически, один или оба манифольда могут быть соединены с множеством устьев скважин и/или плит-шаблонов. Таким образом, первичный манифольд также может содержать третьи соединения для выполнения соединения по меньшей мере с устьем скважины и/или плитой-шаблоном. В некоторых реализациях распределительный узел может быть установлен на начальной площадке скважины, а затем расширен с использованием конструкций расширения для присоединения подводных объектов к новым спутниковым площадкам по мере их обнаружения или в зависимости от их рентабельности.
Упрощение управления предпочтительно обеспечивают за счет применения каналов и/или проводников внутри водоотделяющей колонны/шлангокабеля/соединителя, которые обеспечивают осуществление одной или большего количества (а предпочтительно всех) из следующих функций: нагнетания газа и воды, подачи электрической энергии, передачи электрических управляющих сигналов, осуществления связи, передачи химической и/или гидравлической энергии. Затем в первичном манифольде могут быть обеспечены соответствующие каналы и соединения для возможности выполнения этих функций во втором манифольде (-ах). Наиболее предпочтительно каждая из этих услуг обеспечивается на распределительный узел.
Таким образом, применяя настоящее изобретение можно добавлять скважины-спутники в общую систему добычи, не увеличивая количество водоотделяющих колонн, присоединяемых к надводной установке. В альтернативном варианте осуществления, при добавлении большого количества спутниковых месторождений требуется значительно меньшее количество водоотделяющих колонн/шлангокабелей по сравнению с предшествующим уровнем техники. Это позволяет минимизировать количество модификаций платформы и снизить общую стоимость добычи из таких спутниковых месторождений.
Предпочтительно одна или большее количество конструкций расширения включают множество вторичных манифольдов. Как обсуждалось выше, модульная конфигурация позволяет легко увеличивать пропускную способность распределительного узла для возможности присоединения новых площадок скважин и добычи из этих скважин. Модульный распределительный узел не ограничивается какой-либо конкретной конфигурацией и в различных вариантах осуществления по меньшей мере два манифольда из вторичных манифольдов могут быть соединены с первичным манифольдом или с другой конструкцией расширения последовательно, т. е. в виде шлейфа, или параллельно, например, в виде лучей. Соответствующие конкретные конфигурации, разумеется, будут зависеть от индивидуальной конструкции компонентов распределительного узла и от того, сколько отверстий доступно для выполнения вторых соединений на каждом модульном компоненте.
Кроме того, распределительный узел и, в частности, первичный манифольд распределительного узла, предпочтительно содержит клапанные устройства для обеспечения возможности управления течением в каждом из различных эксплуатационных трубопроводов. (Аналогичным образом, для электроснабжения, связи и управления могут быть предусмотрены устройства коммутации). Это может быть необходимо для открытия и закрытия соединительных отверстий при подсоединении/отсоединении вторичных манифольдов или для целей управления в период эксплуатации. Такие клапаны могут быть дистанционно управляемыми с поверхности, автоматически управляемыми (например, системы автоматического отключения) или управляемыми с помощью дистанционно управляемого подводного манипулятора (ROV). Предпочтительно каждый канал внутри распределительного узла может быть закрыт с помощью клапана и предпочтительно клапан предусмотрен для каждого соединительного отверстия.
Разумеется, настоящее изобретение также распространяется на устанавливаемый распределительный узел. Таким образом, во втором аспекте настоящее изобретение также включает систему добычи углеводородов, содержащую надводную добывающую платформу, соединенную с помощью водоотделяющей колонны и шлангокабеля с распределительным узлом, расположенным на морском дне, как описано выше, причем распределительный узел, в свою очередь, соединен под водой с одной или большим количеством скважин, причем углеводороды, добываемые из каждой из этих скважин, поступают на платформу через вторичный манифольд распределительного узла, первичный манифольд распределительного узла и водоотделяющую колонну, и причем одно или большее количество из рабочих текучих сред, электрических управляющих сигналов, электрической энергии и нагнетаемых текучих сред передают в каждую из скважин сначала через первичный манифольд, а затем через вторичный манифольд.
Поэтому, как будет показано, в частности, в предпочтительном варианте осуществления, обеспечивают добывающую платформу, соединенную с помощью водоотделяющей колонны и шлангокабеля с первичным манифольдом на морском дне. Первичный манифольд, в свою очередь, соединен с одним или большим количеством вторичных манифольдов, которые позволяют увеличивать пропускную способность распределительного узла. Сами вторичные манифольды соединены с устьями скважин, а углеводороды, получаемые из этих устьев скважин, проходят через вторичный манифольд, первичный манифольд, а затем по водоотделяющей колонне на платформу. В то же время текучие среды, электрические управляющие сигналы, электрическая энергия и/или нагнетаемые текучие среды передают в устье скважины сначала через первичный манифольд, а затем через вторичный манифольд.
При необходимости, первичный манифольд, вторичный манифольд или же одна или большее количество других конструкций расширения могут выполнять вспомогательные функции. Такие функции могут включать: обработку добываемых текучих сред, например, отделение нефти от воды и/или газа, обработку нефти, газа и воды; ускорение переноса текучей среды с помощью насоса или компрессора; измерение одного или большего количества различных потоков текучей среды.
Например, в конструкции расширения может быть предусмотрен внешний насосный блок, который может быть использован для повышения давления добываемых текучих сред для поддержания или увеличения объема добычи из спутникового месторождения. Насосный блок может быть соединен со вторыми соединениями первичного манифольда или конструкции расширения.
В другом примере одна из конструкций расширения может содержать сепараторный блок. Сепараторный блок может быть соединен со вторыми соединениями первичного манифольда или конструкции расширения. Сепараторный блок может отделять воду от потока углеводородов до поступления потока углеводородов в водоотделяющую колонну. Это позволяет уменьшать количество воды, без необходимости поднимаемой на поверхность. Отделенная вода может быть сброшена в море или может быть повторно закачана в скважину. Сепараторный блок может дополнительно или альтернативно отделять газовую фазу углеводородов от жидкой фазы углеводородов. Газовую фазу можно использовать для обеспечения газлифтного подъема. Жидкую фазу можно использовать в качестве вытесняющей среды для эжектора. Альтернативно, газовую и жидкую фазы можно разделять для облегчения их перекачивания на поверхность в виде отдельных фаз, что может позволять упрощать требуемое насосное оборудование.
Предпочтительно предусматривают средства для присоединения внешнего насоса/модуля создания давления (для повышения давления добычи из спутниковых месторождений). Для достижения этого наиболее предпочтительно, чтобы вторые соединения включали отверстия, которые пригодны как для соединения с вторичным манифольдом, так и для соединения с такими блоками.
Хотя настоящее изобретение было описано в контексте как водоотделяющей колонны, так и шлангокабеля, применяемых между надводной установкой и подводным манифольдом, другие аспекты настоящего изобретения могут включать только водоотделяющую колонну или только шлангокабель или же множество и тех или других.
Настоящее изобретение также относится к способу добычи углеводородов, который включает использование системы или распределительного узла по любому из вышеуказанных аспектов настоящего изобретения.
Согласно третьему аспекту настоящее изобретение также включает способ соединения устья подводной скважины с надводной добывающей платформой посредством модульного подводного распределительного узла добычи углеводорода, соединенного с платформой посредством водоотделяющей колонны и шлангокабеля, причем согласно этому способу: соединяют вторичный манифольд с подводным распределительным узлом; и соединяют устье подводной скважины с манифольдом расширения распределительного узла таким образом, чтобы углеводороды, получаемые из устья скважины, протекали к платформе через распределительный узел и по водоотделяющей колонне, а одно или большее количество из рабочих текучих сред, электрических управляющих сигналов, электрической энергии и нагнетаемых текучих сред передавали в устье скважины посредством распределительного узла и шлангокабеля.
Согласно этому способу новую спутниковую скважину или плиту-шаблон можно добавить к существующей подводной установке для добычи углеводородов, просто установив модульную конструкцию расширения в распределительный узел и присоединив новую скважину-спутник к конструкции расширения. Это позволяет избежать необходимости в прокладывании новых отдельных водоотделяющих колонн и шлангокабелей от платформы к площадке, благодаря чему снижаются затраты и уменьшается количество требуемых привязок на платформе, что потенциально делает новые площадки экономически рентабельными.
Способ может дополнительно включать (дистанционное) управление клапанным устройством и/или оборудованием коммутации внутри распределительного узла для обеспечения протекания углеводородов в новую конструкцию расширения и из нее и/или для управления.
Способ может дополнительно включать присоединение одного из большего количества функциональных блоков к распределительному узлу, например, для обеспечения обработки углеводородов, добываемых из спутниковой скважины. Это может потребоваться в случае, если углеводороды из спутниковой скважины имеют состав, отличный от состава углеводородов из существующих скважин и может потребоваться другая обработка по сравнению с существующими скважинами, например, может иметь место более высокое содержание воды или кислотного газа или т. п.
Далее исключительно для примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения:
на фиг. 1 представлен вид обычной системы добычи углеводородов из основного и спутникового месторождений;
на фиг. 2 представлен схематический вид первого варианта осуществления настоящего изобретения, изображающий первичный манифольд, соединенный с двумя вторичными манифольдами и насосным блоком;
на фиг. 3 представлен схематический вид другого варианта осуществления настоящего изобретения, который отличается от варианта осуществления по фиг. 2 тем, что на месте одной из конструкций расширения показан дополнительный насосный блок;
на фиг. 4 представлен схематический вид еще одного варианта осуществления, в котором применяют сепаратор, соединенный с первичным манифольдом;
на фиг. 5 представлено схематическое изображение возможного применения настоящего изобретения на нефтяном месторождении со сложным расположением;
на фиг. 6 представлен схематический вид сети и клапанов первичного манифольда;
на фиг. 7 представлен вид в перспективе, соответствующий фиг. 6;
на фиг. 8 представлен вид в перспективе распределительного узла, содержащего первичный манифольд и насосный блок; и
на фиг. 9 представлен вид в разрезе шлангокабеля для использования с распределительными узлами согласно различным вариантам осуществления.
Со ссылкой на фиг. 2 показан первый вариант осуществления настоящего изобретения 20. Главная платформа 21, расположенная на поверхности, соединена с подводным распределительным узлом 36, расположенным на морском дне, посредством водоотделяющих колонн и шлангокабелей 23. Они соответствуют водоотделяющим колоннам/шлангокабелям 5, показанным на фиг. 1. Соответственно, они обеспечивают управление, питание и подачу текучих сред (гидравлических рабочих сред, химических и/или барьерных текучих сред) (C), низконапорную добычу (LP), высоконапорную добычу (HP) и закачивание воды (или газа) (WI). Кроме того, может быть обеспечен газлифтный подъем (не показано). Распределительный узел 36 содержит первичный манифольд или «материнскую конструкцию» 22, которая принимает водоотделяющие колонны и шлангокабели 23 с поверхности. Первичный манифольд 22, в свою очередь, соединен с множеством скважин 24 (поз. 1, 2 и 3) с помощью соединителей 25, также аналогично фиг. 1. Показано, что они обеспечивают добычу (P), накачивание воды (WI) и управление (C), хотя они также могут обеспечивать любые или все из вышеуказанных функций.
Настоящий вариант 20 осуществления значительно отличается от известной системы, показанной на фиг. 1, тем, что распределительный узел 36 имеет модульную конфигурацию и может быть расширен после установки с использованием конструкции расширения, которая позволяет повысить пропускную способность или функциональные возможности первичного манифольда 22.
Согласно фиг. 2 распределительный узел 36 содержит два вторичных манифольда или манифольда 26, 30 расширения, которые являются примерами таких конструкций расширения. Первый манифольд 26 расширения соединен с первичным манифольдом 22 посредством соединений 27. Первая конструкция 26 расширения находится рядом с первичным манифольдом 22, как правило, в пределах приблизительно 50 метров, а в некоторых случаях физически присоединена к первичному манифольду 22 посредством предпочтительно жестких соединений 27. Первый манифольд 26 расширения соединен со скважинами 29 (поз. 4 и 5) посредством соединений 28. Они соответствуют соединениям 25 и 7, обеспечивая, таким образом, добычу Р, накачивание воды WI и управление C, хотя может быть обеспечена любая из других вышеуказанных функций.
Первый манифольд 26 расширения, в свою очередь, соединен со смежным вторым манифольдом 30 расширения посредством соединений 31, которые могут быть идентичны соединениям 27. Вторая конструкция 30 расширения, в свою очередь, соединена с более отдаленными спутниковыми скважинами 32 посредством соединений 33.
На фиг. 2 показаны только два манифольда расширения. Однако понятно, что третий манифольд расширения может быть соединен со вторым манифольдом 30 расширения. Аналогичным образом, такие конструкции также могут быть соединены друг с другом последовательно или параллельно.
В дополнение к соединению с манифольдом расширения как показано на фигуре, первичный манифольд 22 соединен с насосным блоком 34 посредством каналов 35. Насосный блок 24 представляет собой конструкцию расширения, которая служит для повышения давления добываемых текучих сред для возможности их транспортировки к платформе 21 в тех случаях, если одна или большее количество из добывающих скважин находится под недостаточно высоким давлением.
Как будет дополнительно обсуждено ниже, первичный манифольд 22 и конструкции 26, 30, 34 расширения содержат отверстия, которые используют для соединения с различными соединителями стандартным способом. Соответственно, обеспечивают модульную систему, с помощью которой при необходимости типовые конструкции расширения могут быть соединены с подводным распределительным узлом 36.
Таким образом, распределительный узел 36 обеспечивает связь между большим количеством подводных скважин 24, 29, 32 и надводной платформой 21 посредством небольшого количества водоотделяющих колонн и шлангокабелей 23. Если требуется дополнительная пропускная способность или функциональность, например, для добычи из новых спутниковых скважин, это может быть обеспечено просто путем подключения дополнительных манифольдов расширения или других функциональных блоков к распределительному узлу 36.
Обеспечение дополнительных функциональных возможностей под водой показано на фиг. 3, на которой показан второй вариант 40 осуществления. Он соответствует первому варианту осуществления, за исключением того, что вместо второго манифольда 30 расширения распределительный узел 36 содержит дополнительный насосный блок 41. Таким образом, первичный манифольд 22 соединен как со вторым насосным блоком 41 (опосредованно через первый манифольд 26 расширения), так и с первым насосным блоком 42.
Другой пример обеспечения дополнительных функциональных возможностей подводного объекта показан на фиг. 4, на которой изображен третий вариант 50 осуществления. Он отличается от второго варианта 40 осуществления тем, что вместо первого насосного блока 42 распределительный узел 36 содержит сепараторный блок 51. Использование подводного сепараторного блока 51 позволяет повысить эффективность распределительного узла в этом варианте 50 осуществления.
Добываемые углеводороды часто содержат значительное количество воды. Они могут содержать пластовую воду, которая попала в резервуар, или воду, нагнетаемую во время добычи. Сепараторный блок 51 отделяет воду от добываемых текучих сред, так что воду не транспортируют без необходимости к платформе 52. Это позволяет разгрузить водоотделяющие колонны, поскольку на поверхность необходимо транспортировать меньшее количество текучей среды, а также уменьшить объем поверхностной воды, которую необходимо обрабатывать на платформе, пространство на которой часто ограничено. Воду можно либо выпускать в море (при условии соответствующей обработки, например, с использованием дополнительной конструкции расширения), либо повторно закачивать в нагнетательную скважину.
Поскольку фазы жидкости и/или газа по отдельности более управляемы с точки зрения регулирования, накачивания и транспортирования, чем двух- или трехфазная смесь, сепараторный блок 51 также может разделять углеводороды на жидкую и газовую фазы. Газовая фаза может находиться под давлением при использовании газа для газлифтного подъема с целью увеличения добычи из скважины. Альтернативно или дополнительно, предпочтительно дегазированная жидкая фаза может быть использована в качестве вытесняющей среды для эжектора. Эжекторы могут быть использованы для увеличения объема добычи из существующей скважины или для восстановления «истощенной» скважины.
Следует отметить, что в дополнение к множеству конструкций расширения, показанных на фиг. 2, в устройствах по любой из фиг. 2-4 может быть применено вспомогательное устройство (-а); для ясности показано лишь ограниченное число компонентов.
На фиг. 5 показано возможное применение настоящего изобретения на участках, которые включают множество действующих месторождений углеводородов, соединенных с платформой.
В данном случае добывающая платформа 61 находится над исходной площадкой скважины и непосредственно соединена с исходной подводной плитой-шаблоном 62 обычным способом. Ранее платформу 61 соединяли непосредственно со спутниковыми подводными плитами-шаблонами 63 и 64 (например, согласно фиг. 1 манифольд 4 мог находиться на исходной площадке, а основания водоотделяющих колонн 8, 9 и 10 могли находиться на спутниковых площадках A, B и C). Однако согласно настоящему изобретению вместо этого обеспечивают непосредственное соединение подводного распределительного узла 65 с платформой 61. Спутниковые плиты-шаблоны 63 и 64 соединяют под водой с распределительным узлом 65, а не непосредственно с платформой.
Это позволяет уменьшить количество водоотделяющих колонн и шлангокабелей, требуемых для соединения этих плит-шаблонов 63, 64 с платформой 61. Кроме того, настоящее изобретение позволяет разрабатывать спутниковые месторождения C, D, E, которые ранее были бы признаны экономически нерентабельными. С использованием настоящего изобретения манифольд расширения и любые другие требуемые конструкции расширения могут быть добавлены к распределительному узлу 65, и добывающие плиты-шаблоны 66, 67 и 68 могут быть установлены и соединены с манифольдом расширения распределительного узла 65. Сначала должно быть разработано месторождение C, а месторождения D и E добавляют позже (поэтому они показаны пунктиром).
Применение настоящего изобретения к этому нефтяному месторождению дает ряд вышеописанных преимуществ. В частности, снижается потребность в подвешивании водоотделяющих колонн на добывающей платформе 61. Кроме того, легче обеспечить отделение воды и повышение давления под водой, как это было описано ранее. Кроме того, использование модульной конструкции позволяет увеличить пропускную способность распределительного узла 65 для обеспечения возможности разработки дополнительных спутниковых скважин без необходимости в непосредственном соединении посредством новых водоотделяющих колонн или шлангокабелей спутниковой скважины с платформой 61.
Далее со ссылкой на фиг. 6-8 подробно описаны первичный манифольд и конструкции расширения.
На схематичном изображении 6 системы трубопроводов показан распределительный узел 70, содержащий первичный манифольд 71, манифольд 72 расширения и насосный блок 73. Физическое расположение системы трубопроводов, клапанов и т. д. представлено на фиг. 7 и 8.
Стрелки в верхней части фиг. 6 отражают соединения с шлангокабелем и водоотделяющей колонной, которые ведут к добывающей платформе. Добываемая нефть показана поз. 81 и 86, электрические входы управления показаны поз. 82 и 83, впуск воды показан поз. 84 и вход гидравлического управления показан поз. 85.
Соединения с различными внешними устройствами показаны в нижней части фигуры. Эксплуатационный вход показан поз. 87, 89 и 93, гидравлическая рабочая среда показана поз. 88 и 92, а выпуски воды показаны поз. 90 и 91. Также можно видеть, что предусмотрены пути протекания между каждым из соответствующих входов и выходов и что в каждой линии предусмотрены регулирующие клапаны.
Соединения 94 и 95 позволяют присоединять внешний насос 73, причем соединения 96, 97 и 98 обеспечивают накачиваемую воду, гидравлические и эксплуатационные соединения для будущего использования.
Насосный блок 73 содержит впускной и выпускной каналы для соединения с первичным манифольдом 71, а также внутренний насос и регулирующий клапан.
На фиг. 8 показана система трубопроводов по фиг. 7, установленная на седловую опору и соединенная с внешним насосным блоком 73 по фиг. 6 и 7.
На фиг. 9 показан поперечный разрез шлангокабеля, применяемого для соединения распределительного узла с платформой. Он содержит следующие компоненты для обеспечения соответствующих функций:
36 труб для моноэтиленгликоля (MEG) 6 труб для низконапорной гидравлической рабочей среды 6 труб для высоконапорной гидравлической рабочей среды 6 труб для химических веществ 2 трубы для барьерных текучих сред 4 резервных трубы для гидравлической рабочей среды 33 волоконно-оптических кабеля 10 четырехжильных электрических кабелей (3 фазы и заземление) 4 резервных четырехжильных электрических кабеля 2 высоковольтных трехжильных кабеля 12 кВ, 120 мм2.
Во время эксплуатации различными регулирующими клапанами, предусмотренными на распределительном узле и в других местах, как правило, управляют с помощью дистанционно управляемых подводных манипуляторов. Однако некоторыми клапанами, критически важными для обеспечения безопасности, могут управлять дистанционно и всеми путем автоматического управления на основе распределительного узла.
1. Модульный подводный распределительный узел добычи углеводородов, содержащий первичный манифольд и одну или большее количество совместно размещаемых конструкций расширения, причем каждая из конструкций расширения расположена в пределах 100 метров, от первичного манифольда, причем первичный манифольд содержит первые соединения для соединения по меньшей мере с водоотделяющей колонной и шлангокабелем от надводной установки и вторые соединения для соединения по меньшей мере с одной конструкцией расширения, причем по меньшей мере одна из конструкций расширения включает вторичный манифольд, содержащий первые соединения, соединенные со вторыми соединениями первичного манифольда, вторые соединения для соединения по меньшей мере с одной дополнительной конструкцией расширения и третьи соединения для соединения по меньшей мере с устьем скважины и/или плитой-шаблоном, причем вторичный манифольд обеспечивает поток добываемых углеводородов по меньшей мере из устья скважины и/или плиты-шаблона в надводную установку через первичный манифольд и водоотделяющую колонну, а также облегчает электрическое и/или гидравлическое управление с надводной установки через первичный манифольд и шлангокабель.
2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что вторые соединения первичного манифольда обеспечивают осуществление функций, относящихся к нагнетанию воды и/или нагнетанию газа во вторичный манифольд.
3. Узел по п. 1 или 2, отличающийся тем, что вторые соединения первичного манифольда обеспечивают подачу питания во вторичный манифольд.
4. Узел по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что первичный манифольд имеет третьи соединения для соединения по меньшей мере с устьем скважины и/или плитой-шаблоном.
5. Узел по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что конструкции расширения включают множество вторичных манифольдов.
6. Узел по п. 5, отличающийся тем, что по меньшей мере два манифольда из вторичных манифольдов последовательно соединены с первичным манифольдом.
7. Узел по п. 5 или 6, отличающийся тем, что по меньшей мере два манифольда из вторичных манифольдов параллельно соединены с первичным манифольдом или с другим вторичным манифольдом.
8. Узел по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что первичный манифольд содержит клапанное устройство для управления течением внутри различных эксплуатационных трубопроводов первичного манифольда и/или устройство коммутации для разводки электрической энергии, связи и управления.
9. Узел по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что одна из конструкций расширения содержит установку для обслуживания, соединенную со вторыми соединениями первичного манифольда или конструкции расширения, причем эта установка для обслуживания обеспечивает осуществление вспомогательных функций и предпочтительно обеспечивает осуществление одного или большего количества из следующего: обработки добываемых текучих сред, например отделения нефти от воды и/или газа, обработки нефти, газа и воды; ускорения переноса текучей среды с помощью насоса или компрессора; и измерения течения одного или большего количества потоков текучей среды.
10. Узел по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что одна из конструкций расширения содержит сепараторный блок, соединенный со вторыми соединениями первичного манифольда или конструкции расширения.
11. Узел по п. 10, отличающийся тем, что сепараторный блок отделяет воду от потока углеводородов до поступления потока углеводородов в водоотделяющую колонну.
12. Узел по п. 10 или 11, отличающийся тем, что сепараторный блок отделяет газовую фазу углеводородов от жидкой фазы углеводородов и причем при необходимости газовая фаза используется для обеспечения газлифтного подъема и/или жидкая фаза используется в качестве вытесняющей среды для эжектора.
13. Система добычи углеводородов, содержащая надводную добывающую платформу, соединенную с помощью водоотделяющей колонны и шлангокабеля с распределительным узлом, расположенным на морском дне, согласно любому из предшествующих пунктов, причем распределительный узел, в свою очередь, соединен под водой с одной или большим количеством скважин, причем углеводороды, добываемые из каждой из этих скважин, поступают на платформу через вторичный манифольд распределительного узла, первичный манифольд распределительного узла и водоотделяющую колонну, и причем одно или большее количество из рабочих текучих сред, электрических управляющих сигналов, электрической энергии и нагнетаемых текучих сред передаются в каждую из скважин сначала через первичный манифольд, а затем через вторичный манифольд.
14. Способ соединения устья подводной скважины с надводной добывающей платформой посредством модульного подводного распределительного узла добычи углеводорода, соединенного с платформой посредством водоотделяющей колонны и шлангокабеля, согласно которому:
соединяют вторичный манифольд с подводным узлом, причем вторичный манифольд расположен в пределах 100 метров от подводного распределительного узла; и
соединяют устье подводной скважины с манифольдом расширения распределительного узла таким образом, чтобы углеводороды, получаемые из устья скважины, протекали к платформе через распределительный узел и по водоотделяющей колонне, а одно или большее количество из рабочих текучих сред, электрических управляющих сигналов, электрической энергии и нагнетаемых текучих сред передавали в устье скважины посредством распределительного узла и шлангокабеля.
