ПОДВОДНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ПОЛУЧЕННОЙ ИЗ ПОДВОДНОЙ СКВАЖИНЫ СМЕСИ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ПОЛУЧЕННОЙ ИЗ ПОДВОДНОЙ СКВАЖИНЫ СМЕСИ В ПОДВОДНОЙ УСТАНОВКЕ
UNDERWATER UNIT FOR SEPARATION OF MIXTURE PRODUCED FROM UNDERWATER WELL (VERSIONS) AND METHOD FOR SEPARATION OF MIXTURE PRODUCED FROM UNDERWATER WELL IN ABOVE UNIT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Варианты выполнения изобретения, описанного в данном документе, относятся в целом к разделению потока среды на компоненты и, более конкретно, к разделению потока, поступающего из подводного устья скважины, и сжатию газообразного компонента указанного потока.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] В настоящее время нефть и природный газ находят широкое применение в различных сферах деятельности нашего общества. Например, нефть является основным продуктом, используемым для обеспечения горючим большей части современных транспортных средств, а также является компонентом, используемым во многих областях производственной деятельности, например при производстве пластмасс, а природный газ может использоваться как в качестве теплового источника, так и источника, обеспечивающего удовлетворение других потребностей в энергии. Поскольку наше общество на протяжении длительного времени потребляло огромные количества нефти и природного газа, то наиболее доступные ресурсы этих углеводородов истощились, что стало причиной поисков дополнительных количеств нефти и природного газа с освоением более проблематичных окружающих сред, одним из примеров которых является подводная среда.
[0003] В настоящее время на некоторых глубинах имеется возможность добычи нефти и газа из подводной скважины. Данный процесс в общих чертах проиллюстрирован на фиг.1. На фиг.1 показана подводная скважина 102, из которой поток смеси веществ поступает в сепаратор 104. Указанная смесь может содержать нефть, газ, шлам, воду и другие вещества, поступающие из скважины 102 и физически смешанные друг с другом. Сепаратор 104 разделяет указанную смесь на различные компоненты, например газ и другие вещества. Затем газ перемещают к компрессору 106, который сжимает его и передает к различным сооружениям 108, например к хранилищу.
[0004] В настоящее время существует множество различных типов сепараторов 104, используемых для разделения компонентов потока. Одним примером сепаратора 104 является центробежный сепаратор 104, показанный на фиг.2. Сначала поток 202 газа/жидкости поступает в центробежный сепаратор 104. Затем указанный поток 202 проходит через завихряющий элемент 204 и поступает в разделительную камеру 206, из которой затем происходит извлечение 208 газа. В результате данного процесса образуется два отдельных потока: обезвоженный поток 210 газа и отделенный поток 212 жидкости. К другим типам сепараторов 104 относятся жалюзийные сепараторы, электростатические коагуляторы и магнитные сепараторы.
[0005] Как указано выше, подводная среда является проблематичной средой для добычи нефти и газа. Кроме того, обеспечение надежной, рациональной и экономически эффективной работы оборудования в подобных условиях представляет собой проблему, требующую непрерывного внимания. Соответственно, имеется необходимость в устройствах и способах для улучшения работ по добыче нефти в подводных условиях.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] В соответствии с одним иллюстративным вариантом выполнения предложена подводная установка для разделения смеси, полученной из подводной скважины. Указанная установка содержит камеру, выполненный с обеспечением возможности приема полученной из скважины смеси и ее разделения под действием силы тяжести. Указанная камера содержит корпус, выполненную с обеспечением возможности хранения полученной из скважины смеси во время разделения, и поршень, расположенный в указанном корпусе и разделяющий его на верхнюю секцию и нижнюю секцию. Поршень выполнен с возможностью перемещения в первом направлении вдоль оси с обеспечением создания большего пространства в верхней секции для приема смеси из подводной скважины и перемещения во втором, противоположном направлении вдоль оси для удаления смеси из камеры после выполнения разделения. Подводная установка также содержит компрессорную секцию, проточно сообщающуюся с верхней секцией и выполненную с обеспечением возможности приема газа, его сжатия и направления к береговым сооружениям.
[0007] В соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения предложен способ разделения полученной из подводной скважины смеси веществ в подводной установке. Указанный способ включает прием и разделение полученной из скважины смеси в камере, хранение указанной смеси в корпусе во время разделения, перемещение поршня в первом направлении вдоль оси с обеспечением создания большего пространства в верхней секции для приема смеси из подводной скважины и перемещение поршня во втором, противоположном направлении вдоль оси для удаления смеси из камеры после выполнения разделения, прием и сжатие газа в компрессорной секции и направление сжатого газа к береговым сооружениям.
[0008] В соответствии с еще одним иллюстративным вариантом выполнения предложена подводная установка для разделения полученной из подводной скважины смеси веществ. Указанная установка содержит камеру, выполненную с обеспечением возможности приема полученной из подводной скважины смеси и вытеснения указанной смеси под действием давления морской воды в камере.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0009] Сопроводительные чертежи изображают иллюстративные варианты выполнения, причем на чертежах:
[0010] фиг.1 изображает оборудование, используемое в потоке смеси, проходящем из подводной скважины к береговым сооружениям,
[0011] фиг.2 изображает центробежный сепаратор,
[0012] фиг.3 изображает оборудование, используемое в потоке смеси, проходящем из подводной скважины к береговым сооружениям, в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения,
[0013] фиг.4 изображает вариант оборудования, используемого в потоке смеси, проходящем из подводной скважины к береговым сооружениям, в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения,
[0014] фиг.5 изображает подводную установку в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения,
[0015] фиг.6 изображает U-образную трубопроводную колонну, компрессор и береговые сооружения в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения,
[0016] фиг.7 изображает группу подводных установок, которые принимают смесь из подводной скважины, в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения,
[0017] фиг.8 изображает группу подводных установок, работающих на различных этапах цикла разделения, в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения, и
[0018] фиг.9 изображает блок-схему способа разделения полученной из подводной скважины смеси в подводной установке в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0019] Нижеследующее описание иллюстративных вариантов выполнения приведено со ссылкой на сопроводительные чертежи. Одинаковые номера позиций на разных чертежах обозначают одинаковые или аналогичные элементы. Кроме того, чертежи не обязательно выполнены в масштабе. Приведенное ниже подробное описание не ограничивает данное изобретение, объем которого определяется прилагаемой формулой изобретения.
[0020] Используемое на протяжении всего описания выражение «один вариант выполнения» или «вариант выполнения» означает, что конкретный признак, конструкция или характерная особенность, описанные в связи с вариантом выполнения, присущи по меньшей мере одному варианту выполнения рассматриваемого объекта изобретения. Таким образом, фразы «в одном варианте выполнения» или «в варианте выполнения», встречающиеся в разных местах на протяжении всего описания, не обязательно все относятся к одному и тому же варианту выполнения. Кроме того, конкретные признаки, конструкции или характерные особенности могут сочетаться любым соответствующим образом в одном или более вариантах выполнения.
[0021] Как изложено в разделе «Предпосылки изобретения», добыча нефти и/или газа из подводной скважины в подводных условиях представляет собой проблему. В соответствии с иллюстративными вариантами выполнения имеются иллюстративные компоненты, предназначенные для подачи газообразного компонента из подводной скважины, как показано на фиг.3. На фиг.3 изображена подводная скважина 302, от которой смесь, которая может содержат физически перемешанные нефть, газ, шлам, воду и другие материалы или вещества, поступает к подводной установке 304. Подводная установка 304 может быть расположена на морском дне относительно близко к скважине 302. Установка 304 отделяет газ от других компонентов смеси, подвергает его сжатию и направляет к береговым сооружениям 306. В одном варианте применения указанное разделение происходит только под действием силы тяжести, т.е. для активного разделения не используются никакие установки или устройства. В данном случае разделение достигается просто вследствие самостоятельного разделения смеси под действием силы тяжести (благодаря тому, что содержащиеся в смеси газ, жидкость и шлам имеют различные плотности). В соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения функции сепаратора и компрессора могут быть разделены, как показано на фиг.4, на котором изображена подводная скважина 302, подводная установка 402 (которая выполняет разделение потока, выходящего из скважины 302), компрессор 404 и береговые сооружения 306.
[0022] В соответствии с иллюстративными вариантами выполнения подводная установка 304 может использоваться для разделения смеси на различные компоненты, например газообразный компонент, жидкий компонент и шламовый компонент. Ниже приведено описание подводной установки 304, изображенной на фиг.5. Установка 304 содержит камеру 502 для приема и разделения смеси, поступающей из скважины 302, и компрессорную секцию 504 для сжатия газообразного компонента принятой смеси. Высота камеры 502 может составлять от 5 до 10 м, однако в соответствии с другими иллюстративными вариантами выполнения может использоваться другая высота. Камера 502 содержит секцию 502 впуска смеси, в которую поступает смесь из скважины 510, и секцию 508 впуска морской воды, в которую поступает морская вода. Поступающая морская вода находится под давлением, которое зависит от глубины расположения секции 508 относительно поверхности водного пространства, например океана, в котором расположена подводная установка 304. Указанное давление морской воды обеспечивает при необходимости возможность поддержания постоянного давления в камере 502.
[0023] В соответствии с иллюстративными вариантами выполнения камера 502 имеет корпус 528, содержащий верхнюю секцию 514, нижнюю секцию 516 и поршень 512, который разделяет указанные две секции и может перемещаться вверх или вниз вдоль оси (как показано двунаправленными стрелками 518). Диаметр поршня 512 может составлять несколько метров (например, от 1 до 10 м) и/или может изменяться в зависимости от высоты камеры 502.
[0024] Камера 502 может разделять полученную из скважины 510 смесь при ее поступлении в верхнюю секцию 514 камеры 502. Поступающий материал находится под давлением, например давлением скважины, и оказывает давление на поршень 512 с обеспечением его перемещения к нижней части камеры 502. При достижении требуемой вместимости верхней секции 514 поступление смеси прекращается. Например, для прекращения перемещения поршня может быть добавлен жесткий упор 525. Для достижения такого же результата могут использоваться другие устройства. Затем смесь на протяжении длительного времени, например в течение нескольких часов, подвергается разделению под действием силы тяжести, т.е. газ проходит к верхней части верхней секции 514, твердые вещества проходят к нижней части верхней секции 514, а жидкие вещества располагаются между газом и твердыми веществами. В соответствии с иллюстративными вариантами выполнения для ускорения процесса разделения в камере 502 могут использоваться звуковые колебания и вибрация, что сокращает время цикла разделения, как показано в виде дополнительного звукового/вибрационного модуля 528. Кроме того, для содействия отделению влажного содержимого от потока может выполняться предварительное сжатие полученной из скважины 510 смеси.
[0025] В соответствии с иллюстративными вариантами выполнения подводная установка 304 также содержит четыре выпуска. Выпуск 510 для извлечения газа расположен в верхней части камеры 502 и соединяет камеру 502 с компрессорной секцией 504. Кроме того, когда это целесообразно, указанный выпуск 520 обеспечивает возможность прохождения газа из верхней секции 514 в компрессорную секцию 504. Выпуск 522 для извлечения жидкости обеспечивает возможность удаления жидкости из верхней секции 514 после выполнения разделения. Выпуск 530 для извлечения шлама обеспечивает возможность удаления шлама (и других твердых/полутвердых веществ) из верхней секции 514 после выполнения разделения. Удаление газа, жидкости и шлама достигается путем перемещения поршня 512 в направлении вверх. Таким образом, в одном варианте применения выпуски расположены с обеспечением соответствия только одному компоненту (газу, жидкости, шламу и т.д.), находящемуся в заданном объеме верхней секции 514. В нижней секции 516 содержится морская вода, служащая для перемещения при необходимости поршня 512 в направлении вверх. Кроме того, нижняя секция 516 содержит выпуск 524 для извлечения морской воды, предназначенный для удаления морской воды при необходимости перемещения поршня 512 в направлении вниз.
[0026] После разделения смеси поршень 512 может быть перемещен в направлении вверх. Это выполняют путем обеспечения возможности поступления морской воды через впуск 508. Морская вода находится под давлением, зависящим от глубины ее расположения, и это давление действует на нижнюю часть поршня 512. Поскольку приложенное водой давление превышает давление, оказываемое смесью в верхней секции 514, то поршень 512 перемещается в направлении вверх с обеспечением вытеснения различных разделенных компонентов смеси, например шлама, жидкости и газа, из верхней секции 514 через соответствующие им выпуски.
[0027] Кроме того, при необходимости для содействия перемещению поршня 512 могут быть выполнены другие механические средства. Перемещение поршня 512 вверх может быть ограничено путем регулирования впуска для морской воды. Помимо этого, при необходимости обеспечения дополнительного напорного давления в указанный впуск 508 может быть введено насосное устройство. Различные непронумерованные стрелки на фиг.5 показывают направления прохождения различных потоков и компонентов, описанных выше.
[0028] В соответствии с другими иллюстративными вариантами выполнения для оказания содействия в вышеуказанных вариантах выполнения в различные области могут быть встроены различные комбинации клапанов и насосов. Например, клапаны могут быть установлены для обеспечения возможности только впуска и выпуска любого из вышеописанных потоков, т.е. клапаны могут быть установлены для каждого выпуска/впуска камеры 502. Кроме того, в соответствии с другими иллюстративными вариантами выполнения могут быть установлены дополнительные насосы для содействия перемещению любого из потоков с обеспечением облегчения извлечения потока, например шлама, жидкости и газа, и/или для содействия перемещению поршня 512. Необходимость в насосе может отсутствовать, если впуск 508 для морской воды закрыт клапаном и, таким образом, имеется возможность использования давления смеси из скважины для перемещения поршня вниз и извлечения воды (в зависимости от давления ниже по потоку). Однако в соответствии с другими иллюстративными вариантами выполнения насос может использоваться для непосредственного облегчения извлечения воды. Различные нагнетательные и откачивающие насосы показаны в целом на фиг.5 в виде нагнетательных насосов 532 и откачивающих насосов 534 (несмотря на то что насосы 532 и 534 показаны присоединенными к нижней части камеры 502, они могут быть расположены в других местах в соответствии с требованиями, т.е. на одной линии с выпуском или впуском).
[0029] В соответствии с иллюстративными вариантами выполнения компрессор 504 является центробежным компрессором, однако в соответствии с альтернативными иллюстративными вариантами выполнения могут использоваться компрессоры других типов. Кроме того, в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения, несмотря на то что на фиг.5 разделительная камера 502 и компрессор 504 показаны в виде единой подводной установки 304, они могут представлять собой отдельные узлы, как показано на фиг.4.
[0030] В соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения для разделения смеси может использоваться подводная установка другого типа, как показано на фиг.6 в виде U-образной трубопроводной колонны 602. U-образная трубопроводная колонна 602 может принимать смесь из скважины 302 через любой из впусков 606 и 608. При необходимости через впуск 618 поступает морская вода, однако возможно использование других жидкостей/веществ. Морская вода действует в качестве барьера между двумя частями колонны 602. При разделении нефть выходит через выпуск 610 или 612, а газ выходит через выпуск 614 или 616. Затем газ подвергается сжатию при помощи компрессора 604 и направляется к береговым сооружениям 306. Шламы/твердые вещества могут быть удалены вместе с жидкостью. Однако в соответствии с другими иллюстративными вариантами выполнения для шлама/твердого вещества может быть выполнен другой выпуск. Кроме того, компрессор 604 может быть либо частью U-образной трубопроводной колонны 602, либо отдельным элементом оборудования.
[0031] Работа колонны 602 начинается с поступления в нижнюю секцию 620 трубопровода объема морской воды (или другой жидкости/вещества). Впуски/выпуски 610, 612, 614 и 616 закрыты. Впуски 606 и 608 открыты, что обеспечивает возможность поступления материала, например, смеси нефти/газа и других веществ, в первую вертикальную секцию 622 и вторую вертикальную секцию 624 трубопроводной колонны 602. После поступления в колонну 602 требуемого объема материала впуски 606 и 608 закрывают. По прошествии времени, достаточного для выполнения разделения, например нескольких часов, впуск 608 открывают для обеспечения возможности поступления дополнительного количества смеси в вертикальную секцию 622. Данная иллюстративная конфигурация показана на фиг.6. После этого впуски 614 и 610 открывают с обеспечением возможности выхода газа и нефти под действием силы, оказываемой смесью, поступающей из скважины через впуск 608, на морскую воду и затем прикладываемой соответственно к секции нефти и секции газа. После извлечения газа и нефти впуск 608 закрывают с обеспечением возможности повторного запуска технологического цикла (на другой стороне U-образной колонны 602).
[0032] В соответствии с иллюстративными вариантами выполнения скважина 302 может снабжать несколько подводных установок 304 (или U-образных колонн 602 с соответствующими компрессорами 604), как показано на фиг.7. Данная возможность использования изменяемого количество подводных установок обеспечивает подачу непрерывного потока разделенного материала к береговому сооружению 306 (показанному на фиг.3). Кроме того, это обеспечивает возможность модульной реализации. В соответствии с иллюстративным вариантом выполнения для поддержания выхода продукта одной подводной скважины 302 могут использоваться 10-15 модулей, объединенных в группу. Пример группы из восьми подводных установок изображен на фиг.8, на котором показаны относительные положения поршней 512 для каждой подводной установки 304. В соответствии с иллюстративными вариантами выполнения поршни 512 в шести установках 304 начали перемещаться вверх или вниз, в то время как в двух установках 304 (самой левой и самой правой установках 304) поршни 512 находятся в их самом нижнем положении, что указывает на то, что разделение еще продолжается с обеспечением, таким образом, полностью непрерывного выхода продукта к береговому сооружению 306. Кроме того, несмотря на то что на чертеже показана конфигурация в виде U-образной трубопроводной колонны 602, для создания аналогичного процесса в зависимости от конкретных требований могут использоваться другие конфигурации.
[0033] В соответствии с иллюстративными вариантами выполнения предложен способ разделения смеси, полученной из подводной скважины 302, в подводной установке 304, как показано в виде блок-схемы на фиг.9. Указанный способ включает этап 902 приема и разделения полученной из подводной скважины смеси в камере, этап 904 хранения указанной смеси в корпусе во время разделения, этап 906 перемещения поршня в первом направлении вдоль оси по меньшей мере под действием давления смеси из скважины с обеспечением создания большего пространства в камере для приема смеси и перемещения поршня во втором, противоположном направлении вдоль оси по меньшей мере под действием давления моря (связанного с глубиной расположения впуска 508 для морской воды относительно поверхности водного пространства, в котором расположена подводная установка 304) для удаления смеси из камеры после выполнения разделения, причем указанный поршень расположен в корпусе и разделяет его на верхнюю секцию и нижнюю секцию, этап 908 приема и сжатия газа в компрессорной секции, которая проточно сообщается с верхней секцией, и этап 910 направления сжатого газа к береговым сооружениям.
[0034] Указанный способ может включать один или более из следующих этапов: прием смеси, поступающей из подводной скважины, на первом впуске, который присоединяют к верхней секции и располагают около верхнего конца камеры, прием морской воды на втором впуске, который присоединяют к нижней секции и располагают около нижнего конца камеры, пропускание газа через первый впуск, который присоединяют к верхней секции камеры и компрессорной секции и располагают с обеспечением его прохождения через верхний конец камеры, вывод жидкости из камеры через второй выпуск, который располагают ниже первого выпуска и присоединяют к верхней секции, вывод шлама из камеры через третий выпуск, который располагают ниже второго выпуска и присоединяют к верхней секции, вывод морской воды из камеры через четвертый выпуск, который располагают ниже третьего выпуска и присоединяют к нижней секции около нижнего конца камеры, создание с помощью звукового вибрационного модуля звуковых колебаний, вибрации или комбинации звуковых колебаний и вибрации для сокращения времени, необходимого для выполнения разделения полученной смеси, извлечение морской воды из камеры с помощью насоса, извлечение газа из камеры с помощью компрессорной секции после выполнения разделения, извлечение жидкости из камеры с помощью откачивающего насоса после выполнения разделения и извлечение шлама, других твердых веществ и других полутвердых веществ из камеры с помощью откачивающего насоса после выполнения разделения.
[0035] В соответствии с иллюстративным вариантом выполнения подводная установка для разделения полученной из подводной скважины смеси содержит камеру, выполненную с обеспечением возможности приема смеси из подводной скважины и морской воды и вытеснения указанной смеси под действием давления морской воды в указанной камере. Установка также может содержать поршень, расположенный в камере и разделяющий ее на первую секцию и вторую секцию, причем указанный поршень выполнен с возможностью перемещения в первом направлении вдоль оси под действием давления, оказываемого полученной из скважины смеси, с обеспечением создания большего пространства в верхней секции для приема указанной смеси и перемещения во втором, противоположном направлении вдоль оси под действием давления морской воды с обеспечением вытеснения смеси после ее разделения соответственно на жидкую часть, газообразную часть и шламовую часть из первой секции через соответствующие выпуски; первое впускное отверстие с первым впускным клапанным средством в первой секции, через которое смесь поступает в первую секцию под давлением скважины; первое выпускное отверстие с первым выпускным клапанным средством в первой секции, через которое смесь выходит из первой секции; второе впускное отверстие со вторым впускным клапанным средством, через которое поступает морская вода; и второе выпускное отверстие со вторым выпускным клапанным средством во второй секции, через которое вода выходит. Установка может содержать первый выпуск, который может быть выполнен с обеспечением соединения первой секции камеры и компрессорной секции и возможности прохождения газообразной части смеси, второй выпуск, выполненный с обеспечением возможности выпуска жидкой части смеси из первой секции камеры, причем второй выпуск расположен ниже первого выпуска, и третий выпуск, выполненный с обеспечением возможности выпуска шламовой части смеси из первой секции камеры, причем третий выпуск расположен ниже второго выпуска. Поршень может перемещаться с обеспечением первого разделения жидкой, газообразной и шламовой частей смеси в первой секции. Поршень установки может перемещаться с обеспечением первого сжатия смеси в первой секции. Полученная из подводной скважины смесь может содержать два или более различных веществ, которые физически смешаны друг с другом.
[0036] Предполагается, что вышеприведенные примеры вариантов выполнения являются во всех отношениях иллюстративными, а не ограничивающими данное изобретение. Таким образом, при реализации данного изобретения возможно выполнение различных изменений, которые могут быть очевидны специалисту из описания, приведенного в данном документе. Предполагается, что все такие изменения и модификации находятся в рамках объема и сущности данного изобретения, определенных нижеследующей формулой изобретения. Никакой элемент, действие или указание, используемые в описании данного изобретения, не должны рассматриваться как важные или существенные для изобретения, если это четко не указано при описании. Кроме того, используемые в данном документе формы единственного числа подразумевают наличие одного или более элементов.
[0037] В предложенном описании примеры используются для раскрытия данного изобретения в том числе предпочтительного варианта выполнения, а также для обеспечения возможности реализации изобретения на практике, включая изготовление и использование любых устройств и установок и осуществление любых предусмотренных способов, любым специалистом. Объем правовой охраны изобретения определен формулой изобретения и может охватывать другие примеры, очевидные специалистам в данной области техники. Подразумевается, что такие другие примеры находятся в рамках объема формулы изобретения, если они содержат конструктивные элементы, не отличающиеся от описанных в дословном тексте формулы, или конструктивные элементы, незначительно отличающиеся от описанных в дословном тексте формулы.