УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДВОДНОЙ ДОБЫЧИ МЕТАНА
UNDERWATER METHANE PRODUCTION PLANT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к добыче метана из подводных залежей гидрата метана.
Уровень техники
Существуют огромные объемы природных гидратов метана, иногда называемых клатратами метана. Типичные области таких пластов находятся в районах вечной мерзлоты и под морским дном, где существует определенное давление. В нефтегазовых месторождениях гидрат метана является хорошо известным веществом, так как он имеет тенденцию образовываться в трубопроводах, проводящих углеводороды, и тем самым блокировать течение в этих трубах.
Ниже определенной температуры и/или выше определенного давления гидрат метана является твердым веществом. С повышением температуры и/или уменьшением давления он разлагается на метан и воду. Другим способом его разложить является введение ингибиторов, таких как метанол, чтобы сместить равновесие «давление-температура». Введение в эту тему дает международная патентная заявка WO 2012061027.
Были проведены исследования для изучения способов добычи метана подводных пластов как возможного источника энергии для многих стран. Метан является значимым парниковым газом. Таким образом, необходимо предотвратить выход метана в атмосферу.
Одним из известных способов добычи метана из подводных пластов является снижение давления в пласте, в результате чего гидрат расщепляется на метан и воду. Для понижения давления известно применение в скважине погружного насоса, такого как ЭПН (электрический погружной насос), рядом с залежью гидрата метана.
Цель настоящего изобретения состоит в обеспечении технического решения для добычи метана из подводного пласта гидрата метана эффективным способом, предпочтительно, с точки зрения и времени, и затрат.
Сущность изобретения
В соответствии с изобретением обеспечена установка для добычи метана, содержащая подводную скважину, проходящую от морского дна до пласта гидрата метана. В подводную скважину заходит обсадная труба. Даная установка имеет узел управления подводной скважиной, погружной насос, сообщающийся по текучей среде с пластом гидрата метана, и сепаратор метана и воды, имеющий выход для воды и выход для метана. Согласно изобретению погружной насос расположен над подводной скважиной.
Предпочтительно, частью узла управления скважиной является клапан управления скважиной.
В некоторых вариантах осуществления установка для добычи метана может содержать водоотделяющую колонну (райзер), проходящую от надводного оборудования вниз до узла управления скважиной. Такой надводным оборудованием может быть плавучий надводный объект, например, судно, или оборудование, опирающееся на морское дно.
В таких, содержащих стояк, вариантах осуществления погружной насос может быть расположен снаружи от узла управления скважиной и водоотделяющей колонны.
Альтернативно, погружной насос может быть встроен в узел управления скважиной или в отсоединительное устройство.
Кроме того, в вариантах осуществления, где установка для добычи метана содержит водоотделяющую колонну, сепаратор метана и воды может быть встроен в секцию водоотделяющей колонны. Предпочтительно, чтобы сепаратор тогда был встроен в самую нижнюю или одну из нижних секций водоотделяющей колонны.
В некоторых вариантах осуществления сепаратор метана и воды может быть расположен ниже по потоку от узла управления скважиной (то есть узел управления скважиной расположен между сепаратором и скважиной). Кроме того, погружной насос может подключаться к выходу для воды. Трубопровод, сообщающийся по текучей среде с выходом для метана, может идти до берега.
При таком решении на этапе добычи отсутствует необходимость в надводном оборудовании или водоотделяющей колонне.
Узел управления скважиной обычно имеет канал с клапаном управления скважиной. В некоторых вариантах осуществления канал сообщается по текучей среде с пространством скважины, ограниченным обращенной внутрь стенкой обсадной колонны. Таким образом, в этих вариантах осуществления эксплуатационная колонна, проходящая в скважину, не нужна. Растворенный метан проходит через скважину внутри и в контакте со стенкой обсадной колонны.
Краткое описание чертежей
Хотя настоящее изобретение выше рассматривалось в общих чертах, некоторые подробные и неограничивающие примеры вариантов осуществления будут представлены ниже со ссылкой на чертежи, на которых
на фиг. 1 схематически представлена установка для добычи метана в соответствии с уровнем техники;
на фиг. 2 схематично представлена установка для добычи метана в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 3 схематически представлен другой вариант осуществления согласно изобретению;
на фиг. 4 схематически представлен еще один вариант осуществления согласно изобретению;
на фиг. 5 схематически представлен другой вариант осуществления изобретения; и
на фиг. 6 схематически представлен сепаратор метана и воды.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 изображена установка для добычи метана в соответствии с техническим решением, известным из уровня техники. Подводная скважина 3 проходит от морского дна 1 вниз до пласта 5 гидрата метана под морским дном. В скважине 3 установлена обсадная колонна 7.
На устье скважины, вверху скважины 3, предусмотрен узел 9 управления скважиной. От надводного оборудования 11 водоотделяющая колонна 13 проходит вниз к узлу 9 управления скважиной. В этом показанном техническом решении из уровня техники между водоотделяющей колонной 13 и узлом 9 управления скважиной также установлено отсоединительное устройство 15.
Глубина моря в показанном решении может составлять, например, приблизительно 1000 м. Таким образом, на дне будет существовать давление приблизительно 100 бар. Кроме того, при наличии водяного столба внутри водоотделяющей колонны 13 и обсадной колонны 7, в нижней части обсадной колонны 7 (т.е. в месте расположения пласта гидрата метана) может существовать давление, составляющее приблизительно 130 бар.
Внизу в скважине 3 установлен ЭПН (электрический погружной насос) 17, который выполнен с возможностью качать воду вверх через водовод 19, расположенный в скважине 3.
Когда ЭПН 17 удаляет воду из столба воды (понижая высоту столба), давление понижается, и гидрат метана может распадаться на воду и метан.
На фиг. 2 вариант осуществления настоящего изобретения показан на схематическом виде сбоку, аналогичном виду на фиг. 1. Компонентам, которые идентичны или аналогичны тем, которые показаны на фиг. 1, присвоены одинаковые ссылочные номера. В этом варианте осуществления согласно изобретению, показанном на фиг. 2, узел 9 управления скважиной имеет канал 21, снабженный двумя клапанами 23 управления скважиной. Отсоединительное устройство 15 также имеет канал 25 с клапаном 27 канала. Если водоотделяющая колонна 13 отсоединена от узла 9 управления скважиной, то клапан канала отсоединительного устройства 15 будет удерживать в водоотделяющей колонне 13 текучую среду, которая обычно является метаном. В этом случае клапаны 23 управления скважиной также закроются.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, сепаратор 29 метана и воды расположен над узлом 9 управления скважиной, т.е. ниже по потоку от него. В этом варианте осуществления он также расположен ниже по потоку от отсоединительного устройства 15. Сепаратор 29 метана и воды имеет выход 31 для воды, который соединяется с насосным шлангом 33. Насосный шланг 33 соединен с погружным насосом 17, который в этом варианте осуществления расположен отдельно от комплекта скважинного оборудования, т.е. отдельно от узла 9 управления скважиной, отсоединительного устройства 15 и водоотделяющей колонны 13. От погружного насоса 17 до надводного оборудования 11 проходит водовод 19. На изображении по фиг. 2 надводное оборудования представлено только в виде надводного фонтанного тройника. Надводный фонтанный тройник обычно устанавливают на плавучем судне или чем-либо подобном.
На фиг. 3 изображен вариант осуществления, который аналогичен варианту осуществления, показанному на фиг. 2. Однако в варианте осуществления, показанном на фиг. 3, насос 17 встроен в отсоединительное устройство 15.
В другом варианте осуществления, не показанном на чертежах, насос 17 может быть встроен в узел 9 управления скважиной. В таком варианте осуществления отсоединительное устройство 15 может отсутствовать.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 4, сепаратор 29 встроен в одну из секций 113 водоотделяющей колонны, которые вместе с дополнительными секциями 113 водоотделяющей колонны образуют водоотделяющую колонну 13. В показанном варианте осуществления сепаратор 29 метана и воды встроен в секцию 113 водоотделяющей колонны, которая соединена с отсоединительным устройством 15. В варианте осуществления без отсоединительного устройства секция 113 водоотделяющей колонны с сепаратором 29 может соединяться с узлом 9 управления скважиной. Иллюстрация на фиг. 4 показана без скважины, которая находится ниже узла 9 управления скважиной.
В вариантах осуществления, рассматриваемых со ссылкой на фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4, получаемая вода может закачиваться на надводное оборудование 11 через водовод 19. Водовод 19 может быть присоединен к водоотделяющей колонне 13.
Еще один вариант осуществления показан на фиг. 5. В этом варианте осуществления нет надводного оборудования, соединенного с узлом 9 управления скважиной. Вместо этого добываемый метан подается на береговую приемную установку (не показана) через трубопровод 213. Трубопровод 213 присоединен к выходу 32 для метана сепаратора 29. Кроме того, погружной насос 17 подключен к выходу 31 для воды сепаратора 29. Воду, полученную при разложении гидрата метана, перекачивают на берег, например, на ту же самую береговую приемную установку, которая принимает метан.
На фиг. 6 схематически изображен сепаратор 29 метана и воды. В одном из вариантов осуществления, как и в варианте, рассмотренном выше со ссылкой на фиг. 4, сепаратор 29 может быть встроен в нижнюю часть водоотделяющей колонны 13. Таким образом, вариант, показанный на фиг. 6 может соответствовать варианту осуществления, рассматриваемому со ссылкой на фиг. 4.
Сепаратор 29 имеет подводящую трубу 35, которая сообщается по текучей среде с пластом 5 гидрата метана. Подводящая труба 35 может соединяться с пластом 5 через эксплуатационную колонну, проходящую в скважину 3. Однако также могут иметься решения, в которых не используются эксплуатационные колонны. В таком варианте осуществления подводящая труба 35 может просто соединяться, например, с верхней частью отсоединительного устройства 15 или с верхней частью узла 9 управления скважиной.
В показанном варианте осуществления верхний конец подводящей трубы 35 расположен внутри внешней трубы, которая может быть нижней секцией 113 водоотделяющей колонны 13.
В нижней части сепаратора 29 выход 31 для воды сообщается по текучей среде с ЭПН 17.
Если водоотделяющая колонна 13 содержит высокий столб воды, то в пласте 5 гидрата метана может существовать значительное давление. Однако, по мере откачивания насосом 17 воды из сепаратора 29, высота столба воды в водоотделяющей колонне 13 будет уменьшаться. В конце концов, высота столба станет достаточно низкой для того, чтобы в пласте присутствовало достаточно низкое давление. При условии достаточно высокой температуры, обычно, составляющей по меньшей мере приблизительно 0°С, гидрат метана разлагается на воду и газообразный метан. Смесь воды и газа будет подниматься вверх по подводящей трубе 35. Из-за силы тяжести вода будет скапливаться в нижней части наружной трубы 113 за пределами подводящей трубы 35, тогда как газообразный метан будет подниматься вверх через водоотделяющую колонну 13 (или к трубопроводу 213, как показано на фиг. 5).
Как будет понятно специалисту, вертикальная высота столба воды (или столба, содержащего смесь метана и воды) над пластом будет регулировать давление в области пласта, где происходит разложение. Кроме того, граница между условиями, при которых гидрат метана будет и не будет разлагаться, проходит вдоль кривой, которая является функцией давления и температуры. Например, при температуре, составляющей приблизительно 0°С, давление должно быть меньше, чем приблизительно 28 бар. Однако если температура поднимется, например, до 10°С, то гидрат будет разлагаться даже при температуре, составляющей приблизительно 65 бар (что соответствует столбу воды, составляющему приблизительно 650 метров). Следовательно, высота между положением, в котором насос 17 может удалять воду, и положением области, в которой происходит разложение, должна находиться в пределах высоты, подходящей для обеспечения процесса разложения.
Для повышения температуры в пласте 5 в скважине можно установить нагреватели (не показаны).
Погружной насос 17 может быть любого подходящего типа, такого как, например, ЭПН (электрический погружной насос) или ГПН (гидравлический погружной насос).
Различные детали и технические признаки были рассмотрены выше со ссылкой на различные варианты осуществления. Следует отметить, что хотя некоторые признаки были связаны с конкретными вариантами осуществления, такие признаки также могут присутствовать в других вариантах осуществления, а также могут быть изолированными от других признаков варианта осуществления, в котором эти признаки были раскрыты.