專利名稱：用于多相井流出物的海底處理的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于多相井流出物的海底處理的方法和系統。
背景技術：
美國專利7，210, 530公開了一種流體輸送系統，其包括豎直液體/蒸氣分離器和 立管組件，所述組件包括多相分離器入口、蒸氣出口和立管、以及連接到液壓驅動的離心泵 的液體出口端口。通過控制泵的運轉速度，分離器中的所分離液體的液面高度可得到控制， 而無需控制閥。豎直分離器能夠實現低壓操作，并且能夠實現分離器中受控的液體液面高 度的較大改變，以允許具有較慢反應時間的泵控制來自穿入低壓儲層中的低壓井的液體液 面高度。本領域存在對下述裝置或系統中的一個或多個的需要液壓泵，其響應時間小于約二十秒，或小于約六十秒；液壓泵，其與差壓傳感器結合，以控制流經液體流管的液體的流速；海底處理系統，其無需低液面高度停機系統，所述低液面高度停機系統用于保護 泵在分離器流干的情況下不受到機械損壞。
發明內容
根據本發明，提供一種對產自水下含烴地層的多相井流出物進行海底處理的方 法，所述方法包括以下步驟將流體分離容器布置在海床處或附近；引導多相井流出物從地層流經井和水下多相井流出物輸送管道，到達流體分離容 器；將所述流體分離容器中的混合物分離為富含氣體的流體部分和富含液體的流體 部分；將富含液體的流體部分和富含氣體的流體部分經分離的流管輸送到表面原油氣 體處理設施；通過泵增大用于輸送富含液體的流體部分的流管中的壓力，所述泵的速度響應于 所述分離容器中的氣液界面高度的變化進行調節；其中，所述泵由電機驅動，所述電機的速度由快動作變速驅動系統控制。
圖1是根據本發明的一種海底處理系統的示意圖。
具體實施例方式液體液面高度變送器測量分離容器中的液體液面高度，并且將液面高度信號傳送 給控制器，控制器調節級聯裝置中的泵速設定值，以將液體液面高度保持在預定設置值。對該液面高度控制器進行調節以提供極快速的動作來處理由液體進料速率的變化造成的液 面高度擾動，從而使泵速設定值幾乎瞬間得到調節以對液體液面高度的變化做出響應。但 是，該液面高度控制器還在液體進料速率穩定時提供穩定的泵速。快動作變速驅動裝置從液面高度控制器接收其速度設定值，并且在2秒內提高或 降低泵速，僅由具體變速驅動裝置的物理性能限制。該快動作液面高度控制器使得能夠使 用緊湊的分離系統，因為液體界面高度現在可保持在小界限范圍內。還優選的是，泵為耐氣泵或多相泵，以確保在出現劇烈的液體進料擾動時能夠耐 受偶然發生的分離器流干或氣涌情況，出現劇烈的液體進料擾動時可能需要比使用變速驅 動裝置實際上可能實現的響應更快的泵速響應。進一步優選的是用于輸送富含氣體的流體部分的流管連接在分離容器頂部處或附近，并且用于輸 送富含液體的流體部分的流管連接在重力分離容器的底部處或附近，其中所述用于輸送富 含氣體的流體部分的流管配備有液體溢流閥，如果液體進入該液體溢流閥，則該液體溢流 閥關閉，所述分離容器和液體溢流閥布置在分離器模塊中，該分離器模塊可收回地安裝在 海床處的泵站基座上，以及 泵和泵電機安裝在泵模塊中，該泵模塊可收回地安裝在泵站基座上。而且，流體再循環管道的入口可在泵下游的位置處連接到富含液體的流體輸送管 道，流體再循環管道的出口連接到多相井流出物輸送管道，該流體再循環管道配備有閥，該 閥在泵啟動過程中打開，并且隨后關閉。根據本發明，還提供了用于對來自水下含烴地層的包含天然氣和液體的多相井流 出物進行海底處理的系統，所述系統包括流體分離容器，其連接到多相井流出物輸送管道的下游端；液體液面高度變送器組件，其用于監控流體分離容器中的氣液界面；液體液面高度控制器，其接收來自液面高度變送器的信號，并且產生泵速設定值， 以將液體液面高度控制到預定設定值；富含液體的流體輸送流管，其連接在流體分離容器底部處或附近；和富含氣體的 流體輸送流管，其連接在流體分離容器的頂部處或附近；泵，其連接到電機；快動作變速驅動系統，其聯接到液體液面高度控制器，該液體液面高度控制器在2 秒內以實際可能實現的、盡可能快地控制泵和電機的速度，以達到來自液面控制器的泵速 設定值。根據本發明的方法和系統的這些和其它特征、實施例和優點在所附的權利要求 書、摘要和下面對附圖中公開的一個優選實施例的詳細說明中進行了描述，其中使用的附 圖標記指的是指附圖中顯示的相應附圖標記。圖 1圖1顯示了根據本發明的海底處理系統1，包括分離模塊2和泵模塊3，它們相對 安裝在基座4上，基座4安裝在海床5上。分離模塊2包括氣-液分離容器6，該氣-液分離容器連接到多相井流出物流管7,多相井流出物流管7通過歧管8連接到一對海底氣井9和10，海底氣井9和10從水下氣 儲層(未顯示)生產天然氣、水、冷凝物和可任選的原油的多相流體混合物。氣-液分離容 器6設置有上部出口 11和下部出口 13，上部出口 11用于將富含氣體的流體部分排出到氣 體輸送管道12中，下部出口 13用于將富含液體的流體部分排出到液體輸送管道14中。氣 體和液體輸送管道12和14包括豎直立管部分12A、14A，豎直立管部分12A、14A懸掛于漂浮 在水面16處的浮式平臺15下方。為了提高液體產量，并且降低分離容器6上液體填充的立管部分14A中靜液液柱 的背壓，泵模塊3包括耐氣液體泵17，其由電機18驅動，電機18通過電纜19由平臺15處 的電源20供電。電機18配備有快動作變速驅動系統，如由虛線M標示的，其連接到由監控分離容 器6中的液體液面高度23的兩個液體液面高度變送器21和22以及液面高度控制器組成 的組件。液面高度控制器向快動作變速驅動系統提供速度設定值。如果液面高度增加到高 于其設定值21，則液面高度控制器將在1到2秒內增大電機和泵組件17、18的速度，如果液 面高度23下降到低于預定的液面高度控制器設定值21，則液面高度控制器將在1到2秒內 降低電機和泵組件17、18的速度。在液涌情況下，為了抑制液體流入氣體輸送管道12中，液體溢流閥25布置在氣體 輸送管道12中，位于上部氣體出口 11附近，如果液涌進入該閥中，則該閥自身自動關閉。在泵17啟動過程中，從下部液體出口 13排出的液體的至少一部分通過液體再循 環管道沈循環回到多相井流出物流管7，液體再循環管道沈配備有閥27，該閥27在泵啟 動階段過程中打開，并且隨后逐漸關閉。閥27可包括常規的海底止回閥和開-關閥，其不 需要快動作，因為不能控制再循環流速將不對多相泵17產生不利影響。因而根據本發明的海底處理系統的一個優點是，閥25和27可以是簡單的開關閥， 其不需要對閥打開的復雜的動態控制，并且電機18為由快動作變速驅動系統動態控制的 唯一海底部件，所述快動作變速驅動系統從液面高度控制器接收其速度設定值。系統1的模塊化結構允許通過斷開刺片內置的管接頭30和海底電纜連接器31然 后將泵和/或分離器模塊3、2升起到水面16處的容器進行更換、檢查和/或修理，來更換、 檢查和/或修理可收回泵和分離器模塊3和2。應可理解，根據本發明的處理系統1可安裝在大洋、海、湖和/或河的底部5，并且 如本說明書和所附權利要求書中所用的術語“海底”應廣義解釋為包括所有這些選項。
權利要求
1.一種對產自水下含烴地層的多相井流出物進行海底處理的方法，所述方法包括將流體分離容器布置在海床處或附近；引導多相井流出物從地層流經井和水下多相井流出物輸送管道到達流體分離容器；將所述流體分離容器中的混合物分離為富含氣體的流體部分和富含液體的流體部分；將所述富含液體的流體部分和富含氣體的流體部分經分離的流管輸送到表面原油氣 體處理設施；通過泵增大用于輸送富含液體的流體部分的流管中的壓力，所述泵的速度響應于所述 分離容器中的氣液界面高度的變化進行調節；其中，所述泵由電機驅動，所述電機的速度由聯接到液體液面高度控制器的快動作變 速驅動系統控制，所述液體液面高度控制器監控所述分離容器中的液體液面高度，如果液 體液面高度升高到高于預定液體液面高度設定值，則在2秒內增大泵速，如果液體液面高 度下降到低于預定液體液面高度設定值，則在2秒內降低泵速。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，如果液體液面高度低于預定最小高度或高于預 定最大高度，則所述快動作變速驅動裝置在1到2秒內增大或降低級聯裝置中的泵速。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述泵為耐氣多相泵。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述泵為正排量泵。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述泵為雙螺桿泵。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述流體分離容器為重力分離容器，并且所述用 于輸送富含氣體的流體部分的流管連接在所述重力分離容器的頂部處或附近，所述用于輸 送富含液體的流體部分的流管連接在所述重力分離容器的底部處或附近。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述流體分離容器為緊湊式，例如氣旋式分離容 器，并且所述用于輸送富含氣體的流體部分的流管連接在重力分離容器的頂部處或附近， 所述用于輸送富含液體的流體部分的流管連接在所述重力分離容器的底部處或附近。
8.根據權利要求6所述的方法，其中，所述用于輸送富含氣體的流體部分的流管配備 有液體溢流閥，如果液體進入所述液體溢流閥，則所述液體溢流閥關閉。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，所述分離容器和液體溢流閥布置在分離器模塊 中，所述分離器模塊可收回地安裝在海床處的泵站基座上。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述泵和泵電機安裝在泵模塊中，所述泵模塊 可收回地安裝在所述泵站基座上。
11.根據權利要求1所述的方法，其中，流體再循環管道的入口在所述泵下游的位置處 連接到所述富含液體的流體輸送管道，所述流體再循環管道的出口連接到所述多相井流出 物輸送管道，所述流體再循環管道配備有閥，所述閥在所述泵啟動過程中打開，并且隨后關 閉。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，所述液體溢流閥和泵再循環閥為慢動作閥，它 們構造成經通常約20秒的時間間隔而在完全打開位置和完全關閉位置之間移動。
13.一種用于對來自水下含烴地層的包含天然氣和液體的多相井流出物進行海底處理 的系統，所述系統包括流體分離容器，所述流體分離容器連接到多相井流出物輸送管道的下游端；液體液面高度變送器組件，所述液體液面高度變送器組件用于監控所述流體分離容器 中的氣液界面；富含液體的流體輸送流管，所述富含液體的流體輸送流管連接在所述流體分離容器的 底部處或附近；和富含氣體的流體輸送流管，所述富含氣體的流體輸送流管連接在所述流 體分離容器的頂部處或附近； 泵，所述泵連接到電機；快動作變速驅動系統，所述快動作變速驅動系統聯接到所述液體液面高度控制器，所 述液體液面高度控制器提供級聯裝置中的泵和電機速度設定值，以將液面高度控制到預定 設定值，并且構造成在2秒內使所述泵和電機速度達到指定速度設定值。
14.根據權利要求13所述的系統，其中，所述快動作變速驅動系統構造成在1到2秒內 增大和降低級聯裝置中的泵和電機速度，以達到由所述高度控制器提供的速度設定值。
全文摘要
本發明公開了一種用于對來自海底含烴地層的包含天然氣和液體的多相井流出物進行海底處理的方法和系統，所述系統(1)包括流體分離容器(6)，其連接到多相井流出物輸送管道(7)的下游端；液體液面高度變送器組件(21、22)，其用于監控所述流體分離容器(6)中的氣液界面(23)；富含液體的流體輸送流管(14)，其連接在所述流體分離容器(6)的底部(13)處或附近；和富含氣體的流體輸送流管(12)，其連接在所述流體分離容器(6)的頂部(11)處或附近；泵(17)，其連接到電機(18)；和快動作變速驅動系統，其聯接到所述液體液面高度控制器，所述液體液面高度控制器在2秒內調節泵和電機速度設定值，以將所述容器中的液體液面高度保持在預定設定值。
文檔編號E21B43/12GK102105651SQ200980129282
公開日2011年6月22日 申請日期2009年7月30日 優先權日2008年7月31日
發明者S·A·哈海姆 申請人:國際殼牌研究有限公司