自井流的结合的气体脱水和液体抑制的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于在生产的包含水的多相烃流体流中结合海底气相脱水使得其能够满足海底运输规格和液体烃相的水合物抑制的方法和系统。
【背景技术】
[0002]在远程或边际海上油气田的开发中，通常选择海底开发，以减少生产设备中的投资。虽然在原地生产的烃需要加工，但是海底加工单元的数量优选是低的且单元的复杂度降低，用于最小化维护并为了避免故障。对于进一步加工，可期望利用在枢纽、基础设施或陆地上的加工能力，这可能需要通过管线长距离运输。
[0003]通常烃井流体会包含油和气，其可能被运输到不同的加工单元，以利用周围基础设施的能力。生产的含烃流体在进入井口时是热的，一般在60到130°C的范围内，并且除了烃之外会包含液体水和对应于在当前温度和压力下的水蒸汽压力的气相中的水。如果气体进行未被处理地长距离运输并且允许冷却，气相中的水会冷凝并在低于水合物形成温度时，水合物会形成。在100到400bara之间，水合物形成温度在20到30°C的范围内。
[0004]水合物为冰状的晶状固体，其由水和气体组成，并且在现今的油气生产基础设施中，水合物在气体和/或石油管线的内壁处沉积是严重的问题。当包含水的热的烃流体流过具有冷的壁的管线时，水合物会沉淀并粘附到内壁。这又会减少管线的横截面面积，这在没有合适的对策的情况下会导致压力损失并最终导致管线或其他加工装备的完全堵塞。因此，气体的有距离的运输正常地会需要水合物控制。
[0005]处理移除这种沉积物或避免它们的问题的现有技术包括:
[0006]在定期的间隔通过清管将沉积物从内管壁机械地刮除。
[0007]电加热和保温，保持管线是热的(高于水合物出现温度)。
[0008]添加防止水合物沉积的抑制剂(热力学或动力学)。
[0009]清管是复杂且昂贵的操作。如果没有环路(loop)是可用的，必须在海底将清管器使用远程操作的运输工具插入。如果沉积比清管器设计的直径更多的水合物，则清管器可能会卡在管线中，导致费成本的操作和为了移除清管器的生产的停止。
[0010]电加热对于长距离运输是不可行的，因为安装和操作成本均太高。清管具有大的操作成本。
[0011]减少或避免水合物抑制剂使用的另一种方法是隔离管线和减少直径，以增加流动速率，从而减少温度损失和水积聚。如果管线不是太长，诸如在I到30km的数量级，则可能将温度保持在高于形成水合物的水合物形成温度。然而，这减少了管线的操作窗口，并且会对将来的较高的流动速率不具有容量且不能够在低气体速率操作。可能还需要增压，因为由于是小尺寸的管线，因此管线的压降会是重要的。另外，在生产停止和关闭时会发生水合物形成，因为烃被冷却到低于形成温度。
[0012]为了避免水合物的形成，可以添加水合物抑制剂，诸如醇(甲醇或乙醇)或诸如单乙二醇(MEG或1，2-乙二醇)的二醇，其不昂贵且注入简单。然而，如果水含量高，需要成比例的大量的抑制剂，在接收端需要具有足够能力以重新获得和回收抑制剂的水合物抑制剂再生加工单元。
[0013]因此，需要从生产的含烃流体去除液体水和气相中的水二者，其中液体和气相的比例取决于当时的温度和压力下的水蒸气压力。在含烃气体中的水的去除或水露点的降低应当在流体的温度降到低于水合物形成温度之前执行。另外，与现有技术相比，应当使用减少的数量的水合物抑制剂，即在冷的海水中通过管线海底长运输之前，诸如5km或更多，例如 10、20、30、50、75 或 10km 或更多。
[0014]RU 2199375涉及用于通过使用初级分离步骤和冷却步骤以及第二分离步骤而吸收干燥烃气体的方法，其中在初级分离步骤和冷却步骤中，气体温度和气体的露点通过在冷却器之前添加吸收剂而受到控制，在第二分离步骤中吸收剂被再生，用于进一步运输气体。在第一分离步骤中主体水(bulk water)的去除减少了吸收器上的载荷，但是通过使用吸收器，需要至少一个再生单元，这在海底装置中是不期望的。
[0015]US 5，127，231涉及处理来自于生产井的气体，该处理通过在单元中使所述气体与含水和水合物抑制剂的液相接触而进行，所述单元分离出液相和充有添加物的气体，所述充有添加物气体被长距离(可能为若干千米)运输。描述了涉及具有吸收剂(二醇)的接触器的干燥过程。气体在进入热交换器之前在运输期间被冷却，其中水溶剂和添加物的冷凝物在沉降容器中从气体分离。液相回收到生产原地。因此，水合物抑制剂在第一分离期间被添加且在冷却之前的主运输期间是存在的，之后添加物在处理气体的结束的接收终端处分呙。
[0016]以上描述的方法使用在第一分离步骤期间在井流上引入的抗水合添加物的再循环。添加物的此引入需要用于添加物的再生的吸收器单元。
[0017]因此，期望减少海底的处理单元的数量和最小化使用的水合物抑制剂的量，使得来自生产井的气相可以在冷水中长距离运输而不会引起水合物形成，同时在到达加工单元时不需要或需要很少的添加物再生。
[0018]在现有申请P61001792N001中描述了合适的方法和系统，其描述了更令人满意地解决怎样使海底井流达到更适合于长距离运输的条件，其中减少了对于水合物抑制剂的需要。
[0019]P61001792N001的方法和系统可以参考图1理解。未抑制的热的井流101进入第一分离器110，在该第一分离器110处气相到达气体冷却器120，该气体冷却器120将井流冷却到低于水合物温度(典型地20到25°C )的温度。此冷却器的目的是在不需要添加抑制剂的情况下从气体中抠出(knock out)很多水。
[0020]然后气相继续经由108并且可以注入水合物抑制剂191。第二气体冷却器121进一步将气体冷却到接近海水温度(O到10°c )的温度，以进一步减少气体中的水含量。
[0021]来自于101和162的水的大部分在110中分离出且经由导管104运送且可以通过井口 140重新注入地下地层(sub-terrain format1ns)。继续在133中的剩余的液体主要由石油和冷凝物组成，具有少量的水。如果水合物抑制剂191被注入108中的气相，此液体中水合物的形成被主要包含抑制剂(和水和冷凝物)的液体流161抑制。
[0022]由此可见，此发明的目的是减少抑制气体流111、可选地抑制液体流133所需的抑制剂的量。这通过使用分离器110、130、131将气相中的主体水分离而实现。
[0023]虽然P61001792N001的发明解决了最小化使用的水合物抑制剂的量的问题且在一定程度上减少了海底加工单元的数量，但是这存在一些问题。井流中总是有水，溶解在气相中或产生的液体水。当井流被冷却时，气相中的水会冷凝成液体水。如以上所讨论的，如果温度降低到低于大约15到25°C (这是来自现今海底卫星领域的运输的情况)，液体水和烃会形成水合物。如以上所说明的，在P61001792N001之前的常规的技术涉及将水合物抑制剂添加到整个井流，其中所有的进一步加工进一步在下游实现。如果水的量较大，抑制剂的量必须对应地也较大。
[0024]一些近来的油田开发包括在海床处的分离器，以从液相去掉主体水。主体水重新注入并由此对防止管线中的水合物的抑制剂的需求大大减少。在井流的接收端，抑制剂被回收并由此需要再生(即去除水)。此过程要求热并占甲板空间。因此，减少需要的抑制剂的量是有益处的，P61001792N001的方法和系统较大程度解决了该问题。
[0025]另外，管线中的三相流导致较大的压降，并且由于其缓涌(slugging)和立管(riser)问题在最小流动速率上施加约束。在接收设备处，还需要大量的分离和处理。特别地，气体处理占用平台/FPSO(浮式生产存储和卸载设备)上的很多空间。在接收设备处的气体处理也可能有安全问题。因此，对于位于远处的较小的油田，将气体按照规定路径从很多油田输送到一个共用的加工设备(优选地位于陆地上)是较聪明的。因此，期望实现油和气的主体分离(bulk separat1n)并将第一加工移动到海床，使得能够将气体按照规定的路径送到一个地方并且将液体按照规定的路径送到另一个地方，这两个地方均位于远处且优选地在陆地上。然而，为了实现此，关于水含量需要气相满足最小海底运输规格。
【发明内容】
[0026]本发明提供用于在生产的包含水的多相烃流体流中进行海底气相脱水和液体烃相的抑制的方法和系统，其中所述气相脱水使得气相能够满足海底运输规格。
[0027]由此，在本发明的第一方面中提供方法，所述方法用于在生产的包含水的多相烃流体流中进行海底气相脱水和液体烃相的水合物抑制，所述方法包括以下步骤:
[0028]i)将所述烃流体流分离成液相和第一气相；
[0029]ii)将水合物抑制剂添加到所述第一气相；以及
[0030]iii)将冷凝液体和第二气相分离；
[0031]其中所述第一气相具有比初始多相烃流体流的水露点低的水露点，并且所述第二气相具有比所述第一气相低的水露点；
[0032]其特征在于，所述水合物抑制剂具有足够低的水含量，以确保其能够干燥所述第一气相，使得所述第二气相能够满足管线运输规格，所述水合物抑制剂与所述冷凝液在所述步骤iii)中分离，然后与从所述步骤i)中分离的所述液相的一部分或全部混合，以抑制所述液相。
[0033]由此可见，本发明的方法是P61001792N001中描述的方法的发展。解决发明的问题(联合提供能够满足海底运输规格的气体流和防止水合物形成的液体烃相)的关键的新特征是:
[0034](a)水合物抑制剂的添加，所述水合物抑制剂具有足够低的水含量，以确保其干燥来自第一分离器的气相，使得第二气相能够满足海底运输规格；以及
[0035](b)使在步骤iii)中与冷凝液一起分离的水合物抑制剂与从步骤i)中分离的液相混合，以提供液相中所需的水合物形成的抑制。
[0036]需要的水合物抑制剂的纯度的精确的等级根据气体和液烃相中的水含量而变化。水含量在井口处可以很容易地测量，具有适当等级的水的水合物抑制剂可以根据需要选择。由此可见，在本发明中，同一抑制剂用于多个目的，以获得足够干燥用于富气运输目的的气相和经抑制水合物形成的液相。
[0037]在本发明的第二方面中，提供系统，所述系统用于在生产的多相流中的海底气相脱水和液体烃相的水合物抑制，其中所述系统包括:
[0038]ix)第一分离器，所述第一分离器具有多相流入口、第一气相出口和液相出口 ；以及
[0039]x)第二分离器，所述第二分离器具有入口、液相出口和气体出口 ；其中所述第一分离器的气相出口与所述第二分离器入口流体连通，并且其中离开所述第一分离器气体出口的气体具有比所述进入第一分离器的多相流的水露点低的水露点，
[0040]其特征在于，所述第一分离器气体出口和所述第二分离器入口之间的流体连通装置包括用于水合物抑制剂的添加点，所述水合物抑制剂具有足够低的水含量，以确保其干燥所述气体，使得离开所述第二分离器的气相出口的所述第二气相能够满足海底运输规格，所述水合物抑制剂与所述冷凝液体经由所述第二分离器的冷凝物出口分离出，并被注入来自所述第一分离器的液相出口的液相的部分或全部，以抑制所述液相
【具体实施方式】
[0041]在下文中，指定两个术语“水去除”和气体“干燥”之间的某些差异是很重要的。
[0042]“水去除”意味着从流中去除大量的水且不会导致干燥气体本身。
[0043]“气体干燥”涉及气体的脱水，以满足用于运输的管线的水含量规格。这种规格因管线而异。在一种典型的管线中，指定在70bar水露点为-18°C。在欧洲销售的管线中，指定在70bar水露点为_8°C。这对应于从约80ppm到