一种磁性靶向水合物抑制剂输运系统及方法与流程

本发明属于深水油气及水合物资源开发中水下生产系统流动保障技术领域，特别是涉及一种磁性靶向水合物抑制剂输运系统及方法。

背景技术：

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

深水油气及水合物资源开发中，水下生产系统必须有效应对水合物流动障碍风险。生产系统中任何部位的水合物堵塞，均会显著影响整个生产系统的正常工作。水合物抑制剂注入是生产系统水合物防治的必要手段。水下生产系统组成复杂，包括水下井口、水下采油树、跨接管、脐带缆、水下管汇和长距离管道等。不同部位水合物流动障碍演化机制存在显著差别。对于节流阀，节流导致温度降低严重，容易满足水合物生成条件；对于盲管段，流体流动性差，热量损失严重导致温度降低，从而诱发水合物生成；对于流动管道，长距离输运导致的温度累计损失造成的一定管道范围内的低温-高压环境利于水合物生成。各部件的水合物风险程度差异大，所需的水合物抑制剂有效浓度不同。

然而，发明人发现，在现有水合物防治技术下，水合物抑制剂的输运完全依赖于生产系统内的多相流体系。一方面，水合物抑制剂无法输运至流动性差的区域，如盲管段；另一方面，水合物抑制剂与液相性质上的差异导致水合物抑制剂无法与液相同步输运，如流动管道顶部存在冷凝水而抑制剂无法同步冷凝。现有技术下水合物抑制剂的输运效果差，水下生产系统内水合物抑制剂输运程度难以与水合物风险程度相匹配。

为达到有效的防治浓度，目前采用大剂量注入的方式，导致水合物抑制剂注入存在“整体过量，局部不足”的弊端。整体过量，不但造成作业及经济成本增加，而且影响生产系统的工艺参数特征；局部不足，导致局部风险突出，严重影响水合物抑制剂防治效果。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，为了实现整个生产系统中水合物抑制剂的输运程度与水合物风险程度分布相匹配，本发明提出一种水下生产系统流动保障用磁性靶向水合物抑制剂输运系统及方法，实现水合物抑制剂的靶向输运与可控释放，确保水合物的精确高效防治。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种磁性靶向水合物抑制剂输运系统，包括位于水面之上的储罐、注入泵、控制器、分离器和回收器，储罐连通注入泵，注入泵连通水下采油树并为水下采油树提供磁性靶向水合物抑制剂，注入泵连接控制器；分离器连通水下采油树，回收器一端连通分离器以得到分离器中的液体，回收器另一端连通储罐。

作为进一步的技术方案，所述注入泵连通水下分配集成，水下分配集成连接水下控制模块和电磁短节，水下控制模块和电磁短节均连接所述水下采油树。

作为进一步的技术方案，所述注入泵和所述控制器通过脐带缆连通所述水下分配集成，所述水下分配集成通过水下电液飞线连接水下控制模块，所述水下分配集成通过水下电飞线连接有用于控制管道流通量的电磁短节。

作为进一步的技术方案，所述电磁短节包括壳体和位于壳体内的电磁线圈。

第二方面，本发明还提供了一种磁性靶向水合物抑制剂输运方法，使用如第一方面所述的一种磁性靶向水合物抑制剂输运系统，通过注入泵将磁性靶向水合物抑制剂注入水下采油树，并在注入时调控注入泵实现磁性靶向水合物抑制剂的定量注入；通过回收器将产出液中的磁性靶向水合物抑制剂回收并注入储罐中，实现磁性靶向水合物抑制剂的循环利用。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

1)本发明中，通过控制注入泵，能够实现水合物抑制剂的靶向输运，提高局部风险部位内水合物抑制剂的浓度，实现水下生产系统中水合物抑制剂输运程度与水合物风险程度分布的一致性，确保水合物抑制剂的应用效果。

2)本发明中，采用电控方式，装置简单，操作方便，避免了液压方式控制装置本身面临的水合物风险，装置可靠性及安全性高。

3)本发明中，控制精度高，能够实现水合物抑制剂的定点储药、定向输运、定量释药，确保了水合物精准防治方案的制定。

4)本发明方便安装，可在现有的水下生产系统基础上实现安装，投资小；工作能耗小，运行成本低；水合物抑制剂可回收循环利用，经济成本低，并且避免了对油气产物的污染；利于降本增效，实现绿色环保。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的总体系统构成图，

图中，1、储罐；2、注入泵；3、控制器；4、脐带缆；5、水下分配集成；6、水下电液飞线；7、水下控制模块；8、水下采油树；9、水下管汇；10、水下电飞线；11、电磁短节；12、管道；13、分离器；14、气体管线；15、液体管线；16、回收器；17、回收管线。

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸式连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

针对现有技术存在的不足，为了实现整个生产系统中水合物抑制剂的输运程度与水合物风险程度分布相匹配，本发明提出一种水下生产系统流动保障用磁性靶向水合物抑制剂输运系统及方法，实现水合物抑制剂的靶向输运与可控释放，确保水合物的精确高效防治。

名词解释：

水下控制模块：水下控制模块(scm)是水下控制系统的关键部件，它通过接收到上端主控制模块mcs或地面控制信号来控制scm内部液压阀件的开启与通断，来实现对安装于采油树中各种功能阀的开启与关闭，同时将分布于采油树及流程中的各种传感信号集中处理后传输到上端的主控模块mcs中，各种信号包括采油树中的井口压力与温度，阀位开关信号，化学试剂的流量等。为了保证系统的可靠性，除了采用性能可靠的元件外，冗余设计也是水下控制模块设计的一个特点。根据项目需要，水下控制模块可能还将承担其他区域信号的监测与传输功能。

水下分配集成：一般指电液复合式水下分配系统，包括脐带缆终端头和水下分配单元两部分，其中水下分配单元由液压分配单元和电气分配单元组成，脐带缆终端头与脐带缆相连，实现将液压和电气管线从水面到水下的分配传输。液压分配单元通过液压飞线与脐带缆终端头相连，在内部金属管路上将输入端的高、低压液压液和各类化学药剂分配输送到液压分配单元的输出端，以实现为控制设备提供液压动力和为水下生产设备提供化学药剂的功能。电气分配单元也采用电气飞线和脐带缆终端头相连的方式，电气分配单元通过分线盒对输入的光电信号、电力实现分支输出，以实现为各水下控制模块提供控制信号和电力的功能，且电气分配系统必须设置有电气线路隔离装置以实现隔离故障电路的功能。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，本实施例公开了一种水下生产系统流动保障用磁性靶向水合物抑制剂输运系统，包括相连接的注入机构、调控机构和回收机构。

其中，注入机构包括：储罐1、注入泵2、水下控制模块7、水下采油树8、水下管汇9，注入机构的具体连接关系为，储罐1通过管道连通注入泵2，注入泵2通过脐带缆4连通水下分配集成5，水下分配集成5通过水下电液飞线6电连接水下控制模块7，水下控制模块7电连接水下采油树8，水下采油树8通过管道连通水下管汇9，水下管汇9通过管道连通至生产平台。

深水油气生产过程中，需要打井筒进行开采，来自油气藏的流体产物通过井筒抵达水下采油树8，通过水下管汇9汇总至管道，在流动至生产平台后，通过分离器13进行气液分离，分离器13得到不含磁性靶向水合物抑制剂的气相通过气体管线14外输，含有磁性靶向水合物抑制剂的液相通过液体管线15外输。

磁性靶向水合物抑制剂存贮在生产平台上的储罐1中，注入泵2将磁性靶向水合物抑制剂通过脐带缆4中的药剂管线泵送至水下分配集成5，然后通过水下电液飞线6分配至每口井的水下采油树8；根据水合物流动保障方案确定水下生产系统所需的磁性靶向水合物抑制剂注入速率，通过调整注入泵2达到设计的注入速率，每口井的磁性靶向水合物抑制剂分配量通过水下控制模块7调控，通过水下采油树8注入的磁性靶向水合物抑制剂与井筒产出流体混合，进入下游的水下管汇9及管道中。

其中，调控机构包括：电磁短节11水上控制器3、水下分配集成5、水下电飞线10和电磁短节11，具体的连接关系为，电磁短节11水上控制器3通过脐带缆4连接水下分配集成5，水下分配集成5通过的水下电飞线10连接电磁短节11；可以理解的是，调控机构的组成部分之间的连接均电连接，且为防水的电连接形式，如使用密封管包裹线缆。

电磁短节11在管道中的位置通过前期深水流动保障方案设计确定；电磁短节11通过水下电飞线10与脐带缆4的水下分配集成5连接，获得运行所需的电力；电磁短节11水上控制器3依次通过脐带缆4、水下分配集成5、水下电飞线10与电磁短节11建立信号通道，将控制信号传输至电磁短节11，调控电磁短节11内的磁场参数，从而对电磁短节11内部流场内磁性靶向水合物抑制剂的分布进行调控，实现定点储药、定向输运、定量释药，从而调整电磁短节11下游管道内磁性靶向水合物抑制剂在管道轴向及径向上的浓度分布；电磁短节11水上控制器3的调控策略根据水下生产系统内的水力参数变化特征确定。

其中，回收机构包括分离器13、气体管线14、液体管线15、回收器16、回收管线17，具体连接关系为，分离器13通过管道12连通电磁短节11进而实现分离器13连通水下采油树8的目的，分离器13通过液体管线15连通回收器16；回收器16通过回收管线17连通储罐1；此外，分离器13还连通气体管线14，气体管线14将分离得到的不含有磁性靶向水合物抑制剂的气体输运至下游处理设备。

磁性靶向水合物抑制剂的相态特征导致磁性靶向水合物抑制剂只能分布在液相中而无法进入气相中；管道内含有磁性靶向水合物抑制剂的多相流体在抵达生产平台后，通过分离器13进行气液分离；气体管线14将分离得到的不含有磁性靶向水合物抑制剂的气体输运至下游处理设备，液体管线15将含有磁性靶向水合物抑制剂的液体输运至回收器16；回收器16根据注入泵2的注入速率及电磁短节11水上控制器3的控制策略确定工作参数，实现液相中磁性靶向水合物抑制剂的全部回收；回收得到的磁性靶向水合物抑制剂通过回收管线17输运至储罐1，实现磁性靶向水合物抑制剂的循环利用。

可以理解的是，本实施例中的脐带缆4为现有技术中常用的脐带缆4；本实施例中的水下电液飞线6、水下电飞和水下管汇9线均为现有技术中的常用技术；本实施例中的分离器13为气液分离器13，回收器16为液体回收器16，均为现有技术中的常用技术手段。

实施例2

本发明的一种典型的实施方式中，公开了一种水下生产系统流动保障用磁性靶向水合物抑制剂输运方法，使用如实施例1所述的一种水下生产系统流动保障用磁性靶向水合物抑制剂输运系统，通过注入泵2将磁性靶向水合物抑制剂注入水下采油树8，并在注入时调控注入泵2实现磁性靶向水合物抑制剂的定量注入；通过平台上的回收器16将产出液中的磁性靶向水合物抑制剂的回收，实现磁性靶向水合物抑制剂的循环利用。

更为具体的，注入装置采用注入泵2将磁性靶向水合物抑制剂通过脐带缆4中的药剂管线、水下分配集成5及水下电液飞线6注入至水下采油树8，实现磁性靶向水合物抑制剂的定量注入；

调控装置通过位于平台的电磁短节11水上控制器3实现对电磁短节11工作参数的调整，从而调整电磁短节11产生磁场的参数，实现磁性靶向水合物抑制剂输运的调控；

回收装置通过平台上的回收器16将产出液中的磁性靶向水合物抑制剂的回收，实现磁性靶向水合物抑制剂的循环利用。

所述注入泵2满足磁性靶向水合物抑制剂的泵送要求，不影响磁性靶向水合物抑制剂的结构及分布。

所述电磁短节11通过水下电飞线10与水下分配集成5连接，实现电力及信号的传输；电磁短节11由壳体和位于壳体内的电磁线圈组成，当液体流经电磁线圈时，电磁短节11能够检测液体的流量；壳体为不锈钢非导磁材料；电磁短节11通过法兰与管道连接。

所述电磁短节11水上控制器3通过脐带缆4内的电缆实现对电磁短节11工作参数的控制。

所述回收器16通过磁场力回收液相中的磁性靶向水合物抑制剂。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。