专利名称:近海碳氢化合物生产系统的制作方法
从水下油井开采燃气和原油等碳氢化合物，与从陆上井开采相似，流体通常是由地层中的气压压出海面。在多相液气流输送到海面上之后，液气流分离成独立成分。如果其主要部分是液体，则其余气体成分往往烧掉或处理掉。如果液气流的大部分是气体，则对气体进行处理并提供商业性应用。
在有些地层中，要采用某种油层增强措施才能开采到液态碳氢化合物。例如在某些地方要向地层注水加压来促进开采。注水可促使油穿过油层，进入采油井、在采油井中就能方便地采集水、油和气的混合流。
在压力不足情况下把原油提升到海面的另一种办法是采用气体辅助即气举法。在采用这种方法时，原油中混入适量的气体，以降低液体的粘度和比重。油气混合物就可以容易地从地下储油层上升到海面。
在上述的任一种情况下，开采出的原始产品中通常都是含有原油、气和水的混合物或乳液。在这种乳液升到海面之后，加工处理成单独的水流、油流和气流，供进一步使用或为商业目的运出或处理。
如果混合的碳氢化合物流从水下井输送到在远处的设施，则其中的各种成分很容易会分离开来。具体来说，当混合流被顶出海底时，则在混合流和周围环境之间发生大量热传导。如果四周的水形成一种相对冷的环境，大量的热量就会透过导管壁失散，从而促进碳氢化合物流的各种成分分离开来。
如果产品作较长距离(特别是沿海底时)传输，则混合流会自动分离成单独成分，形成的单独的液滴和气体向加工设备移动。可以设想，在液体用泵从海底压送到设在海上结构物或岸上的分离处理设备上的情况下原油和气体都会到达加工设施。
还可以设想，在用泵来提升液体成分的情况下，大量气体进入泵的进口会导致泵的工作不稳定;其后果一般是使进入设在海面上的处理设备的油气流不稳定。
为克服开采海洋油气中的这些问题，这里提出一种开采和输送混合油气水流的方法，可用于混合流在提升到设在海面上的处理、储存设施之前作较长距离输送这种情况。混合流先由设在海底的管路传输。在海上结构物、平台等处混合流进入多相油气分离装置;在分离装置中混合流分离成单独的液体成分和气体成分。
气体成分单独输送到平台的甲板;而液体成分，即油水乳液先积聚在一个地下集油池或储油罐中，然后再以控制速度输送走。
因此本发明的目的是提出一种水下开采和产品输送系统，它能把混合多相产品流输送到流体分离装置以及流体加工设备。
另一个目的是提出一种包括有数个卫星井的水下系统，这些卫星井远离流体加工设备但又相连通。
再一个目的是在不大大增加结构重量的前提下扩大固定式近海结构物的应用，使其能容纳更多的加工处理用的油气。
又一个目的是提出一种可用在近海流体加工设备上的自立式流体流通立管。
图1是本发明提出的一种近海装置的外围图。
图2是图1所示装置的局部视图。
图3也是图1所示装置的局部视图。
图4是图2所示装置的另一个实施方案图。
下面参照上述各图来介绍本发明提出的一种近海碳氢化合物生产系统，系统中主要有一座主要由焊接钢构件制作成的海上结构物或平台10。海上结构物或平台(尤其是桩腿11和12)形成一足够深的长大导管架，导管架把工作甲板13支承在海面之上。导管架的下端处通常打入海底，以在恶劣天气条件下也使导管架有足够稳定性。
海上结构物(10)的上端装有工作甲板13，甲板上有常规的作业设备，诸如井架14和(或)向海底打井和加工所开采的流体的配套设备16。加工所开采的流体的设备通常还带有接收、处理和临时储放产品的设备。
水下井通常是通过多个从甲板13到海底20垂直穿过导管架的导管17逐个钻出。然后，由井架14通过导管17放下的转盘钻杆柱开始打井，井以后可以变换到所需的方向。
在图示布置中，18a、18b和18c所代表的各油井位于远离海上结构物10的海底20处。这些常称之为卫星井的油井最好是打入距海上结构物10数英里的同一产油层或储油层中。所采得的产品聚集起来，并通过铺设在海底上的管道输送到甲板13上的加工设备16。
如图所示，远处油井18a、18b和18c由防护板21围起来，防护板主要包括有一个海底结构，它能容纳和导引一根从平台降下的、用来钻出相邻的一组井的钻杆柱。
固定在海底的防护板21，在图中没有详细表示出，它装有若干导索;导索在钻井过程中可装上、拆下防喷器，而在油井已钻好、准备喷油气之后可用来确定普通套管、井口和采油树26的位置。
在确认油井已可开采的情况下，完成例行的操作之后，从井口上拆下防喷器，装上采油树26。采油树上装设有调节从各油井流向海上结构物10的碳氢化合物流体流量的所需设备，碳氢化合物流体一般含有气、油和水。通过装在防护板21上的集管系统22把相邻同组内各油井产出的油气流会聚起来。集管系统与管路19相连，把开采的油气流以一定速度输送到海上结构物10处的海底分离装置23。
为了向卫星井18a、18b和18c提供必需的气、水和化学品，以促进油气流的开采，在海上结构物10上的气、水、化学品的来源与海底防护板21之间沿着海底铺设有导管25。在海底防护板21处，进入的各种流体通入集管系统，并通过集管系统进行分配。因此，就可以有选择地向任一个或任几个卫星井提供所需的注入流体或处理流体。
由于防护板21和平台10之间流通的产品一般都是一种混合液气流，所以很有必要装设流体分离装置或液滴收集装置23。这种装置的作用是稀释多相油气流，分离各种成分，然后把各成分分别输送到设在海上结构物甲板13上的加工设备16。
如图2所示，基本形的海底油气流分离装置23是一种由一个或多个长筒形室组成的海底装置这种装置在采油行业是广为人知的。分离装置上还装有与管道19相通的进入管27，采得的混合油气流通过进入管进入分离装置，然后在上部分离室28中进行分离。
在油水和气自然分离处理以后，特别是在海水的致冷作用下，气体通过上部分离室28上升;而液体成分则通过导管35向下流，并积聚在下部室24中。
普通型式的分离装置23上装有放清洗刮管用的刮管器接受装置(图中未示出)。清洗刮管器可在分离装置和卫星防护板集管系统22之间的管道19里来回移动，保持输送流体的管道畅通。
分离装置23最好是由桩柱56支撑在紧靠海上结构物10的桩腿的海底上。导管31和36分别与长筒形室排出管29和32相通，以使气流和液流从分离装置23排放出。
参照图1，流体从海底20输送到平台10的甲板13上要经过数百英尺距离，这会引起一系列问题。在目前布置中，在平台10内或与平台10相邻处至少装有一个立管或接受器柱33和33a(最好装多个)。这些立管一般就安设在从海底20直立向上延伸到甲板13的导管17的附近。它们的作用都是把开采出的油气流和试喷流输送到甲板13上。
如图3所示，每一根立管33有一段长圆筒37，圆筒37中贯穿有若干个独立纵向通道38和39。这些长通道把分离的气流和液流送入立管上端处的集管顶帽41。集管顶帽然后把气体和(或)液体通过控制阀61和62送入加工和储存设备16作处理，其后再储存起来或转运到岸上。
如前所述，立管33是由一长圆筒37组成，还带有一根其下端埋入海底20的套管48。长圆筒最好是用钢管制成，并钻入海底足够深度，约为十五米至数百米以形成一长的集油池42。
为尽可能减轻海上结构物10承受的重量，立管33可穿过在平台导管架上的导管导向架54，从而使其在垂直方向作了定位，实际上也就能自己支撑。长圆筒的下套管端48处有适当的水泥堵头或类似东西，以形成集油池底。
长圆筒37最好是由若干根管子组成，它们首尾相接达到所需要长度。长圆筒上还开有水平侧孔46和47，它们用来固定液体喷嘴43和气喷嘴44。
立管33的内部装有一根长套管48，套管与立管共同延伸并从立管33的下端部伸出，形成一环形通道49。细长管51悬伸在套管48之内，其上装有若干个间隔一定垂直距离的安定器52，每个安定器上有若干个向外辐射的支臂，与附近的套管壁接触。
细长管51上悬挂一台井下泵53。该泵上有一个或数个与套管48内的集油池42相通的进口。积聚在集油池42内的液态原油和水通过上述细长管51向上移动，进入集管顶帽41。还装有旁通管68，它与泵53和立管33相通;旁通管把从管道63抽出的液体再送回到环形通道49，然后再送回到泵的进口。因此，假如集油池42中液体的来源枯竭，泵53仍能继续工作，周转适量的循环液体。
这里所用的立管33对两股单独的分离流起导管的作用。简而言之，通过中心管51的液流与通过环形通道49的向上的气流是完全分开的;中心管和环形通道均在集管顶帽41中终止。
蒸汽或气体通过进入喷嘴44进入环形通道49，进入喷嘴44与导管31相通，并一直通到分离装置23的上部室28。进入环形通道49的压缩气流冲击在中心管51外围的防护套57，从而可防止中心管51因与进入的气流接触而发生腐蚀。
在海底20，由主要成份是原油和水的液流通过进入喷嘴43进入到集油池42中。进入喷嘴通过导管36与分离装置23的下部室24相通。这样，从下部室24出来的液流在重力作用下流入集油池42。由于集油池深入海底数百英尺，所以对井下泵53形成连续的液柱压力。从而在中心管51到放在甲板上的加工储存设备16之间形成足够大的连续向上液流。
图4是另一种结构的滴液收集装置70，它能分别通过导管19和71接受从防护板21处来的两股混合油气流。从导管71来的一股油气流只用于试验，所以液流的量比较小。另一股液流则是实际生产用的，所以流量比较大。
滴液收集装置70的液流处理部份至少有三层流体储存室，其标号分别为72、73和74。每个储存室都是由大体成U形的管件制成，各管件相互之间垂直相隔一定距离。整个管路组支持围放在开敞的防护架91内，以避免装置的工作部件受到操作。同前面所述的滴液收集装置23一样，结构是靠桩柱固定到海底，所用的支持方式最好能使其作水平布置。
下面再看一下图4，图中是一种滴液收集装置;主要混合油气流由导管19输送到滴液收集装置70。导管19通过法兰接头76与立管77相连通，立管77又与上管件74相连通。油水气流在顶部分离室进行分离，分离出的气体成分通过排放管78进入柔性导管31;柔性导管又与立管33上的气喷嘴44相连通。
从分离室74出来的液流在重力作用下通过连接管79进入中心室73。中心室在正常工作期间的作用是避免由于反复充灌和放泄造成系统内压力波动。
液流从中心室73出来后通过下导管80进入下部室，下部室起局部储存库的作用，防止滴液收集装置出现干运转。这一措施进而还可确保立管33中液体的高度基本保持不变。
滴液收集装置70中的液位高度是由一组连动开关控制的。图中未详细绘出这种开关，它主要是由若干个与滴液收集室72、73、74相接的核子密度开关组成。为了把液流量控制在恒定值，各开关根据液面高度(最好是滴液收集室72中的)产生信号。这些信号由电缆传送到以微处理机为主的控制装置。控制装置然后向致动装置输送信号，致动装置开动流量控制阀62，根据从滴液收集装置出来的液体流量来调节从泵53出来的液体流量。
为流量调节微处理机配有专用数据库，该数据库用已知的液滴流量的历史数据不断地更新。数据库用来使进入甲板上设备16的液体流量保持不变，尽管分离装置70上的流体储存室73反复地注入和排出流体。
从上部室73和74排出的流体通过导管36和喷嘴43进入立管33，并使流体流入集油池42。
如前所说，滴液收集装置70上还装有第二(或称辅助)液体分离系统，该系统与第一(或称主)液体分离系统相邻。该第二系统是用于接受和处理试验用液流，它由垂直定位的上部室86、中间室87和下部室88组成。上部室通过接头84与试验用液流导管71相接;这样从一个或多个油井来的一股混合流就可专门用于试验。气流则通过导管66和导管67进入立管33a。
这样，从导管71出来的液流引入立管89，立管与上部室86相接，在上部室内进行基本的分离过程。此后从下部室88输送出向下流动的液体，并再进一步送到立管33a和甲板13。
当然，尽管在不背离本发明的精神和范围情况下可以作出各种修改和变更，但它们仍应在所附的权利要求
书保护范围之内。
权利要求
1.一种从地下油气储层开采油气流并向设在远处的海上结构(10)输送的水下系统，该海上结构物架在近海海底，上面装油气加工设备，该系统包括至少一个开采混合多相油气流的打入油气层的水下井(18a，18b，18C)，输送多相油气流的海底管道(19)，把油气流从海底升高到海上结构物(10)上的加工设备的装置，其特征是水下多相油气分离装置(23)设在海上结构物(10)与油井(18a，18b，18c)之间，分离装置接受来自管道(19)的多相油气流并加工成独立的液流和气流；在上述海上结构物上有一直立接收长圆筒(37)，该圆筒中有独立的纵向通道(38，49)，分别用来把液流和气流输送到油气加工设备；导管(31，36)分别把来自多相油气分离装置的独立的液流和气流输送到上述接收长圆筒内的两独立的纵向通道(49，51)；在接收长圆筒下端部的集油池(42)积聚从导管(36)送到长圆筒中的液态油，而且与用作输送液流的纵向通道(51)相通。
2.根据权利要求
1所述的系统，其特点是埋入海底的接收长圆筒(37)的下部形成集油池(42)。
3.根据权利要求
2所述的系统，其特征是所述的接收长圆筒(37)埋入海底达15～153(50～500英尺)，形成集油池(42)。
4.根据权利要求
2所述的系统，其特征是接收长圆筒(37)埋入海底达153～305米(500～1，000英尺)，形成集油池(42)。
5.根据权利要求
1～4中任一条的系统，其特征是接收长圆筒(37)中有同轴的管(51)，该管形成一个中心通道(39)供液流通过，一个环形通道(38)供气流通过。
6.根据权利要求
1～5中任一条的系统，其特征是在中心通道(39)下端装有液流用的输送泵，该泵有通向集油池(42)的进油口。
7.根据权利要求
1～6中任一条的系统，其特征是接收长圆筒(37)能自己支撑在直立位置，使作用在海上结构物(10)上的重力为最小。
8.根据权利要求
1～6中任一条的系统，其特征是接收长圆筒(37)是靠海上结构物(10)的横向支撑保持直立位置。
9.根据权利要求
1～8中任一条的系统，其特征是海上结构物(10)有导管架(11、12)，它把工作甲板(13)支在海面上以及加工设备(16)，该设备设置在工作甲板上，用来接纳和加工从接收长圆筒(37)输送来的油气流。
10.根据权利要求
9所述的系统，其特征是导管架(11、12)上设有多个用来把钻井导管引导到海底的、垂向间隔一定距离的导管导向器(54)，接收长圆筒(10)则是由垂直间隔一定距离的导管导向器定位的。
11.根据权利要求
1～10中任一条的系统，其特征是连接纵向液体输送通道(51)的下流部的阀装置中设有一液流控制阀(62)，连接上述液流控制阀的致动装置可调节返回储油池(42)的液体流量;装在分离装置中的探测器测出其中液面高度，根据测出的液面高度向致动装置送出第一信号。
12.根据权利要求
11要求的系统，其特点是探测器有多个安装在分离装置内不同高度的探测开关。
13.根据权利要求
11或12所述的系统，其特征是致动装置连接有一微处理装置，微处理装置向致动装置发出第二信号，使致动装置能根据第一信号和第二信号通过液体流量控制阀调节液体流量。
14.根据权利要求
1～13中任一条的系统，其特点是多相油气分离装置(23)的位置与船上结构物(10)相邻。
专利摘要
一种输送从远离流体储存和处理设施的水下油井开采得的多相碳氢化合物流的水下系统。该系统中设有把几个油井围起来的水下井防护板。从各油井通过管道输送来的混合碳氢化合物流送入流体分离装置，分离装置把混合流分离成单独的液流和气流。然后通过一多导管的立管送入处理和储存设施。
文档编号E21B43/34GK86104803SQ86104803
公开日1987年1月14日 申请日期1986年7月14日
发明者沃伦·温斯顿·舒罗德, 埃里克·布雷布罗克·图纳 申请人:泰克萨科有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan