用于从海底下的储层生产石油和较重气体组分的系统、船和方法

摘要

用于从海底下的储层生产石油和较重气体组分的系统包括：具有至少一个生产井和一个注入井的现场设施，所述井通过隔水管连接到装载和卸载站；具有连接到装载和卸载站的装置的船；具有用于装船和卸船的装置的接收设备。所述系统的不同之处在于，所述船包括高压三相分离器、注入压缩机和净水设备或注水设备，所述接收设备包括高压装载和卸载装置，使得连接到现场设施上的船可装载高压井流体，所述高压井流体进入所述分离器并且分离为较轻气体组分、油和较重气体组分以及水，其中油和较重气体组分进入所述船中的盛装高压气体的高压存储罐，由此所述高压气体被置换出所述罐并且与较轻的气体组分一起被经由注入压缩机注入储层，其后，油和较重气体组分在运输到所述接收设备之后可通过使用从所述接收设备传送的高压气体置换出所述罐的内容物来进行卸载。还描述了船和方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于从海底下的储层生产石油和较重气体组分的系统、船和方法。根据本发明的所述系统、船和方法对于从边际油气田，特别是从具有低井压和水合物形成风险的油气田进行生产是特别可行的。

背景技术

目前大量的油气资源存储在对于生产来说不经济可行的较小油气田中。这种油气田(通常称为边际油气田)每天可产出通常10,000到40,000桶油当量的潜产量。对于一些边际油气田，井压低于100barg，这使得使用现有设备进行生产无利可图。此外，对能够以更环境友好的方式生产油气的需求日益增长，该更环境友好的方式意味着既减小向周围环境的排放又对用于生产的能量和设备的需求较低。若干特别是来自枯竭储层和高含水量的源的边际油气田，将由于生产而造成水合物形成的重大危险，这显著增加了生产成本。

在专利公开US 6,339,996B1中描述了一种船，该船具有用于压缩天然气的复合材料存储罐。复合材料罐相对于相当的钢罐的重量减少达70％。根据所述专利公开的罐竖直排列，并且出于对稳定性的考虑，需要用于分布载荷的综合管道系统。装载和卸载过程导致在罐中存在气体卸压或在罐中形成气体卸压，以及随后进行气体再压缩。

在专利公开US 6,230,809 B1和US 6,019,174中描述了一种船，该船可将未处理的井流体直接装载到存储罐中。所述船不具有处理设备，但是提到可在船上使用较轻的组分来产生能量。关于装载，没有描述同时卸载高压气体，该高压气体可能预先存在于存储罐中。

在专利公开US 4,446,804中描述了一种在船上的罐中运输处于高压下的油气的方法。将要装载的罐或罐组中的处于压力下的水或一些其他可行的液体被新的罐或罐组中的负载置换。由此通过置换在压力下进行填充和排空，从而避免负载的卸压。由此，避免在罐中控制阀上发生显著的压力损失，所述压力损失通常可能是约100bar。由此，除了避免造成的罐组件的应力的高达声速的流速，还避免了负载的蒸发和劣质罐的使用、严重的冷却以及冰和水合物形成。但是，没有提到在罐中预先具有高压负载，用于与装载过程同时进行卸载和将其与从负载分离出的可选组分一起注入。

在专利公开US 3,830,180中描述了布置在船中的用于低温流体的直立罐，在所述船周围利用对流屏障提供罐绝缘，由此避免了船体冷却。

在专利公开NO320012中描述了一种用于从海底源生产不稳定的多相流体的系统，该系统同时将水和CO₂注入海资源以用于压力支持。更具体地，所述系统包括：

位于海底的海下装置，其具有

至少一口井，用于接收井流体，

至少一个水分离器，用于将水从井流体中分离出来，

至少一个注入泵，用于通过至少一个注水井注入分离出的水，

至少一根用于将多相流体运输到至少一个装载/卸载站的隔水管(riser)，

至少一个的装载/卸载站，船可锚固放置在所述装载/卸载站处并进行装载/卸载，

连接器，用于连接从所述船到海下装置的动力和信号，

至少一根用于将CO₂从船运输到至少一个注入CO₂的井口的隔水管，所述CO₂从至少一艘船传送来，所述船可在上述装载/卸载站处卸载CO₂并且同时装载运输到接收设备的多相流体，

接收设备可接收不稳定多相流体以对其进行利用，并且可从所述接收设备传送CO₂以输送给船进行运输并且随后注入地下源中。

为了使根据NO 320013的系统连续作业，优选地，使用两艘船，每一艘船优选地具有串连结合的罐，使得在装载多相流体时，使CO₂可选地通过压缩机被置换出并且由此卸载以确保用于注入地下资源中的足够压力。优选在负载和CO₂之间的界面处使用跟随流体流动的塞，并且塞闸布置在串连连接器的端部处。上述系统中的船的罐由增强聚合物材料制成的盘管(coiled tubing)构造而成。在上面的公开中，没有描述通过在船装载进程的两端处进行置换来装载和卸载，没有描述存储罐位于船上使得在罐中进行自然分离，所述系统不适用于具有低井压的边际油气田，没有描述防止水合物形成的特定手段，并且存在出于安全考虑不得不进行大量燃烧气体时的情况。

需要一种在上述问题方面有利的用于生产油和较重气体组分的系统、方法和船。

发明内容

为满足上述需求，本发明提供了：一种具有根据权利要求1所述的结构和区别特征的系统，具有根据权利要求21的结构和区别特征的方法和具有根据权利要求28的结构和区别特征的、对于上述方法特别可行的船。

附图说明

参照3幅附图来说明本发明，其中：

图1是显示根据本发明的船和现场设施的简化工艺示意图；

图2示出了根据本发明的船，和

图3是说明根据本发明的接收设备的简化工艺示意图。

具体实施方式

根据本发明，提供了一种用于在船上生产油和较重气体组分的系统，所述船将在通常10-150barg压力下的负载运输到海岸上，用于最后的稳定化和进一步提炼/输出。较轻的气体组分在油气田上、在船上连续分离出来，并且同时且与从岸上的接收设备接收的返回负载一起重新注入储层。所有的装载和卸载有利地通过置换进行，这减小了对船上的动力要求和设备要求。根据本发明还提供一种使用所述系统的方法和一种对于执行所述方法来说特别可行的船。

首先参照图1，图1为用于现场设施1、2和船10的简化工艺示意图。现场设施包括隔水管1，该隔水管分别连接到生产井和注入井，每一种类型的井至少存在一口。此外，现场设施包括装载和卸载站2，该装载和卸载站优选为在先已知类型的STL/STP浮筒(buoy)(浸没式转塔装载/浸没式转塔生产)的形式。浮筒在船的船体中的向下开放的引入室(intake room)中连接到船10上。在船中，处理装置布置用于从经由现场设施接收的井流体中分离出较轻气体组分。所述处理装置包括至少一个三相分离器形式的分离器4、至少一个注入压缩机6和用于处理分离出的水的设备。分离出的较轻气体组分通过使用压缩机6被重新注入储层中。分离出的油和较重气体组分被送入高压存储罐5中，该高压存储罐5为直立的、高的、由复合材料制成的高压罐形式。通过使用置换，所述装载与从由接收设备传送的高压气体的存储罐5进行的卸载同时进行。由于在分离器4和罐5中始终保持高压，用于压缩机6的动力需求减小，同时避免了前面提到的与负载的卸压相关的问题。从分离器分离出的水通过使用注入泵9直接注入储层作为压力支持，进行或不进行在可选的水力旋流器7和可选的脱气罐8中的净化处理，或者在该从分离器分离出的水在水力旋流器和脱气罐中进行净化后，该从分离器分离出的水可选地通过污油罐倾倒到大海中。具有用于注水(注入泵9)和水净化(水力旋流器7和脱气罐8)的设备不是必须的，只要提供所述设备列表中的一种设备就足够。图1示出了两种类型的设备，其中水净化设备连接到注入泵的上游，但是，可省略一组设备或可围绕水净化设备布置可选的旁路管道。但是，为了去除注入水中的气体，在注水之前使用在高压下的脱气罐是有利的，然而也不需要单独的增压泵。上面已经描述了必须提供给根据本发明的系统和船以获得目标功能的现场设施的设备。通常，将存在附加设备以确保温度和压力处于对于设备单元、管道系统和隔水管来说可接受的范围内。根据井流体的压力和处理要求，也可存在其他的分离步骤和其他的压缩步骤。根据本发明的系统和船优选具有用于所谓“压回地层压井”的装置，这意味着井中的液体柱通过使用来自船的压缩机6的加压气体向下压入井中。当压力释放时，液体柱朝向船加速，井可开始生产。如图1中所示，这通过从气体注入管线到生产井的联接器11来实现。此外，如图1所示，本发明的系统有利地适合于在一个或多个生产井中的通过联接器11来实现的气举，用于将气体注入在所选高度处具有出口的井柱内部。对于气举，气体在所选高度排放到井的内部，这时因为单独的气举管线在井中的生产隔水管和生产衬管内部或外部向下进入井中(没有详细示出)，在井中所述高度处具有穿过可选的进给装置的出口。具有阀的交叉连接管线12用于注入来自存储罐5的液体，所述液体可以是来自接收设备的返回液体。用于压回地层压井和气举的装置使从具有比以前更低的流动井压的井进行生产经济可行，这意味着低于约100bar的压力。

图2提供了根据本发明的船10的进一步的说明。以与图1中相同的附图标记公开所述单元。根据本发明的系统和船优选布置成使得可进行水合抑制剂的注入，例如以甲醇注入的形式来防止长期停产时在生产井和注气井中形成水合物，其在图2上以化学剂注入组件13的形式标示出。抑制剂的注入可通过下述方式进行：通过使用一个或几个脐带(未示出)连接到海底处的井口，或在经隔水管向下进入井中的气体流中注入。图2还示出了第二级压缩机6和液体分离器、冷却器、闪蒸罐、化学剂注入组件13(包括水合抑制剂)和节流阀3形式的其他设备，以及如何将所述部件布置在甲板上。高压存储罐5没有具体示出，但是它们优选直立布置并且是复合材料罐形式。由此减轻重量并且也减少了运输的能量需求，使得可存储和运输更多的负载，同时实现每一个罐中负载的自然分离。

图3是显示了岸上接收设备的简化工艺示意图。接收设备包括高压装载臂20，用于装载来自船的负载；和高压卸载臂30，用于通过负载置换用处于高压下的返回气体来装载船的罐。重要的是要注意到输出压缩机26连接到用于使气体返回到船上的卸载臂，所述压缩机用于置换来自船的负载。卸载的气体通过处理负载从标准的处理装置提供，另外，根据需求或根据需要由示出的用于其他气体/返回气体的管线27供给其他气体。可能期望将例如CO₂作为返回气体传送到船上。来自输出压缩机26的气体根据需要通过与来自第一稳定化步骤的油在热交换器23中进行热交换而被冷却，以便不超过罐的最高温度。接收设备优选还包括与高压装载臂20连接的液体管线29中的泵28。可选地，提供具有与卸载臂30连接的泵(未示出)，用于通过置换来自船的负载用高压液体来装载船。

有利地，船上的分离出的较轻气体组分中的一部分可用于在船上产生能量。

此外，惰性气体优选地以氩的形式，可选地以CO₂或其他惰性气体的形式有利地布置在船上的罐之间，以降低着火的风险并且确保存储罐的低热损失。

冷却器有利地布置在船上，在存储罐和压缩机以及注入隔水管的上游，相对于海水或更冷的处理流进行冷却。在船上，有利地存在用于存储处于高压下的气体的一个或几个气体罐，特别地是在启动过程中用于“压回地层压井”。有利地，船未配备有在船上的任何用于操作处理装置的单独动力单元，因为优选地，船自身的机器可选地通过使用较轻的气体组分中的一部分可重新分配以满足所述需求。在所述系统的一个实施例中，最初从接收设备接收的液化CO₂被卸载并且经由注入泵或在气化后通过使用压缩机被注入，与此同时进行将油和较重气体组分装载到存储罐中。CO₂液体可通过位于CO₂液体与油和较重气体组分负载之间的水塞(water plug)通过置换从接收设备填充到船的罐中。优选使用随后被设置在罐之间的水塞对存储罐中的CO₂液体进行装载及其卸载。

井流体中可能存在的砂(sand)堆积在三相分离器中，并且如果存在脱气罐的话砂可能堆积在脱气罐中，因为这些单元的尺寸适于在装载/生产期间接收和存储砂。接收设备包括足够用于清洗和净化所述砂的的设备。当船布置成与接收设备连接时，分离器和可选的脱气罐可通过用水冲洗来清洗砂，因为在清洗过程中罐中气体的一定过压将导致水和砂混合物自然流到海岸上的砂处理罐。在接收设备中，将使用水和可能的化学药品来冲洗砂，直到其对于沉积来说足够干净为止。

船的存储罐优选为直立的复合材料高压存储罐，其直径约为3米和高度约为30米(215m³/罐，通常总共350个罐)。船的罐不易遭受腐蚀，因为它们由复合材料制成，并且其包括称作内衬的内部保护气密性屏障。

根据本发明的系统、方法和船可灵活地用于具有不同的或变化的GOR(气油比，Gas Oil Ratio)的油气田。低GOR的油在达50-60barg的压力下存储，在负载移动到构造用于通常150barg或更高的高压的专用气罐过程中去除较轻组分。任何气/液组合在理论上可送到船上的存储罐。在最高65℃下的温度、在低到约10barg，最大到约150barg的存储压力下使用该罐。通过气体组分与油混合的所期望的压力来确定操作压力，因为低浓度的较轻气体组分使得可使用较低压力。井流的压力被经过处理设备单元到用于油和较重气体组分的存储罐逐渐降低，因为存储罐中的最高压力(约150barg)用于高流动压力和/或用于高GOR的井，而存储压力随井压和GOR减小，因为罐上可能的最高存储压力有利地导致用于压缩和注入的能量消耗较低。优选地，使用船上存储罐中可能的最高压力来限制能量消耗和设备需求。船上的每一个罐将具有气体联接器和液体联接器，二者都优选位于罐的顶部，液体管道从内部向下进入底部，可选地，气体管道从顶部进入，液体管道从底部进入。船将通常包括多个罐部分或罐组。船上多支管系统使得能简单地适于为每一个罐部分装载，可选地，有利地并且连续地为各单个罐装载。

所述系统布置用于注入从存储罐置换出的气体，和注入从井流分离出的较轻气体组分，这意味着通过避免连续燃烧而显著降低了向空气的排放。在气体被压缩之前，其必须被冷却并且必须去除可能的冷凝物。气体压缩通过使用一个、两个或几个离心压缩机步骤来进行。通过使用冷却和随后在去液装置(deliquidiser)中进行的洗涤来从气体去除冷凝物。通常用于第一压缩机步骤的吸入压力为25-60barg，而第二压缩机步骤将具有约150barg的吸入压力。但是，压缩机压力优选通过使用压缩机的操作范围来适应能力要求，对于高流动性的井口压力来说，压缩机给出的来自入口分离器的吸入压力通常为150barg，从而最少仅需要一个压缩机。

在气体注入之前，所述气体通常被冷却以避免超过气体注入隔水管中允许的最高温度。如前面所述，注入气体可既用于气举又用于在启动之前为生产井加压，这意味着通过重新引导所有或部分注入气体的方向以对生产井进行“压回的地层压井”处理。在优选实施例中，压缩机也可用于注入甲醇以抑制形成水合物，在所述情况中，甲醇必须被加热至高于其沸点64.7℃。

与储气罐、优选在较高压力下的另外的气体罐和气体注入压缩机的结合在启动和停机时都有利地给出了很大的灵活性，并且使得可能从具有比先前有利可图的井压更低井压的井进行生产。由于通过置换进行装载和卸载，船不具有在船上的输出泵(卸载泵)，使得船具有较低的成本并且可承载更大的负载。

如果水力旋流器和脱气罐用于在倾倒或者净化之前净化水以在注水之前进一步提取碳氢化合物，则脱气罐将通常在低于上游分离器至少10bar的压力下操作，以便为水力旋流器提供足够的驱动力。

为了通过注入分离出的、可选地净化的水，以及注入可选地从接收设备接收的其他液体，从而用于储层中的压力支持，由于来自分离器的高传送压力，可选地来自脱气罐和存储罐的高传送压力，将仅需要一个注入泵，在注入泵上游无需任何其他加压泵。

接收设备是岸上的处理设备，其尺寸有利地适用于能够接收来自多于一艘船的负载，这减少了离岸设备和人员的数量。接收设备通常包括稳定化拖车和相关的再压缩拖车，以便将分离出的气体和可能存在的其他气体和/或液体带回到船。稳定化拖车包括至少两个压力逐渐减小的分离器，并且优选地通过与来自联接到通向船的气体管道的输出压缩机的气体进行热交换来加热供给流。

通过使用如前所述的通过置换进行的装载和卸载，除了降低能量需求之外，还避免与水合物形成风险和管道和阀的冷冻风险相关的低温。但是，通过置换从接收设备对船进行卸载不是必须的。在卸载过程中，油和较重气体组分可经由节流阀从存储罐进入船上的分离单元，压力可由此减小到例如10barg，使得气体组分蒸发。然后，气体可由船上的压缩机再压缩，并且用于通过将气体导向罐来置换剩余的罐内容物，使得油可经由接收设备的装载臂进入接收设备。