СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕ ОБРАЗУЮЩЕЙ ПРОБКИ СУСПЕНЗИИ ГИДРАТА Российский патент 2011 года по МПК C10G75/04 B01F5/06 E21B21/12 

Уровень техники

Область, к которой относится изобретение

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к использованию затравки и/или получению сухих гидратов и предотвращению осаждения парафина без помощи химических реагентов и с минимальным использованием вращающегося или другого оборудования, потребляющего электроэнергию. Другие варианты относятся к предотвращению агломерации гидратов и предотвращению осаждения парафина в трубопроводе. Изобретение также относится к исключению использования оборудования под напряжением для плавления, измельчения или соскабливания твердых гидратов и осажденных парафинов с внутренней поверхности трубопроводов или промысловых трубопроводов. Кроме того, исключается необходимость в контурах рециркуляции. В еще одном варианте осуществления исключается необходимость разделения потока скважины на два потока. В другом аспекте изобретение также избегает использования вращающегося или другого механизированного оборудования, которое требует вмешательства передвижного аппарата с дистанционным управлением для поддержания и ремонта в подводных операциях. Кроме того, варианты осуществления изобретения исключают необходимость двойных трубопроводов. Другие варианты осуществления относятся к исключению необходимости нагрева и изолирования трубопроводов для предотвращения образования гидратов и предотвращения осаждения парафина, таким образом снижая стоимость промысловых трубопроводов.

Обсуждение уровня техники

Среди наиболее трудных проблем в нефте- и газодобыче находится присутствие гидратов природного газа в трубопроводах и оборудовании для транспортировки. Также очень проблематичным является осаждение парафина в трубопроводах. Гидраты природного газа представляют собой подобное льду соединение, состоящее из молекул легких углеводородов, инкапсулированных в нестабильных в других обстоятельствах кристаллических структурах воды. Данные гидраты образуются при высоких давлениях и низких температурах всякий раз, когда присутствует подходящий газ и вода. Такие условия преобладают в трубопроводах "холодного течения", где трубопровод и текучие среды потока скважины не нагреты, и текучим средам потока скважины позволяют течь через нефтепровод при низкой температуре окружающей среды, часто встречающейся в подводных условиях. Однако поставка текучей среды потока скважины в условиях холодного течения является весьма желательной, поскольку при этом избегаются затраты на изоляцию трубопровода и нагревание трубопровода и содержащихся в нем текучих сред, но кристаллы газовых гидратов могут осаждаться на стенках трубопровода холодного течения и в связанном с ним оборудовании и в худшем случае привести к полному закупориванию системы. Для того чтобы вновь восстановить поток в забитом гидратами и/или парафином трубопроводе, могут быть необходимы дорогие и трудоемкие процедуры. В добавление к чисто экономическим последствиям также существуют многочисленные риски, связанные с образованием и удалением гидратов, и есть известные примеры разрыва трубопроводов и потерь человеческих жизней вследствие газовых гидратов в трубопроводах. Хотя гидраты обычно рассматриваются в качестве проблемы главным образом, газодобычи, в настоящее время есть достаточно свидетельств, что они также являются существенной проблемой для систем добычи конденсата и нефти. Осаждение парафина также является дорогой проблемой при добыче текучей среды, по природе содержащих соединения твердых углеводородов, обычно парафин, которые покрывают трубопроводы в течение добычи жидких углеводородов.

Известно несколько способов предотвращения или исключения гидратообразования и осаждения парафинов, и последующих проблем в трубопроводах, вентилях и другом эксплуатационном оборудовании, такие как, например, способы, описанные в публикации патента США №20040176650 и 20040129609, патенте США №6656366. Дополнительную информацию содержит статья, озаглавленная "Continuous Gas Hydrate Formation Process by Static Mixer of Fluids", Tajima et al. #1010 представленная на 5-й Международной конференции по газовым гидратам, Трондхейм, Норвегия, 13-16 июня 2005 года.

Современные способы профилактики или исключения образования гидратной пробки с использованием сухих гидратов могут включать, по минимуму, контур рециркуляции сухих гидратов, включающий в себя насос и/или дробилку. В таких способах непрерывная рециркуляция даже сухих гидратов в контуре рециркуляции ведет к непрерывному росту гидратов и образованию все более крупных гидратов, которые, если их непрерывно не измельчать на гидраты меньшего размера с использованием дробилки или аналогичного оборудования, в конечном счете, вырастут до достаточно крупного размера, чтобы вызвать закупоривание. К сожалению, насос или дробилка представляют собой энергопотребляющие части вращающегося оборудования, что может вызвать проблемы при подводном применении. Существуют две проблемы при использовании такого подводного электрического вращающегося оборудования. Во-первых, надежность вращающегося оборудования еще не является достаточной для планирования долговременной работы без многократной замены оборудования в течение типичного срока службы подводного трубопровода. Во-вторых, передача электроэнергии ограничена по расстоянию, таким образом ограничивая расстояние, на котором являются применимыми некоторые способы холодного течения.

Кроме проблем подачи электропитания для вращающегося оборудования в подводных применениях, имеются другие проблемы в современных методах холодного течения, например текучие среды, образующие "липкие гидраты". Если в течение процесса происходит незапланированная остановка, реактор и, возможно, магистральный трубопровод могут испытать полную гидратную пробку.

Некоторые предполагаемые решения для создания сухих гидратов для холодного течения включают вращающееся оборудование, такое как насос или дробилка. Например, предлагалось нижеследующее: использование модифицированного скребка со специальными устройствами очистки под давлением; подводные устройства замены скребков, действующие посредством передвижных аппаратов с дистанционным управлением; высокоскоростные устройства высокого сдвига; механические скребковые устройства, включая вращающуюся внутреннюю лопатку; волну околозвукового давления при гидравлическом ударе и гидравлический удар.

Многие способы предшествующего уровня техники используют оборудование, которое коммерчески не испытано, и некоторые из них требуют электричество. Кроме того, многие требуют обслуживание, что является особенно дорогим при подводных применениях.

Таким образом, существует необходимость в улучшенных способах использования затравки и/или получения сухих гидратов без помощи непрерывного нагнетания химических реагентов и с минимальным использованием вращающегося или другого энергопотребляющего оборудования.

Осаждение парафинов зависит от содержимого получаемой или перемещаемой текучей среды, но обычно имеет место после добычи, когда достигаются надлежащие условия температуры и давления.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно одному аспекту изобретения способ транспортировки углеводородов потока скважины, содержащих воду, через магистральный трубопровод включает затравливание реактора холодного течения частицами сухих гидратов, создание бокового потока сухих гидратов посредством отвода части углеводородов потока скважины в реактор, где углеводороды потока скважины содержат воду, и подачу бокового потока сухих гидратов в магистральный трубопровод для транспортировки к месту назначения с полным потоком скважины. Можно легко понять, что разделение потока скважины на два потока будет полезно для подгонки изобретения к существующим трубопроводам. В одном аспекте изобретения двойные промысловые трубопроводы будут применимы для расширения процесса холодного течения к условиям высокой обводненности завершающего периода эксплуатации месторождения. Один трубопровод можно использовать для течения дегазированной нефти обратно в скважину, чтобы уменьшить обводненность до величины ниже 50%. Кроме того, что касается сухих гидратов, в отдельных случаях может быть применимо нагревание на некотором оборудовании между устьем скважины и реактором холодного течения; нагревание часто применимо относительно определения времени предотвращения осаждения парафина. Когда используют нагревание, в некоторых примерах может быть применима изоляция на некотором оборудовании между устьем скважины и реактором холодного течения.

Согласно другому аспекту изобретения предлагается способ транспортировки углеводородов потока скважины, содержащих воду, через магистральный трубопровод, причем способ включает: создание суспензии сухих гидратов в отдельном реакторе, доставку суспензии под воду посредством нагнетательного составного шланга и подачу суспензии сухих гидратов потока скважины в магистральный трубопровод.

Согласно дальнейшим аспектам изобретения отдельный реактор можно разместить на платформе. Альтернативно, отдельный реактор можно разместить на берегу. Еще отдельный реактор можно разместить на плавучем объекте. Суспензия может включать сухие гидраты и жидкие углеводороды. Жидкость может представлять собой часть потока скважины, который надо транспортировать. По меньшей мере, один статический смеситель можно установить в секции магистрального трубопровода после точки, в которой боковой поток сухих гидратов подают в магистральный трубопровод.

Согласно дальнейшим аспектам изобретения парафин имеет температуру появления или температуру осаждения, ниже которой он отверждается в текущем углеводородном потоке. Отверждение часто представляет собой осаждение на внутренних стенках трубы, когда окружающая температура вне трубы ниже температуры углеводородного потока (и ниже температуры осаждения/появления/отверждения). Таким образом, устанавливается градиент температуры от центра трубы к внутренней стенке и остается для осаждения парафина или покрытия парафином, если только нормальный поток, обычно ламинарный по природе, не нарушается или не изменяется на турбулентный поток.

Согласно еще одному аспекту изобретения способ транспортировки углеводородов потока скважины, содержащих воду, через магистральный трубопровод включает создание бокового потока суспензии сухого гидрата отводом части скважинного потока углеводородов в реактор холодного течения, где скважинный поток углеводородов содержит воду, а реактор холодного течения содержит, по меньшей мере, один статический смеситель, и подачу суспензии в магистральный трубопровод для транспортировки к месту назначения с полным потоком скважины.

Согласно дальнейшим аспектам изобретения реактор холодного течения может быть подводным. Способ предполагает, что в реактор холодного течения вводят не более 5% от полного потока скважины для получения бокового потока сухих гидратов. Альтернативно, в реактор холодного течения вводят не более 1% от полного потока скважины для получения бокового потока сухих гидратов. Размер частиц сухих гидратов может находиться в диапазоне примерно от 1 до 30 микрон в диаметре. Реактор холодного течения может быть в форме трубы небольшого диаметра. Реактор холодного течения может включать чередующиеся трубы течения вверх и вниз. Чередующиеся трубы течения формируют дополнительный реактор холодного течения, и два холодных реактора могут быть соединены друг с другом. Способ предполагает, что примерно 10% от полного потока скважины вводят в дополнительный реактор холодного течения и весь отводимый поток скважины можно подать в струю потока скважины. В трубах течения вверх можно установить статические смесители. По меньшей мере, один статический смеситель можно установить в секции магистрального трубопровода после точки, в которой боковой поток сухих гидратов подают в магистральный трубопровод.

Согласно одному аспекту изобретения способ транспортировки углеводородов потока скважины, содержащих воду, через магистральный трубопровод включает создание бокового потока суспензии сухих гидратов отводом части углеводородов потока скважины в реактор холодного течения, причем углеводороды потока скважины содержат газообразную фазу и жидкую фазу, заполнение реактора холодного течения потоком скважины, причем реактор включает присоединение газ-текучая среда к резервуару для хранения газа, чтобы дать возможность отделить газообразную фазу потока скважины от жидкой фазы потока скважины, и подачу суспензии в магистральный трубопровод для транспортировки к месту назначения с полным потоком скважины.

Согласно другому аспекту изобретения способ транспортировки углеводородов потока скважины, содержащих воду, через магистральный трубопровод включает создание бокового потока суспензии сухих гидратов отводом части углеводородов потока скважины в реактор холодного течения, где реактор представляет собой реактор с падающей пленкой, и подачу суспензии в магистральный трубопровод для транспортировки к месту назначения с полным потоком скважины.

Согласно дальнейшим аспектам изобретения отведенную часть потока скважины можно нагнетать в реактор холодного течения вдоль стенок реактора. Способ далее предполагает нагнетание воды и газа высокого давления в реактор с падающей пленкой для получения сухого гидрата вдоль стенок реактора. Нагнетаемую воду и газ высокого давления можно отделить от бокового потока суспензии сухих гидратов перед подачей суспензии в магистральный трубопровод. В секции магистрального трубопровода после точки, в которой боковой поток сухих гидратов подают в магистральный трубопровод, можно установить, по меньшей мере, один статический смеситель.

Согласно еще одному дальнейшему аспекту изобретения способ транспортировки углеводородов потока скважины, содержащих воду, через магистральный трубопровод включает создание бокового потока суспензии сухих гидратов отводом части углеводородов потока скважины в реактор холодного течения, где углеводороды потока скважины содержат воду, и реактор холодного течения представляет собой трубу с шероховатыми стенками, и подачу суспензии в магистральный трубопровод для транспортировки к месту назначения с полным потоком скважины.

Согласно дальнейшему аспекту изобретения система транспортировки углеводородов потока скважины, содержащих воду, включает магистральный трубопровод и реактор холодного течения, установленный в трубопроводе или трубе, соединенной с магистральным трубопроводом. Часть или весь поток скважины подают через реактор холодного течения. Система по существу не содержит оборудование под напряжением.

Согласно одному аспекту изобретения система транспортировки углеводородов потока скважины, содержащих воду, включает магистральный трубопровод и нагнетательный составной шланг, присоединенный к оборудованию выше уровня моря. Альтернативно, реактор холодного течения установлен под водой, и трубопровод или труба соединен(а) с магистральным трубопроводом, где часть потока скважины подают через реактор холодного течения. Система по существу не содержит оборудование под напряжением.

Согласно другому аспекту изобретения система транспортировки углеводородов потока скважины, содержащих воду, включает магистральный трубопровод и трубопровод или трубу, присоединенные к магистральному трубопроводу, где часть потока скважины подают через реактор холодного течения. Система по существу не содержит оборудование под напряжением. Реактор холодного течения включает в себя, по меньшей мере, один статический смеситель.

Согласно дальнейшему аспекту изобретения система транспортировки углеводородов потока скважины, содержащих воду, включает магистральный трубопровод и реактор холодного течения, установленный в трубопроводе или трубе, присоединенных к магистральному трубопроводу, где часть потока скважины подают через реактор холодного течения, где система по существу не содержит оборудование под напряжением, и реактор холодного течения включает в себя присоединение газ-текучая среда к резервуару для хранения газа.

Согласно еще одному дополнительному аспекту изобретения система транспортировки скважинного потока углеводородов, содержащих воду, включает магистральный трубопровод и реактор холодного течения, установленный в трубопроводе или трубе, присоединенных к магистральному трубопроводу, где часть потока скважины подают через реактор холодного течения, где система по существу не содержит оборудование под напряжением, и реактор холодного течения включает в себя реактор с падающей пленкой.

Согласно еще одному дальнейшему аспекту изобретения система транспортировки скважинного потока углеводородов, содержащих воду, включает магистральный трубопровод и трубопровод или трубу, присоединенные к магистральному трубопроводу, где часть потока скважины подают через реактор холодного течения, где система по существу не содержит оборудование под напряжением, и трубопровод или труба имеют шероховатые стенки.

Согласно еще одному дополнительному аспекту изобретения способ получения углеводородов включает любой из вышеуказанных способов и систем транспортировки углеводородов или их ряд, как только углеводороды добывают из устья скважины. Углеводороды предпочтительно составляют более 50% от общего объема жидкости. Углеводороды газообразной фазы наиболее предпочтительно составляют менее 50% от общего объема трубопровода.

В других дальнейших вариантах осуществления предлагается способ получения сухих гидратов, включающий: пропускание потока углеводородов, содержащих газ и один или несколько гидратообразующих газов, через реактор холодного течения, причем указанный реактор холодного течения содержит один или более расположенных в нем статических смесителей, уменьшение размеров капель указанной воды в указанном потоке углеводородов посредством пропускания указанного потока углеводородов через указанный один или более статических смесителей и превращение, по меньшей мере, части указанной воды в сухие гидраты. Реактор холодного течения может располагаться внутри или формировать часть трубопровода для транспортировки углеводородов. Альтернативно, реактор холодного течения можно расположить снаружи трубопровода для транспортировки углеводородов, причем в данном случае реактор холодного течения получает боковой поток углеводородов.

Согласно еще одному дополнительному аспекту изобретения предлагается способ предотвращения осаждения парафина и получения прокачиваемой текучей среды жидкого углеводорода и парафиновых компонентов, включающий транспортировку указанной текучей среды через трубу, присоединенную к реактору, включающему в себя статический смеситель, и через указанный реактор до того или в течение того, как температура падает ниже температуры появления парафина. Текучие среды перемешивают в зоне статического(их) смесителя(ей), в результате приводя к мелкодисперсным твердым частицам парафина, которые транспортируются с текучей средой, а не покрывают/осаждаются на стенках трубопровода. Затем текучие среды транспортируют на технологическое оборудование без существенного увеличения вязкости текучей среды.

Статические смесители, когда расположены соответственно, нарушают, как правило, нормальный ламинарный тип потока, который в противном случае позволил бы парафину осаждение на стенках трубы, и создают турбулентный поток, который удерживает образовавшиеся частицы парафина в текущей среде.

Поблизости от устья скважины или другого источника текучей среды можно использовать теплообменник с тем, чтобы определить режим давления/температуры осаждения парафина поблизости от такого устья скважины или источника. Так, статический(е) смеситель(и) можно расположить в зоне, чтобы ускорить образование частиц парафина и предотвратить осаждение на стенках трубопровода. Более того, добытый поток можно подвергнуть воздействию статического(их) смесителя(ей) в зоне внутри примерно километра, или полукилометра, или одной трети километра от источника, обычно примерно в пяти минутах, или семи минутах, или десяти минутах времени и расстояния течения. Это можно использовать для трубопроводов добычи или распределения и имеет большую применимость как в подводной, так и арктической окружающей среде.

Антиагломеранты применимы для остановки, хотя химические реагенты, как правило, в течение стационарного потока не используют по данному изобретению.

Другие иллюстративные варианты осуществления и преимущества настоящего изобретения можно установить, рассматривая настоящее описание и сопровождающие чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение дополнительно раскрыто в подробном описании, которое следует ниже, со ссылкой к указанному множеству чертежей посредством неограничивающих примеров вариантов осуществления настоящего изобретения, где аналогичные номера позиций представляют аналогичные части на всех чертежах, и где:

фиг.1 иллюстрирует сравнительную диаграмму среднего диаметра Саутера при двух расположениях статического смесителя;

фиг.2 иллюстрирует осуществление чередующихся секций течения вверх-вниз реактора сухих гидратов;

фиг.3 иллюстрирует ступенчатую 3-реакторную конструкцию для создания бокового потока сухих гидратов;

фиг.4 иллюстрирует соединительный шланг вспомогательного плавучего объекта для поставки сухого гидрата в поток скважины;

фиг.5 иллюстрирует упрощенный подход к реактору сухих гидратов;

фиг.6 иллюстрирует дендритный рост гидратов на каплях воды в реакторе холодного течения согласно одному или нескольким вариантам осуществления настоящего изобретения;

фиг.7 иллюстрирует дендриты, отделенные от капель воды, показанных на фигуре 6;

фиг.8 иллюстрирует реактор затравливания сухих гидратов с падающей пленкой;

фиг.9 иллюстрирует статический смеситель в магистральном трубопроводе для увеличения тепло- и массопереноса в течение получения сухих гидратов;

фиг.10 иллюстрирует трубчатый реактор затравливания гидратов с шероховатой стенкой;

фиг.11 иллюстрирует отношение среднего диаметра Саутера (SMD) к диаметру трубы, получаемое статическим смесителем, в виде функции от числа Вебера (We) для различных дисперсий жидкость-жидкость;

фиг.12 иллюстрирует зависимость общей площади поверхности капель воды от скорости нефти на выходе 5 элементного статического смесителя; и

фиг.13 иллюстрирует расположение статического смесителя в магистральном трубопроводе для транспортировки углеводородов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В следующем ниже подробном описании конкретные варианты осуществления настоящего изобретения описываются в связи с предпочтительными вариантами его осуществления. Однако в пределах, что следующее ниже описание является специфическим для конкретного варианта осуществления или конкретного использования настоящего изобретения, оно, как подразумевается, является только иллюстративным и единственно предоставляет сжатое описание иллюстративных вариантов осуществления. Соответственно, изобретение не ограничивается конкретными вариантами осуществления, описанными ниже, а скорее изобретение включает все варианты, модификации и эквиваленты, попадающие в истинный объем прилагаемой формулы изобретения.

Настоящее изобретение предлагает использование сухих гидратов и отверждение парафина таким способом, который не представляет проблем, связанных с описаниями предшествующего уровня техники. Настоящее изобретение также предлагает способы затравливания и/или изготовления сухих гидратов без помощи химических реагентов и с минимальным использованием вращающегося или другого оборудования, находящегося под напряжением.

Настоящее изобретение дополнительно демонстрируется следующими вариантами осуществления.

В одном варианте настоящего изобретения частицы сухих гидратов маленького диаметра помещают в реакторные трубопровод или трубу, выполненные с возможностью помещения в сообщение по текучей среде с потоком скважины перед запуском. Частицы сухих гидратов используют для затравливания полного потока скважины. Небольшую часть полного потока скважины однократно пропускают через реактор холодного течения. Сухие гидраты можно было бы загрузить в течение или после сооружения трубопровода, перед эксплуатацией влажного потока скважины или перед тем, как поток скважины начинает добычу воды. В противоположность обычному взгляду, что необходимо избегать помещения гидратов в трубопровод нарочно из-за общего представления, что гидраты при остановке трубопровода могут слиться в одну огромную гидратную массу, которая закупорит трубопровод, настоящее изобретение доказывает, что преимущество обеспечения затравочных кристаллов сухих гидратов состоит в том, что оборудование можно запустить, используя такой же процесс, который разработан для перезапуска после запланированной или незапланированной остановки. Сухие гидраты, применимые в данном варианте осуществления, можно получить, используя подходящий метод формирования частиц сухих гидратов. В одном или нескольких вариантах осуществления сухие гидраты формируют, используя трубу маленького диаметра и/или статический смеситель, как описано в настоящем описании. В отличие от других методов доставки частиц сухих гидратов в поток скважины частицы сухих гидратов в настоящем варианте осуществления не рециркулирует в контуре. Как объяснено выше, непрерывная рециркуляция даже сухих гидратов в контуре, содержащем жидкую воду, приводит к непрерывному росту гидратов и образованию все более крупных гидратов, которые без непрерывного измельчения на гидраты меньшего размера с использованием дробилки или аналогичного оборудования в конечном счете выросли бы достаточно крупными, чтобы вызвать закупоривание. Таким образом, в одном или нескольких вариантах осуществления настоящее изобретение представляет собой любой из других вариантов осуществления, описанных здесь, где сухие гидраты формируют без рециркуляции гидратов в контуре рециркуляции.

В одном или нескольких других вариантах осуществления настоящего изобретения оборудование, такое как манифольды, вентили, резервуары, трубопроводы, буровые штанги и т.д., можно предварительно заполнить суспензией сухих гидратов в течение подводной сборки, поддерживая давление и низкую температуру в оборудовании в течение сборки. Суспензия сухих гидратов будет сохраняться низкой температурой и высоким давлением до времени запуска трубопровода от нефтедобывающей скважины. Поскольку суспензии сухих гидратов не агломерируются при таких условиях в отсутствие контура рециркуляции, нет трудности в поддержании потока текучей среды при запуске. Поэтому настоящее изобретение можно применить с несколькими различными типами процессов управления гидратообразованием, включая нагнетание химических реагентов, изолированный трубопровод, процессы холодного течения любого типа и т.д.

В другом варианте осуществления сухие гидраты доставляют в подводный реактор холодного течения через составной шланг нагнетания химического реагента. Сухие гидраты можно сформировать в отдельном реакторе, не связанном или соединенном с магистральными трубопроводами для потока скважины. Например, фиг.6 иллюстрирует соединения и оборудование, которые можно использовать в данном варианте осуществления настоящего изобретения. Отдельный реактор может располагаться на платформе или на берегу моря или в резервуаре плавучей системы нефтедобычи, хранения и выгрузки, иллюстрируемой, в общих чертах, на фиг.4 вспомогательным плавучим основанием 1. Сухие гидраты переносятся через составной шланг 2а в поток жидких углеводородов, обеспечивая хорошие характеристики течения суспензии. Давление и температуру текучих сред в составном шланге поддерживают внутри параметров стабильности гидратов. Это можно осуществить, используя текучие среды из потока скважины, который необходимо обработать, или используя текучие среды, которые наилучшим образом подходят для рабочих параметров давление-температура составного шланга. Количество сухих гидратов, доставляемых составным шлангом, мало по сравнению с полным объемом потока скважины. Сухие гидраты доставляют к подводному манифольду 3, который находится в сообщении по текучей среде со скважиной 4 и трубопроводом 5. Текучие среды манифольда передают к реактору на вспомогательном плавучем основании 1 через составной шланг 2b. Альтернативно, вместо вертикальной доставки по составному шлангу текучих сред к плавучему основанию и возврата твердых сухих гидратов в трубопровод можно иметь стандартный одиночный составной шланг, который используют для передачи нагнетаемых веществ от оборудования поблизости от выхода трубопровода к точке нагнетания рядом со скважиной. Текучие среды, удаляемые из трубопровода у установки подготовки нефти, будут использоваться для создания суспензии сухих гидратов, которую передают через одиночный составной шланг к точке нагнетания поблизости от скважины. Никакое дополнительное оборудование для хранения нагнетаемых химических реагентов не требуется, поскольку нагнетаемое вещество представляет собой воду, нефть и природный газ, которые оказываются в установке подготовки нефти.

В одном или нескольких дополнительных вариантах осуществления настоящего изобретения сухие гидраты создают под водой в реакторе холодного течения, используя статические смесители. В одном или нескольких дополнительных вариантах осуществления реактор холодного течения представляет собой трубу небольшого диаметра, имеющую диаметр примерно 0,5-10 см, предпочтительно примерно 0,5-5 см и более предпочтительно примерно 1-3 см. Статический смеситель формирует дисперсии небольших капель воды в нефти, что приводит к быстрому превращению воды в гидраты без агломерации. Альтернативно, дисперсии небольших капель воды можно сформировать протеканием полного потока скважины через форсунку. Однако форсунка будет приводить к очень большому перепаду давления.

Никакого существенного перепада давления не возникает в результате статического перемешивания или от "липких" гидратов, поскольку последние не присутствуют. С неожиданными остановками можно справиться несколькими путями. Например, участок статического перемешивания реактора сухих гидратов можно разместить выше трубопровода полного потока скважины в точке, где текучие среды отбирают для реактора сухих гидратов. Если статический смеситель находится в наклонном положении относительно выхода реактора сухих гидратов, сухие гидраты будут сползать к входу реактора. Жидкая вода будет стекать обратно в трубопровод полного потока скважины. В другом примере, труба малого диаметра реактора сухих гидратов может быть ниже чем, и вытесненной полным потоком скважины с сухими гидратами ниже по потоку от точки, в которой смешивают затравочные кристаллы и полный поток скважины. Сухие гидраты можно перезапустить нормальным рабочим давлением трубопровода. Нет необходимости сбрасывать давление в трубопроводе и повторно запускать при низком давлении, чтобы избежать осаждения твердых гидратов и закупоривания. Преимущество статических смесителей состоит в том, что затравочному реактору холодного течения нет необходимости работать при низкой объемной газообразной фракции, чтобы быть эффективным при создании сухих гидратов статическим смесителем. Реактор холодного течения, содержащий статический смеситель или смесители, может находиться в сообщении по текучей среде связи с потоком скважины через боковой поток, отобранный из потока скважины непосредственно или косвенно. Альтернативно, если концентрация газа достаточно низкая, статический смеситель можно разместить непосредственно в самом потоке скважины. В данном варианте осуществления часть самого трубопровода потока скважины служит в качестве реактора холодного течения для формирования сухих гидратов. В одном или нескольких вариантах осуществления объемная фракция газа составляет менее 10 процентов от полного потока скважины без статических смесителей. Объемная фракция газа может составлять примерно 0-50% со статическими смесителями.

В одном или нескольких дополнительных вариантах осуществления настоящего изобретения сухие гидраты создают под водой в секции реактора холодного течения магистрального трубопровода, используя статические смесители. В одном или нескольких вариантах осуществления секция реактора холодного течения может представлять собой один или несколько статических смесителей. Статические смесители создают дисперсии небольших капель воды в нефти, что приводит к быстрому превращению воды в гидраты без агломерации. Газ также диспергируется статическим(и) смесителем(ями), таким образом избегая других механизмов образования липких гидратов. Никакого существенного перепада давления не возникает в результате статического перемешивания или от "липких" гидратов, поскольку последние не присутствуют.

С неожиданными остановками можно справиться несколькими путями. Например, можно нагнетать термодинамические ингибиторы, такие как метанол или гликоли, выше по потоку и/или ниже по потоку от участка статического перемешивания в магистральном трубопроводе перед планируемой остановкой, в течение остановки и/или после запуска. Альтернативно, можно нагнетать ингибиторы гидратообразования низкой дозировки выше по потоку и/или ниже по потоку от участка статического перемешивания в магистральном трубопроводе перед планируемой остановкой, в течение остановки и/или после запуска. Конкретно, можно нагнетать антиагломерант до, в течение и/или после остановки для содействия образованию суспензии гидратов.

Магистральный трубопровод может разделиться на две секции: (1) секцию холодного течения со статическими смесителями или другим оборудованием для создания сухих гидратов и (2) свободную секцию трубопровода для цели байпасирования секции холодного течения при внутренней очистке магистрального трубопровода скребками. Преимущество статических смесителей состоит в том, что секция реактора холодного течения не будет нуждаться в функционировании при низкой объемной газообразной фракции, чтобы быть эффективной для создания сухих гидратов статическими смесителями. В данном варианте осуществления реактор холодного течения, содержащий статический смеситель или смесители, получает большую часть или все количество текучей среды в полном потоке скважины непосредственно из трубопровода. В данном варианте осуществления часть трубопровода потока скважины сама служит в качестве реактора холодного течения для формирования сухих гидратов. Статические смесители, используемые согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, служат для диспергирования воды и газа в текучих средах потока скважины на капли воды и газа меньшего размера, которые относительно быстро и полностью превращаются в сухие гидраты, не требуя затравочные гидраты. То есть, гидраты образуются непосредственно в полном потоке скважины без бокового генератора/реактора. Выделение газа и/или воды может быть включено в магистральный трубопровод до секции создания холодного течения.

Статические смесители, используемые согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, служат для диспергирования воды и газа в текучих средах потока скважины на капли воды и газа меньшего размера, которые относительно быстро и полностью превращаются в сухие гидраты, не требуя рециркуляции гидратов. То есть, гидраты образуются и затем непосредственно помещаются в поток скважины без циркуляции в контуре рециркуляции.

Был определен диаметр капель воды, чтобы влиять на образование сухих гидратов. Когда газообразная фаза отсутствует, действительно нет необходимости диспергировать воду на капли 1-30 микрон для получения сухих гидратов. Меньшие диаметры капель воды, как полагают, как правило, лучше для образования сухих гидратов, но считается, что можно использовать широкий диапазон диаметров капель воды. Так, в одном или нескольких вариантах осуществления сухие гидраты, используемые в вариантах осуществления настоящего изобретения, формируют, используя капли воды, имеющие диаметры менее чем или равные примерно 30 микрон, или менее чем или равные примерно 15 микрон, или менее чем или равные примерно 10 микрон, или менее чем или равные примерно 7 микрон. Известно, что диаметр капель зависит от вязкости капель и непрерывной фазы, градиента скорости сдвига (или скорости текучей среды) и поверхностного натяжения между каплей и непрерывной фазой. В статическом смесителе диаметр капель снижается, поскольку градиент скорости сдвига увеличивается. Соотношение между диаметром капель и вышеуказанными факторами хорошо известно специалистам в данной области и может быть рассчитано, используя известные соотношения.

Капли воды стремятся слиться вниз по потоку от секции статического смесителя. Сила тяжести является сильным ускорителем коалесценции, поэтому весь реактор предпочтительно содержит статические смесители, реактор предпочтительно следует ориентировать вертикально, или диаметр реактора может быть настолько большим, насколько это практично, чтобы минимизировать коалесценцию в течение стадии формирования гидратов. Заполнение всей линии смесителями может накладывать излишнее падение давления. Более короткие расстояния осаждения в горизонтальной трубе способствуют большей коалесценции капель, поэтому пропорционально немногое получают увеличенным диаметром трубы. Поэтому вертикальная ориентация является предпочтительным способом, хотя можно осуществить комбинации способов. Фиг.1 показывает сравнительную диаграмму, которая сравнивает размер капель воды для вертикальной и горизонтальной ориентации статического смесителя и последующей трубчатой секции для различных видов нефти и других углеводородов. Базисная линия 10 представляет 45-градусную линию для графика. Символы, представленные точками 20, 21, 22, 23, 24 и 25, показывают графически нанесенные результаты для соответственно сырой нефти Conroe, 2 м/с; додекана, 2 м/с; сырой нефти Conroe, 10 м/с; сырой нефти Conroe, 5 м/с; додекана, 10 м/с и додекана, 5 м/с. Затененная область на фиг.1, обозначенная номером позиции 26, представляет область значительной коалесценции капель. Как можно заметить из фиг.1, вертикально ориентированные статические смесители поддерживают меньший размер капель более эффективно, чем горизонтально ориентированные смесители.

Для эффективной сборки узла вертикально ориентированного статического смесителя на расстоянии, которое может потребоваться для полного или почти полного формирования гидратов, один или несколько вариантов осуществления настоящего изобретения могут применить ступенчатое размещение чередующихся секций течения вверх-вниз в реакторе сухих гидратов. Такой вариант осуществления иллюстрируется на фиг.2, которая показывает ряд связанных секций, имеющих секции течения вверх с элементами статического смесителя 27, за которыми следуют секции течения вниз без таких элементов. Частичное или почти полное формирование гидратов можно осуществить горизонтально с намного меньшим количеством статических смесителей и существенно меньшим расстоянием, чем можно завершить конверсию статическими смесителями. Однако как только сухие гидраты инициируются, если поток находится при высоких числах Рейнольдса, нет обязательной необходимости в дополнительных статических смесителях для завершения образования гидратов до 100%.

Масштабированное техническое решение сухой затравки по одному или нескольким вариантам осуществления настоящего изобретения может включать многоступенчатые реакторы возрастающей производительности. Ступенчатость будет обеспечивать наиболее эффективную конверсию всей воды в потоке скважины в сухой гидрат. Пример такого варианта осуществления, использующего трехреакторную конструкцию, показан на фиг.3. В трехреакторной конструкции первый реактор 31 берет примерно 1% жидкостей в потоке скважины 30 и превращает боковой поток воды в сухой гидрат. За первым реактором 31 следует второй реактор 32, в котором отводят дополнительные 10% жидкостей потока скважины. Поток сухих гидратов из первого реактора подают во второй реактор, чтобы вызвать более быстрое образование сухих гидратов. Наконец, поток сухих гидратов подают обратно в поток скважины (третий реактор), что вызывает превращение остающейся воды в сухой гидрат. Преимущество ступенчатой конструкции реакторов состоит в том, что можно получить больший тепло- и массоперенос и капли меньшего размера сохраняются в боковых потоках, в результате приводя к более быстрому и более полному превращению воды в сухой гидрат.

Площадь поверхности капель воды максимизируют, увеличивая до максимума скорость потока текучей среды через реакторную секцию статического смесителя или, другими словами, увеличивая число Рейнольдса. Данное требование может вести к предпочтению конструкций вертикального статического смесителя малого диаметра в сравнении с горизонтальными реакторами большого диаметра.

Фиг.5 показывает конструкцию затравочного реактора для инициирования роста сухих гидратов согласно одному варианту осуществления изобретения. Конструкция обладает преимуществом, состоящим в том, что она является относительно простой, не требует никакого оборудования с большим объемом обслуживания и не вводит режим образовании "липких" гидратов. Добытые текучие среды из скважины 50 поступают в манифольд 51. Менее чем примерно 5%, альтернативно, менее чем примерно 1% потока скважины отводят посредством бокового потока 52 в реактор сухих гидратов 53, который может включать статические смесители, как описано выше, или он может представлять собой трубу небольшого диаметра без статических смесителей. Воду в текучих средах потока скважины, поступающего в реактор холодного течения 53, используют для формирования частиц сухих гидратов, которые, в свою очередь, подаются обратно в поток скважины посредством обратного потока 54. В одном или нескольких вариантах осуществления частицы сухих гидратов имеют диаметр примерно 1-30 микрон, или примерно 1-20 микрон, или примерно 1-10 микрон, или примерно 1-5 микрон. При введении в текучие среды потока скважины в манифольде 51 частицы сухих гидратов будут действовать в качестве ядер затравки, вызывая формирование сухих гидратов в текучей среде потока скважины, имеющих диаметры в диапазоне примерно 10-100 микрон. Таким путем воду в полном потоке скважины превращают в сухие гидраты. Текучая среда потока скважины, содержащий сухие гидраты, затем подают в трубопровод 55.

В "Continuous formation of CO₂ hydrate via a Kenics-type static mixer," Energy & Fuels, Vol.18, pp.1451-1456, 2004 авторов Tajima et al. опубликованы данные для среднего диаметра капель с числом Вебера для потока CO₂ в воде (без жидкого углеводорода), из которого получали прокачиваемую суспензию гидратов для изоляции CO₂ в океане. Используя анализатор размера частиц Lasentec® D600X, авторами настоящего изобретения измерялось распределение капель воды в виде функции числа Вебера как в додекане, так и в сырой нефти, как показано на фиг.11, с результатами Tajima et al. Данные для дисперсий воды в нефти сравнимы с данными дисперсий CO₂, показывая, что статический смеситель диспергирует капли воды в нефти также эффективно, как CO₂ в воде. В отношении фиг.11 экспериментальные точки, иллюстрируемые точками 110, представляют результаты, сообщенные Tajima et al. для диоксида углерода в воде, экспериментальные точки, иллюстрируемые точками 111, представляют результаты, полученные авторами настоящего изобретения для воды в сырой нефти Conroe, и экспериментальные точки, иллюстрируемые точками 112, представляют результаты, полученные авторами настоящего изобретения для воды в додекане.

Фиг.12 показывает, что общая площадь поверхности капель увеличивается со скоростью на всем протяжении статических смесителей. Увеличенная площадь поверхности капель позволяет достичь большей конверсии воды и способствует росту сухих гидратов. В отношении фиг.12 кривые 120 и 125 представляют зависимость общей площади поверхности капель воды от скорости нефти (на выходе пятиэлементного статического смесителя) для сырой нефти Conroe и додекана соответственно.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения сухие гидраты создают под водой в реакторе холодного течения, представляющем собой трубу малого диаметра, исключением большей части газообразной фазы. Это осуществляют пассивным отделением жидкости от газа. Гидраты, получаемые данным способом, не являются липкими. Текучая среда с низким содержанием газа формирует маленькие частицы гидрата, которые диспергируются в нефти с быстрым превращением воды в гидраты без агломерации. Никаких результатов перепада давления не наблюдалось в данном варианте осуществления настоящего изобретения. Поскольку "липкие" гидраты не создавались, никакого существенного перепада давления не наблюдалось. С неожиданными остановками можно справиться несколькими путями. Например, реактор затравочных кристаллов сухих гидратов можно поместить выше трубы полного потока скважины в точке, где отбирают текучие среды для реактора сухих гидратов. Если большая часть реактора наклонена в направлении потока к выходу реактора сухих гидратов, сухие гидраты будут оседать к входу реактора. Жидкая вода будет сливаться обратно в трубу полного потока скважины. Другой пример: труба малого диаметра реактора сухих гидратов может быть ниже чем, и вытесненной полным потоком скважины с сухими гидратами ниже по потоку от точки, в которой смешивают затравочные кристаллы и полный поток скважины. Сухие гидраты можно перезапустить обычным рабочим давлением трубопровода. Сухие гидраты можно удерживать в реакторе посредством стандартных запорных вентилей, таких как используемые на большинстве нефтепроводов.

Одно преимущество данного варианта осуществления состоит в исключении падения давления, ожидаемого при использовании статических смесителей.

Использование ультранизкого объема газа в трубе, в которой течет нефть и вода, для формирования гидратов с малым диаметром, как считается, предоставляет неожиданные результаты.

В одном таком варианте осуществления трубу предпочтительно переполняют (95% нефти и 5% воды), чтобы исключить поверхность раздела газ/вода и формирование гидратной пробки. Формирование дендритных гидратов можно форсировать, ограничивая массоперенос газообразной фазы в фазу нефти. Как показано на фиг.6, дендриты, формирующиеся на каплях воды, не контактируют с границей раздела газ/вода, поскольку нет отдельной газообразной фазы. На фиг.6 труба 60 соединяет трубу 61 с газовым резервуаром (или резервуаром другого углеводорода). Труба 60 содержит нефть 62, над которой помещают газ 63, например метан или природный газ. Дендриты гидратов 64 показаны растущими на каплях воды. Направление турбулентного потока показано стрелкой 65. Обращаясь теперь к фиг.7, турбулентный поток затем вызывает отделение дендритов от капель воды. Турбулентный поток в конечном счете приводит к тому, что дендриты 64 отламываются от капель воды и в конечном итоге образуют маленькие гранулы 70. Общая конверсия воды в гидраты имеет место без агломерации гидратов.

В экспериментах с потоком в контуре, в которых выше объема жидкости присутствует газовое пространство, образуются "липкие" гидраты. "Липкие" гидраты возникают в виде крупных кашеобразных агрегатов, которые вызывают значительное падение давления по контуру.

Неожиданно оказалось, что наблюдается образование сухих гидратов, когда присутствует незначительное количество газообразной фазы, или она отсутствует при одних и тех же условиях образования. Они имеют вид мелкодисперсного осадка, который осаждается, когда поток текучей среды останавливают. При получении данных сухих гидратов по контуру имеет место очень незначительное увеличение падения давления.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение предлагает другой пассивный способ формирования сухих гидратов малого диаметра, используя реактор с падающей пленкой в качестве реактора холодного течения. Конструкция реакторов с падающей пленкой хорошо известна в химической промышленности. Например, большинство детергентов изготавливают в реакторах с падающей пленкой. Существуют как крупномасштабные конструкции реактора с падающей пленкой, так и конструкции микрореакторного масштаба. Все данные реакторы обладают преимуществом, состоящим в значительном отношении поверхности к объему, что дает возможность улучшенного контроля процесса и регулирования теплообмена. Различные конструкции реактора включают одиночные трубы, многоканальные конструкции и параллельные пластины. Гидраты, формируемые падающей пленкой воды, нефти и газа будут маленькими в диаметре. Реакторы с падающей пленкой не имеют движущихся частей, делая данный способ очень надежным для подводных областей использования.

Фиг.8 показывает другой вариант осуществления настоящего изобретения, в котором реактор с падающей пленкой для получения затравки сухих гидратов содержит нефть, нагнетаемую вдоль стенок реактора. Поток воды нагнетают в виде водяной пыли газом высокого давления, что побуждает лимитируемый водой рост гидратов. Падающая нефтяная пленка захватывает затравочные кристаллы сухих гидратов и доставляет их в поток скважины в отсутствие пузырьков газа. Обращаясь к фиг.8, воду и газ высокого давления, показанные номерами позиций 80 и 81 соответственно, вводят в верхнюю часть реактора с падающей пленкой. Нефть 82 нагнетают вдоль стенок реактора. Сухие гидраты в падающей нефтяной пленке вытекают из реактора в положении 83.

Энергию, требующуюся для реактора с падающей пленкой, можно обеспечить температурами реагирующих текучих сред, поддерживая надлежащие отношения потоков текучих сред. Энергетический баланс закрытого реактора с падающей пленкой можно определить, используя уравнения и методы, хорошо известные специалистам в данной области. Такие вычисления баланса энергии показывают, что можно сконструировать закрытую реакторную систему, чтобы получить гидрат без зависимости от внешней конвекции. Реактор передает тепло внешней среде и может быть сконструирован с внешними ребрами для максимального увеличения конвекции.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения статические смесители используют для смешивания затравочных гидратов с полным потоком скважины, в который вносят затравку, для того, чтобы достичь максимального переноса и теплопередачи для эффективного превращения воды в гидраты. Данный способ использует статический смеситель в магистральном трубопроводе в точке, в которой затравочные кристаллы сухих гидратов, получаемые по любому из обсужденных выше вариантов осуществления, объединяют с полным потоком скважины. Это будет приводить к более быстрой дисперсии жидкой воды с затравочными кристаллами сухих гидратов, избегая возможного образования значительных гидратных масс вследствие плохого перемешивания двух потоков или плохой теплопередачи в течение образования гидратов в магистральном трубопроводе.

Фиг.9 иллюстрирует другой вариант осуществления изобретения, включающий применение статического смесителя в магистральном трубопроводе для увеличения теплопередачи и массопереноса непосредственно ниже по потоку от нагнетания сухих гидратов. Сухие гидраты можно нагнетать через составной шланг, или они могут представлять собой приток из затравочного реактора. На фиг.9 затравочные кристаллы сухих гидратов вводят через трубу ввода 90 в текучие среды потока скважины, текущие в трубопроводе 91. Статические смесители 92 помещают ниже по потоку от трубы ввода 90. Как хорошо известно из уровня техники, добавление статических смесителей может являться причиной вплоть до 300% увеличения теплопередачи по сравнению с системой без смесителей (смотри, например, "Static mixing and heat transfer", C.D.Grace в Chemical and Process Engineering, pp.57-59, 1971). Поэтому, добавляя статические смесители, длину реактора можно уменьшить до 1/3 требуемой длины в случае, когда статические смесители не используют, в то же время достигая таких же скоростей теплопередачи.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение предлагает небольшую трубу с шероховатыми стенками для достижения такого же результата, как в статическом смесителе, т.е. поля высокого сдвига для формирования маленьких капель. Та же самая труба может быть такого же размера, как труба, обсужденная выше относительно статических смесителей в концепции реактора холодного течения. Фиг.10 показывает пример такого варианта осуществления для реализации трубопровода с шероховатыми стенками, чтобы вызвать увеличение массопереноса в течение гидратообразования. Более высокий сдвиг у стенки будет вызывать дробление капель воды на меньшие капли, таким образом увеличивая массоперенос. Обращаясь к фиг.10, трубу с шероховатыми стенками 100 присоединяют к трубопроводу 101, как показано. Боковой поток текучих сред потока скважины отбирается из трубопровода 101 и течет в трубу с шероховатыми стенками 100. Боковой поток в конечном счете соединяется с потоком текучей среды потока скважины ниже по потоку от точки, в которой боковой поток входит в трубу с шероховатыми стенками 100.

Падение давления на единицу длины, которое является результатом течения суспензии додекана в трубе, может быть легко определено в виде функции Re (число Рейнольдса) при нескольких We (числах Вебера) специалистами в данной области. Как можно определить из фиг.11, при We>200 размер капель значительно не изменяется. Поэтому, в одном или нескольких вариантах осуществления настоящего изобретения, труба с шероховатыми стенками будет иметь достаточно маленький диаметр, так что получают We, по меньшей мере, 200.

В качестве примера вышесказанного, если использовали реактор длиной 600 футов, в реакторе с диаметром 1/2 дюйма скорость потока при We=200 была бы 2,23 фут/с и Re=7350. Падение давления через реактор было бы 114 фунт/кв. дюйм. Время пребывания текучей среды в реакторе было бы 5 минут. Freer et al. в "Methane hydrate film growth kinetics," Vol.185, pp.65-75, 2001 измерили скорость роста пленки гидрата метана, составившую 325 микрон/с при 38°F при 1314 фунт/кв. дюйм абс. Поэтому капли с диаметром 100 микрон должны расходоваться в течение порядка секунды и должны иметь достаточное время для превращения.

На образование сухих гидратов и рост таких гидратов оказывает влияние множество факторов. Состав газа в реакторе и трубопроводе предпочтительно не изменяется в течение образования гидратов, поскольку это может снизить термодинамический потенциал и кинетическую движущую силу гидратообразования, посредством этого замедляя скорость гидратообразования и требуя, чтобы реактор был бы сконструирован намного более длинным, чем ожидалось бы в ином случае. Следующие ниже факторы играют значительную роль в том, значительно ли изменяется состав: 1) рабочее давление (чем выше, тем лучше; предпочтительно более чем 3000 фунт/кв. дюйм изб.); 2) обводненность (чем ниже, тем лучше; предпочтительно менее чем 10% объемных); и 3) начальный состав газа (чем ближе к составу в гидрате, тем лучше; предпочтительно более чем 8 мольн.% этана, пропана, бутанов и/или пентанов).

Высокие рабочие давления являются предпочтительными, поскольку пропорционально меньшие мольные доли газа расходуются для такого же количества образованных гидратов. Более низкая обводненность приводит к меньшему количеству образовавшихся гидратов, поэтому расходуется меньше мольных долей газа. Азеотропные условия имеются, когда гидрат расходует газ в такой же пропорции, как и композицию газа, не приводя в результате к изменению состава.

Фракция гидратообразующего газа (растворенного в жидкой нефти или присутствующего в виде газообразной фазы) предпочтительно является достаточной для превращения всей воды в реакторе в сухие гидраты. Предпочтительным условием является, чтобы компоненты гидратообразующего газа растворялись в нефтяной фазе. Причина состоит в том, что крупные пузырьки газа в реакторе могут приводить к большим частицам гидрата, которые захватывают жидкую воду, которая не полностью превратилась в гидраты, в результате приводя к "липким" гидратам. Либо количество воды предпочтительно меньше, чем растворенный гидратообразующий газ может превратить в гидраты, либо нефть предпочтительно способна быть перенасыщенной гидратообразующими газами до того, как текучие среды выходят из реактора. Поэтому конструкция затравочного реактора будет принимать в расчет скорость расходования гидратообразующих газов, растворенных в жидкости, и скорость повторного насыщения нефти.

Предпочтительно температура реактора сухих гидратов балансирует необходимость держать реактор близко, используя настолько низкую температуру, насколько возможно, и поддерживая скорость гидратообразования достаточно медленной, чтобы избежать агломерации частично конвертированных капель воды. Аналогично, температура зоны перемешивания затравочных кристаллов сухих гидратов с жидкой водой полного потока скважины является ключевой, поскольку жидкой воде предпочтительно не дают формировать липкие гидраты быстрее, чем затравочные кристаллы сухих гидратов конвертируют жидкую воду в сухие гидраты.

В другом аспекте изобретения любой из или ряд вышеуказанных способов и систем транспортировки углеводородов можно использовать в способе или системе для получения углеводородов из устья скважины. Углеводороды предпочтительно находятся в жидкой форме, и 50% или более общего объема жидкости составляет углеводород, и менее чем 50% общего объема трубопровода составляет газ. В еще одном варианте осуществления настоящее изобретение представляет собой способ получения углеводородов, включающий: подготовку скважины в резервуаре углеводородов; получение потока скважины, включающего углеводороды и воду из указанной скважины; отвод бокового потока указанного потока скважины в реактор холодного течения; причем указанный реактор холодного течения содержит расположенные в нем один или несколько статических смесителей; пропускание указанного бокового потока через указанный один или несколько статических смесителей; превращение, по меньшей мере, части воды в указанном боковом потоке в сухие гидраты без рециркуляции указанных сухих гидратов через указанный реактор холодного течения или через указанный один статический смеситель или несколько статических смесителей; подачу указанных сухих гидратов в указанный поток скважины для превращения по существу всей воды в указанном потоке скважины в сухие гидраты, посредством этого формируя поток скважины, включающий в себя сухие гидраты и углеводороды; транспортировку указанного потока скважины, включающего сухие гидраты и углеводороды, через трубопровод; извлечение указанных углеводородов из указанного трубопровода. Наблюдалось, что когда затравочные кристаллы сухих гидратов объединяют с потоком, содержащим жидкую воду, диаметры затравочных частиц растут пропорционально кубическому корню объемного отношения воды к затравке.

В еще одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ получения углеводородов, включающий: подготовку скважины в резервуаре углеводородов; получение потока скважины, включающего углеводороды и воду, из указанной скважины; отвод бокового потока указанного потока скважины в реактор холодного течения; превращение, по меньшей мере, части воды в указанном боковом потоке в сухие гидраты без рециркуляции указанных сухих гидратов через указанный реактор холодного течения; подачу указанных сухих гидратов в указанный поток скважины для превращения по существу всей воды в указанном потоке скважины в сухие гидраты, посредством этого формируя поток скважины, включающий в себя сухие гидраты и углеводороды; транспортировку указанного потока скважины, включающего сухие гидраты и углеводороды, через трубопровод; извлечение указанных углеводородов из указанного трубопровода.

В еще одном дальнейшем варианте осуществления предлагается способ получения углеводородов, включающий: подготовку скважины в резервуаре углеводородов; получение потока скважины, включающего углеводороды и воду, из указанной скважины; пропускание части или всего указанного потока скважины через реактор холодного течения, причем указанный реактор холодного течения имеет один или несколько расположенных в нем статических смесителей; уменьшение размеров капель указанной воды в части или во всем указанном потоке скважины пропусканием части или всего указанного потока скважины через указанный один статический смеситель или несколько статических смесителей; превращение, по меньшей мере, части указанной воды в сухие гидраты; подачу указанных сухих гидратов в указанный поток скважины для превращения по существу всей воды в указанном потоке скважины в сухие гидраты, посредством этого формируя поток скважины, включающий в себя сухие гидраты и углеводороды; транспортировку указанного потока скважины, включающего сухие гидраты и углеводороды, через трубопровод и извлечение указанных углеводородов из указанного трубопровода. Реактор холодного течения может располагаться внутри или формировать часть трубопровода. Альтернативно, реактор холодного течения располагают снаружи трубопровода, и в данном случае реактор холодного течения получает боковой поток указанного потока скважины.

Другой аспект изобретения представляет собой способ получения углеводородов из резервуара и пропускание углеводородов или их бокового потока через реактор, содержащий один или несколько статических смесителей с тем, чтобы превратить парафин в углеводородном потоке в частицы в потоке, а не осадить парафин на стенках трубы, через которую течет поток. Поток, выходящий из реактора, содержит отвержденные частицы парафина, поскольку текучая среда прошла через режим температуры и давления, при котором образуется парафин. Таким образом, парафин не осаждается в виде покрытия на трубе, поскольку он образуется в течение турбулентного потока от статических смесителей, а не осаждается ламинарно на стенках трубы. Нормальное осаждение парафина в ламинарном потоке может быть приписано снижению градиента температуры от центра потока к стенкам.

В то время как настоящее изобретение может быть доступно различным модификациям и альтернативным формам, обсужденные выше иллюстративные варианты осуществления были показаны в качестве примера. Однако снова следует понимать, что нет намерения ограничивать изобретение конкретными описанными здесь вариантами осуществления. Действительно, настоящие способы изобретения должны охватить все модификации, эквиваленты и варианты, попадающие внутрь сущности и объема изобретения, которые определены в следующей ниже прилагаемой формуле изобретения.

Настоящее изобретение относится к использованию затравки и/или получению сухих гидратов и предотвращению осаждения парафина без помощи химических реагентов и с минимальным использованием вращающегося или другого оборудования, потребляющего электроэнергию. Описан трубопровод, содержащий статический смеситель и имеющий углеводородный поток, текущий через него, причем указанный углеводородный поток содержит парафин выше температуры, при которой указанный парафин осаждается на внутренних стенках указанного трубопровода, причем указанный поток контактирует с указанным статическим смесителем либо при температуре, которая предотвращает осаждение парафина на стенках указанного трубопровода, либо в то время, как температура указанного углеводородного потока падает ниже температуры образования парафина, и формирует прокачиваемую текучую среду частиц отвержденного парафина в углеводородном потоке. Описан способ предотвращения осаждения парафина из углеводородного потока на стенки трубопровода, при котором пропускают указанный поток через статический смеситель для образования прокачиваемой текучей среды частиц отвержденного парафина в углеводородном потоке. Также описаны способ предотвращения осаждения твердого парафина и получения прокачиваемой текучей среды из потока жидкого углеводорода с парафиновыми компонентами, способ получения прокачиваемой текучей среды из потока жидких углеводородов с парафиновыми компонентами, гидратообразующими газами и водной или соляной фазой, способ получения прокачиваемой текучей среды из потока углеводородов, содержащего водную фазу и парафиновые компоненты, способ транспортировки скважинного потока углеводородов, содержащий воду, через магистральный трубопровод, при котором создают суспензии сухих гидратов, по меньшей мере, одним статическим смесителем и подают указанную суспензию сухих гидратов в указанный магистральный трубопровод, способ получения углеводородов и способ получения сухих гидратов, при котором пропускают, по меньшей мере, часть углеводородного потока, содержащего воду, через реактор холодного течения, посредством этого уменьшая размер капель указанной воды в указанном углеводородном потоке, и превращают, по меньшей мере, часть указанной воды в сухие гидраты, причем указанный реактор холодного течения содержит, по меньшей мере, один статический смеситель. Технический результат - исключение использования оборудования под напряжением для плавления, измельчения или соскабливания твердых гидратов с внутренних поверхностей нефтепроводов или трубопроводов. 10 н. и 32 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Трубопровод, содержащий статический смеситель и имеющий углеводородный поток, текущий через него, причем указанный углеводородный поток содержит парафин выше температуры, при которой указанный парафин осаждается на внутренних стенках указанного трубопровода, причем указанный поток контактирует с указанным статическим смесителем при температуре, которая предотвращает осаждение парафина на стенках указанного трубопровода и формирует прокачиваемую текучую среду частиц отвержденного парафина в углеводородном потоке.

2. Трубопровод по п.1, в котором указанный углеводородный поток представляет собой поток скважины.

3. Трубопровод, содержащий статический смеситель и имеющий углеводородный поток, текущий через него, причем указанный углеводородный поток контактирует с указанным статическим смесителем, в то время как температура указанного углеводородного потока падает ниже температуры образования парафина и формирует прокачиваемую текучую среду частиц отвержденного парафина в углеводородном потоке.

4. Способ предотвращения осаждения парафина из углеводородного потока на стенки трубопровода по п.1 или 3, при котором пропускают указанный поток через статический смеситель для образования прокачиваемой текучей среды частиц отвержденного парафина в углеводородном потоке.

5. Способ предотвращения осаждения твердого парафина и получения прокачиваемой текучей среды из потока жидкого углеводорода с парафиновыми компонентами, при котором транспортируют указанный поток через трубопровод, присоединенный к реактору, имеющему один или более статических смесителей, и пропускают указанный поток через реактор до того, как, или в течение того, как, температура падает, и парафин отверждается, причем поток перемешивают под действием одного или множества перемешивающих устройств, в результате получая мелкодисперсное парафиновое твердое вещество, которое не осаждается на трубопроводе или существенно не увеличивает вязкость текучей среды, и затем транспортируют текучую среду через трубопровод на обрабатывающее оборудование.

6. Способ по п.5, в котором реактор имеет средство удаления тепла из потока для понижения температуры текучей среды ниже температуры, при которой парафин отверждается.

7. Способ получения прокачиваемой текучей среды из потока жидких углеводородов с парафиновыми компонентами, гидратообразующими газами и водной или соляной фазой, при котором транспортируют указанный поток через трубопровод, присоединенный к реактору, имеющему один или более статических смесителей, и пропускают указанный поток через указанный реактор до того, как, или в течение того, как, температура текучей среды падает ниже температуры образования гидрата или температуры отверждения парафина, получая частицы сухих гидратов и твердые парафиновые вещества в реакторе, причем парафиновые компоненты и водную фазу перемешивают воздействием статических смесителей, в результате получая мелкодисперсные частицы гидрата и мелкодисперсные твердые парафиновые вещества, которые не осаждаются на трубопроводе или не агломерируются с другими твердыми веществами, и затем транспортируют полученную прокачиваемую текучую среду, содержащую указанные мелкодисперсные частицы гидрата и мелкодисперсные твердые парафиновые вещества, через трубопровод на обрабатывающее оборудование.

8. Способ по п.7, в котором реактор имеет средство удаления тепла из потока, чтобы получить температуру текучей среды ниже температуры гидратообразования и температуры отверждения парафина.

9. Способ получения прокачиваемой текучей среды из потока жидких углеводородов с парафиновыми компонентами, при котором транспортируют указанный поток через трубопровод, присоединенный к реактору, имеющему один или более статических смесителей, и пропускают указанный поток через реактор до того, как, или в течение того, как, температура текучей среды падает ниже температуры отверждения парафина, добавляют частицы сухих гидратов к потоку до реактора или в него, в результате получая мелкодисперсные парафиновые твердые вещества, которые не осаждаются на трубопроводе или не агломерируются с другими твердыми веществами, и затем транспортируют поток через трубопровод на обрабатывающее оборудование.

10. Способ по п.9, в котором указанные частицы сухих гидратов добавляют в указанный поток до указанного реактора, и гидратообразующие газы и фазы воды или соляного раствора превращают в сухие гидраты перед указанным реактором.

11. Способ получения прокачиваемой текучей среды из потока углеводородов, содержащего водную фазу и парафиновые компоненты, при котором осаждают или кристаллизуют парафиновые компоненты в указанном потоке за счет транспортировки указанного потока через трубчатый реактор, имеющий один или более статических смесителей, причем указанный реактор дополнительно имеет средство для снижения температуры указанного потока ниже температуры осаждения или кристаллизации парафиновых компонентов, таким образом, получая в указанном потоке мелкодисперсные твердые частицы, которые не осаждаются на трубопроводе или не растут до размера частиц, который препятствует потоку текучей среды в трубопроводе, и транспортируют указанные текучие среды через трубопровод на обрабатывающее оборудование.

12. Способ транспортировки скважинного потока углеводородов, содержащий воду, через магистральный трубопровод, при котором создают суспензии сухих гидратов, по меньшей мере, одним статическим смесителем и подают указанную суспензию сухих гидратов в указанный магистральный трубопровод.

13. Способ по п.12, в котором указанный, по меньшей мере, один статический смеситель находится в реакторе холодного течения, отдельного от указанного магистрального трубопровода.

14. Способ по п.13, в котором указанный реактор холодного течения расположен на платформе.

15. Способ по п.13, в котором указанный реактор холодного течения расположен на берегу.

16. Способ по п.13, в котором указанный реактор холодного течения расположен на плавучем объекте.

17. Способ по п.12, в котором указанная суспензия сухих гидратов содержит сухие гидраты в жидком углеводороде.

18. Способ по п.17, в котором указанный жидкий углеводород является частью указанного потока скважины.

19. Способ по п.12, в котором указанный магистральный трубопровод содержит, по меньшей мере, один второй статический смеситель, и указанную суспензию сухих гидратов подают в указанный магистральный трубопровод выше по потоку от указанного, по меньшей мере, одного второго статического смесителя.

20. Способ по п.13, в котором указанный реактор холодного течения включает трубу меньшего диаметра, по сравнению с указанным магистральным трубопроводом, и присоединенную по текучей среде от указанного магистрального трубопровода, и обратно к нему; и часть указанного скважинного потока углеводородов, содержащий воду, отводят в указанную трубу через указанный реактор для генерирования суспензии сухих гидратов, и обратно в указанный магистральный трубопровод.

21. Способ по п.13, при котором дополнительно затравливают реактор холодного течения частицами сухих гидратов перед запуском указанного реактора.

22. Способ по п.13, в котором указанный реактор холодного течения является подводным.

23. Способ по п.13, в котором не более чем 5% указанного потока скважины отводят в указанный реактор холодного течения для создания суспензии сухих гидратов.

24. Способ по п.13, в котором не более чем 1% указанного потока скважины отводят в указанный реактор холодного течения для создания суспензии сухих гидратов.

25. Способ по п.12, в котором размер частиц сухого гидрата в указанной суспензии сухих гидратов составляет примерно от 1 до 30 мкм в диаметре.

26. Способ по п.20, в котором указанная труба меньшего диаметра содержит чередующиеся части течения вверх и вниз.

27. Способ по п.26, в котором чередующиеся части течения вверх и вниз содержат, по меньшей мере, два реактора холодного течения, соединенные друг с другом, причем каждый из них содержит, по меньшей мере, один статический смеситель.

28. Способ по п.27, в котором примерно 10% указанного потока скважины вводят в указанный реактор холодного течения.

29. Способ по п.27, в котором каждый из указанных, по меньшей мере, двух реакторов холодного течения имеет, по меньшей мере, один статический смеситель, установленный в одной из указанных частей течения вверх указанной трубы.

30. Способ по п.12, в котором указанную суспензию сухих гидратов отводят в указанный магистральный трубопровод посредством нагнетающего составного шланга.

31. Способ по п.13, в котором указанный реактор холодного течения содержит присоединение газ-текучая среда к резервуару для газа, и указанный поток скважины содержит газообразную фазу и жидкую фазу; дополнительно включающий подачу части указанного потока скважины в указанный реактор холодного течения и отделение указанной газообразной фазы от указанной жидкой фазы.

32. Способ по п.13, в котором указанный реактор холодного течения представляет собой реактор с падающей пленкой.

33. Способ по п.32, в котором отведенную часть указанного потока скважины нагнетают вдоль стенок указанного реактора с падающей пленкой.

34. Способ по п.33, далее включающий нагнетание воды и газа высокого давления в указанный реактор с падающей пленкой для получения частиц сухих гидратов вдоль стенок указанного реактора.

35. Способ по п.34, в котором нагнетаемую воду и газ высокого давления отделяют от указанной суспензии сухих гидратов перед подачей в указанный магистральный трубопровод.

36. Способ по п.13, в котором указанный реактор холодного течения представляет собой трубу с шероховатыми стенками.

37. Способ по п.13, в котором примерно 1-5% указанного потока скважины подают в указанный, по меньшей мере, один статический смеситель в указанном реакторе холодного течения, и при этом указанные 1-5% затем подают вместе с еще примерно 10% указанного потока скважины во второй статический смеситель, более крупный, чем указанный, по меньшей мере, один статический смеситель, и выходящий из него поток возвращают в указанный поток скважины.

38. Способ получения углеводородов, при котором
обеспечивают скважины в резервуаре углеводородов;
получают поток скважины, содержащий углеводороды и воду из указанной скважины;
пропускают часть или весь указанный поток скважины через реактор холодного течения, причем указанный реактор холодного течения имеет один или более расположенных в нем статических смесителей;
превращают, по существу, всю указанную воду в сухие гидраты;
транспортируют указанный поток скважины, содержащий сухие гидраты и углеводороды, через трубопровод и извлекают указанные углеводороды из указанного трубопровода;
боковой поток указанного потока скважины отводят в реактор холодного течения;
по меньшей мере, часть воды в указанном боковом потоке превращают в сухие гидраты без рециркуляции указанных сухих гидратов через указанный реактор холодного течения;
указанные сухие гидраты подают обратно в указанный поток скважины для превращения, по существу, всей воды в указанном потоке скважины в сухие гидраты, посредством этого формируя поток скважины, содержащий сухие гидраты и углеводороды.

39. Способ получения сухих гидратов, при котором пропускают, по меньшей мере, часть углеводородного потока, содержащего воду, через реактор холодного течения, посредством этого уменьшая размер капель указанной воды в указанном углеводородном потоке, и превращают, по меньшей мере, часть указанной воды в сухие гидраты, причем указанный реактор холодного течения содержит, по меньшей мере, один статический смеситель.

40. Способ по п.39, в котором указанный реактор холодного течения расположен внутри или образует часть трубопровода для транспортировки указанного углеводородного потока.

41. Способ по п.39, в котором указанный реактор холодного течения расположен снаружи трубопровода для транспортировки указанного углеводородного потока и получает боковой поток указанного углеводородного потока.

42. Способ по п.39, в котором указанный углеводородный поток также содержит один или более гидратообразующих газов.