СЕПАРИРОВАНИЕ И УЛАВЛИВАНИЕ ЖИДКОСТЕЙ МУЛЬТИФАЗНОГО ПОТОКА Российский патент 2012 года по МПК E21B43/36 

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к сепарированию мультифазного потока. Конкретнее, изобретение относится к установке для сепарирования мультифазного потока, причем установка особенно применима для подводных систем добычи и транспортировки.

Предпосылки и уровень техники изобретения

Для сепарирования мультифазного потока применяют традиционные устройства сепарирования в форме емкостей. Такие емкости часто являются большими и тяжелыми и должны конструироваться по нормам проектирования для емкостей, работающих под давлением. Если есть опасность возникновения осадков жидкости, объем емкости должен быть достаточно большим для работы с осадком жидкости. Для применения на больших морских глубинах обычные сепараторы могут оказываться слишком тяжелыми для перемещения обычными транспортными средствами и подъемными устройствами. Если устройства внутри обычного сепаратора разрушаются или теряют производительность со временем, весь сепаратор должен быть поднят для замены, альтернативно, сепаратор должен быть открыт для ремонта. Производительность сепарирования по отношению к весу оборудования должна быть предпочтительно увеличена. Существует необходимость создания установки для мультифазного сепарирования со свойствами, обеспечивающими преимущество и касающимися добычи, эксплуатации, установки, работы, техобслуживания, замены отдельных компонентов в установке и производительности сепарирования по отношению к весу.

Сущность изобретения

Настоящим изобретением создана установка для сепарирования мультифазного потока, отличающаяся тем, что содержит

по меньшей мере один компактный сепарационный блок на основе циклона, выбранный из проходного разделителя фаз и проходного фазоразделителя, компактный сепарационный блок выполнен с возможностью приема мультифазного потока для его сепарирования на газовый поток и в основном содержащий жидкость поток,

выпуск газа, выполненный с возможностью приема газового потока из компактного сепарационного блока и любых дополнительных газовых потоков,

один или более трубных сепараторов, выполненных с возможностью приема в основном содержащего жидкость потока из компактного сепарационного блока и дополнительных, содержащих жидкость потоков, с выпуском жидкости, по меньшей мере, из одного трубного сепаратора в его нижней части.

Установка согласно изобретению содержит, таким образом, по меньшей мере, один проходной фазоразделитель или один проходной разделитель фаз, если необходимо, один другой эквивалентный компактный сепарационный блок, расположенный выше по потоку, по меньшей мере, от одного трубного сепаратора.

В предпочтительном варианте осуществления установка содержит

проходной разделитель фаз, выполненный с возможностью приема мультифазного потока для его сепарирования на газовый поток и в основном содержащий жидкость поток,

выпуск для газа, выполненный с возможностью приема газового потока из разделителя фаз и дополнительных газовых потоков,

один или более трубных сепараторов, выполненных с возможностью приема в основном содержащего газ потока из разделителя фаз и дополнительных содержащих жидкость потоков, с выпуском жидкости, по меньшей мере, из одного трубного сепаратора в его нижней части,

и насос или регулирующий клапан, расположенный на выпуске жидкости, насос или регулирующий клапан, контролируемые с помощью средства обеспечения уровня, по меньшей мере, одного трубного сепаратора.

Установка содержит только элементы имеющегося уровня техники, собранные в комбинацию, дающую необычно высокий технический эффект по производительности сепарирования по отношению к весу, и с высоко предпочтительными свойствами, по эксплуатации, установке, управлению работой, техобслуживанию и замене отдельных элементов в установке. Специальное устройство насоса или регулирующего клапана, расположенного в нижнем выпуске для жидкости, причем насос или регулирующий клапан контролируется с помощью средства обеспечения уровня, по меньшей мере, в одном трубном сепараторе, что вносит вклад в увеличенный технический эффект. Для вариантов применения с достаточно высоким давлением в выпуске для жидкости, например, в результате высокого давления подачи в клапанах соединения применяют регулирующий клапан; в ином случае применяют насос.

Установка предпочтительно содержит дополнительные компоненты.

Установка содержит предпочтительно фазоразделитель, расположенный выше по потоку от разделителя фаз для приема мультифазного потока для его предварительного сепарирования на в основном газовый поток, подаваемый в разделитель фаз, и в основном содержащий жидкость поток, подаваемый, по меньшей мере, в один трубный сепаратор. Предпочтительно эжектор расположен соединенным с трубным сепаратором для направления жидкости из разделителя фаз, по меньшей мере, в один трубный сепаратор. Установка предпочтительно защищена от превышения давления, по меньшей мере, одним быстро закрывающимся клапаном SIPPS (подводной оснащенной измерительной аппаратурой системы защиты от превышения давления), расположенным на впускном устройстве для подводного применения, или, по меньшей мере, одним клапаном HIPPS (интегрированной системы защиты от превышения давления) для надводного применения. Предпочтительно, установка содержит, по меньшей мере, один или более дополнительных трубных сепараторов с нисходящим уклоном по направлению потока, расположенных ниже по потоку и на более низком уровне, чем, по меньшей мере, один трубный сепаратор для действия дополнительного сепарирования. Это является особенно необходимым при выполнении трехфазного сепарирования, то есть сепарирования на газ, жидкие углеводороды и воду. Предпочтительно, третий трубный сепаратор расположен между выпуском для в основном газа из фазоразделителя и разделителя фаз таким способом, что газ подается из третьего трубного сепаратора в разделитель фаз, и жидкость подается из третьего трубного сепаратора, по меньшей мере, в один трубный сепаратор. Предпочтительно, установка содержит проходной пескоотделитель, предпочтительно расположенный выше по потоку от, по меньшей мере, одного трубного сепаратора. Предпочтительно установка также содержит проходной дегазатор, предпочтительно, расположенный выше по потоку от, по меньшей мере, одного трубного сепаратора или соединенный с возможным дополнительным трубным сепаратором, с подачей сепарированного газа на выпуск газа из установки. Предпочтительно, некоторые или все трубные сепараторы в установке имеют нисходящий уклон по направлению потока, по меньшей мере, на части длины для получения увеличенного эффекта сепарирования. Предпочтительно, все вышеупомянутые компоненты в установке, как обязательные, так и применяемые, если необходимо, конструируют согласно стандартам для трубопроводов.

Трубные сепараторы представляют собой блоки трубных сепараторов, сконструированные согласно стандартам для трубопроводов. Трубные сепараторы имеют предпочтительно диаметр больше диаметра соединенных трубопроводов и предпочтительно расположены в ряде параллельных трубных секций и с манифольдами, соединяющими между собой концы трубных секций, когда требуется обеспечить достаточный объем для сепарирования и перемещения любых жидких осадков. Так, выполненный трубный сепаратор часто называют гребенкой сепараторов.

Разделитель фаз предпочтительно представляет собой проходной разделитель фаз для сепарирования жидкости из мультифазного потока жидкости, проходящего через трубопровод, содержащий в основном трубчатое покрытие, выполненное с возможностью образования части самого трубопровода, элемент осевого вращения, на расположенном выше по потоку конце покрытия и выполненный с возможностью начинать вращение потока текучей среды, так что он разделяется на центральную зону, в основном содержащую газ, и внешнюю кольцевую зону, в основном содержащую жидкости, выпускное устройство для газа, содержащий выпускной элемент на конце покрытия, расположенный ниже по потоку, и имеет центральный осевой первичный проход для газа, устройство сбора жидкости, содержащее кольцевое пространство, образованное между внутренней поверхностью покрытия и внешней поверхностью выпускного элемента для газа и барьер для жидкости, выполненный на расположенном ниже по потоку конце выпускного элемента для газа, и выпускное устройство для жидкости, содержащее емкость, выполненную с возможностью приема жидкости из кольцевого пространства и из области барьера, при этом верхняя часть емкости и центральная часть, расположенная на конце выше по потоку элемента осевого вращения, соединены между собой трубопроводом для рециркуляции газа, который несет жидкость, проходящая или падающая в емкость, где элемент осевого вращения имеет центральный канал и снабжен рядом отверстий, расположенных по окружности для выпуска газа рециркуляции из канала. Разделитель фаз предпочтительно выполнен согласно патентной публикации WO 2002/056999, на более подробные описания которой даны ссылки. Емкость соединена трубопроводом, по меньшей мере, к одному трубному сепаратору, альтернативно емкость непосредственно переходит, по меньшей мере, в один трубный сепаратор.

Фазоразделитель предпочтительно представляет собой проходной циклонный сепаратор для сепарирования смеси, содержащей твердые частицы, жидкость и/или газ на более легкую фракцию и более тяжелую фракцию, фазоразделитель содержит внешнее покрытие, образующее путь потока, по которому должна проходить смесь, имеющий впускное устройство для входящей смеси, первый выпуск для сепарированной более легкой фракции и другой выпуск для сепарированной более тяжелой фракции, где внешнее покрытие содержит

- тело обтекания, вдоль которого может проходить смесь, подлежащая сепарированию;

- по меньшей мере, один завихряющий элемент, расположенный между телом обтекания и покрытием, начинающий вращение смеси для сепарирования смеси на более тяжелую фракцию и более легкую фракцию;

- выпускной элемент с центральным осевым первичным внутренним проходом, соединенным с первым выпуском для выпуска более легкой фракции, и внешней поверхностью, которая вместе с внутренней поверхностью покрытия образует внешний проход, соединенный с другим выпуском для выпуска более тяжелой фракции, где выпускной элемент оборудован одним или несколькими отверстиями, через которые более легкая фракция может достигать внутреннего прохода, отверстия расположены наклонно по отношению к осевому направлению. Такой фазоразделитель описан в патентной публикации EP 1600215 A1, на более подробные описания которой дана ссылка. Такой фазоразделитель дает улучшенное действие сепарирования по сравнению с традиционным тройником.

Возможный пескоотделитель является проходным устройством для сепарирования смеси, содержащей твердые частицы, жидкость и/или газ, на более тяжелую фракцию и более легкую фракцию, пескоотделитель содержит внешнее покрытие, образующее путь потока, по которому должна проходить смесь, тело обтекания, вдоль которого может проходить смесь, подлежащая сепарированию, по меньшей мере, один элемент осевого вращения, расположенный между телом обтекания и внешним покрытием, где элемент осевого вращения образует ближнюю часть, среднюю часть и удаленную часть, где средняя часть отрегулирована для постепенного начала вращения входящей смеси с целью сепарирования смеси на более тяжелую фракцию и более легкую фракцию, и где удаленная часть элемента осевого вращения отрегулирована для постепенного уменьшения вращения смеси с целью восстановления давления. Такие проходные пескоотделители описаны в патентных публикациях WO 2006/085759 A1 и WO 2007/001174 A1, на более подробные описания которых дана ссылка. Проходной пескоотделитель предпочтительно расположен в установке, если ожидается мультифазный поток, содержащий песок. Сепарированный песок можно, например, транспортировать в подходящую периодически заменяемую емкость или направлять на сторону всасывания насоса, при условии, что количество песка соответствует возможностям насоса по его перемещению. Проходной пескоотделитель предпочтительно соединен с выпуском в основном жидкости фазоразделителя. Вместе с тем, проходной пескоотделитель можно располагать в других местах на пути потока жидкости, предпочтительно соединенным, по меньшей мере, с одним трубным сепаратором.

Предпочтительно устанавливаемый, если необходимо, проходной дегазатор содержит трубчатую камеру сепарирования с концом выше по потоку, где поток текучей среды (в основном жидкости) направляет внутрь элемент осевого вращения с приданием вращения и с сепарированием более тяжелой фракции, которая в основном собирается на внутренней стенке трубопровода камеры сепарирования и выводится через выпуск на конце ниже по потоку камеры сепарирования, и более легкой фракции, которая в основном собирается вдоль продольной оси камеры сепарирования, откуда выполнен выпускной трубопровод с возможностью подачи более легкой фракции. Дегазатор может предпочтительно быть расположен в пути прохода потока жидкости, наиболее предпочтительно, если необходимо, в дополнительном трубном сепараторе или соединенным с ним, ниже по потоку, по меньшей мере, от одного трубного сепаратора, и с подачей сепарированного газа на выпуск газа из установки и подачей жидкости дополнительно в путь потока жидкости. Предпочтительные дегазаторы описаны в патентных публикациях WO 01/00296 и WO 2004/080565, на более подробные описания которых дана ссылка.

Установка согласно изобретению является предпочтительно подводной установкой для сепарирования, расположенной на морском дне вблизи подводных эксплуатационных скважин для добычи углеводородов с дополнительной подачей жидкости и газа в подводную систему добычи и транспортировки. Если необходимо, одну, две или больше сепарированных фаз можно подавать для других целей, например закачки. Кроме того, установку согласно изобретению можно применять в установке переработки на морской платформе или на берегу, или в системе транспортировки на берегу.

Конструкция установки согласно изобретению отрегулирована в соответствии с фактическими требованиями сепарирования. Вместе с тем, установка содержит в любом варианте компоненты, определенные в п.1 формуле изобретения, взаимосвязанные по п.1. Возможные компоненты дают дополнительный эффект при сепарировании. Число секций трубопроводов в соответствующих трубных сепараторах можно регулировать достаточно свободно, большее число установок или компонентов в установках можно соединять параллельно или, альтернативно, последовательно.

Установка согласно изобретению, в частности, для подводного применения, предпочтительно сконструирована так, что является практически возможной дистанционно управляемая замена блоков оборудования. Каждый одиночный блок оборудования в установке можно предпочтительно отсоединять с помощью ROV (дистанционно-управляемого подводного аппарата) и поднимать на поверхность обычным краном на обычное судно обслуживания так, что замену и ремонт можно выполнять раздельно на индивидуальных блоках оборудования. Изолирующие клапаны предпочтительно расположены между блоками оборудования, где работу клапанов можно регулировать с дистанционным управлением с помощью ROV (дистанционно-управляемый подводный аппарат) или другими путями.

Фигуры

Настоящее изобретение проиллюстрировано тремя фигурами, на которых показано следующее.

На фиг.1 показана установка, согласно изобретению, на фиг. 2 показан изометрический чертеж установки согласно изобретению, и на фиг.3 показан вид сбоку фиг.2.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 показана установка согласно изобретению.

Установка снабжена трубой 2 для входа мультифазного потока.

Установка содержит фазоразделитель 3, принимающий мультифазный поток для предварительного его сепарирования на в основном газовый поток и в основном содержащий жидкость поток. В основном газовый поток направляется из фазоразделителя по трубе в разделитель 4 фаз (деликвидайзер). В основном находящийся в жидком состоянии поток из фазоразделителя направляют в (первый) трубный сепаратор 5, имеющий нисходящий уклон/наклон на части длины, и на его нижнем конце установлен управляемый по уровню насос 6, управляемый по уровню жидкости в трубном сепараторе, для подачи жидкости через выпуск 6b для жидкости. Из установки выступает выпуск 7 газа, принимающий газ из разделителя 4 фаз и любой дополнительный сепарированный (отделенный) газ из установки. В показаном варианте осуществления клапан 8 SIPPS установлен на впуске. Дополнительно показан выпуск для в основном жидкости 9 из разделителя фаз, направленный в трубный сепаратор 5, предпочтительно в эжектор (не показано), выполненный соединенным с трубным сепаратором. В показанном варианте осуществления также выполнен проходной пескоотделитель 10 между выпуском для в основном жидкости из фазоразделителя 3 и трубным сепаратором 5. Таким образом, песок может быть захвачен/удален, как указано стрелкой S. Дополнительный (второй) трубный сепаратор 11 также показан, соединенным с трубным сепаратором и выполненным с нисходящим уклоном/наклоном в направлении потока, проходной дегазатор 12, размещен в нижней части дополнительного трубного сепаратора с дополнительным выпуском 13 для жидкости. Сепарированный газ из проходного дегазатора 12 направляется по трубе 14 в выпуск для газа из установки. Дополнительный выпуск для жидкости может обычно представлять собой выпуск для воды. Уклон/наклон в трубном сепараторе и дополнительном трубном сепараторе, или их части, является предпочтительно таким, что поддерживается контролированным по уровню насоса или клапана управления естественный поток и сепарирование. Уклон может составлять, например, 1°. Вместе с тем, он вполне может быть значительно больше, например 5°, 10°, 30° или даже 90°. Для каждого варианта применения выполняют оценку подходящего уклона.

На фиг.2 показан изометрический чертеж установки согласно изобретению, где соответствующим элементам оборудования, как на фиг.1, присвоены соответствующие ссылочные номера. Третий трубный сепаратор 15 также показан на фиг.2 расположенным между фазоразделителем 3 и разделителем 4 фаз, так что газ подводится/подается, по меньшей мере, через одну трубу из третьего трубного сепаратора 15 на разделитель 4 фаз, и жидкость подводится/подается по меньшей мере через одну трубу из третьего трубного сепаратора 15, по меньшей мере, в один (первый) трубный сепаратор 5. В показанном варианте осуществления имеются два разделителя 4 фаз, расположенные параллельно, принимающие газ через соответствующие трубы из третьего трубного сепаратора.

На фиг.3 показан вид сбоку фиг.2. Позицией 6b показан выпуск для нефти, а позицией 13 показан выпуск для воды. Выпуск 7 газа расположен справа на фигуре.

Примеры

Технический эффект изобретения лучше всего показан примерами. Установка, согласно изобретению, применяющаяся для данных требований сепарирования на океанской глубине около 400 м, соответствует весу насосов около 900 тонн и имеет объем жидкости 200 м³, вся сконструирована, как блок или установка с дистанционно управляемыми, сменными блоками оборудования. Обычная установка сепарирования с соответствующей производительностью сепарирования имеет расчетный вес около 2200 тонн. У установки согласно изобретению вес уменьшен более чем на половину, в сравнении с обычной установкой. Кроме того, с индивидуальными блоками оборудования в установке можно отдельно работать и заменять их существенно улучшенным способом.

На глубоководном месторождении с океанскими глубинами около 1400 м, согласно оценки, установка по изобретению, весящая 1200 тонн, должна иметь объем жидкости 400 м³. Обычная установка сепарирования с идентичным весом может иметь объем жидкости 65 м³ и быть рассчитанной на применение на океанских глубинах 200 м. Данная обычная установка установлена на месторождении Tordis. Применение обычных установок сепарирования на больших океанских глубинах может обуславливать слишком большой вес для нормальной транспортировки. При строительстве всех элементов согласно трубопроводным стандартам получают экономию веса, более предпочтительные возможности по защите от превышения давления (можно применять клапаны SIPPS/HIPPS, обширные системы аварийного перекрывания исключены, и в случае применения над уровнем моря исключено сжигание в факеле), пониженные требования по устойчивости к давлению и давлению разрушения и упрощенную документацию. Обычные трубные компоненты или секции могут иметь диаметр 50" (1,27 м) и длину, например, 12 м. Вместе с тем, сегодня является возможным производить трубы до 100" (2,54 м) в диаметре, в форме фасонных труб длиной 5 м.

Установка согласно изобретению не имеет конкретных ограничений по количеству жидкости, присутствующей в газовой фазе. Обычным вариантом применения являются подводные транспортные системы, в основном транспорта газа, в котором периодически может присутствовать существенное количество жидкости.

Изобретение относится к подводным системам добычи и транспортировки и может быть применена для сепарирования мультифазного потока. Установка содержит, по меньшей мере, один компактный сепарационный блок на основе циклона, выпуск для газа, один или несколько трубных сепараторов. Циклон выбран из проходного разделителя фаз и проходного фазоразделителя. Причем компактный сепарационный блок выполнен с возможностью приема мультифазного потока для его сепарирования на газовый поток и в основном содержащий жидкость поток. Выпуск газа выполнен с возможностью приема газового потока из компактного сепарационного блока и любых дополнительных газовых потоков. Трубные сепараторы выполнены с возможностью приема в основном содержащего жидкость потока из компактного сепарационного блока и дополнительно содержащих жидкость потоков, имеющие выпуск для жидкости, по меньшей мере, из одного трубного сепаратора в его нижней части. Установка предпочтительно содержит дополнительные компоненты. Технический результат заключается в снижении веса установки, улучшении защиты от превышения давления. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Установка для сепарирования мультифазного потока, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, один компактный сепарационный блок на основе циклона, выбранный из проходного разделителя фаз и проходного фазоразделителя, причем сепарационный блок выполнен с возможностью приема мультифазного потока для его сепарирования на газовый поток и в основном содержащий жидкость поток, выпуск газа, выполненный с возможностью приема газового потока из компактного сепарационного блока и любых дополнительных газовых потоков, один или более трубных сепараторов, выполненных с возможностью приема в основном содержащего жидкость потока из компактного сепарационного блока и любых дополнительных содержащих жидкость потоков, имеющий выпуск для жидкости из, по меньшей мере, одного трубного сепаратора в его нижней части.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что содержит проходной разделитель фаз, выполненный с возможностью приема мультифазного потока для его сепарирования на газовый поток и в основном содержащий жидкость поток, выпуск газа, выполненный с возможностью приема газового потока из разделителя фаз и любых дополнительных газовых потоков, один или более трубных сепараторов, выполненных с возможностью приема в основном содержащего жидкость потока из разделителя фаз и любых дополнительных содержащих жидкость потоков, имеющий выпуск для жидкости из, по меньшей мере, одного трубного сепаратора в его нижней части и насос или регулирующий клапан, выполненный в выпуске для жидкости, причем насос или регулирующий клапан контролируются с помощью средства обеспечения уровня, по меньшей мере, в одном трубном сепараторе.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что фазоразделитель выполнен выше по потоку от разделителя фаз для приема мультифазного потока для его предварительного сепарирования на в основном содержащий газ поток, подводящийся/подающийся в разделитель фаз, и в основном содержащий газ поток, подводящийся/подающийся в, по меньшей мере, один трубный сепаратор.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один трубный сепаратор имеет нисходящий уклон/наклон по направлению потока, по меньшей мере, на части длины.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, один или более дополнительных трубных сепараторов с нисходящим уклоном/наклоном по направлению потока, расположенных ниже по потоку и на более низком уровне, чем, по меньшей мере, один трубный сепаратор, для получения эффекта дополнительного сепарирования.

6. Установка по п.3, отличающаяся тем, что третий трубный сепаратор размещен между выпуском в основном для газа из фазоразделителя и разделителя фаз так, что газ подводится/подается из третьего трубного сепаратора на разделитель фаз, и жидкость подается из третьего трубного сепаратора в, по меньшей мере, один трубный сепаратор.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что эжектор выполнен соединенным с трубным сепаратором для направления жидкости из разделителя фаз в, по меньшей мере, один трубный сепаратор.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один клапан (HIPPS/SIPPS) для защиты от превышения давления выполнен во впуске установки.

9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, один проходной пескоотделитель, предпочтительно выполненный соединенным с, по меньшей мере, одним трубным сепаратором.

10. Установка по п.1 или 5, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, один проходной дегазатор, предпочтительно расположенный ниже по потоку от, по меньшей мере, одного трубного сепаратора или соединенный с возможным дополнительным трубным сепаратором, с подводом/подачей сепарированного газа на выпуск газа из установки.

11. Установка по п.1, отличающаяся тем, что все компоненты сепарирования производят согласно стандартам изготовления трубопроводов.