多相分离系统的制作方法
【专利说明】多相分离系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年10月8日提交的、标题为多相分离系统(MultiphaseSeparat1n System)的美国临时专利申请61/711，132的权益并且涉及2012年7月27日提交的、标题为多相分离系统(Multiphase Separat1n System)的美国临时专利申请61/676，573，在此通过引用将其全部内容并入本文。
发明领域
[0003]本技术提供了生产流体中的气体和液体的分离。更具体而言，该技术提供了使用水下多相分离系统将生产流体分离为气体和液体。
[0004]
[0005]该部分意图是介绍本领域的各个方面，其可以与本技术的示例性实施方式相关联。相信该讨论有助于提供框架以促进更好的理解本技术的具体方面。因此，应当理解的是，该部分应当就此而论，而不一定承认为现有技术。
[0006]多个水下分离技术的任一个均可用于提高从水下井回收的油和气体的量。然而，由于环境条件，在水深超过1500米处的水下分离变得尤其具有挑战性。随着水深增加，由静水压头引起的容器上的外部压力增加了用于水下处理的容器所需的壁厚度。在水深超过1500米处，该壁厚度已经增加至这样的程度一一通常的重力分离是不实际的。此外，具有这样大的壁厚度的容器对于制造可以是挑战，并且增加的材料和重量可以影响工程经济性以及容器维护的可用性。结果，大直径的分离器常常不能被用在这样的深度处。
[0007]摄述
[0008]示例性实施方式提供了多相分离系统，其包括被配置成允许多相流体流入多相分离系统中的入口管路。入口管路包括多个分支(divis1ns)—一其被配置为降低多相流体的速度并且将多相流体供给至分配集流管中。该分配集流管被配置为使多个下部管道之间的多相流体分离，其中每一个下部管道均包括扩张区。该系统还包括多个从下部管道分支的上部管道。该扩张区被配置为降低下部管道内的压力以允许夹带液体通过相应的下水管从上部管道排出。
[0009]另一个示例性实施方式提供了用于将多相流体内的液体和气体分离的方法。该方法包括使多相流体流入多相分离系统内的多个分支，其中该分支被配置为降低多相流体的速度。该方法还包括分离多个下部管道和多个上部管道之间的多相流体，其中每一个下部管道包括扩张区一一其被配置为降低下部管道内的压力以允许夹带液体通过下水管从相应的上部管道排出。
[0010]附图简沐
[0011]通过参考以下详述和附图更好地理解本技术的优势，其中:
[0012]图1为显示使用多相分离系统将生产流体分离为气体流和液体流的系统的方框图；
[0013]图2为多相分离系统的透视图；
[0014]图3为图2的多相分尚系统的侧视图；
[0015]图4为显示分离多相流体内的气体和液体的方法的工艺流程图；
[0016]图5为另一个多相分离系统的透视图；
[0017]图6为图5的多相分尚系统的侧视图；
[0018]图7为另一个多相分离系统的透视图；以及
[0019]图8为图7的多相分离系统的侧视图。
[0020]连述
[0021]在以下详述部分中，描述了本技术的特定实施方式。然而，就下面的描述特定于本技术的【具体实施方式】或具体应用而言，这意在仅是出于示例性目的以及简单地提供示例性实施方式的描述。因此，本技术不限于下面描述的特定实施方式，而是包括落入所附权利要求的真实精神和范围之内的所有替代方案、改变以及等价物。
[0022]如上所述，在超过大约1500米的深度处传统的大直径分离器面临技术挑战。因此，本文描述的实施方式提供了非常规的分离系统，其能够实现可接受的气-液分离并且抑制潜在的流动波动，同时满足强加于深水处理装置的大小和重量限制。进一步，该分离系统可被设计为管道代码(code)而不是容器代码，该管道代码可以提供成本和重量节省。在许多情况下，对于给定的压力等级，管道所需的壁厚度小于相应的容器所需的壁厚度。
[0023]根据本文描述的实施方式，紧凑的水下多相分离系统被用于提高水下井产量，尤其在深水和极寒环境中。在各种实施方式中，该水下多相分离系统为四相水下分离器一一其被配置为将生产流体分离为气相、油相、水相和固相。换句话说，水下分离可被用于产生单相流。这可以允许使用单相泵，该单相泵与多相泵相比更有效并且可以实现更大的压力差。为了泵送单相流，一个单相泵可能是足够的。相比之下，为了泵送多相流，可以使用一系列多相泵来实现相同的压力差，尤其是对于高升压应用而言。
[0024]本文描述的分离过程可用于实现从生产流体大量去除含水流体。去除含水流体在本文被称为水去除，虽然这可以理解为包括具有其它污染物一一比如盐或其它可混溶的流体一一的水。通过使基本上纯的油和/或气体流被发送到表面，这样大量的水去除可减轻流动保障担心。这些基本上纯的流将形成较低量的水合物，比如甲烷包合物，从而降低堵塞的风险或流动限制。进一步，可减少或消除腐蚀担心。然后，沙和水副产物流可在水线以上被布置成专用的处理区、储器、海床等。
[0025]大量的水去除还可导致作用于储器上的静水压头的减小，因此增加储器驱动和生产二者。进一步，分离过程可用于减少流线基础设施，减少水线以上的水处理设施的数目，降低功率和泵送要求，和排除故障(de-bottleneck)现有设施一一其由于增加的水切削而受到下降的生产率的挑战。
[0026]如本文所使用，术语“段塞(slug) ”是指生产流体内夹带的小体积的流体，并且其常常比生产流体具有更高的密度，例如，被管道内的气体流动携带的液体区域。段塞可能影响生产流体的流动特性。此外，离开管道的段塞可使管道出口处的水下、水线以上、或陆上处理设施的气-液处理能力超载。因此，根据本文描述的实施方式，一个或多个水下多相段塞捕集器可用于在生产流体进入输出管道之前从生产流体抑制或去除段塞。
[0027]图1为显示使用多相分离系统108将生产流体102分离为气体流104和液体流106的系统100的方框图。该生产流体102可以是烃流体，其包含天然气、油、盐水和固态杂质比如砂的混合物。该生产流体102可以从水下井110获得，如箭头112所指示。该生产流体102可以通过被配置成从水下位置生产烃的任何类型的水下生产系统(未示出)从水下井110获得。
[0028]在一个实施方式中，可使生产流体102流入多相分离系统108中，如箭头114所指示。多相分离系统108可以是被配置为实现从生产流体102将气体和液体大量分离的任何类型的容器。此外，多相分离系统108可从生产流体102去除段塞。该多相分离系统108可在水下环境中实施。
[0029]在多相分离系统108内，生产流体108可被分离为气体流104和液体流106，分别如箭头116和118指示。气体流104可以包括天然气，而液体流106可以包括水、油以及其它残留杂质，比如砂。关于图2-8描述多相分离系统108的设计，以及该多相分离系统108可以影响分离的气体流104和分离的液体流106的质量的机制。
[0030]在一些实施方式中，使气体流104流至下游设备120，如箭头122所指示。例如，下游设备120可以包括例如任何类型的下游气体处理设备，比如气体压缩机、气体处理设施、气体抛光设备等，或气体管道。此外，可以使液体流106流至下游设备124，如箭头126所指示。下游设备124可以包括，例如，油和水预处理或聚结设备，比如加热系统、化学品注入系统、静电聚结器等，用于油-水分离的管式分离器或旋风器，或液体输出管道。
[0031]图1的方框图并非意在表示系统100包括图1中显示的所有的组件。进一步，任何数量的额外组件可以包括在系统100内，取决于具体实施的细节。例如，多相分离系统108可被设计以实现液/液分离，从而将两种基本上纯的油和水流输送至下游设备124。进一步，多相和单相除砂器可放置在多相分离系统108的上游和/或下游。
[0032]图2为多相分尚系统200的透视图。多相分尚系统200可以包括被配置成将多相流体供给至圆形分配集流管204中的入口管线202。多相流体可以是任何类型的流体，其包括液体和气体成分二者。例如，多相流体可以是来自水下井的生产流体。圆形分配集流管204可以连接至多个上部管线206和多个下部管线208。上部管线206和下部管线208可以与圆形分配集流管204垂直。
[0033]每一个上部管线206可以将多相流体内的气体供给至圆形气体集流管210内。圆形气体集流管210可以在圆形分配集流管204之上的并且基本上平行于圆形分配集流管204的第二平面中。此外，每一个下部管线208可将多相流体内的液体供给至圆形液体集流管212内。圆形液体集流管212可以在圆形分配集流管204以下并且基本上平行于圆形分配集流管204。
[0034]气体出口管线214可以连接至圆形气体集流管210并且可以被配置成使气体从多相分离系统200流出。液体出口管线216可以连接至圆形液体集流管212并且可以被配置成使液体从多相分离系统200流出。气体出口管线214和液体出口管线216可以通过下水管218连接。可以以直角或斜角配置下水管218。
[0035]下水管218可以使气体内夹带的液体从气体出口管线214流至液体出口管线216。此外，下水管218可以使液体内夹带的气