Система многофазной сепарации - RU2622056C1

Чертежи

Показать все 16 чертежа(ей)

Описание

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Данная заявка является родственной как по отношению к заявке на патент США с номером 61/985873, поданной 29 апреля 2014, озаглавленной MULTIPHASE SEPARATION SYSTEM, так и по отношению к заявке на патент США с номером 62/126148, поданной 27 февраля 2015, озаглавленной MULTIPHASE SEPARATION SYSTEM, все содержание которых полностью включено в данный документ путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] Представленные технические средства обеспечивают сепарацию поступающих потоков нефти и воды в добываемых флюидах. В частности, технические средства обеспечивают разделение добываемых флюидов на составляющие нефтяную и водную фазы посредством использования подводной системы многофазной сепарации.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Данный раздел предназначен для представления различных аспектов уровня техники, которые могут быть связаны с приведенными в качестве примера вариантами осуществления представленных технических средств. Полагают, что данное рассмотрение будет способствовать созданию основы для облегчения лучшего понимания определенных аспектов представленных технических средств. Соответственно, следует понимать, что данный раздел следует читать в данном свете и необязательно в качестве допущений по предшествующему уровню техники.

[0004] Любые из некоторого числа технических средств подводной сепарации могут быть использованы для увеличения количества нефти и газа, извлекаемых из подводных скважин. Однако подводная сепарация на глубинах воды, превышающих 1500 метров, становится особенно сложной задачей вследствие условий окружающей среды. По мере увеличения глубины воды внешнее давление, действующее на резервуар и создаваемое за счет гидростатического напора, приводит к увеличению требуемой толщины стенок для резервуаров, используемых для подводной обработки. При глубинах воды, превышающих 1500 метров, данная толщина стенок увеличивается до такой степени, что типовые резервуары для гравитационного разделения становятся нецелесообразными на практике. Кроме того, резервуары с такой большой толщиной стенок могут создавать сложности при изготовлении, и добавленный материал и вес могут влиять на экономические показатели проекта, а также на возможность извлечения резервуара для технического обслуживания и текущего ремонта. В результате сепараторы большого диаметра часто не могут использоваться на таких глубинах воды.

[0005] Были проведены исследования, относящиеся к разделению жидкости и газа в подводных системах и способах, приведенных в патенте США № 8282711 В2. Данные системы и способы «описывают» разделение жидкостей и газов из добываемого под водой флюида посредством использования системы труб, которая обеспечивает разделение потоков жидких и газообразных флюидов посредством отдельных коллекторов.

[0006] Дополнительные результаты исследований, относящиеся к системе трубных сепараторов, предназначенной для улучшения сепарации, можно обнаружить в патенте США № 7490671. В системе описан трубный сепаратор, в котором используются циклон и электростатический коагулятор в качестве части корпуса сепаратора, предназначенные для разделения нефти, газа и воды, поступающих из подводной скважины.

[0007] Дополнительные результаты исследований, относящиеся к трубному сепаратору для сепарации флюидов, можно обнаружить в патенте США № 7516794. Данная система описывает систему труб, аналогичную системе труб по патенту США № 7490671, и обеспечивает направление потоков флюидов в отдельные коллекторы труб. Описанная система труб добавляет требование, заключающееся в том, что система должна быть выполнена с возможностью внутренней очистки труб.

[0008] Дополнительные результаты исследований, относящиеся к установке для сепарации флюидов, можно обнаружить в заявке на патент США 2005/0006086. Система описывает трубные сепараторы, которые образуют часть транспортного трубопровода и в которых используется электростатический коагулятор для разделения потоков нефти, газа и воды.

[0009] Дополнительные результаты исследований, относящиеся к способу и устройству для улучшения эксплуатационных характеристик сепаратора, можно обнаружить в заявке на патент США 2008/0116072. Способ и устройство описывают резервуар для гравитационного осаждения и подачу отводимого потока через компактный электростатический коагулятор и обратно в резервуар для осаждения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] Приведенный в качестве примера вариант осуществления обеспечивает систему многофазной сепарации, включающую в себя сепарационную магистраль, выполненную с конфигурацией, обеспечивающей возможность подачи многофазного флюида в вертикально ориентированные питающие магистрали в системе сепарации, при этом питающие магистрали состоят из верхней магистрали, средней магистрали и нижней магистрали. Верхняя магистраль выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность направления потока нефти в питающей магистрали в секцию для нефти. Средняя линия выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность направления потока водонефтяной эмульсии в питающей магистрали в секцию для водонефтяной эмульсии. Нижняя магистраль выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность направления потока воды в питающей магистрали в секцию для воды. Система многофазной сепарации также включает в себя регулируемый объем, выполненный с конфигурацией, обеспечивающей возможность регулирования скорости потока флюидов на выходе, при этом секция для нефти, секция для воды и секция для водонефтяной эмульсии соединяются на разных высотах вертикально ориентированного регулируемого объема.

[0011] Другой приведенный в качестве примера вариант осуществления обеспечивает способ разделения нефти и воды и водонефтяной эмульсии в многофазном флюиде, включающий направление потока многофазного флюида в распределительный впускной элемент системы многофазной сепарации. Способ включает разделение многофазного флюида на нефтяную фазу, водную фазу и водонефтяную эмульсию. При сепарации нефтяная фаза направляется в магистраль, которая находится в плоскости, расположенной в вертикальном направлении выше плоскости распределительного впускного элемента. При сепарации водная фаза направляется в магистраль, которая находится в плоскости, расположенной в вертикальном направлении ниже плоскости распределительного впускного элемента. При сепарации водонефтяная эмульсия направляется в магистраль, которая находится в плоскости, расположенной в вертикальном направлении выше плоскости магистрали с водной фазой и в вертикальном направлении ниже плоскости магистрали с нефтяной фазой. Способ также включает направление потока в каждой магистрали в вертикально ориентированный регулируемый объем, при этом скорость потока из каждой магистрали регулируют, определяют уровень нефти и воды в каждой магистрали, и каждая магистраль отделена на выходе из регулируемого объема.

[0012] Еще один приведенный в качестве примера вариант осуществления раскрывает систему сепарации, которая включает в себя впускную магистраль, выполненную с конфигурацией, обеспечивающей возможность подачи многофазного флюида в боковые питающие магистрали в системе сепарации, при этом боковые питающие магистрали состоят из множества верхних магистралей и множества нижних магистралей. Каждая верхняя магистраль системы сепарации выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность подачи по боковой питающей магистрали для нефти в секцию для нефти, и дополнительно выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность разделения впускной магистрали на секцию для водонефтяной эмульсии, при этом секция для нефти находится в плоскости, расположенной в вертикальном направлении выше секции для водонефтяной эмульсии. Каждая нижняя магистраль системы сепарации выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность подачи по боковой питающей магистрали для воды в секцию для воды, при этом секция для воды находится в плоскости, расположенной в вертикальном направлении ниже секции для водонефтяной эмульсии, и секция для воды соединена с секцией для водонефтяной эмульсии посредством последующего бокового отвода воды из секции для водонефтяной эмульсии. Система сепарации также включает в себя регулируемый объем и систему управления.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0013] Лучшее понимание преимуществ представленных технических средств обеспечивается за счет ссылки на нижеприведенное подробное описание и приложенные чертежи, в которых:

[0014] фиг.1 представляет собой блок-схему системы многофазной сепарации, предназначенной для сепарации добываемых флюидов, которые могут быть получены из подводной скважины;

[0015] фиг.2 представляет собой схематическое изображение приведенной в качестве примера системы многофазной сепарации на виде сбоку;

[0016] фиг.3 представляет собой схематическое изображение приведенной в качестве примера системы многофазной сепарации по фиг.2 на виде сверху, иллюстрирующее горизонтальный разделитель в системе многофазной сепарации;

[0017] фиг.4 представляет собой схематическое изображение другой системы многофазной сепарации, подобной описанной в данном документе, на виде сбоку;

[0018] фиг.5 представляет собой схематическое изображение системы многофазной сепарации по фиг.4 на виде сбоку;

[0019] фиг.6А и 6В иллюстрируют схему последовательности операций процесса, показывающую способ сепарации жидкостей в многофазном флюиде;

[0020] фиг.7 иллюстрирует блок-схему приведенной в качестве примера системы сепарации и включает в себя систему управления;

[0021] фиг.8 представляет собой схематическое изображение системы многофазной сепарации и системы управления;

[0022] фиг.9 представляет собой чертеж в перспективе, иллюстрирующий верхнюю, среднюю и нижнюю магистрали с местами ввода для сопел, предназначенных для размыва и смыва песка, и рециркуляционных потоков;

[0023] фиг.10А представляет собой чертеж в перспективе, иллюстрирующий магистраль для воды с зоной сбора, предусмотренной в нижней части магистрали и предназначенной для аккумуляции твердых частиц;

[0024] фиг.10В представляет собой чертеж, представляющий собой вид с торца и иллюстрирующий магистраль для воды с зоной сбора, предусмотренной в нижней части магистрали и предназначенной для аккумуляции твердых частиц;

[0025] фиг.11 представляет собой чертеж в перспективе, иллюстрирующий систему с регулируемой переливной перегородкой;

[0026] фиг.12 представляет собой чертеж в перспективе, иллюстрирующий систему с регулируемой перегородкой;

[0027] фиг.13 представляет собой схематическое изображение еще одного варианта осуществления системы многофазной сепарации на виде сбоку;

[0028] фиг.14 представляет собой изображение в перспективе устройств со спускными трубами/подъемными трубами системы многофазной сепарации по фиг.13;

[0029] фиг.15 представляет собой изображение в перспективе переливных перегородок системы многофазной сепарации по фиг.13; и

[0030] фиг.16 представляет собой схематическое изображение еще одного варианта осуществления системы многофазной сепарации на виде сбоку.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0031] В нижеприведенном разделе, представляющем собой подробное описание, описаны конкретные варианты осуществления представленных технических средств. Однако в той степени, в какой нижеприведенное описание является конкретным для определенного варианта осуществления или определенного применения представленных технических средств, оно предназначено только для целей иллюстрации на примерах и просто обеспечивает описание приведенных в качестве примера вариантов осуществления. Соответственно, технические средства не ограничены конкретными вариантами осуществления, описанными ниже, но, скорее, включают в себя все альтернативы, модификации и эквиваленты, находящиеся в пределах истинных сущности и объема приложенной формулы изобретения.

[0032] В используемом в данном документе смысле термины «по существу, в основном», «преимущественно» и другие слова, выражающие степень, представляют собой относительные «модификаторы», предназначенные для указания допустимого отклонения от характеристики, модифицируемой таким образом. Не предусмотрено ограничение до абсолютной величины или характеристики, которая изменяется за счет данного отклонения, но, скорее, предусмотрено наличие большего диапазона значений физической или функциональной характеристики, а не наоборот, и предпочтительны приближение или аппроксимация по отношению к такой физической или функциональной характеристике.

[0033] «Многофазный флюид» представляет собой флюид, который подвержен протеканию и который состоит из двух фаз, которые не являются химически родственными (например, нефть и вода), или в котором имеются более двух фаз (например, жидкость и газ).

[0034] «Эмульсия» обычно содержит две несмешивающиеся фазы. Две несмешивающиеся фазы включают непрерывную (или внешнюю) фазу и дискретную/дисперсную (или внутреннюю) фазу. Дискретная фаза содержит вторичный флюид, который обычно присутствует в виде капель в непрерывной фазе. Двумя разновидностями эмульсий являются эмульсия типа «нефть в воде» и эмульсия типа «вода в нефти». Эмульсии типа «нефть в воде» обычно включают в себя флюид, по меньшей мере частично не смешивающийся с маслянистым флюидом (обычно флюид на водной основе) в качестве непрерывной фазы и маслянистый флюид в качестве дискретной фазы. Эмульсии типа «вода в нефти» являются противоположными и имеют маслянистый флюид в качестве непрерывной фазы и флюид, по меньшей мере частично не смешивающийся с маслянистым флюидом (обычно флюид на водной основе), в качестве дискретной фазы. Эмульсии типа «вода в нефти» также могут быть названы обратными/инвертными эмульсиями.

[0035] «Деэмульгатором» называют поверхностно-активное вещество или комбинацию поверхностно-активных веществ, которое(ая) препятствует дисперсии или предотвращает дисперсию в эмульсии, тем самым обеспечивая возможность более легкого и быстрого отделения несмешивающихся веществ друг от друга.

[0036] «Переливная перегородка» относится к физическому барьеру, который может действовать в качестве конструктивного элемента для гравитационного осаждения и в используемом в данном документе смысле предназначен для отделения вода от нефти, проходящей в определенном потоке. В используемом в данном документе смысле переливная перегородка также может быть удлинена вниз для принудительного отделения всплывающих флюидов от более плотных флюидов, например отделения нефти от воды.

[0037] Как рассмотрено выше, традиционные сепараторы, которые часто имеют диаметр, составляющий приблизительно один метр или более, сталкиваются с техническими сложными проблемами при глубоководном применении, например, на глубинах, превышающих приблизительно 1500 метров. Таким образом, варианты осуществления, описанные в данном документе, обеспечивают нетрадиционную систему сепарации, которая выполнена с возможностью обеспечения приемлемой сепарации нефти и воды при одновременном соответствии ограничениям по размеру и весу, накладываемым на глубоководные технологические установки. Кроме того, система сепарации может быть спроектирована в соответствии с техническими условиями для труб вместо технических условий для резервуаров, что может обеспечить экономию затрат и снижение веса. Во многих случаях для заданной категории по давлению требуемая толщина стенок для трубы меньше требуемой толщины стенок для соответствующего резервуара.

[0038] В соответствии с вариантами осуществления, описанными в данном документе, система многофазной сепарации может быть использована для увеличения добычи из подводных скважин, особенно в глубоководных и арктических средах. В различных вариантах осуществления система сепарации представляет собой трубный сепаратор, который может быть выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность разделения добываемых флюидов на нефтяную фазу, водную фазу и твердую фазу (или суспензию). В некоторых вариантах осуществления сепаратор может быть выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность отделения газообразных добываемых флюидов. Другими словами, примеры технических средств для сепарации по настоящему изобретению могут быть использованы для создания однофазных потоков. Это может обеспечить возможность применения насосов для однофазных флюидов, которые являются более эффективными и могут обеспечить бóльшие разности давлений по сравнению с насосами для многофазных флюидов. Например, одного насоса для однофазного флюида может быть достаточно для перекачивания однофазного потока. Напротив, может потребоваться ряд насосов для многофазных флюидов для достижения той же разности давлений при перекачивании многофазного потока, особенно в применениях с большим повышением давления.

[0039] Процесс сепарации, описанный в данном документе, может быть использован для обеспечения отделения флюидов на водной основе от добываемых флюидов в больших количествах. Отделение флюидов на водной основе в данном документе названо удалением воды, хотя данные флюиды можно понимать как включающие в себя воду с другими загрязняющими веществами, такими как соли или другие смешивающиеся флюиды. Такое отделение воды в больших количествах может снизить остроту проблем, связанных с обеспечением бесперебойного режима подачи потоков, за счет обеспечения возможности подачи по существу очищенных потоков газа и нефти к поверхности. Данные по существу очищенные потоки будут образовывать меньшие количества гидратов, таких как гидраты метана, в результате чего снижается риск засорения или ограничений потока. Кроме того, острота проблем коррозии может быть уменьшена, или данные проблемы могут быть устранены. При этом потоки попутных продуктов, представляющих собой песок и воду, могут быть отведены для удаления в специально предназначенные зоны удаления, в море или могут быть использованы для поддержания давления в продуктивных пластах.

[0040] Удаление воды в больших количествах может также привести к уменьшению гидростатического напора, действующего на пласт, в результате чего как улучшается режим пласта, так и увеличивается добыча. Удаление воды в больших количествах может также обеспечить уменьшение трубопроводной инфраструктуры, уменьшение количества надводного оборудования для очистки воды, снижение потребностей в энергии и перекачке и устранение узких мест в существующем оборудовании, проблемы которых возникают при снижении темпов добычи вследствие увеличения содержания воды.

[0041] Фиг.1 представляет собой блок-схему, показывающую систему 100 многофазной сепарации, предназначенную для разделения добываемых флюидов 102, которые могут быть получены из подводной скважины 104. Многофазный флюид может представлять собой флюид любого типа, который включает в себя компоненты, которые представляют собой водную фазу и нефтяную фазу и которые являются относительно не смешивающимися. Например, многофазный флюид может представлять собой добываемые флюиды 102 из подводной скважины 104. Добываемые флюиды 102 могут представлять собой углеводородные флюиды, которые включают в себя смесь природного газа, сырой нефти, соляного раствора и твердых примесей, таких как песок. Добываемые флюиды 102 могут быть получены из подводной скважины 104 посредством подводной системы добычи (непоказанной) любого типа, которая выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность добычи углеводородов из мест под водой. Система 106 сепарации «газ - жидкость», если требуется, может быть использована выше по ходу потока для разделения потока 108 газа и потока 110 жидкости.

[0042] В приведенном в качестве примера варианте осуществления добываемые флюиды 102 разделяются на газовую и жидкую фазы в системе 106 сепарации «газ - жидкость». Поток 108 газа может быть дополнительно обработан посредством оборудования 112, расположенного дальше по ходу потока. Оборудование 112, расположенное дальше по ходу потока, может включать в себя, например, любой тип оборудования, расположенного дальше по ходу потока и предназначенного для обработки газа, такое как газовый компрессор, оборудование по очистке газа, устройство для глубокой очистки газа или тому подобное, или газопровод.

[0043] В вариантах осуществления, описанных в данном документе, поток 110 жидкости может быть направлен в систему 114 сепарации «жидкость - жидкость», предназначенную для разделения нефти и воды. Система 114 сепарации нефти и воды представляет собой трубный сепаратор, который выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность объемного разделения потока 110 жидкости на поток 116 нефти, поток 118 воды и в некоторых примерах поток 120 водонефтяной эмульсии.

[0044] В системе 100 многофазной сепарации поток 110 жидкости может быть разделен на отдельные потоки 116, 118, 120, которые могут проходить через секцию очистки до того, как потоки соединятся в регулируемом объеме 122. Регулируемый объем используется, например, для обеспечения окончательного разделения фаз и для сохранения отдельных фаз нефти и воды перед направлением потока в основном нефти через элемент 124 для выпуска нефти и потока в основном воды через элемент 126 для выпуска воды. Конструкции системы 100 сепарации, а также механизмы, посредством которых система 100 многофазной сепарации может повлиять на качество разделения нефтяной фазы, водной фазы и водонефтяной эмульсии, описаны в связи с фиг.3-8.

[0045] В некоторых вариантах осуществления нефть в системе 100 сепарации выходит из верхней части регулируемого объема 122 через элемент 124 для выпуска нефти. Из элемента 124 для выпуска нефти выходит поток 128 по существу чистой/безводной нефти, который может быть обработан посредством оборудования, расположенного дальше по ходу потока. Оборудование, расположенное дальше по ходу потока, может включать в себя, например, технологическое оборудование любого типа, такое как установка подготовки нефти или нефтепровод, среди прочего. Часть нефти из элемента 124 для выпуска нефти может быть путем рециркуляции возвращена обратно в поток 116 нефти в качестве рециркуляционного потока 132 нефти перед регулируемым объемом 122 по ходу потока.

[0046] Вода в системе 100 сепарации выходит из нижней части регулируемого объема 122 через элемент 126 для выпуска воды. Часть потока 130 по существу чистой воды из элемента 126 для выпуска воды может быть путем рециркуляции возвращена обратно в поток 118 воды в качестве рециркуляционного потока 134 воды, например, перед регулируемым объемом 122 по ходу потока. Это может быть полезным для смывания песка и других отложений, которые могли скопиться в нижней части трубного сепаратора, через которую проходит поток 118 воды.

[0047] Дополнительная обработка каждого из потоков 116, 118 и 120 возможна перед регулируемым объемом 122 по ходу потока, и дополнительная обработка потока 128 по существу чистой/безводной нефти и потока 130 по существу чистой воды возможна за регулируемым объемом 122 по ходу потока. Например, каждое из технических средств, представляющих собой оборудование для предварительной обработки нефти и воды или коалесценции, такое как нагревательная система, система закачки химикатов, электростатический коагулятор или тому подобное, или циклон для разделения нефти и воды или трубопроводы для отвода/отгрузки/транспортировки жидкостей, может быть использовано помимо данных технических средств для сепарации.

[0048] Блок-схема по фиг.1 не предназначена для указания того, что система 100 многофазной сепарации должна включать в себя все из компонентов, показанных на фиг.1. Кроме того, любое число дополнительных компонентов может быть включено в систему 100 многофазной сепарации в зависимости от деталей конкретного осуществления. Например, система 100 многофазной сепарации может быть спроектирована с возможностью обеспечения сепарации «газ - жидкость», а также сепарации «жидкость - жидкость» с предварительной обработкой или без предварительной обработки, в результате чего будет обеспечена подача потоков по существу чистой нефти, чистой воды и чистого газа в оборудование, расположенное дальше по ходу потока. Кроме того, многофазные и гидроциклонные пескоотделители (непоказанные) могут быть размещены перед и/или за системой 100 многофазной сепарации по ходу потока. Кроме того, система 100 многофазной сепарации может рассматриваться как трубчатый компонент, выполненный с конфигурацией, обеспечивающей возможность прохождения многофазного флюида и осуществления сепарации фаз.

[0049] Фиг.2 представляет собой чертеж в виде вертикальной проекции приведенной в качестве примера системы 200 многофазной сепарации. Многофазный флюид проходит в систему 200 многофазной сепарации по распределительной впускной магистрали 202. Система 200 многофазной сепарации разделяется в вертикальном направлении в первом разделителе 204 на магистраль 206, по которой проходит преимущественно нефть, и магистраль 208, по которой проходит преимущественно вода. Магистраль 206, по которой проходит преимущественно нефть, разделяется в вертикальном направлении во втором разделителе 210 системы 200 многофазной сепарации на магистраль 206, по которой проходит преимущественно нефть, и магистраль 212 для водонефтяной эмульсии. Магистраль 296, по которой проходит преимущественно нефть, магистраль 208, по которой проходит преимущественно вода, и магистраль 212 для водонефтяной эмульсии могут иметь диаметр, который равен диаметру или меньше диаметра распределительной впускной магистрали 202. В данном примере перфорированные перегородки 214 с заданной площадью пропускного сечения могут быть использованы для балансировки потока между магистралями 206, 208 и 212. Места расположения перфорированных перегородок 214 находятся за разделителями 204 и 210 потока по ходу потока. Перфорированные перегородки 214 также служат в качестве устройств для спрямления потока за разделителями 204 и 210 потока по ходу потока. Для балансировки потока и обеспечения достаточного времени пребывания в каждой магистрали может быть использован некоторый диапазон площадей пропускных сечений для перфорированных перегородок 214.

[0050] После участков 216 труб с пропускными сечениями системы 200 многофазной сепарации магистрали 206, 208 и 212 входят в регулируемый объем 220. Детектор 218 уровня, который может определять поверхности раздела фаз, такие как поверхность раздела нефти и воды, поверхность раздела нефти и эмульсии или поверхность раздела эмульсии и воды, может быть установлен в регулируемом объеме 220. Детектор 218 уровня может быть выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность направления, например, гамма-излучения через флюиды в регулируемом объеме 220 для определения того, где имеются поверхности раздела между нефтью, водой и эмульсией. Результаты данных измерений показывают количество воды и количество нефти, которые имеются в пределах регулируемого объема 220. Детектор 218 уровня может быть выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность передачи сигнала устройству управления (непоказанному), которое может обеспечить регулирование регулирующих клапанов или скоростей работы насосов (непоказанных), которые находятся в магистралях для выпуска нефти и воды. Регулирующие клапаны или скорости работы насосов выполнены/заданы с конфигурацией, обеспечивающей возможность регулирования скорости потока в каждой магистрали, выходящей из регулируемого объема 220.

[0051] Поток 128 по существу безводной/чистой нефти может быть отведен из выпускного элемента 222 в верхней части регулируемого объема 220, в то время как поток 130 по существу чистой воды может быть отведен из выпускного элемента 224 в нижней части регулируемого объема 220.

[0052] В другом варианте осуществления регулируемый объем 220 может быть выполнен с конфигурацией сферического или горизонтального цилиндрического сепаратора (не показано). Кроме того, система 200 многофазной сепарации может рассматриваться как трубчатый компонент, выполненный с конфигурацией, обеспечивающей возможность прохождения многофазного флюида и осуществления сепарации фаз.

[0053] Фиг.3 представляет собой вид сверху приведенной в качестве примера системы 300 многофазной сепарации, иллюстрирующий горизонтальный разделитель 304 в системе 300 многофазной сепарации. Система 200 многофазной сепарации может включать в себя распределительную впускную магистраль 302, выполненную с конфигурацией, обеспечивающей возможность подачи многофазного флюида в отдельные магистрали 306 и 308. Распределительная впускная магистраль 302 может быть соединена с левой магистралью 306 и правой магистралью 308, которые разделены первоначально в горизонтальном направлении в разделителе 304. Левая магистраль 306 и правая магистраль 308 могут быть параллельными распределительной впускной магистрали 302. На поток в каждой магистрали могут влиять перфорированные перегородки 310, установленные внутри магистралей. Последующие магистрали (непоказанные) могут быть разделены в вертикальном направлении для обеспечения большего разделения нефтяной фазы и водной фазы, для уменьшения соответствующей скоростей потоков и для соединения на разных уровнях в регулируемом объеме 312. В альтернативных вариантах осуществления каждая из магистралей 306 и 308, разделенных в горизонтальном направлении, может быть выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность подачи в независимый регулируемый объем, при этом в данном случае каждый регулируемый объем может иметь меньший размер, чем один объем для всех соединяемых магистралей для потоков.

[0054] Система 300 многофазной сепарации разделяет поток по магистралям 306 и 308 для сепарации нефти, воды и эмульсии. Удаление газа из жидкостей также может быть выполнено в магистралях 306 и 308 или в предшествующей секции в зависимости от применения. За магистралями 306 и 308 по ходу потока и после объемной сепарации нефтяной и водной фаз система 300 многофазной сепарации соединена с множеством вертикально ориентированных разделителей, которые могут быть расположены под прямым или косым углами и ведут к магистрали, по которой проходит преимущественно нефть, и магистрали, по которой проходит преимущественно вода. Магистраль, по которой проходит преимущественно нефть, находится выше плоскости распределительной впускной магистрали 302, в то время как магистраль, по которой проходит преимущественно вода, находится ниже плоскости распределительной впускной магистрали 302. Магистраль для водонефтяной эмульсии также может быть расположена между верхней и нижней магистралями и не показана на фиг.3. Плоскости обеих магистралей 306 и 308 по существу параллельны друг другу и распределительной впускной магистрали 302, например, они находятся в горизонтальных плоскостях. Данная конструкция может обеспечить качество более чистых нефти и воды, выходящих из системы 300 многофазной сепарации, по сравнению с одномагистральным горизонтальным трубным сепаратором. Левая 306 и правая 308 магистрали могут иметь диаметр, равный диаметру распределительной впускной магистрали 302 или меньший по сравнению с диаметром распределительной впускной магистрали 302.

[0055] Схема по фиг.3 не предназначена для указания того, что система 300 многофазной сепарации должна включать в себя все из компонентов, показанных на фиг.3. Кроме того, любое число дополнительных компонентов может быть включено в систему 300 многофазной сепарации в зависимости от деталей конкретного осуществления.

[0056] Фиг.4 представляет собой вид в перспективе еще одной системы 400 многофазной сепарации, подобной описанной в данном документе. На фиг.4 секция очистки расположена после первого детектора уровня и перед регулируемым объемом. Секция очистки рассмотрена более подробно в связи с фиг.5. В системе 400 многофазной сепарации распределительная впускная магистраль 402 разделяется на среднюю магистраль 404, в которой нефть представляет собой преобладающую фазу, и нижнюю магистраль 406, в которой вода представляет собой преобладающую фазу. Средняя магистраль 404 может обеспечивать подачу многофазного флюида в верхнюю магистраль 405 и магистраль 408 для водонефтяной эмульсии. Перфорированные перегородки 410 или другие устройства для регулирования потока могут быть вставлены в различных местах в каждой магистрали для балансировки скорости потока флюида в определенной магистрали. Верхняя магистраль 405 может находиться во второй плоскости, которая находится выше и по существу параллельна плоскости, занимаемой магистралью 408 для водонефтяной эмульсии. Нижняя магистраль 406 может находиться ниже плоскости, занимаемой магистралью 408 для водонефтяной эмульсии, и может быть расположена по существу параллельно данной плоскости. Кроме того, нижняя магистраль 406 может обеспечивать подачу воды и частиц песка в спускную трубу (описано более подробно на фиг.5).

[0057] Детектор 412 уровня выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность измерения уровней поверхностей раздела фаз между компонентами, представляющими собой нефть, воду и эмульсию, в каждой из магистралей 405, 406 и 408. Уровни поверхностей раздела фаз, которые измеряются, могут быть переданы в устройство управления, которое выполнено с конфигурацией, обеспечивающей возможность управления расположенными дальше по ходу потока клапанами в верхней 405 и нижней 406 магистралях. Клапаны используются для регулирования потоков, поступающих в регулируемый объем 422. В приведенном в качестве примера варианте осуществления регулируемый объем 422 представляет собой вертикально ориентированную цилиндрическую конструкцию, которая выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность направления потока в основном нефти через элемент 416 для выпуска нефти, направления потока в основном воды через элемент 418 для выпуска воды и направления потока водонефтяной эмульсии через возможный, но необязательный элемент 420 для выпуска эмульсии. В другом приведенном в качестве примера варианте осуществления регулируемый объем 422 может иметь сферическую форму, и система 400 многофазной сепарации может служить в качестве системы предварительной сепарации. В еще одном варианте осуществления регулируемый объем 422 может представлять собой горизонтальный сепаратор для разделения нефти и воды. Сферические регулируемые объемы и регулируемые объемы на основе резервуаров могут быть использованы, когда внутренние и внешние давления не являются существенным ограничением для системы.

[0058] Схема по фиг.4 не предназначена для указания того, что система 400 многофазной сепарации должна включать в себя все из компонентов, показанных на фиг.4. Кроме того, любое число дополнительных компонентов может быть включено в систему 400 многофазной сепарации в зависимости от деталей конкретного осуществления. Например, длина магистралей 405, 406 и 408 может быть увеличена перед секцией 502 очистки по фиг.5 по ходу потока или в пределах данной секции 502 очистки для увеличения времени пребывания и улучшения сепарации нефти и воды. Это может создать возможность улучшения или устранения выполняемых дальше по потоку этапов сепарации или расположенного дальше по потоку оборудования для сепарации. Рядом с концом системы 400 многофазной сепарации поток будет направлен в отдельные коллекторы через секцию 502 очистки.

[0059] Фиг.5 представляет собой вид сбоку системы 500 многофазной сепарации, например системы 400 многофазной сепарации по фиг.4. На фиг.5 секция 502 очистки увеличена и проиллюстрирована более подробно. Элементы с аналогичными ссылочными позициями - это элементы, подобные рассмотренным в связи с фиг.4. Флюиды, проходящие из верхней магистрали 405, нижней магистрали 406 и магистрали 408 для водонефтяной эмульсии, проходят мимо детектора 412 уровня и в секцию 502 очистки. Флюид из верхней магистрали 405 поступает в секцию 502 очистки и проходит частично над возможной, но необязательной переливной перегородкой 506. Переливная перегородка 506 для верхней магистрали выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность протекания менее плотной нефтяной фазы над переливной перегородкой 506. Более плотные водная фаза и фаза, представляющая собой водонефтяную эмульсию, скапливаются у переливной перегородки 506 и проходят по спускной трубе 504 и в предназначенные для водонефтяной эмульсии магистрали 512 секции 502 очистки. Регулирующий клапан 508 выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность регулирования потока в верхней магистрали 405 перед регулируемым объемом 422 по ходу потока.

[0060] Другая возможная, но необязательная система 507 с переливной перегородкой может быть использована в нижней магистрали 406 для обеспечения возможность прохода более плотной водной фазы ниже переливной перегородки 506. Менее плотные нефтяная фаза и фаза, представляющая собой водонефтяную эмульсию, скапливаются у переливной перегородки 507 и проходят по подъемной трубе 510 и в предназначенные для водонефтяной эмульсии магистрали 512 секции 502 очистки. Еще один регулирующий клапан 508 выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность регулирования потока в нижней магистрали 406 перед регулируемым объемом 422 по ходу потока. Спускные трубы 504 между магистралями 512 для эмульсии дополнительно выполнены с конфигурацией, обеспечивающей возможность направления потока компонента, представляющего собой более плотную воду, вниз в нижнюю магистраль для эмульсии и направления компонента, представляющего собой менее плотную нефть, вверх в верхнюю магистраль для эмульсии.

[0061] Секция 502 очистки выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность ввода нефтяной фазы в верхней части регулируемого объема 422 и выхода нефтяной фазы через выпускной элемент 416 в верхней части регулируемого объема 422. Секция 502 очистки также выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность ввода водной фазы в нижней части регулируемого объема 422 и выхода водной фазы через выпускной элемент 418 в нижней части регулируемого объема 422. Секция 502 очистки также выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность ввода фазы, представляющей собой водонефтяную эмульсию, в средней части регулируемого объема 422 и выхода фазы, представляющей собой водонефтяную эмульсию, через выпускной элемент 420 в средней части регулируемого объема 422.

[0062] В приведенном в качестве примера варианте осуществления регулируемый объем 422 представляет собой вертикально ориентированную цилиндрическую конструкцию с элементами для впуска из каждой верхней предназначенной для нефти 405, нижней предназначенной для воды 406 и средних предназначенных для водонефтяной эмульсии 512 магистралей, а также с элементами для выпуска нефти 416, воды 418 и водонефтяной эмульсии 420. Выпускные элементы могут быть соединены с расположенными дальше по потоку ступенями сепарации для доочистки, например с гидроциклонами для удаления нефти.

[0063] Для улучшения сепарации нефти и воды перед тем, как флюид из каждой магистрали будет проходить через секцию 502 очистки, магистрали для нефти и водонефтяной эмульсии могут быть снабжены возможными, но необязательными устройствами (непоказанными) для электростатической коагуляции для усиления коалесценции капель воды и улучшения сепарации нефти и воды. Магистрали для нефти, воды и водонефтяной эмульсии могут быть снабжены внутренними элементами для коалесценции и распределения потока, например пакетами дисков, перфорированными перегородками и тому подобным, которые усиливают коалесценцию капель и улучшают сепарацию нефти и воды.

[0064] Уровень нефти и воды в каждой из магистралей 405 и 406, входящих в секцию 502 очистки, может регулироваться посредством регулирующих клапанов 508 для поддержания поверхности раздела нефти и воды или выше, или ниже высоты переливной перегородки 506 так, чтобы незначительное количество водонефтяной эмульсии проходило дальше по ходу потока по магистралям. Может быть обеспечено принудительное направление потока водонефтяной эмульсии в магистраль 512 для эмульсии с непрерывной нефтяной фазой, магистраль 513 для эмульсии с непрерывной водной фазой и магистраль 515 для водонефтяной эмульсии. Обеспечивается возможность сообщения магистралей 512, 513, 515 для эмульсии друг с другом для обеспечения возможности перемещения несвязанных капель к соответствующим им фазам по спускным трубам 504 и подъемным трубам 510.

[0065] Дополнительные спускные трубы могут быть соединены с нижней магистралью 406 в виде ловушек 514 для песка, предназначенных для улавливания песка, который скапливается в системе 400 многофазной сепарации. Ловушки 514 для песка могут быть герметично закрыты отстойником для песка (непоказанным). Отстойник для песка может быть выполнен с конфигурацией с внутренними элементами для перемещения песка, предназначенными для обеспечения возможности аккумуляции заданного количества песка до того, как отстойник для песка будет опорожнен. Перед отстойником для песка по ходу потока возможная, но необязательная система размыва и смыва песка может быть приведена в действие для нагнетания промывочной воды в нижнюю магистраль 406 из рециркуляционного/возвращаемого потока 516 в месте 518 нагнетания. Система размыва и смыва песка может быть использована для вымывания скопившегося песка из нижней магистрали 406 в ловушку 514 для песка. В некоторых вариантах осуществления множество ловушек 514 для песка могут быть использованы для улавливания песка из нижней магистрали 406.

[0066] Многофазный флюид при входе в регулируемый объем 422 уже будет разделен посредством секции 502 очистки на три компонента, а именно преимущественно нефть, проходящую в верхней магистрали 405, преимущественно воду, проходящую в нижней магистрали 406, и водонефтяную эмульсию, проходящую в множестве средних магистралей 512. В данном приведенном в качестве примера варианте осуществления регулируемый объем 422 ориентирован вертикально.

[0067] Фиг.6А и 6В представляют собой схему технологического процесса в способе 600 разделения жидкостей, содержащихся в многофазном флюиде. В различных вариантах осуществления система 200 и 400 многофазной сепарации, рассмотренная выше в связи с фиг.2 и 4, используется для реализации способа 600.

[0068] Возможный, но необязательный процесс (непоказанный) разделения газа и жидкости может быть использован по ходу потока перед настоящим способом. Данный этап разделения обеспечивает отделение газов от добываемого флюида. В данном случае поток многофазного флюида направляют в распределительный впускной элемент системы сепарации «газ - жидкость». Многофазный флюид может быть разделен на газы и жидкости в системе сепарации «газ - жидкость». Поток газа может быть направлен над потоком жидкости в элемент для выпуска газа. Газы в основном отделяются от потока жидкости, и поток жидкости продолжается в основном технологическом процессе, описанном ниже и начинающемся в блоке 602.

[0069] Способ 600 начинается в блоке 602, в котором поток многофазного флюида направляют в распределительный впускной элемент системы сепарации. Многофазный флюид может быть разделен в вертикально ориентированных распределительных коллекторах и может проходить в магистраль, по которой проходит преимущественно нефть, в блоке 604А, в магистраль для водонефтяной эмульсии в блоке 604В и магистраль, по которой проходит преимущественно вода, в блоке 604С.

[0070] Разделение потоков в каждой магистрали регулируют в блоках 606А, 606В и 606С, используя, например, перфорированные перегородки. Поток в каждой магистрали может проходить через пропускное сечение трубы в системе сепарации, как указано в блоках 608А, 608В и 608С. Пропускные сечения труб могут быть выполнены с конфигурацией, обеспечивающей возможность определенного времени пребывания флюида в каждой магистрали. Может быть использовано заданное время пребывания, которое обеспечивает наиболее эффективную сепарацию многофазного флюида в пропускных сечениях труб в системе сепарации.

[0071] В блоках 610А, 610В и 610C определение уровня осуществляется детектором уровня, который выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность обнаружения поверхности раздела фаз в каждой магистрали системы сепарации. Уровни нефти, воды и водонефтяной эмульсии, которые определяются детектором уровня, могут быть переданы в систему управления. В блоках 612А, 612В и 612С поддерживается связь с устройством управления, которое выполнено с конфигурацией, обеспечивающей возможность включения регулирующего клапана с дистанционным управлением. В блоках 614А, 614В и 614С в регулирующий клапан поступают сигналы от устройства управления, поддерживающего связь с детектором уровня. При входе в секцию очистки регулирование потока в каждой магистрали осуществляется посредством регулирующих клапанов на основе сигналов от устройства управления, поддерживающего связь с детектором уровня, в блоках 616А, 616В и 616С. Поскольку уровни нефти, воды и водонефтяной эмульсии определяются в каждой магистрали детектором уровня, устройство управления будет получать сигналы, соответствующие данным уровням, и регулирующие клапаны будут приводиться в действие соответствующим образом.

[0072] Кроме того, магистраль, по которой проходит преимущественно вода, может быть снабжена возможными, но необязательными отстойниками для песка, которые представляют собой цилиндрические объемы, ориентированные перпендикулярно к горизонтальной магистрали для воды и предназначенные для сбора и отвода песка из добываемого флюида в магистралях. Магистраль для воды включает в себя преимущественно воду, и для увеличения потока данная магистраль для воды может быть снабжена элементами для ввода рециркуляционных потоков или системой размыва и смыва песка для псевдоожижения и вымывания песка в отстойники для песка. В блоке 618 поток песка, который скапливается в магистрали для воды, может быть направлен в спускные трубы и эффективно отделен. Поскольку это происходит в магистрали, по которой проходит преимущественно вода, это может быть выполнено без существенного возмущающего воздействия на объемную сепарацию нефти и воды в секции очистки. Кроме того, расположенные дальше по ходу потока системы для обработки песка, включающие использование циклонов для разделения добытой воды и песка и систему накопления, могут быть использованы для вымывания песка и других твердых частиц из системы многофазной сепарации. Если требуется, отстойники для песка могут быть снабжены внутренними элементами для перемещения песка, предназначенными для псевдоожижения и удаления песка, скопившегося в нижней части отстойников.

[0073] В блоке 620 потоки, проходящие по предназначенным для нефти, воды и водонефтяной эмульсии магистралям системы многофазной сепарации, направляются в регулируемый объем, в котором регулируются уровни поверхностей раздела нефти, воды и эмульсии. Нефть, вода и эмульсия разделяются в регулируемом объеме. В блоках 622А, 622В и 622С разделение нефтяной фазы, водной фазы и водонефтяной эмульсии осуществляется посредством использования способа, раскрытого в данном документе. Песок, который скапливается в системе многофазной сепарации, удаляется в блоке 624 с помощью технических средств, описанных в данном документе.

[0074] Схема технологического процесса по фиг.6 не предназначена для указания того, что этапы способа 600 должны выполняться в любом определенном порядке, или того, что все из этапов способа 600 должны быть включены в каждом случае. Кроме того, любое число дополнительных этапов, не показанных на фиг.6, может быть включено в способ 600 в зависимости от деталей конкретного осуществления.

[0075] Фиг.7 иллюстрирует блок-схему приведенной в качестве примера системы 700 многофазной сепарации и включает систему управления. Потоки добываемых флюидов 702 направляются через основной впускной элемент 704. Сначала флюиды разделяются в горизонтальном направлении 706 и в дальнейшем разделяются в вертикальном направлении 708 для обеспечения сепарации - по меньшей мере до некоторой степени - нефти, воды и водонефтяной эмульсии по трем отдельным магистралям в вертикальной плоскости. Поток в каждой магистрали 710 можно регулировать, используя, например, перфорированные перегородки, переливные перегораживающие конструктивные элементы, клапаны или насосы, которые создают незначительный перепад давлений в каждой магистрали. Перфорированные перегородки предназначены для равномерного распределения потока жидкости по определенному поперечному сечению и для содействия сепарации многофазных добываемых флюидов 702. Если требуется, перфорированные перегородки могут подниматься и опускаться, когда они соединены с задвижками, которые контролируют открытие перегородки для воздействия или регулируют площадь пропускного сечения перегородки.

[0076] После того как поток в каждой магистрали пройдет через пропускное сечение трубы, в которой длина каждого участка трубы с определенным пропускным сечением задана для обеспечения оптимальной сепарации и оптимального времени пребывания флюидов в системе 700 многофазной сепарации, уровни поверхностей раздела нефти, воды и водонефтяной эмульсии определяются детектором 712 уровня. После этого поток в каждой магистрали регулируется 714 за счет передачи данных по уровням нефти, воды и водонефтяной эмульсии, определенных детектором уровня, устройству управления, которое управляет расположенными дальше по ходу потока, регулирующими клапанами. Регулирующие клапаны могут быть приведены в действие 714 на основе предшествующего определения уровней фаз, выполненного детектором уровня, в результате чего обеспечивается регулирование потока в каждой магистрали в пределах секции очистки. Задача схемы управления состоит в том, чтобы вытеснить водонефтяную эмульсию из каждой магистрали в среднюю секцию, в результате чего обеспечивается возможность большей сепарации нефтяной и водной фаз в многофазных добываемых флюидах 702.

[0077] После секции очистки поток, проходящий в каждой магистрали, может быть направлен в регулируемый объем 716. Уровни поверхностей раздела нефти и воды могут быть определены детектором уровня в регулируемом объеме 718. Данный уровень может быть передан в отдельное устройство управления и последующие регулирующие клапаны или насосы, расположенные за регулируемым объемом по ходу потока, которые могут быть приведены в действие для регулирования каждого элемента 722, 724 и 726 для выпуска из регулируемого объема. Возможные, но необязательные этапы, обозначенные 720, включают регулирование высоты системы с переливной перегородкой, которая может быть использована перед регулируемым объемом по ходу потока для более эффективной сепарации компонентов многофазного флюида. Система с переливной перегородкой может быть стационарной, или она может быть присоединена к системе задвижек, и высота переливной перегородки может регулироваться. Кроме того, секция очистки с множеством спускных труб и подъемных труб представляет собой возможное, но необязательное дополнение для того, чтобы способствовать дополнительной сепарации до того, как флюид в каждой магистрали поступит в регулируемый объем.

[0078] Разделение между водной и нефтяной фазами сохраняется в регулируемом объеме в блоке 720. Детектор уровня в регулируемом объеме определяет уровень нефти и воды, имеющихся в регулируемом объеме. Объем каждой фазы в регулируемом объеме может варьироваться в зависимости от уровня поверхности раздела нефти и воды, который определен. И наконец, регулируемый объем выполнен с конфигурацией с элементом для выпуска воды в нижней части 722, элементом для выпуска нефти в верхней части 726 и, если требуется, элементом для выпуска водонефтяной эмульсии в средней части 724 регулируемого объема. Водонефтяная эмульсия, выходящая из возможного, но необязательного третьего выпускного элемента, может быть дополнительно подвергнута обработке за регулируемым объемом по ходу потока для обеспечения заданной сепарации нефтяной и водной фаз.

[0079] Фиг.8 представляет собой схематическое изображение системы 800 многофазной сепарации и системы 802 управления. Система 802 управления выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность направления потока флюида из предназначенного для впуска нефти элемента 804, предназначенного для впуска воды элемента 806 и предназначенного для впуска водонефтяной эмульсии элемента 808 системы 800 многофазной сепарации с предпочтительной скоростью. Система 800 многофазной сепарации использует систему 802 управления для передачи управляющих сигналов 810 и 812 каждому из регулирующих клапанов 814 и 816, обеспечивающих регулирование потока флюида, проходящего в системе 800 многофазной сепарации. Система 802 управления может представлять собой часть большей системы управления, такой как распределенная система управления (DCS), программируемый контроллер (PLC), устройство прямого числового управления (DDC), или любую другую соответствующую систему управления. Кроме того, система 802 управления может автоматически регулировать параметры посредством выходов 810 и 812 контроллера или может предоставлять информацию о системе 800 многофазной сепарации оператору, который затем вводит корректировки вручную.

[0080] Система 802 управления передает сигнал 810 регулирующему клапану 814 для управления потоком 818 в секции для нефти. Аналогичным образом, управляющий сигнал 812 передается регулирующему клапану 816, который может регулировать скорость потока для потока 820 в секции для воды. Если требуется, поток 822 водонефтяной эмульсии можно регулировать посредством регулирующего клапана (непоказанного) для регулирования потока из элемента 808 для впуска водонефтяной эмульсии. Еще один управляющий сигнал 824 может быть передан в систему 802 управления из детектора 826 уровня, который передает входной сигнал в систему 802 управления для передачи сигналов 810 и 812 регулирующим клапанам 814 и 816.

[0081] Регулирующие клапаны 814 и 816 выполнены с конфигурацией, обеспечивающей возможность регулирования скорости флюида в потоке 818 в секции для нефти и потоке 820 в секции для воды, которые в конце концов поступают в секцию очистки. Регулирующие клапаны могут осуществлять непрямое регулирование потока 822 в секции для водонефтяной эмульсии в секции очистки. Уровень поверхности раздела, например, между нефтяной и водной фазами или между или нефтяной фазой, или водной фазой и фазой, представляющей собой эмульсию, может быть определен в секциях 818 и 820 посредством детектора уровня 826, и в систему 802 управления может быть передан управляющий сигнал 824, соответствующий уровням поверхностей раздела, которые определяются. Система 802 управления выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность регулирования потока в каждой секции 818, 820 и 822, проходящего в секцию очистки, при этом вода и водонефтяная эмульсия в потоке 818 в секции для нефти вытесняются по спускным трубам в среднюю секцию (не показано) и при этом нефть и водонефтяная эмульсия в потоке 820 в секции для воды вытесняются по подъемным трубам в среднюю секцию (не показано). Регулируемый объем 828 выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность направления потока в основном нефти из элемента 830 для выпуска нефти в верхней части регулируемого объема, направления потока в основном воды из элемента 832 для выпуска воды в нижней части регулируемого объема и, возможно, направления потока водонефтяной эмульсии из элемента 834 для выпуска водонефтяной эмульсии в средней части регулируемого объема.

[0082] Следует понимать, что система 800 многофазной сепарации, показанная на фиг.8, была упрощена для содействия разъяснению различных вариантов осуществления настоящих технических средств. Соответственно, в вариантах осуществления настоящих технических средств могут быть дополнительно предусмотрены многочисленные устройства, не показанные или не упомянутые особо. Подобные устройства могут включать расходомеры, такие как диафрагменные расходомеры, массовые расходомеры, ультразвуковые расходомеры, расходомеры Вентури и тому подобное. Кроме того, поток в каждом элементе для выпуска из регулируемого объема 828 можно регулировать посредством последующего технологического оборудования (включая насосы с регулированием скорости работы насоса и регулирующие клапаны), расположенного за регулируемым объемом 828 по ходу потока.

[0083] Фиг.9 представляет собой чертеж, иллюстрирующий верхнюю, нижнюю и среднюю магистрали с местами 900 ввода для сопел, предназначенных для размыва и смыва песка, и рециркуляционных потоков. Объекты с аналогичными ссылочными позициями такие же, как рассмотренные в связи с фиг.2. Места 902 ввода для сопел, предназначенных для размыва и смыва песка, и рециркуляционных потоков могут быть предусмотрены в магистрали системы рециркуляции с впрыском, которая может представлять собой часть системы 200 многофазной сепарации по фиг.2. Может быть предусмотрено одно сопло для вымывания потока флюида вниз по определенной магистрали, например, рециркуляционная вода из элемента, предназначенного для выпуска из регулируемого объема, может быть возвращена путем рециркуляции в магистраль 208 по фиг.2, по которой проходит преимущественно вода, для псевдоожижения скопившегося песка в системе 200 многофазной сепарации по фиг.2 и смыва скопившегося песка по спускным трубам в отстойники для песка. Сопла (непоказанные) также могут быть использованы для рециркуляционного потока для воздействия на поток в определенной магистрали системы 200 сепарации по фиг.2. Для ограничения воздействия на сепарацию нефти и воды рециркуляционные магистрали 904, 906 и 908 могут быть выполнены с такой конфигурацией, что они будут находиться с внешней стороны верхней, средней и нижней магистралей.

[0084] Фиг.10А и 10В представляют собой чертежи, иллюстрирующие магистраль для воды с зоной сбора в нижней части магистрали, предназначенной для аккумуляции твердых частиц. Показаны вид в перспективе по фиг.10А и вид сбоку по фиг.10В системы 1000 аккумуляции песка. Магистраль 208 для воды по фиг.2 имеет дополнительное пространство в нижней части 1002, выполненной с конфигурацией, обеспечивающей возможность улавливания песка или других твердых частиц 1004, которые могут осаждаться из флюида 1006, проходящего в магистрали.

[0085] Может быть реализована конструкция, в которой часть трубчатой стенки выполнена с конфигурацией, при которой она проходит снаружи участка магистрали и следует вдоль участка магистрали, например, с общей подковообразной или полукруглой формой. Песок или другие твердые частицы 1004 могут скапливаться внутри нижней зоны 1002, в то время как флюид 1006, проходящий в той же магистрали, сохраняет в большей или меньшей степени установившийся режим течения. Спускные трубы, или наклонные, или вертикальные, могут быть конфигурированы за нижней зоной 1002 по ходу потока для улавливания песка или других твердых частиц 1004 для удаления. Система размыва и смыва песка и другие средства псевдоожижения могут быть установлены в магистрали 208 для воды для увеличения потока и содействия размыву, смыву и псевдоожижению скопившегося песка или других твердых частиц 1004, в результате чего облегчается сепарация посредством спускных труб.

[0086] Фиг.11 представляет собой чертеж, иллюстрирующий систему 1100 с регулируемой переливной перегородкой. Система 1100 с регулируемой переливной перегородкой включает в себя регулируемую переливную перегородку 1102, которая присоединена посредством соединительного элемента 1104 к приводному элементу 1106 для задвижки. Регулируемая переливная перегородка 1102 находится внутри трубы 1108. Приводной элемент 1106 для задвижки может быть приведен в действие вручную или посредством устройства управления (непоказанного) для регулирования высоты регулируемой переливной перегородки 1102. Регулируемая переливная перегородка 1102 для магистрали для нефти выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность протекания менее плотной нефтяной фазы над регулируемой переливной перегородкой 1102, в то время как более плотная водная фаза или фаза, представляющая собой водонефтяную эмульсию, скапливается у регулируемой переливной перегородки 1102 и проходит по спускной трубе и в предназначенные для водонефтяной эмульсии магистрали секции очистки (не показано).

[0087] Аналогичным образом, регулируемая переливная перегородка 1102 в магистрали для воды может быть выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность протекания более плотной водной фазы ниже регулируемой переливной перегородки 1102, в то время как менее плотная нефтяная фаза или фаза, представляющая собой водонефтяную эмульсию, скапливается перед переливной перегородкой и проходит по подъемной трубе и в предназначенные для водонефтяной эмульсии магистрали секции очистки (не показано). Регулируемая переливная перегородка 1102 может быть приведена в действие вручную или на основе результатов измерений от детекторов уровня (непоказанных), которые передают сигналы управляющему устройству. Управляющее устройство приведенной в качестве примера системы управления (непоказанной) может управлять приводным элементом 1106 для задвижки, в результате чего регулирование уровня регулируемой переливной перегородки 1102 осуществляется на основе измеренной поверхности раздела фаз.

[0088] Фиг.12 представляет собой чертеж, иллюстрирующий систему 1200 с регулируемой перегородкой. Система 1200 с регулируемой перегородкой включает в себя перфорированную перегородку 1202, соединенную посредством соединительного элемента 1204 с приводным элементом 1206 для задвижки. Перфорированная перегородка 1202 выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность ее вставки в трубу 1208. Перфорированная перегородка 1202 имеет множество частей с разными площадями пропускных сечений. На одном конце перфорированной перегородки 1202 площадь пропускного сечения может быть малой, в то время как на другом конце площадь пропускного сечения может быть большой. Часть перфорированной перегородки 1202, которая вставлена в трубопровод 1208, может быть отрегулирована вручную или посредством устройства управления (непоказанного), поддерживающего связь с расходомером (непоказанным) и приводным элементом 1206 для задвижки. Приводной элемент 1206 для задвижки может быть выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность регулирования той части перфорированной перегородки 1202, которая вставляется в трубопровод 1208, на основе измеренного расхода в определенном трубопроводе. Регулировка перфорированной перегородки 1202 подобным образом способствует обеспечению более эффективного разделения между нефтяной и водной фазами добываемых флюидов.

[0089] Фиг.13 представляет собой вид сбоку еще одного варианта осуществления системы 1300 многофазной сепарации, например системы 200 многофазной сепарации по фиг.2 или 400 по фиг.4. В данном варианте осуществления системы 1300 многофазной сепарации используются сравнительно близко расположенные магистрали 405, 406 и 408, при этом магистрали 405, 406 и 408 расположены по существу рядом друг с другом при отсутствии расположенных между ними параллельных магистралей, труб или других каналов. Размещение магистралей 405, 406 и 408 сравнительно близко друг к другу, которое обеспечивает минимизацию объема рециркуляции в многофазном флюиде, например, у разделителей 204 и/или 210 по фиг.2, может быть предпочтительным для уменьшения повторного смешивания и/или облегчения сепарации фаз в магистралях 405, 406 и 408. На фиг.13 секция 1302 очистки увеличена и проиллюстрирована более подробно. Объекты с аналогичными ссылочными позициями могут быть по существу такими же, как рассмотренные в связи с фиг.4 и 5. Флюид из верхней магистрали 405 поступает в секцию 1302 очистки. Нефтяной коллектор 1350 показан и может в большинстве случаев принимать поток, содержащий в основном нефть, из верхней магистрали 405.

[0090] Переливная перегородка 1310, например, подобная показанной на фиг.15, если требуется, может быть размещена в верхней магистрали 405 для потока, чтобы способствовать проходу нефти или иным образом стимулировать проход нефти вверх в нефтяной коллектор 1350. Поскольку менее плотная нефть скапливается у переливной перегородки 1310, увеличивающееся количество нефти может проходить в нефтяной коллектор 1350. Регулирующий клапан 508 выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность регулирования потока в нефтяном коллекторе 1350 перед регулируемым объемом 422 по ходу потока. Другая возможная, но необязательная переливная перегородка 1312, например, подобная показанной на фиг.15, может быть использована в нижней магистрали 406, чтобы способствовать проходу более плотной водной фазы или иным образом стимулировать проход более плотной водной фазы в водяной коллектор 1360. Другой регулирующий клапан 508 выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность регулирования потока в водяном коллекторе 1360 перед регулирующим объемом 422 по ходу потока. Третья возможная, но необязательная переливная перегородка 1314, например, подобная показанной на фиг.15, может быть использована в средней магистрали 408 помимо или вместо переливной перегородки 1312, чтобы способствовать проходу более плотной водной фазы или иным образом стимулировать проход более плотной водной фазы в водяной коллектор 1360. Несмотря на то, что переливные перегородки 1310, 1312 и 1314 показаны как соединяемые посредством фланцевых соединений, специалистам будет понятно, что другие механизмы/средства соединения переливных перегородок, например, приваривание в заданном месте и т.д., хорошо известны и могут быть соответствующим образом использованы в пределах объема данного раскрытия изобретения.

[0091] Новая система устройств 1304, 1306 и 1308 со спускными трубами/подъемными трубами, например, подобная показанной на фиг.14 и дополнительно описанной со ссылкой на фиг.14, если требуется, может быть использована для перемещения воды, нефти и/или эмульсии между параллельными магистралями 405, 406 и 408 секции 1302 очистки. В некоторых вариантах осуществления прилегающие сплошные пластины устройств 1304, 1306 и 1308 со спускными трубами/подъемными трубами размещены между фланцевыми соединениями в системе 1300 многофазной сепарации.

[0092] Секция 1302 очистки выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность входа нефтяной фазы в верхней части регулируемого объема 422 и выхода нефтяной фазы через элемент 416 для выпуска нефти в верхней части регулируемого объема 422. Секция 1302 очистки также выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность входа водной фазы в нижней части регулируемого объема 422 и выхода водной фазы через элемент 418 для выпуска воды в нижней части регулируемого объема 422. Секция 1302 очистки также может быть выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность входа фазы, представляющей собой водонефтяную эмульсию, в средней части регулируемого объема 422 и выхода фазы, представляющей собой водонефтяную эмульсию, через возможный, но необязательный элемент 420 для выпуска эмульсии в средней части регулируемого объема 422.

[0093] Фиг.14 представляет собой схематическое изображение в перспективе устройств 1304, 1306 и 1308 со спускными трубами/подъемными трубами, которое может быть в дальнейшем названо отдельно спускной трубой/подъемной трубой или устройством со спускными трубами/подъемными трубами. Устройства 1304, 1306 и 1308 со спускными трубами/подъемными трубами могут быть полезными для минимизации повторного смешивания в секции очистки, например, вследствие открытого сообщения между нефтяным коллектором, коллектором для эмульсии и водяным коллектором (например, в магистралях 405, 406 и 408 в системе 400 многофазной сепарации по фиг.4). Спускная труба/подъемная труба 1304 может обеспечить возможность прохождения нефти из нижней магистрали 406 и/или средней магистрали 408 в верхнюю магистраль 405 по подъемной(ым) трубе(ам) за счет функционального соединения участка магистрали, содержащего нефтяную(ые) фазу (фазы) (например, зоны над поверхностью раздела нефти и воды), в нижней магистрали 406 и/или средней магистрали 408 и соответствующего участка верхней магистрали 405. Спускная труба/подъемная труба 1304 может обеспечить возможность прохождения воды из верхней магистрали 405 и/или средней магистрали 408 в нижнюю магистраль 406 по спускной(ым) трубе(ам) посредством функционального соединения участка магистрали, содержащего водную(ые) фазу(ы) (например, зоны под поверхностью раздела нефти и воды), в верхней магистрали 405 и/или средней магистрали 408 с соответствующим участком нижней магистрали 406. Спускная труба/подъемная труба 1304 выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность воспрепятствования или, по меньшей мере, в основном сдерживания всех остальных обменов флюидами между магистралями 405, 406 и 408 посредством примыкающих сплошных пластин, которые минимизируют повторное смешивание в секции очистки. Спускная труба/подъемная труба 1306 может функционировать по существу таким же образом, как спускная труба/подъемная труба 1304, за исключением количества нефти и/или воды, пропускаемого по спускной трубе/подъемной трубе 1306 в каналах, функционально соединенных со средней магистралью 408, которые могут иметь меньший диаметр (и, таким образом, обеспечивают возможность сравнительно меньшего потока) по сравнению с диаметром спускной трубы/подъемной трубы 1304 в соответствующих каналах, функционально соединенных со средней магистралью 408. Данная конфигурация может обеспечить возможность пропускания относительно бóльших количеств нефти, воды и/или эмульсии из средней магистрали 408 в верхнюю магистраль 405 и/или нижнюю магистраль 406 в месте, находящемся более близко по ходу потока в секции очистки (например, посредством спускной трубы/подъемной трубы 1304, подобной показанной на фиг.13), и пропускания относительно меньших количеств нефти, воды и/или эмульсии из средней магистрали 408 в верхнюю магистраль 405 и/или нижнюю магистраль 406 в месте, находящемся более далеко по ходу потока в секции очистки (например, посредством спускной трубы/подъемной трубы 1306, подобной показанной на фиг.13). Спускная труба/подъемная труба 1308 выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность прохождения нефти из нижней магистрали 406 в верхнюю магистраль 405 посредством функционального соединения участка магистрали, содержащего нефтяную(ые) фазу(ы) (например, зоны над поверхностью раздела нефти и воды), в нижней магистрали 406 и соответствующего участка в верхней магистрали 405 и обеспечивающей возможность прохождения воды из верхней магистрали 405 в нижнюю магистраль 406 посредством функционального соединения участка магистрали, содержащего водную(ые) фазу(ы) (например, зоны под поверхностью раздела нефти и воды), в верхней магистрали 405 с соответствующим участком нижней магистрали 406. Спускная труба/подъемная труба 1308 выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность воспрепятствования или, по меньшей мере, в основном сдерживания всех остальных обменов флюидами между магистралями 405, 406 и 408 посредством примыкающих сплошных пластин. Специалистам в данной области техники будет понятно, что, если требуется, в альтернативных вариантах осуществления системы 1300 многофазной сепарации могут использоваться любые из устройств 1304, 1306 и 1308 со спускными трубами/подъемными трубами в любом(ых) соответствующем(их) месте(ах) в секции 1302 очистки по фиг.13; в других вариантах осуществления могут быть исключены одно или более из устройств 1304, 1306 и/или 1308 со спускными трубами/подъемными трубами, могут быть реконфигурированы устройства 1304, 1306 и/или 1308 со спускными трубами/подъемными трубами или может быть добавлено множество устройств со спускными трубами/подъемными трубами аналогичной конструкции для достижения заданных рабочих характеристик в пределах объема данного раскрытия изобретения.

[0094] Кроме того, одно или более устройств 1304, 1306 и/или 1308 со спускными трубами/подъемными трубами могут быть выполнены с конструкцией в виде двух отдельных соответствующих, взаимно обратных, представляющих собой зеркальные отображения друг друга и/или одинаковых компонентов (например, в виде одного или более вертикальных каналов/пропускающих элементов, прикрепленных к пересекаемой(ым) сплошной(ым) пластине(ам) и соединенных для образования одного узла. Будучи соединенными, любые подобные варианты осуществления спускных труб/подъемных труб необязательно должны быть приварены или установлены иным образом по плотной посадке для воспрепятствования всем обменам флюидами, но в целом должны быть выполнены с конфигурацией, обеспечивающей возможность по меньшей мере в основном предотвращения значительного обхода вокруг узла со спускными трубами/подъемными трубами. Устройства 1304, 1306 и 1308 со спускными трубами/подъемными трубами по описанному варианту осуществления выполнены с конструкцией, обеспечивающей возможность присоединения в месте расположения фланца, но в других вариантах осуществления могут использоваться цельные или другие конструкции не на основе фланцев для выполнения эквивалентной(ых) функции(й), подобной(ых) описанным выше. Подобные альтернативные варианты осуществления рассматриваются в пределах объема данного раскрытия изобретения. Кроме того, данные варианты осуществления спускных труб могут включать в себя динамическую функциональность, при этом один или более каналов для прохода нефти, воды и/или эмульсии выполнены с конфигурацией, обеспечивающей возможность переключения для адаптации к изменяющемуся уровню поверхности раздела нефти и воды. Управление некоторыми подобными вариантами осуществления может осуществляться автоматически, например, посредством компьютерного управляющего устройства, соединенного с детектором 412 уровня, другие варианты осуществления могут включать в себя поплавковое устройство, которое заставляет отдельный(ые) канал(ы)/пропускающий(ие) элемент(ы) подъемных труб и/или спускных труб подниматься и/или опускаться при изменяющемся уровне поверхности раздела нефти и воды, и третьи варианты осуществления включают в себя механический узел, позволяющий операторам вручную поднимать и/или опускать канал (каналы)/пропускающий(ие) элемент(ы) на основе различий в рабочих характеристиках системы 1300 многофазной сепарации.

[0095] Фиг.16 представляет собой схематическое изображение еще одного варианта осуществления системы 1600 многофазной сепарации на виде сбоку. Компоненты с аналогичными ссылочными позициями могут быть по существу такими же, как компоненты системы 1300 многофазной сепарации по фиг.13, за исключением указанного как иное. Система 1600 многофазной сепарации имеет элемент 1602 для выпуска воды, изолированный от регулируемого объема 422. Элемент 1602 для выпуска воды может быть предпочтительным при более высоких скоростях потока воды, при которых скорость рядом с нижней частью регулируемого объема 422 в противном случае была бы слишком высокой, что вызывало бы, например, повторный захват эмульсии в элементе для выпуска воды. Система 1600 многофазной сепарации также имеет возможный, но необязательный элемент 420 для выпуска эмульсии в регулируемом объеме 422. В некоторых вариантах осуществления возможный, но необязательный элемент 420 для выпуска эмульсии может обеспечить избежание накапливания воды за переливной перегородкой водяного коллектора, например переливной перегородкой 1312, вследствие застаивания слоя эмульсии и сопутствующей сепарации.

[0096] Настоящие технические средства могут допускать различные модификации и альтернативные варианты, при этом варианты осуществления, рассмотренные выше, были показаны только в качестве примера. Тем не менее, также следует понимать, что предусмотрено, что технические средства не ограничены определенными вариантами осуществления, раскрытыми в данном документе. Действительно, настоящие технические средства включают в себя все альтернативы, модификации и эквиваленты, находящиеся в пределах истинной сущности и объема приложенной формулы изобретения.

Реферат

Группа изобретений относится к системам многофазной сепарации и способам разделения нефти, воды и водонефтяной эмульсии в многофазном флюиде. Технический результат заключается в увеличении количества нефти и газа, извлекаемых из подводных скважин на больших глубинах. Система многофазной сепарации содержит распределительную магистраль, выполненную с конфигурацией, обеспечивающей возможность подачи многофазного флюида в питающие магистрали в системе сепарации, при этом питающие магистрали состоят из верхней магистрали, средней магистрали и нижней магистрали; и регулируемый объем. Верхняя магистраль выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность направления первого потока, содержащего нефть, в предназначенную для нефти секцию регулируемого объема. Средняя магистраль выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность направления второго потока, содержащего водонефтяную эмульсию, в предназначенную для водонефтяной эмульсии секцию регулируемого объема. Нижняя магистраль выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность направления третьего потока, содержащего воду, в предназначенную для воды секцию регулируемого объема. Регулируемый объем выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность регулирования скорости потока флюида на выходе, при этом секция, предназначенная для нефти, секция, предназначенная для воды, и секция, предназначенная для водонефтяной эмульсии, соединяются каждая на разных высотах регулируемого объема. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 16 ил.

Формула