Устройство регулирования перемежающегося потока

Номер патента: 12384

Опубликовано: 30.10.2009

Авторы: Брук Грэм Джон, Макогон Тарас Юрьевич

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Устройство подавления снарядного режима потока многофазного флюида, проходящего по подводному трубопроводу в стояк, располагаемое непосредственно выше по потоку от стояка и содержащее по меньшей мере один узел, включающий наклоненную вверх трубную секцию, имеющую нижний край и верхний край, и в основном горизонтальную трубную секцию, имеющую первый край и второй край, либо наклоненную вниз трубную секцию, имеющую верхний край и нижний край, причем нижний край наклоненной вверх трубной секции связан непосредственно или непрямо с трубопроводом, верхний край наклоненной вверх трубной секции связан непосредственно или непрямо с первым краем горизонтальной трубной секции или с верхним краем наклоненной вниз трубной секции, а второй край горизонтальной трубной секции или нижний край наклоненной вниз трубной секции связан непосредственно или непрямо со стояком, причем угол наклона наклоненной вверх трубной секции составляет от 5 до 90ш к горизонтали и ее длина составляет от 1 до 30 футов.

2. Устройство по п.1, в котором длина в основном горизонтальной трубной секции или наклоненной вниз трубной секции составляет менее 30 футов и предпочтительно менее 20 футов.

3. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором верхний край наклоненной вверх трубной секции связан непосредственно или непрямо с верхним краем наклоненной вниз трубной секции, имеющей угол наклона от 5 до 90ш к горизонтали.

4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором внутренние стенки наклоненной вверх трубной секции и/или какой-нибудь наклоненной вниз трубной секции узла снабжены спиральными пазами или ребрами.

5. Устройство по любому из пп.1-3, в котором наклоненная вверх трубная секция и/или любая наклоненная вниз трубная секция узла выполнены из трубы, скрученной вокруг своей продольной оси.

6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный узел устройства сформирован из прямых секций, а сопряжения между прямыми секциями, сопряжение между устройством и трубопроводом и сопряжение между устройством и стояком имеют радиус изгиба, равный по меньшей мере трем диаметрам трубы и предпочтительно по меньшей мере пяти диаметрам трубы.

7. Устройство по п.6, в котором узел устройства дополнительно содержит соединительную прямую трубную секцию, имеющую длину от 1 до 20 футов и связывающую наклоненную вверх и наклоненную вниз прямые трубные секции.

8. Устройство по п.7, в котором продольная ось соединительной трубной секции в основном перпендикулярна продольным осям наклоненной вверх и наклоненной вниз прямых трубных секций узла.

9. Устройство по любому из пп.1-5, в котором указанный узел устройства сформирован из изогнутых секций.

10. Устройство по п.9, в котором указанный узел устройства имеет вид противонаправленных участков U- или S-образной конфигурации.

11. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором трубные секции узла соединены сваркой и устройство соединено с трубопроводом и стояком с помощью сварки.

12. Устройство по любому из пп.1-11, соединяемое с трубопроводом, имеющим внутренний диаметр от 6 до 30 дюймов, и сформированное из таких же труб, как и трубопровод.

13. Устройство по любому из пп.1-12, соединяемое с вертикальным стояком, имеющим длину до 500 м и внутренний диаметр от 12 до 24 дюймов.

14. Устройство по любому из пп.1-12, соединяемое со стояком, выполненным из гибкой трубы, имеющей S-образную форму или форму с прогибом, длину до 4000 м и внутренний диаметр от 4 до 12 дюймов.

15. Устройство по любому из предшествующих пунктов, содержащее группу расположенных последовательно узлов, при этом трубопровод связан с первым узлом, а стояк - с последним узлом.

16. Устройство по п.15, содержащее от 2 до 10 расположенных последовательно узлов.

17. Способ подавления снарядного режима потока многофазного флюида, протекающего по трубопроводу в стояк и содержащего газовую и жидкостную фазы, при осуществлении которого

устанавливают непосредственно выше по потоку от стояка устройство, содержащее по меньшей мере один узел, включающий наклоненную вверх трубную секцию, имеющую нижний край и верхний край, и в основном горизонтальную трубную секцию, имеющую первый край и второй край, либо наклоненную вниз трубную секцию, имеющую верхний край и нижний край, причем нижний край наклоненной вверх трубной секции связан непосредственно или непрямо с трубопроводом, верхний край наклоненной вверх трубной секции связан непосредственно или непрямо с первым краем горизонтальной трубной секции или с верхним краем наклоненной вниз трубной секции и второй край горизонтальной трубной секции или нижний край наклоненной вниз трубной секции связан непосредственно или непрямо со стояком, причем угол наклона наклоненной вверх трубной секции составляет от 5 до 90ш, а ее длина составляет от 1 до 30 футов; и

пропускают многофазный поток из трубопровода в стояк через указанное устройство, которое при этом изменяет режим потока со снарядного режима на дискретный пробковый режим, при котором отдельные пробки жидкой фазы разделены промежутками газовой фазы, так что объем каждой отдельной пробки жидкой фазы достаточно мал для обеспечения возможности продвижения отдельной пробки жидкой фазы вверх по стояку под давлением разделителя из газовой фазы, скопившейся за каждой отдельной пробкой жидкой фазы.

18. Способ подавления снарядного режима потока многофазного флюида, протекающего по трубопроводу в стояк и содержащего газовую и жидкостную фазы, при осуществлении которого

устанавливают непосредственно выше по потоку от стояка устройство, содержащее по меньшей мере один узел, включающий наклоненную вверх трубную секцию, имеющую нижний край и верхний край, и в основном горизонтальную трубную секцию, имеющую первый край и второй край, либо наклоненную вниз трубную секцию, имеющую верхний край и нижний край, причем нижний край наклоненной вверх трубной секции связан непосредственно или непрямо с трубопроводом, верхний край наклоненной вверх трубной секции связан непосредственно или непрямо с первым краем горизонтальной трубной секции или с верхним краем наклоненной вниз трубной секции и второй край горизонтальной трубной секции или нижний край наклоненной вниз трубной секции связан непосредственно или непрямо со стояком, причем угол наклона наклоненной вверх трубной секции составляет от 5 до 90ш, а ее длина составляет от 1 до 30 футов;

пропускают многофазный флюид из трубопровода через указанное устройство, так что жидкость накапливается у основания наклоненной вверх трубной секции, создавая тем самым жидкостную пробку, распространяющуюся по наклоненной вверх трубной секции; и

обеспечивают рост давления газовой фазы за жидкостной пробкой до величины, достаточной для того, чтобы протолкнуть жидкостную пробку через либо в основном горизонтальную трубную секцию, либо наклоненную вниз трубную секцию устройства и далее вверх по стояку к эксплуатационному оборудованию на поверхности.

19. Способ по п.17 или 18, в котором жидкая фаза потока многофазного флюида содержит нефть и/или газовый конденсат, а также попутную воду, а газовая фаза содержит природный газ.

20. Устройство по любому из пп.17-19, в котором поток многофазного флюида проходит по трубопроводу в расслоенном режиме потока.

21. Устройство по любому из пп.17-20, в котором инжектируют газ в трубопровод выше по потоку от устройства или в стояк ниже по потоку от устройства.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

012384 Изобретение относится к способу и устройству регулирования образования снарядного режима потока (жесткого режима разрывного расхода) многофазного флюида, содержащего газовую и жидкую фазы и поступающего от подводного трубопровода к эксплуатационному оборудованию на поверхности. Трубопроводы многофазных флюидов (текучих сред) используют в нефте- и газодобывающей промышленности для транспортировки потоков многофазного флюида, содержащих жидкую фазу (как правило, состоящую из нефти и/или газового конденсата и попутной воды) и газовую фазу, которые поступают из подводной эксплуатационной скважины на ближайший поверхностный эксплуатационный объект. Обычно расположенный на дне трубопровод может быть связан с восходящим подводным участком,называемым "стояком", по которому добытые флюиды поднимаются к эксплуатационному оборудованию на поверхности, поступая предпочтительно в газожидкостной сепаратор, предназначенный для отделения газовой фазы от жидкой. При определенной конфигурации сочетания трубопровода и стояка может образоваться "перемежающийся" поток. Такой режим возникает в ситуации, когда скорость потоков газовой и жидкой фаз не постоянна, и из стояка поступает попеременно поток, состоящий в основном (или полностью) из газа или в основном (или полностью) из жидкости. Такое положение может приводить к возникновению трех следующих типичных проблем. 1) Переполнение входной емкости газожидкостного сепаратора из-за поступления большой "пробки", объем которой превышает допустимый объем жидкости, поступающей в емкость. Это может вызвать аварийное отключение. 2) Нестабильные условия работы основного оборудования. Это может привести к невыполнению сертификационных требований на выходной продукт; как правило, невыполнение требования стандартов по загрязнению нефти примесями, доставляемыми попутной водой, и несоблюдение установленного содержания воды в поставляемой нефти приводят к трудностям при достижении стабильности границы водонефтяного раздела. Кроме того, это может вызвать проблемы в работе газовых компрессоров, входящих в оборудование поверхностного эксплуатационного объекта, а из-за нестабильности подачи газа в них от газожидкостных сепараторов, что может привести к возгоранию газа. 3) В стояке могут возникать большие нагрузки (в местах соединений стояка с трубопроводом и эксплуатационным объектом) из-за жидкостных пробок, поступающих на оборудование с большой скоростью, обусловленной тенденцией ускорения пробок при выходе из трубопровода. Классическим случаем, в котором возникает перемежающийся поток, является выполнение трех условий. К ним относятся наклоненный вниз трубопровод; низкая скорость многофазного потока, приводящая к расслоению потока; и соединение подводного трубопровода со стояком. Следовательно, можно предположить, что при наклоне трубопровода и определенной скорости потока многофазного флюида возникают условия, при которых поток в магистрали имеет слоистое распределение с газовой фазой, протекающей над жидкостью. Это отделение газа в верхнюю часть наклонного трубопровода является определяющим фактором, обусловливающим возникновение снарядного режима потока. Снарядный режим потока можно охарактеризовать циклическим процессом, включающим следующие четыре стадии. Стадия I. Многофазный поток не обладает энергией, достаточной для подачи жидкости вверх по стояку, и поэтому жидкость накапливается у основания стояка. Со временем формируется жидкостная пробка,перекрывающая прохождение газа. Давление газа выше по потоку от жидкостной блокирующей пробки возрастает, проталкивая образовавшуюся жидкостную пробку в стояк, так что верхняя граница жидкости перемещается вверх по стояку. Столб жидкости создает гидростатическое давление, возрастающее по мере удлинения столба, и это гидростатическое давление в основном равно растущему давлению газа в трубопроводе выше по потоку от жидкостной пробки. Длина жидкостной пробки может достигать в экстремальных случаях величины от одной до нескольких длин стояка. Стадия II. Верхний уровень жидкостной пробки достигает верха стояка, и жидкость начинает вытекать в сепаратор. В этот момент гидростатическое давление близко к максимальному. Стадия III. Растущее давление газа за жидкостной пробкой становится достаточным для преодоления гидростатического давления жидкости, и газовая каверна или пузырь проталкивается в нижнюю часть стояка и начинает движение вверх по нему. На этой стадии постоянное давление газа действует на столб жидкости уменьшающейся высоты. Превышение давления газа над гидростатическим давлением приводит к выбросу пробки с большой скоростью вверх по стояку. Газ, скопившийся за жидкостной пробкой, затем выходит в сепаратор в виде резкого газового выброса (продувка газа).-1 012384 Стадия IV. После газового выброса в сепаратор многофазный поток снова не обладает достаточной энергией для перемещения жидкости вверх по стояку (как на стадии I). Жидкость опадает вдоль стенки стояка и начинает накапливаться у его основания, инициализируя тем самым новый цикл. Жидкостная пробка и следующий за ней газовый выброс могут создать угрозу разрушения оборудования эксплуатационного объекта. Продувка газа обнаруживается в основном по образованию высокого давления в сепараторе, и средства регистрации давления срабатывают на перекрытие клапанов, отсекая стояк от эксплуатационного объекта и прекращая также работу всего оборудования. Это означает,что на время существования снарядного режима потока добыча прекращается и не может быть возобновлена в течение по меньшей мере нескольких часов, что приводит к финансовым потерям, которые усугубляются тем, что при возобновлении добычи она должна сначала вестись на более низком уровне и затем постепенно возрастать до нормального уровня. Для уменьшения или устранения эффекта установления снарядного режима потока было использовано несколько подходов. В Oil and Gas Journal, 12, ноябрь 1979, с. 230-238 имеется ссылка на использование дроссельного вентиля для регулирования возникновения снарядного режима потока. Следовательно, стабилизации потока можно достичь за счет создания в определенном месте падения давления(уменьшения давления столба) путем введения в поток дроссельного вентиля у верха стояка. Противодавление, создаваемое расположенным на поверхности дроссельным вентилем, пропорционально скорости потока через него. За счет этого прекращается образование перемежающегося потока, и течение может быть стабилизировано. Для уменьшения гидростатического давления столба жидкости в стояке использовали газлифт с намерением достичь уменьшения давления в магистрали и поддержания жидкости, движущейся в стояке. Это производится путем инжектирования газа у основания стояка. Однако, так как эффект образования снарядного режима потока не может быть устранен полностью, в основном необходимо вводить большие количества газа, что требует применения значительных средств для его сжатия. Более того, введение больших количеств газа существенно изменяет газонефтяное отношение, что усложняет операции разделения на поверхностном эксплуатационном объекте. В патенте GB 2280460 описано устройство, предназначенное для введения в такой трубопровод, как стояк. Устройство содержит трубчатый элемент, имеющий наружный размер, меньший, чем внутренний размер трубопровода, и средство установки трубчатого элемента внутри трубопровода. Достоинство устройства заключается в уменьшении расхода через трубопровод и снижении, как правило, возможности возникновения перемежающихся потоков в особенности при использовании совместно с газлифтом. Патент US 6041803 относится к устройству предотвращения возникновения перемежающихся потоков в магистрали, включающей стояк, которое содержит корпус, имеющий сходящуюся сопловую часть, помещенную в магистраль вблизи места поступления потока в стояк. Корпус имеет также расходящийся диффузорный участок со сходящейся сопловой частью, и этот расходящийся диффузорный участок образует внутренний канал в корпусе, имеющий конфигурацию, создающую падение давление, которое дает перераспределение фаз в многофазном потоке, преобразуя его из слоистого в однородный поток, проходящий вверх по стояку. Патент US 6716268 относится к способу регулирования образования снарядного режима потока в стояке, по которому доставляют многофазную флюидную смесь от трубопровода к разделительной емкости, предназначенной для отделения газовой фазы смеси от жидкой фазы. Разделительная емкость снабжена выпуском газа, содержащим вентильное средство для регулирования скорости прохождения газового потока по трубопроводу к стояку, по меньшей мере, вблизи нижнего конца стояка. Способ включает слежение за давлением в трубопроводе в месте, расположенном вблизи указанного стояка, и изменение диапазона открытия вентильного средства таким образом, чтобы изменять скорость газа в трубопроводе до величины, препятствующей или предотвращающей возникновение снарядного режима потока в стояке. Однако потребность в создании устройств и способов для предотвращения возникновения снарядного режима потока остается. В настоящем изобретении предложено использование устройства подавления снарядного режима потока в многофазном трубопроводе, связанном со стояком, за счет уменьшения протяженности жидкостной пробки и увеличения частоты чередования отдельных жидкостных пробок, так что давление газовой фазы за отдельными жидкостными пробками получается достаточным, чтобы перемещать пробки вверх по стояку. Соответственно, в настоящем изобретении предложено устройство подавления снарядного режима потока многофазного флюида, проходящего по подводному трубопроводу в стояк, располагаемое непосредственно выше по потоку от стояка и содержащее по меньшей мере один узел, включающий наклоненную вверх трубную секцию, имеющую нижний край и верхний край, и либо в основном горизонтальную трубную секцию, имеющую первый край и второй край, либо наклоненную вниз трубную секцию,имеющую верхний край и нижний край, причем нижний край наклоненной вверх трубной секции связан непосредственно или непрямо с трубопроводом, верхний край наклоненной вверх трубной секции связан-2 012384 непосредственно или непрямо с первым краем горизонтальной трубной секции или с верхним краем наклоненной вниз трубной секции и второй край горизонтальной трубной секции или нижний край наклоненной вниз трубной секции связан непосредственно или непрямо со стояком, причем угол наклона наклоненной вверх трубной секции составляет от 5 до 90 к горизонтали и ее длина составляет от 1 до 30 футов (от 0,3 до 9,1 м). Соответственно, узел может содержать наклоненную вверх трубную секцию выше по потоку от наклоненной вниз трубной секции или горизонтальной трубной секции. Протяженность в основном горизонтальной трубной секции или наклоненной вниз трубной секции("нисходящей" секции) должна быть достаточно малой, чтобы избежать режима, при котором снова образуется расслоенный поток с пробкой (или перемежающийся поток). Протяженность в основном горизонтальной трубной секции или наклоненной вниз трубной секции предпочтительно меньше 30 футов(9,1 м) и предпочтительно меньше 20 футов (6,1 м). В местах, где трубопровод возвышается над дном, например при креплении его на стойках, узел устройства может дополнительно содержать наклоненную вниз трубную секцию, помещенную выше по потоку от наклоненной вверх трубной секции. Таким образом, верхний край этой опционной наклоненной вниз трубной секции связан с поднятым над дном трубопроводом, а ее нижний край связан непосредственно или непрямо с нижним краем наклоненной вверх трубной секции. В местах, где узел устройства содержит наклоненную вниз трубную секцию (выше и/или ниже по потоку от наклоненной вверх трубной секции), угол наклона наклоненной вниз секции (секций) желательно иметь в диапазоне от 5 до 90 к горизонтали. Обычно наклоненная вниз секция (секции) имеет длину в диапазоне от 1 до 30 футов. Угол наклона наклоненной вниз секции (секций) может быть таким же или отличаться от угла наклона наклоненной вверх секции (секций) ("восходящей" секции). Там, где узел устройства содержит наклоненную вниз трубную секцию выше и ниже по потоку от наклоненной вверх трубной секции, угол наклона наклоненных вниз секций может быть одинаковым или различным. Узел устройства может быть сформирован прямыми секциями. Сопряжения между прямыми секциями узла, сопряжение между узлом и трубопроводом и сопряжение между узлом и стояком предпочтительно имеют радиус изгиба, равный по меньшей мере трем диаметрам трубы и предпочтительно пяти диаметрам трубы, чтобы избежать повреждения трубы и обеспечить внутреннюю очистку трубопровода,устройства и стояка. Там, где узел устройства содержит наклоненную вниз трубную секцию, предпочтительно, чтобы в него была введена прямая соединительная секция (секции), связывающая наклоненные вниз и вверх прямые трубные секции. Предпочтительно, чтобы прямая соединительная секция (секции) лежала в основном в горизонтальной плоскости. Как правило, длина соединительной секции (секций) составляет от 1 до 20 футов, предпочтительно от 1 до 10 футов. Таким образом, узел может иметь "восходящее-горизонтальное", "нисходящее-горизонтальное" или "нисходящее-горизонтальное-восходящеегоризонтальное" расположение. Там, где узел сформирован прямыми секциями, наклоненная вверх трубная секция, соединительная секция (секции) и наклоненная вниз секция (секции) могут лежать в основном в одной вертикальной плоскости. В альтернативе продольная ось соединительной секции (секций) может проходить под углом к продольной оси наклоненной вверх и наклоненной вниз трубных секций. В частности, продольная ось соединительной секции (секций) может быть в основном перпендикулярной продольной оси наклоненных вверх и вниз секций, что приводит к резким изменениям направления потока на этом участке потока многофазного флюида. Альтернативно узел может содержать изогнутые трубные секции. Соответственно, узел может иметь U-образную форму или там, где трубопровод поднят на стойках, U-образную или S-образную форму. В местах изгиба секций угол наклона наклоненных вверх и вниз секций определяется тангенсом угла наиболее изогнутых частей трубы. Трубным секциям устройства предпочтительно заранее придается определенная форма. Трубные секции могут быть соединены друг с другом на поверхности и собранное устройство затем можно опустить в определенное место на дне моря или трубы, которым заранее придана определенная форма, могут быть соединены непосредственно на дне. Трубные секции устройства можно соединить с помощью сварки. Также с помощью сварки можно присоединить устройство к трубопроводу и стояку. При необходимости трубчатое устройство можно закрепить на опорной конструкции, например на раме или подмостках. Правильное расположение устройства выше по потоку от стояка и правильный выбор размеров узла(например, протяженности наклоненной вверх трубной секции и/или угла ее наклона) обеспечивает предотвращение возникновения снарядного режима потока многофазного флюида. Не вдаваясь подробно в какое-либо теоретическое обоснование, можно предположить, что устройство по данному изобретению предотвращает возникновение снарядного режима потока за счет создания жидкостных пробок небольшой протяженности, которые могут следовать вверх по стояку под действием давления газовой фазы,скопившейся за каждой отдельной короткой жидкостной пробкой. Следовательно, режим потока изменяется со снарядного на обычный режим пробкового течения или режим перемежающегося потока. Образование в стояке небольших пробок приемлемо и не создает проблем для работы оборудования поверх-3 012384 ностного эксплуатационного объекта. Устройство по настоящему изобретению устраняет значительные флуктуации давления и скорости потока, нормализуя тем самым поток и стабилизируя работу поверхностного эксплуатационного объекта. В изобретении также предложен способ подавления снарядного режима потока многофазного флюида, протекающего по трубопроводу в стояк и содержащего газовую и жидкостную фазы, при осуществлении которого: а) устанавливают непосредственно выше по потоку от стояка устройство, содержащее по меньшей мере один узел, включающий наклоненную вверх трубную секцию, имеющую нижний край и верхний край, и в основном горизонтальную трубную секцию, имеющую первый край и второй край, либо наклоненную вниз трубную секцию, имеющую верхний край и нижний край, причем нижний край наклоненной вверх трубной секции связан непосредственно или непрямо с трубопроводом, верхний край наклоненной вверх трубной секции связан непосредственно или непрямо с первым краем горизонтальной трубной секции или с верхним краем наклоненной вниз трубной секции и второй край горизонтальной трубной секции или нижний край наклоненной вниз трубной секции связан непосредственно или непрямо со стояком, причем угол наклона наклоненной вверх трубной секции составляет от 5 до 90, а ее длина составляет от 1 до 30 футов; и б) пропускают многофазный поток из трубопровода в стояк через указанное устройство, которое при этом изменяет режим потока со снарядного режима на дискретный пробковый режим, при котором отдельные пробки жидкой фазы разделены промежутками газовой фазы, так что объем каждой отдельной пробки жидкой фазы достаточно мал для обеспечения возможности продвижения отдельной пробки жидкой фазы вверх по стояку под давлением разделителя из газовой фазы, скопившейся за каждой отдельной пробкой жидкой фазы. Кроме того, в настоящем изобретении предложен способ подавления снарядного режима потока многофазного флюида, протекающего по трубопроводу в стояк и содержащего газовую и жидкостную фазы, при осуществлении которого: а) устанавливают непосредственно выше по потоку от стояка устройство, содержащее по меньшей мере один узел, включающий наклоненную вверх трубную секцию, имеющую нижний край и верхний край, и в основном горизонтальную трубную секцию, имеющую первый край и второй край, либо наклоненную вниз трубную секцию, имеющую верхний край и нижний край, причем нижний край наклоненной вверх трубной секции связан непосредственно или непрямо с трубопроводом, верхний край наклоненной вверх трубной секции связан непосредственно или непрямо с первым краем горизонтальной трубной секции или с верхним краем наклоненной вниз трубной секции и второй край горизонтальной трубной секции или нижний край наклоненной вниз трубной секции связан непосредственно или непрямо со стояком, причем угол наклона наклоненной вверх трубной секции составляет от 5 до 90, а ее длина составляет от 1 до 30 футов; б) пропускают многофазный флюид из трубопровода через устройство, так что жидкость накапливается у основания наклоненной вверх трубной секции, создавая тем самым жидкостную пробку, распространяющуюся по наклоненной вверх трубной секции; и в) обеспечивают рост давления газовой фазы за жидкостной пробкой до величины, достаточной для того, чтобы протолкнуть жидкостную пробку через или в основном горизонтальную трубную секцию,или наклоненную вниз трубную секцию устройства и далее вверх по стояку к эксплуатационному оборудованию на поверхности. Преимущества настоящего изобретения заключаются в следующем: 1) в поверхностном эксплуатационном объекте можно иметь меньшую емкость газожидкостного сепаратора, так как риск прихода большой пробки снижен; 2) удлиняются периоды добычи из скважины между отключениями оборудования; 3) при использовании устройства можно достичь увеличения добычи за счет снижения противодавления в стояке и уменьшения изменений противодавления; 4) газожидкостной сепаратор, входящий в оборудование поверхностного эксплуатационного объекта, не подвержен сильным выбросам давления, которые возникают в снарядном режиме; 5) снижаются механический износ оборудования, входящего в состав поверхностного эксплуатационного объекта, и деформация стояка и крепящих стояк соединений. Трубопровод представляет собой подводный трубопровод для транспортировки потока многофазного флюида от подводной углеводородной эксплуатационной скважины к стояку. Поток многофазного флюида включает жидкую и газовую фазы. Соответственно, жидкая фаза потока многофазного флюида содержит нефть и/или газовый конденсат, а также попутную воду. Соответственно, газовая фаза потока многофазного флюида содержит природный газ. Как правило, поток многофазного флюида перемещается по трубопроводу в расслоенном виде. Трубопровод может иметь наклон вниз. Однако это не является существенным признаком настоящего изобретения. Соответственно, трубопровод может иметь внутренний диметр от 6 до 30 дюймов (от 0,15 до 0,76 м), предпочтительно от 12 до 28 дюймов (от 0,3 до 0,71 м) и наиболее предпочтительно от 14 до 20 дюймов (от 0,36 до 0,51 м). Трубопровод может состоять из труб без изоляции, изолированных труб-4 012384 или быть типа труба в трубе. Предпочтительно устройство состоит из таких же трубных секций, что и трубопровод. Если стояк соединен со стационарной платформой, то он обычно представляет собой вертикальный стояк. Как правило, такие вертикальные стояки стальные и имеют протяженность до 500 м, например от 30 до 400 м. Вертикальные стояки обычно имеют внутренний диаметр от 12 до 24 дюймов (от 0,30 до 0,61 м) и предпочтительно от 16 до 20 дюймов (от 0,41 до 0,51 м). Если стояк связан с плавучим нефтедобывающим судном, то его обычно выполняют из гибких труб S-образной формы или в виде оттяжки. Обычно такие стояки из гибких труб имеют протяженность до 4000 м, например от 1000 до 2500 м. Стояки из гибких труб обычно имеют внутренний диаметр от 4 до 12 дюймов (от 0,1 до 0,3 м), предпочтительно от 6 до 10 дюймов (от 0,15 до 2,54 м), например 8 дюймов (0,2 м). Соответственно, наклоненная вверх трубная секция узла (узлов) устройства может иметь протяженность по меньшей мере втрое большую, чем диаметр стояка, предпочтительно по меньшей мере в шесть раз большую диаметра стояка, так что жидкостные пробки, создаваемые устройством, обеспечивают гарантированное перекрытие сечения стояка. В основном наклоненная вверх трубная секция имеет протяженность по меньшей мере 2 фута (0,61 м) и предпочтительно по меньшей мере 3 фута (0,91 м),например по меньшей мере 5 футов (1,52 м). Предпочтительно наклоненная вверх трубная секция имеет длину от 5 до 30 футов (от 1,52 до 9,14 м) и предпочтительно от 5 до 20 футов (от 1,52 до 6,10 м). Предпочтительно угол наклона наклоненной вверх трубной секции и какой-нибудь наклоненной вниз секции (секций) узла (узлов) составляет от 5 до 85, более предпочтительно от 10 до 75, например от 25 до 50 к горизонтали. Если верхний край наклоненной вверх трубной секции соединен с наклоненной вниз трубной секцией, то угол наклона наклоненной вниз трубной секции может быть круче, чем для наклоненной вверх трубной секции. Например, наклоненная вниз трубная секция может иметь угол от 75 до 90 к горизонтали, в то время как наклоненная вверх трубная секция может проходить под углом от 25 до 50 к горизонтали. Крутой наклон вниз трубной секции будет способствовать предотвращению перехода пробкового (или перемежающегося) режима потока обратно в режим расслоенного потока. В основном длина более коротких жидкостных пробок, поступающих к стояку, приблизительно равна протяженности наклоненной вверх секции (секций) устройства. Соответственно, получаются пробки по меньшей мере в 5 раз, предпочтительно по меньшей мере в 10 раз более короткие, чем пробки,образующиеся при отсутствии устройства. Предпочтительно, чтобы устройство имело такую конструкцию, при которой объем укороченных пробок мог быть легко обработан газожидкостным сепаратором поверхностного эксплуатационного объекта. Соответственно, частота появления пробок по меньшей мере в 30 раз, например по меньшей мере в 50 раз, больше, чем частота появления пробок при отсутствии устройства. Например, частота появления пробок может возрасти от одной в день до одной каждые 0,5 ч или от одной каждые 15 мин до одной каждые 30 с. Предпочтительно, если устройство содержит группу узлов, расположенных последовательно, так что трубопровод соединен с первым узлом, а стояк соединен с последним узлом. Предпочтительно последовательно устанавливают от 2 до 10, например от 3 до 7 узлов. Установленные последовательно узлы могут быть соединены друг с другом с помощью прямой трубной секции (секций). Соединительная прямая секция (секции) может быть расположена в основном горизонтально. Однако предусматривается также, что соединительная секция (секции) может иметь изогнутую форму. Например, устройство может содержать группу противонаправленных U-образных изгибов, связанных друг с другом соединительными секциями из прямых или изогнутых труб. Если трубопровод поднят на стойки, устройство может содержать группу U-образных изгибов, связанных друг с другом соединительной секцией (секциями) из прямых или изогнутых труб. Если устройство содержит группу узлов, связанных друг с другом соединительной секцией (секциями), узлы могут быть соединены друг другом таким образом, что образуют спираль, обеспечивая меньшее расстояние между трубопроводом и стояком, занимаемое устройством. Альтернативно устройство может содержать группу узлов, в которой каждый узел содержит наклоненную вверх трубную секцию, соединенную в основном с горизонтальной трубной секцией. Например,устройство может иметь "восходящее-горизонтальное-восходящее-горизонтальное" расположение или"восходящее-горизонтальное-восходящее-горизонтальное-восходящее-горизонтальное" расположение. Соответственно, внутренний диаметр системы труб, входящих в устройство, должен быть таким же,как внутренний диаметр стояка. Однако предусматривается также, что внутренний диаметр системы труб, входящих в устройство, может быть больше или меньше внутреннего диаметра стояка. Если внутренний диаметр системы труб, входящих в устройство, больше внутреннего диаметра стояка, скорость потока многофазного флюида через устройство будет ниже, чем скорость прохождения через стояк. Это означает, что жидкостная пробка накопится в вертикально расположенной секции (секциях) устройства до установления снарядного режима потока, который мог бы распространиться в стояк при отсутствии устройства. Если внутренний диаметр системы труб, входящих в устройство, меньше внутреннего диаметра стояка, скорость потока многофазного флюида через устройство будет больше, чем скорость прохождения через стояк. Это означает, что снарядный режим потока может установиться в стояке до того,как в наклоненной вверх секции (секциях) устройства начнет накапливаться жидкостная пробка. Соот-5 012384 ветственно, внутренний диаметр системы труб должен быть выбран таким образом, чтобы избежать установления снарядного режима потока в стояке до начала образования жидкостной пробки в устройстве. Предпочтительно, чтобы устройство по настоящему изобретению можно было использовать в сочетании с газлифтом. Предусматривается, что газ можно инжектировать или выше, или ниже по потоку от устройства, чтобы способствовать прохождению коротких жидкостных пробок вверх по стояку. Устройство может также иметь геометрию, при которой в поток вносятся завихрения или турбулентность, что способствует разбиению потока на короткие жидкостные пробки, которые могут быть транспортированы вверх по стояку. Например, в определенной геометрии в жидкостной пробке могут возникать газовые пузырьки, способствующие подъему жидкостной пробки по стояку. Соответственно, внутренние стенки наклоненной вверх трубной секции (секций) и/или какая-то наклоненная вниз трубная секция (секции) устройства могут быть снабжены пазами или ребрами для создания завихрения в потоке. Соответственно, пазы или ребра имеют форму спирали, например единичной или многозаходной спирали, ориентированной по продольной оси наклоненной вверх трубной секции(секций) и/или какой-нибудь наклоненной вниз трубной секции (секций). Альтернативно наклоненная вверх трубная секция (секции) и/или любая наклоненная вниз трубная секция (секции) могут быть сформированы из скрученной трубы. Например, труба может иметь овальное поперечное сечение и быть скрученной вокруг своей продольной оси, что создает завихрение в потоке. Хотя описанное изобретение связано со стояками, его можно также использовать в трубопроводах с крутым наклоном, в которых устройство размещают выше по потоку от участка крутого наклона трубопровода. Устройство по настоящему изобретению имеет простую конструкцию, недорого в изготовлении и может быть легко встроено в трубопровод, в частности вблизи стояка. Преимуществом изобретения является также обеспечение простого, дешевого и надежного усовершенствованного решения для подавления снарядного режима потока в стояке. Еще одно преимущество изобретения заключается в том, что при установленном устройстве через трубопровод и стояк можно пропускать очистной внутритрубный снаряд. Устройство сконфигурировано таким образом (в частности, по диаметру и радиусам изгиба), чтобы пропускать через него очистной внутритрубный снаряд от трубопровода в стояк и в обратном направлении. Другое преимущество устройства по настоящему изобретению заключается в том, что в случае прекращения добычи и перекрытия потока жидкая фаза предположительно будет скапливаться в нижних секциях устройства, а газовая фаза - в верхних секциях устройства. Соответственно, газ, находящийся в верхних секциях устройства, прерывает жидкую фазу многофазного потока. Это должно обеспечить плавное возобновление добычи. Варианты осуществления изобретения проиллюстрированы на прилагаемых чертежах, на которых показано: фиг. 1 - устройство 1 по настоящему изобретению, расположенное между понижающимся трубопроводом 2 и подводным стояком 3. Подводный стояк 3 в качестве примера соединен с емкостью 4 сепаратора. Устройство 1 содержит наклоненную вверх трубную секцию 5, наклоненную вниз трубную секцию 6 и соединительную трубную секцию 7. В наклоненной вверх трубной секции 5 показана жидкостная пробка; фиг. 2 - стадия, на которой растущее давление газа за жидкостной пробкой 8 протолкнуло ее через соединительную секцию 7 и наклоненную вниз секцию 6 в стояк 3. фиг. 3-10 - предпочтительные конфигурации выполнения устройства по настоящему изобретению. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство подавления снарядного режима потока многофазного флюида, проходящего по подводному трубопроводу в стояк, располагаемое непосредственно выше по потоку от стояка и содержащее по меньшей мере один узел, включающий наклоненную вверх трубную секцию, имеющую нижний край и верхний край, и в основном горизонтальную трубную секцию, имеющую первый край и второй край,либо наклоненную вниз трубную секцию, имеющую верхний край и нижний край, причем нижний край наклоненной вверх трубной секции связан непосредственно или непрямо с трубопроводом, верхний край наклоненной вверх трубной секции связан непосредственно или непрямо с первым краем горизонтальной трубной секции или с верхним краем наклоненной вниз трубной секции, а второй край горизонтальной трубной секции или нижний край наклоненной вниз трубной секции связан непосредственно или непрямо со стояком, причем угол наклона наклоненной вверх трубной секции составляет от 5 до 90 к горизонтали и ее длина составляет от 1 до 30 футов. 2. Устройство по п.1, в котором длина в основном горизонтальной трубной секции или наклоненной вниз трубной секции составляет менее 30 футов и предпочтительно менее 20 футов. 3. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором верхний край наклоненной вверх трубной секции связан непосредственно или непрямо с верхним краем наклоненной вниз трубной секции, имеющей угол наклона от 5 до 90 к горизонтали.-6 012384 4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором внутренние стенки наклоненной вверх трубной секции и/или какой-нибудь наклоненной вниз трубной секции узла снабжены спиральными пазами или ребрами. 5. Устройство по любому из пп.1-3, в котором наклоненная вверх трубная секция и/или любая наклоненная вниз трубная секция узла выполнены из трубы, скрученной вокруг своей продольной оси. 6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный узел устройства сформирован из прямых секций, а сопряжения между прямыми секциями, сопряжение между устройством и трубопроводом и сопряжение между устройством и стояком имеют радиус изгиба, равный по меньшей мере трем диаметрам трубы и предпочтительно по меньшей мере пяти диаметрам трубы. 7. Устройство по п.6, в котором узел устройства дополнительно содержит соединительную прямую трубную секцию, имеющую длину от 1 до 20 футов и связывающую наклоненную вверх и наклоненную вниз прямые трубные секции. 8. Устройство по п.7, в котором продольная ось соединительной трубной секции в основном перпендикулярна продольным осям наклоненной вверх и наклоненной вниз прямых трубных секций узла. 9. Устройство по любому из пп.1-5, в котором указанный узел устройства сформирован из изогнутых секций. 10. Устройство по п.9, в котором указанный узел устройства имеет вид противонаправленных участков U- или S-образной конфигурации. 11. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором трубные секции узла соединены сваркой и устройство соединено с трубопроводом и стояком с помощью сварки. 12. Устройство по любому из пп.1-11, соединяемое с трубопроводом, имеющим внутренний диаметр от 6 до 30 дюймов, и сформированное из таких же труб, как и трубопровод. 13. Устройство по любому из пп.1-12, соединяемое с вертикальным стояком, имеющим длину до 500 м и внутренний диаметр от 12 до 24 дюймов. 14. Устройство по любому из пп.1-12, соединяемое со стояком, выполненным из гибкой трубы,имеющей S-образную форму или форму с прогибом, длину до 4000 м и внутренний диаметр от 4 до 12 дюймов. 15. Устройство по любому из предшествующих пунктов, содержащее группу расположенных последовательно узлов, при этом трубопровод связан с первым узлом, а стояк - с последним узлом. 16. Устройство по п.15, содержащее от 2 до 10 расположенных последовательно узлов. 17. Способ подавления снарядного режима потока многофазного флюида, протекающего по трубопроводу в стояк и содержащего газовую и жидкостную фазы, при осуществлении которого устанавливают непосредственно выше по потоку от стояка устройство, содержащее по меньшей мере один узел, включающий наклоненную вверх трубную секцию, имеющую нижний край и верхний край, и в основном горизонтальную трубную секцию, имеющую первый край и второй край, либо наклоненную вниз трубную секцию, имеющую верхний край и нижний край, причем нижний край наклоненной вверх трубной секции связан непосредственно или непрямо с трубопроводом, верхний край наклоненной вверх трубной секции связан непосредственно или непрямо с первым краем горизонтальной трубной секции или с верхним краем наклоненной вниз трубной секции и второй край горизонтальной трубной секции или нижний край наклоненной вниз трубной секции связан непосредственно или непрямо со стояком, причем угол наклона наклоненной вверх трубной секции составляет от 5 до 90, а ее длина составляет от 1 до 30 футов; и пропускают многофазный поток из трубопровода в стояк через указанное устройство, которое при этом изменяет режим потока со снарядного режима на дискретный пробковый режим, при котором отдельные пробки жидкой фазы разделены промежутками газовой фазы, так что объем каждой отдельной пробки жидкой фазы достаточно мал для обеспечения возможности продвижения отдельной пробки жидкой фазы вверх по стояку под давлением разделителя из газовой фазы, скопившейся за каждой отдельной пробкой жидкой фазы. 18. Способ подавления снарядного режима потока многофазного флюида, протекающего по трубопроводу в стояк и содержащего газовую и жидкостную фазы, при осуществлении которого устанавливают непосредственно выше по потоку от стояка устройство, содержащее по меньшей мере один узел, включающий наклоненную вверх трубную секцию, имеющую нижний край и верхний край, и в основном горизонтальную трубную секцию, имеющую первый край и второй край, либо наклоненную вниз трубную секцию, имеющую верхний край и нижний край, причем нижний край наклоненной вверх трубной секции связан непосредственно или непрямо с трубопроводом, верхний край наклоненной вверх трубной секции связан непосредственно или непрямо с первым краем горизонтальной трубной секции или с верхним краем наклоненной вниз трубной секции и второй край горизонтальной трубной секции или нижний край наклоненной вниз трубной секции связан непосредственно или непрямо со стояком, причем угол наклона наклоненной вверх трубной секции составляет от 5 до 90, а ее длина составляет от 1 до 30 футов; пропускают многофазный флюид из трубопровода через указанное устройство, так что жидкость накапливается у основания наклоненной вверх трубной секции, создавая тем самым жидкостную пробку,-7 012384 распространяющуюся по наклоненной вверх трубной секции; и обеспечивают рост давления газовой фазы за жидкостной пробкой до величины, достаточной для того, чтобы протолкнуть жидкостную пробку через либо в основном горизонтальную трубную секцию,либо наклоненную вниз трубную секцию устройства и далее вверх по стояку к эксплуатационному оборудованию на поверхности. 19. Способ по п.17 или 18, в котором жидкая фаза потока многофазного флюида содержит нефть и/или газовый конденсат, а также попутную воду, а газовая фаза содержит природный газ. 20. Устройство по любому из пп.17-19, в котором поток многофазного флюида проходит по трубопроводу в расслоенном режиме потока. 21. Устройство по любому из пп.17-20, в котором инжектируют газ в трубопровод выше по потоку от устройства или в стояк ниже по потоку от устройства.

МПК / Метки

МПК: B01D 19/00, E21B 17/01, F17D 1/00, E21B 43/01

Метки: перемежающегося, регулирования, потока, устройство

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/11-12384-ustrojjstvo-regulirovaniya-peremezhayushhegosya-potoka.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Устройство регулирования перемежающегося потока</a>

Похожие патенты