Использование тепла текучих сред, добытых при нефтегазовых операциях, для получения энергии
Номер патента: 20020
Опубликовано: 29.08.2014
Авторы: Ломакс Джерри, Вил Тимоти Мелвин, Шримпф Питер Аллен, Пентон Джон Дэвид, Бауэрс Дэвид В., Буэнвиайе Мирна, Колтхофф Карл Уэйн, Хэмилтон Уолтер Дональд, Рауз Леонор Родригес
Формула / Реферат
1. Способ получения нагретой рабочей жидкости, способной преобразовывать энергию, содержащий следующие этапы, на которых:
а) собирают теплосодержащую текучую среду, содержащую по меньшей мере один или более углеводородов с добычи нефти или газа, причем указанная теплосодержащая среда содержит, по меньшей мере, по существу, паровую фазу и, по существу, жидкую фазу;
б) разделяют, по существу, паровую фазу и, по существу, жидкую фазу;
в) используют пародистиллятный теплообменник и жидкостной теплообменник для передачи по меньшей мере части тепла, содержащегося в каждой из указанных фаз, рабочей жидкости, получая тем самым нагретую рабочую жидкость.
2. Способ по п.1, в котором собирают теплосодержащую текучую среду из устья скважины.
3. Способ по п.1, в котором сбор теплосодержащей текучей среды осуществляют при воздействии на пласт первичной добычи, вторичной добычи, третичной добычи или их комбинации.
4. Способ по п.1, в котором сбор теплосодержащей текучей среды осуществляют при механизированной добыче.
5. Способ по любому из пп.1-4, в котором дополнительно используют нагретую рабочую жидкость для нагревания другого потока текучих сред или для получения энергии.
6. Способ по любому из пп.1-4, в котором дополнительно используют нагретую рабочую жидкость для производства электричества.
7. Способ по любому из пп.1-4, в котором, по существу, жидкая фаза содержит углеводород, или смесь, содержащую углеводород и воду, или по меньшей мере около 1 вес.% нефти.
8. Способ по любому из пп.1-4, в котором, по существу, паровая фаза содержит газ, характеризующийся одной или более из следующих характеристик: средняя теплоемкость 0,5-2,47 кДж/кг×°C; или удельная теплопроводность 0,34-0,48 ккал/м2ч×°C; или среднее количество магния более примерно 10 ч./млн; или среднее количество неконденсирующихся газов более 1 вес.%; или более 90%, предпочтительно более 95% от полного веса неконденсирующегося газа содержит диоксид углерода.
9. Способ по любому из пп.1-4, в котором, по существу, жидкая фаза содержит смесь нефти и воды, характеризующуюся одной или более из следующих характеристик: вязкость от около 1 до около 1000 сП; или средняя плотность от по меньшей мере около 5 и до около 70 градусов Американского нефтяного института; или средняя теплоемкость от около 1,8-6,7 кДж/кг×°C; или теплопроводность 0,29-1,76 ккал/м2×ч×°C.
10. Способ по одному или более из пп.1-4, в котором теплосодержащая текучая среда перед отделением, по существу, паровой фазы от, по существу, жидкой фазы имеет температуру 66-427°C.
11. Способ по одному или более из пп.1-4, в котором один или более из пародистиллятного теплообменника и жидкостного теплообменника содержит сварные пластины.
12. Способ по одному или более из пп.1-4, в котором один или более из пародистиллятного теплообменника и жидкостного теплообменника содержит кожухотрубный теплообменник или спиральный теплообменник.
13. Способ по любому из пп.1-4, в котором дополнительно очищают один из пародистиллятного теплообменника и жидкостного теплообменника при функционировании другого.
14. Способ по любому из пп.1-4, в котором рабочая жидкость является водой.
15. Способ по любому из пп.1-4, в котором дополнительно используют воду, умягченную воду или обескислороженную воду в качестве рабочей жидкости в промежуточной замкнутой системе.

Текст
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛА ТЕКУЧИХ СРЕД, ДОБЫТЫХ ПРИ НЕФТЕГАЗОВЫХ ОПЕРАЦИЯХ, ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ Настоящее изобретение относится к новым способам и устройствам, которые могут эффективно и действенно превращать тепло устьевых углеводородсодержащих текучих сред в источник полезной энергии, такой как электричество. Способ в целом содержит первоначальное получение теплосодержащей текучей среды, содержащей один или более углеводородов, из устья скважины и последующее прохождение теплосодержащей текучей среды в один или более теплообменников. В одном или более теплообменниках по меньшей мере часть тепла теплосодержащей текучей среды передается рабочей жидкости, тем самым образуя нагретую рабочую жидкость, способную преобразовывать энергию.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ТЕКСАКО ДИВЕЛОПМЕНТ КОРПОРЕЙШН (US) Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к способам и устройствам для получения полезной энергии из тепла потока текучих сред, полученных, например, при добыче нефти и газа. Уровень техники и суть изобретения Учитывая цены на энергию и экологические проблемы, необходимы альтернативные способы получения энергии, например электричества и его термических эквивалентов. Применялось много способов для превращения отходящей теплоты в электричество. Способ, ограниченный геотермальными жидкими источниками, описан, например, в патенте США 5660042, в котором отходящая теплота природного источника горячей воды используется для получения электричества. Другой способ описан в патенте США 6571548, в котором тепло извлекается из отходящих газов газотурбинной установки для приведения в действие генератора, создающего электричество. Еще один потенциальный способ был описан в World Oil Vol. 228 No. 9 (сентябрь 2007 г.), в котором была предпринята попытка генерировать электричество из сбросной воды с нефтяного месторождения, используя установку, которая была "проверена в эксплуатации в других ситуациях, но никогда не использовалась на нефтяном месторождении". Считалось, что это будет работать, "так как оба эти потока воды имели высокое качество", причем "единственной загрязняющей примесью, уровень которой близок к ограничениям на поверхностный сток, является хлор". Таким образом, высказывалось предположение,что вода "не будет создавать проблему загрязнения в теплообменниках геотермальных установок, так как температура воды падает". Аналогичные попытки использовать геотермальное тепло обсуждаются вPROCEEDINGS, 32 Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford University, Stanford,California, 22-24 января, 2007 г. SGP-TR-183, и в Oil and Gas Journal, McKenna et al., 5 сентября 2005 г.,pp. 34-40. Таким образом, до настоящего изобретения такие проблемы, как загрязнение технологического оборудования, предотвращались посредством использования тепла с операций нефте- и/или газодобычи для полезной энергии. Хотя было изобретено много способов для получения электроэнергии из обычных геотермальных источников, таких как горячая вода или пар, не существует способа извлечения тепла непосредственно из добытой однофазной или многофазной углеводородной текучей среды и превращения ее в источник полезной энергии, такой как электроэнергия. Соответственно, требуются новые способы, которые могут эффективно и действенно преобразовывать тепло добытых текучих сред в источник такой полезной энергии, как электричество. Настоящее изобретение обеспечивает новые способы и устройства для эффективного и действенного преобразования тепла добытых текучих сред, таких как газ, вода и их смеси, для полезного применения, например для получения электричества или другой полезной энергии, такой как нагревание другого потока или текучей среды. В одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу создания нагретой рабочей жидкости, которая способна преобразовывать энергию. Способ включает в себя сбор теплосодержащей текучей среды, содержащей один или более углеводородов с операций нефтегазодобычи, причем теплосодержащая текучая среда содержит, по меньшей мере, по существу, паровую фазу и, по существу, жидкую фазу. Если текучая среда многофазная, по существу, паровую фазу затем предпочтительно отделяют от, по существу, жидкой фазы. Далее могут использоваться пародистиллятный теплообменник и жидкостный теплообменник для передачи по меньшей мере части тепла каждой из указанных фаз рабочей жидкости, тем самым получая нагретую рабочую жидкость. Нагретая рабочая жидкость может преобразовывать энергию. В другом варианте осуществления изобретение относится к способу образования нагретой рабочей жидкости, которая способна преобразовывать энергию. Способ включает в себя первоначальный сбор теплосодержащей текучей среды, содержащей один или более углеводородов, добытых при нефтегазодобыче. Далее теплосодержащая текучая среда проходит в один или более теплообменников для передачи по меньшей мере части тепла теплосодержащей текучей среды рабочей жидкости. Это образует нагретую рабочую жидкость, которая способна преобразовывать энергию. Предпочтительно теплосодержащая текучая среда представляет собой смесь, содержащую нефть, воду и один или более газов. Рабочая жидкость может быть водой, что включает, например, неочищенную или очищенную воду, умягченную воду и обескислороженную технологическую воду, и может применяться, например, в промежуточной замкнутой системе. В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к устройству для получения нагретой рабочей жидкости, которая способна преобразовывать энергию. Устройство включает в себя устье скважины, способное производить теплосодержащую текучую среду, содержащую один или более углеводородов, причем теплосодержащая текучая среда содержит, по меньшей мере, по существу, паровую фазу и, по существу, жидкую фазу. Устройство содержит также сепаратор, который при работе соединен с устьем скважины. Сепаратор способен отделять, по существу, паровую фазу от, по существу,жидкой фазы. Пародистиллятный теплообменник при работе соединен с сепаратором для приема, по существу, паровой фазы от сепаратора и передачи по меньшей мере части тепла паровой фазы рабочей жидкости с получением тем самым нагретой рабочей жидкости, способной преобразовывать энергию. Жидкостный теплообменник при работе соединен с сепаратором, чтобы принимать, по существу, жидкую фазу от сепаратора и передавать по меньшей мере часть тепла, по существу, жидкой фазы рабочей жидкости, с производством тем самым нагретой рабочей жидкости, способной преобразовывать энергию. Устройство типично также содержит один или более трубопроводов, например одну или более соединительных линий, соединенных при работе с пародистиллятным теплообменником, жидкостным теплообменником или обоими, чтобы перемещать нагретую рабочую жидкость, например, на силовую установку для генерации электричества из нагретой рабочей жидкости или как тепловую энергию, например,для нагревания другого потока при необходимости такого нагрева. Краткое описание чертежей Фиг. 1 является схемой одного варианта осуществления изобретения, в котором применяются два пластинчатых теплообменника для производства энергии. Фиг. 2 является схемой одного варианта осуществления изобретения, в котором применяются два теплообменника для производства энергии. Фиг. 3 является схемой одного варианта осуществления изобретения, в котором применяются два пластинчатых теплообменника для производства энергии и используется технологическое тепло от холодильника. Фиг. 4 является схемой одного варианта осуществления изобретения, в котором применяются два пластинчатых теплообменника для генерации энергии и факультативного дополнительного теплообмена. Фиг. 5 является схемой одного варианта осуществления изобретения, в котором применяются два пластинчатых теплообменника для производства энергии и используется технологическое тепло от конденсатора. Фиг. 6 является схемой одного варианта осуществления изобретения, в котором применяются два пластинчатых теплообменника для производства энергии и используется технологическое тепло от холодильника. Подробное описание изобретения Настоящий способ включает в себя получение нагретой рабочей жидкости из текучей среды, добытой при нефтегазовых операциях. Добытая текучая среда типично содержит по меньшей мере один углеводород и может быть однофазной или многофазной, а нагретая рабочая жидкость часто способна преобразовывать, т.е. передавать, хранить и/или производить, энергию. Энергия может принимать любую подходящую форму в зависимости от конкретного применяемого способа. Например, энергия нагретой рабочей жидкости может быть превращена в электричество или другую форму энергии, например тепловую мощность. Альтернативно, энергия нагретой рабочей жидкости может использоваться в том же или другом процессе, например для нагрева потока текучих сред, при необходимости такого нагрева, или может быть сохранена или превращена в какую-нибудь другую полезную форму энергии. Процесс типично начинается со сбора, например получения теплосодержащей текучей среды из устройства сбора, такого как устье скважины, например устья скважины для добычи нефти, и/или природного газа, и/или другого углеводорода. Добыча и сбор нефти и/или природного газа вместе с водой или их комбинации могут осуществляться любым подходящим способом. Это может включать в себя течение из природного пласта-коллектора (первичная добыча) или применение одного или более из следующего: вторичная добыча, третичная добыча, термальное извлечение (например, нагнетание пара) из углеводородного пласта и их комбинации. Дополнительная добыча может осуществляться с применением способов механизированной добычи (например, механический подъемник, насосная установка, плунжерный подъемник, газлифт, гидравлический подъемник или близкие системы). Такие термины вполне понятны специалисту в области нефти и газа и описаны, например, в словаре Schlumberger Oilfield Glossary,который введен в данном описании ссылкой. Разумеется, в геотермальных процессах основной функцией является рекуперация тепла, причем тепло извлекается из земли для превращения в энергию, тогда как в операциях нефтегазодобычи первичной целью является получение нефти и/или газа и извлечение углеводородов. Кроме того, вышеупомянутые методы механизированной добычи нефти и газа используются иначе,чем в геотермальных процессах. Как упоминается в работе "Enhanced Geothermal Workshop p. 9" (SanFrancisco, 2007) (полное содержание которой введено здесь ссылкой), методы механизированной добычи,например методы для нефтяных и газовых скважин, в геотермальных приложениях часто не требуются. Это связано с тем, что геотермальная скважина, как можно ожидать, будет саморастекаться с некоторой скоростью, но будут использоваться либо погружные насосы в вариантах с трансмиссионными валами(приводимыми в действие с поверхности), либо электрические погружные насосы, чтобы поддержать течение и обеспечить контроль. Кроме того, в отличие от рекуперации тепла в геотермальных процессах,где любой пар и/или солевой раствор используется исключительно или в основном как теплоноситель для извлечения тепла из земли для превращения в энергию, в настоящем изобретении любая закачиваемая водная текучая среда в условиях традиционной вторичной добычи, или закачиваемая паровая текучая среда, или химическая закачиваемая текучая среда при традиционной третичной добыче или термическом извлечении имеет главной целью поддержание или повышение добычи нефти и/или газа и извле-2 020020 чение углеводородов путем вытеснения их из пласта, а также служит теплоносителем. Термин "устье скважины" подразумевает, что оно содержит один или более вентилей и/или обсадных труб или систем у поверхности скважины или коллектора, независимо от того, находится ли скважина или коллектор на земле или в воде. Термин "устье скважины" может относиться к одному устью скважины или группе и обычно охватывается значением более широкого термина "система сбора". Другими словами, в действительности теплосодержащая текучая среда сначала извлекается при нефтегазодобыче, которая означает первичные работы на месторождении, связанные с разведкой, ведением подготовительных работ или производством, например, углеводородов, таких как сырая нефть и/или природный газ, инертные газы, а также попутных побочных добываемых текучих сред, как вода. Это включает случай, когда при разведке на углеводороды обнаруживают водоносный слой, и в этом случае может извлекаться теплосодержащая текучая среда, передающая тепло для производства энергии. Теплосодержащая текучая среда типично не получается при операции, являющейся, главным образом, операцией транспортировки или технологической операцией, как в паротурбинной установке. Конструкция системы сбора, например устья скважины, из которого может быть получена теплосодержащая текучая среда, не особенно важна при условии, что она способна удалять и подавать достаточное количество нагретой текучей среды. Нагретая текучая среда может содержать любую текучую среду,способную нести и передавать тепло. Тепло может быть естественного или искусственного происхождения, как тепло, получаемое, например, при закачке пара в скважину. В одном варианте осуществления нагретую текучую среду не разделяют или ее невозможно разделить и энергия производится или получается напрямую из нагретой текучей среды. В одном варианте осуществления нагретая текучая среда способна после разделения образовывать, по меньшей мере, по существу, паровую фазу и, по существу,жидкую фазу, причем одна или обе фазы способны переносить и передавать тепло. Используемая здесь"по существу, паровая фаза" означает компонент или смесь компонентов, которые по меньшей мере примерно на 80, предпочтительно по меньшей мере на 90, более предпочтительно по меньшей мере примерно на 95 об.% являются паром. Используемая "по существу, жидкая фаза" означает компонент или смесь компонентов, которые по меньшей мере примерно на 80, предпочтительно по меньшей мере на 90,более предпочтительно по меньшей мере на 95 об.% присутствуют в форме жидкости. Теплосодержащая текучая среда типично содержит один или более углеводородов. Такие углеводороды включают, без ограничений, углеводороды, выбранные из группы, состоящей из низкомолекулярных углеводородов, как алканы, имеющих от примерно 1 до примерно 6 атомов углерода, и более высокомолекулярные углеводороды, такие как нефть, и их смеси. По существу, паровая фаза теплосодержащей текучей среды, если таковая имеется, предпочтительно содержит газ, например метан, водяной пар или их смесь. По существу, жидкая фаза теплосодержащей текучей среды, если таковая имеется, предпочтительно содержит нефть, воду или смесь, содержащую нефть и воду. Относительные количества, по существу, паровой фазы и, по существу, жидкой фазы, присутствующих в теплосодержащей текучей среде, могут варьироваться в широких пределах, в зависимости от природы текучей среды, добываемой из устья скважины. Однако предпочтительно, что теплосодержащая текучая среда может включать по меньшей мере примерно 5, более предпочтительно по меньшей мере примерно 10 вес.%, по существу,паровой фазы. С другой стороны, теплосодержащая текучая среда может включать до примерно 70, более предпочтительно до примерно 30 вес.%, по существу, паровой фазы. Кроме того, теплосодержащая текучая среда может содержать твердые вещества. Такие твердые вещества могут включать, например,небольшие количества, например менее примерно 3 вес.% песка, глины, других материалов и смесей,которые добываются. Если, по существу, паровая фаза теплосодержащей текучей среды содержит газ, водяной пар или оба, газ и/или пар могут присутствовать в любых количествах и иметь любые характеристики при условии, что процесс существенно не затрудняется и что устройство способно оперировать с ними. В некоторых вариантах реализации количество газа в, по существу, паровой фазе может составлять от по меньшей мере примерно 5, предпочтительно по меньшей мере 10, до примерно 30 или более, предпочтительно до примерно 15 мол.% газа в расчете на полный объем, по существу, паровой фазы. Часто, по существу, паровая фаза содержит по меньшей мере примерно 10, предпочтительно по меньшей мере примерно 30 мол.% неконденсирующихся газов, таких как метан, и может также содержать другие неконденсирующиеся газы, такие как водород, кислород, азот, аргон, гелий, этан, аммиак, бензол, диоксид углерода или их смеси или соединения. В различных вариантах осуществления газ в, по существу, паровой фазе теплосодержащей текучей среды может отличаться одной или более из следующих характеристик: средняя теплоемкость от около 0,12 до около 0,59 британских тепловых единиц/фунтов массыF (0,5-2,47 кДж/кгC); или удельная теплопроводность от около 0,0069 до около 0,098 британских тепловых единиц/чF (0,34-0,48 ккал/м 2 чC); или среднее количество магния более чем примерно 10 ч./млн; или среднее количество неконденсирующихся газов более 1 вес.%; или более 90%, предпочтительно более 95% от полного весового количества неконденсирующегося газа содержит диоксид углерода. Если, по существу, жидкая фаза теплосодержащей текучей среды содержит нефть или смесь нефти и воды, нефть и вода могут присутствовать в любом количестве и иметь любые характеристики при ус-3 020020 ловии, что процесс существенно не затрудняется и устройство способно оперировать с ними. Подходящие количества нефти в, по существу, жидкой фазе могут составлять по меньшей мере около 1, предпочтительно по меньшей мере около 20 вес.% или более и до примерно 100 вес.% нефти. В различных вариантах осуществления нефть (типичный псевдосостав 12 Американского нефтяного института (АНИ может отличаться, например, одной или более из следующих характеристик: вязкость от примерно 1 до примерно 1000 сП; средняя плотность по меньшей мере от около 5 до около 70 по АНИ, предпочтительно до около 20 АНИ; или средняя теплоемкость от около 0,43 до около 1,61 британских тепловых единиц/фунтов массыF (1,8-6,7 кДж/кгC); или теплопроводность от около 0,06 до около 0,36 британских тепловых единиц/чфутF (0,29-1,76 ккал/м 2 чC). Теплосодержащая текучая среда может иметь любую температуру при условии, что имеется достаточно теплоты для передачи на рабочую жидкость и не настолько много теплоты, чтобы устройство стало неспособным оперировать с теплосодержащей текучей средой. Типично температура теплосодержащей текучей среды варьируется в широких пределах в зависимости от конкретной скважины и состава теплосодержащей добытой текучей среды. Типичные теплосодержащие текучие среды, которые подходят для настоящего изобретения, могут иметь температуру в или вблизи устья скважины по меньшей мере примерно 150F (66C), предпочтительно по меньшей мере примерно 200F (93C), более предпочтительно по меньшей мере примерно 280F (138C). С другой стороны, типичные теплосодержащие текучие среды, которые подходят для настоящего изобретения, могут иметь температуру в или вблизи выхода устья скважины до 800F (427C), предпочтительно до 500F (260C), более предпочтительно до 600F (316C). Если температура теплосодержащей текучей среды выше температуры, при которой она может обрабатываться устройством, то теплосодержащая текучая среда может быть быстро охлаждена до желаемой температуры. Если, по существу, паровая фаза должна быть отделена от, по существу, жидкой фазы, то разделение может осуществляться любым подходящим способом, с использованием известного устройства или при соответствии требованиям ниже. Например, разделение может быть осуществлено с использованием силы тяжести, так что пар выходит сверху, а жидкость выходит снизу. В частности, может применяться газожидкостный цилиндрический резервуар или газожидкостный центробежный сепаратор. Подходящими цилиндрическими резервуарами являются резервуары, называемые обычно сосудами ударной сепарации, парожидкостные сепараторы или испарительные барабаны, и они часто используют наклонное тангенциальное впускное сопло с такими размерами, чтобы доставлять подготовленный поток в объем сепаратора. Импульс теплосодержащей текучей среды в комбинации с тангенциальным входом создает вихрь жидкости с достаточной силой тяжести для быстрого протекания объемного разделения пара и жидкости. Газ типично выходит через верх резервуара, а жидкость типично выходит снизу резервуара. Разделение предпочтительно проводится эффективно. Это значит, что разделение таково, что количество пара, опускающегося в жидкость, и/или количество жидкости, уносимой с паром, минимально. В различных вариантах осуществления пар, опускающийся в жидкость, может составлять менее 5 вес.%. Соответственно, в различных вариантах осуществления унос жидкости в пар может составлять менее 5 вес.%. Может быть также предпочтительным, чтобы тепло не терялось в окружающую среду или иным образом в процессе разделения, чтобы максимально повысить эффективность процесса в целом. Таким образом, в различных вариантах осуществления тепло, содержащееся в, по существу, паровой фазе после разделения, составляет от примерно 70 до примерно 100% тепла, содержавшегося в теплосодержащей текучей среде перед разделением, а тепло, содержащееся в, по существу, жидкой фазе после разделения,составляет по меньшей мере примерно 30, предпочтительно от по меньшей мере 70 до 90, более предпочтительно до 100% от тепла, содержавшегося в теплосодержащей текучей среде перед разделением. В некоторых нефтяных скважинах вместе с нефтью добывается попутный нефтяной газ, который может накапливаться в любом кольцевом пространстве, имеющемся, например, между НКТ и обсадной колонной. В таких ситуациях может быть действенным спроектировать устройство таким образом, чтобы газ мог отбираться сверху скважины, у сепаратора или там и там. Теплообменники обычно применяются для передачи по меньшей мере части тепла, содержащегося в добытой текучей среде, рабочей жидкости. Например, пародистиллятный теплообменник и/или жидкостный теплообменник может применяться для передачи по меньшей мере части тепла, содержащегося в каждой из указанных фаз, рабочей жидкости. Таким образом, получается нагретая рабочая жидкость,способная преобразовывать энергию, например, в электричество. Типично, от примерно 50 до примерно 80% всей теплосодержащей текучей среды может подаваться в пародистиллятный теплообменник. Рабочая жидкость может быть любой обычной жидкостью, такой как теплопередающая среда, напримерTexatherm, Therminol (алкилароматические производные С 14-С 30), масло, хладагент, углеводород,вода или любая их смесь. Благодаря простоте и доступности часто предпочтительна неочищенная вода,хотя в замкнутой промежуточной системе более предпочтительна умягченная или обескислороженная технологическая вода. Теплообменники могут быть выполнены из любого подходящего металла и могут иметь любую подходящую конструкцию при условии, что они не способствуют излишнему загрязнению и передают тепло. Было найдено, что могут применяться сварные пластины, сделанные, например, из керамики, нержавеющих сталей, таких как нержавеющая сталь 316, никелевых сплавов, медно-никелевых сплавов,алюминия, углеродистой стали, титана или различных других стойких к коррозии сплавов. Таким образом, пародистиллятный теплообменник охлаждает, по существу, паровую фазу. В некоторых вариантах реализации пародистиллятный теплообменник охлаждает, по существу, паровую фазу таким образом,что при выходе из пародистиллятного теплообменника поток может иметь от примерно 10 до примерно 90% тепла, которое он имел, при входе в пародистиллятный теплообменник. Аналогично, жидкостный теплообменник охлаждает, по существу, жидкую фазу. В некоторых вариантах реализации жидкостный теплообменник охлаждает, по существу, жидкую фазу таким образом, что при выходе из жидкостного теплообменника поток может иметь от примерно 10 до примерно 90% тепла, которое он имел, при входе в жидкостный теплообменник. Предпочтительно в некоторых вариантах осуществления пародистиллятный теплообменник и жидкостный теплообменник могут работать независимо друг от друга. Это облегчает работу, так что тот или другой теплообменник может находиться в чистке или на техническом обслуживании, тогда как другой продолжает действовать. Фиг. 1-6 схематически иллюстрируют несколько конкретных вариантов осуществления изобретения, тем не менее, изобретение может быть воплощено множеством способов и с особым оборудованием. На фиг. 1-6 устройство 1 сбора, такое как устьевое устройство, типично помещается в или вблизи места добычи нефти и газа. Теплосодержащая текучая среда, содержащая один или более углеводородов,добывается, т.е. извлекается из устья скважины, где она проходит в сепаратор 2 для разделения на, по существу, паровую фазу и, по существу, жидкую фазу. Сепаратор 2 часто представляет собой резервуар,в котором жидкость отделяется под действием силы тяжести и, следовательно, опускается на дно резервуара, откуда ее отводят. Пар движется вверх со скоростью, типично рассчитанной так, чтобы минимизировать увлечение каких-либо капель жидкости с паром. Пар выходит сверху резервуара. Альтернативно, сепаратор 2 может быть резервуаром, который способен удалять несмешивающиеся текучие среды,имеющие разные плотности, путем механического ускоренного движения текучей среды по круговой траектории и с использованием радиального компонента ускорения для выделения этих загрязняющих примесей, например центробежного сепаратора. После разделения паровая фаза 8 может быть перемещена в конденсатор 3, а жидкая фаза 9 может быть перемещена в холодильник 4. Конденсатор 3 является пародистиллятным теплообменником и типично представляет собой теплообменное устройство или установку, использующуюся для конденсации пара в жидкость путем поглощения латентной теплоты пара (и потенциально части любого теплосодержания, особенно, например, для более тяжелых компонентов) в охлаждающую среду (т.е. воду, хладагент или другую охлаждающую текучую среду). Холодильник 4 представляет собой жидкостный теплообменник и типично является теплообменным устройством или установкой, использующейся для передачи теплосодержания от текучей среды (плюс любая скрытая теплота от любого оставшегося пара),протекающей на одной стороне барьера, к другой охлаждающей текучей среде, протекающей на другой стороне барьера. Таким способом по меньшей мере часть тепла, содержащегося в одной или обеих фазах(в зависимости от конкретного варианта осуществления), передается рабочей жидкости, показанной как промежуточная теплообменная текучая среда 7. В одном варианте осуществления теплообменники могут быть организованы так, чтобы регулироваться и/или приводиться в действие по отдельности. При желании это позволяет обходить один из теплообменников, тем не менее, отводя тепло для получения электрической или тепловой энергии. Это облегчает, например, чистку одного теплообменника, тогда как другой работает. Рабочая жидкость может переноситься в систему 6 генерации электроэнергии для получения энергии. Система 6 генерации электроэнергии может быть системой на основе органического цикла Ренкина,цикла Калины, цикла Карно или любой другой системой генерации электроэнергии. Альтернативно или в дополнение к созданию электроэнергии, в зависимости от конкретного варианта осуществления, тепло может извлекаться в различных точках процесса как технологическое тепло 10 для нагрева другого потока, если это желательно. Насос 5 применяется просто для перемещения текучих сред из области низкого давления в область более высокого давления с добавлением в систему энергии (сжимающей силы). Хотя здесь конкретно проиллюстрированы и описаны только типичные варианты осуществления,следует понимать, что возможно много модификаций и изменений описанных здесь способа и устройства в свете вышеуказанных сведений и в пределах сферы действия приложенной формулы изобретения,не выходя за пределы существа и объема заявленного объекта. Примеры Теплосодержащая текучая среда, содержащая один или более углеводородов, добывается из устья скважины при нефтегазодобыче. Текучая среда разделяется на паровую фазу и жидкую фазу с использованием сепаратора. Жидкость содержит нефть, углеводороды, воду, а паровая фаза содержит газ, другие неконденсирующиеся соединения и водяной пар. Характерные свойства текучей среды описаны в табл. 1-4 ниже. Процесс начинается с получения теплосодержащей текучей среды с месторождения нефти и/или газа. Теплосодержащая текучая среда состоит частично из жидкости и частично из пара. Производительность питающего теплом потока составляет приблизительно от примерно 12000 до примерно 15000 бар-5 020020 релей (1908-2385 м 3) текучей среды в день и от примерно 18 до примерно 22 млн стандартных куб.футов 5,1-6,23)105 Нм 3) пара в день. Таким образом, содержание пара в теплосодержащей текучей среде лежит в диапазоне от примерно 10 до примерно 30 вес.%. Диапазон температур теплосодержащей текучей среды составляет от примерно 280 до примерно 350F (138-177C), а диапазон манометрического давления - от примерно 80 до примерно 100 фунтов/кв.дюйм (5,5-6,9 бар). Текучая среда проходит через газожидкостный сепаратор 2 (фиг. 2) для разделения на потоки газа и жидкости. Это повышает эффективность улавливания любой удерживаемой тепловой энергии в потоках жидкости и газа. Жидкость содержит нефть, воду и другие углеводороды, а пар содержит газ, водяной пар и другие неконденсирующиеся соединения. После разделения пар переносится в пластинчатый теплообменник 3, где он конденсируется. Жидкость переводится в отдельный пластинчатый теплообменник 4, где она охлаждается. Изменение температуры паровой и жидкой фаз составляет приблизительно от примерно 80 до примерно 150F (27-66C). На этом этапе часть теплоты в жидкости и/или паре передается рабочей жидкости, в данном случае обескислороженной воде. Теплота обескислороженной воды превращается в энергию механизмом энергетической системы 6,а именно турбиной, в которой применяется органический цикл Ренкина для производства энергии. Это дает в результате чистый выход энергии приблизительно от примерно 1,8 до примерно 2,5 МВт. Диапазоны температур и манометрических давлений во всей системе составляют приблизительно от примерно 170 до примерно 340F (77-171C) и от примерно 70 до примерно 130 фунтов/кв.дюйм (4,83-8,96 бар),соответственно. Затем обескислороженная вода перекачивается насосом 7, который способен повышать давление воды на примерно от 15 до примерно 25 фунтов/кв.дюйм (1,03-1,72 бар). Таблица 1 Характеристики текучих сред Таблица 4 Свойства нефти плотностью 12 градусов по АНИ Нефть: 12,0 АНИ ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения нагретой рабочей жидкости, способной преобразовывать энергию, содержащий следующие этапы, на которых: а) собирают теплосодержащую текучую среду, содержащую по меньшей мере один или более углеводородов с добычи нефти или газа, причем указанная теплосодержащая среда содержит, по меньшей мере, по существу, паровую фазу и, по существу, жидкую фазу; б) разделяют, по существу, паровую фазу и, по существу, жидкую фазу; в) используют пародистиллятный теплообменник и жидкостной теплообменник для передачи по меньшей мере части тепла, содержащегося в каждой из указанных фаз, рабочей жидкости, получая тем самым нагретую рабочую жидкость. 2. Способ по п.1, в котором собирают теплосодержащую текучую среду из устья скважины. 3. Способ по п.1, в котором сбор теплосодержащей текучей среды осуществляют при воздействии на пласт первичной добычи, вторичной добычи, третичной добычи или их комбинации. 4. Способ по п.1, в котором сбор теплосодержащей текучей среды осуществляют при механизированной добыче. 5. Способ по любому из пп.1-4, в котором дополнительно используют нагретую рабочую жидкость для нагревания другого потока текучих сред или для получения энергии. 6. Способ по любому из пп.1-4, в котором дополнительно используют нагретую рабочую жидкость для производства электричества. 7. Способ по любому из пп.1-4, в котором, по существу, жидкая фаза содержит углеводород, или смесь, содержащую углеводород и воду, или по меньшей мере около 1 вес.% нефти. 8. Способ по любому из пп.1-4, в котором, по существу, паровая фаза содержит газ, характеризующийся одной или более из следующих характеристик: средняя теплоемкость 0,5-2,47 кДж/кгC; или удельная теплопроводность 0,34-0,48 ккал/м 2 чC; или среднее количество магния более примерно 10 ч./млн; или среднее количество неконденсирующихся газов более 1 вес.%; или более 90%, предпочтительно более 95% от полного веса неконденсирующегося газа содержит диоксид углерода. 9. Способ по любому из пп.1-4, в котором, по существу, жидкая фаза содержит смесь нефти и воды,характеризующуюся одной или более из следующих характеристик: вязкость от около 1 до около 1000 сП; или средняя плотность от по меньшей мере около 5 и до около 70 градусов Американского нефтяного института; или средняя теплоемкость от около 1,8-6,7 кДж/кгC; или теплопроводность 0,29-1,76 ккал/м 2 чC. 10. Способ по одному или более из пп.1-4, в котором теплосодержащая текучая среда перед отделением, по существу, паровой фазы от, по существу, жидкой фазы имеет температуру 66-427C. 11. Способ по одному или более из пп.1-4, в котором один или более из пародистиллятного теплообменника и жидкостного теплообменника содержит сварные пластины. 12. Способ по одному или более из пп.1-4, в котором один или более из пародистиллятного теплообменника и жидкостного теплообменника содержит кожухотрубный теплообменник или спиральный теплообменник. 13. Способ по любому из пп.1-4, в котором дополнительно очищают один из пародистиллятного теплообменника и жидкостного теплообменника при функционировании другого. 14. Способ по любому из пп.1-4, в котором рабочая жидкость является водой. 15. Способ по любому из пп.1-4, в котором дополнительно используют воду, умягченную воду или обескислороженную воду в качестве рабочей жидкости в промежуточной замкнутой системе.
МПК / Метки
МПК: E21B 43/16, F28D 7/00
Метки: энергии, использование, сред, нефтегазовых, тепла, получения, текучих, операциях, добытых
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/12-20020-ispolzovanie-tepla-tekuchih-sred-dobytyh-pri-neftegazovyh-operaciyah-dlya-polucheniya-energii.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Использование тепла текучих сред, добытых при нефтегазовых операциях, для получения энергии</a>
Предыдущий патент: Аналоги глюкозозависимого инсулинотропного полипептида
Следующий патент: Твердая лекарственная форма, обладающая анорексигенным действием (варианты)
Случайный патент: Клапан трехходовой для подключения прибора водяного отопления