[发明专利]用于操作海底压缩系统的设备和方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及用于在海底烃开采中通过压缩气体进行井流(well stream)升压和泵送液体的压缩系统。更准确而言，本发明涉及用于操作构造成用于该目的的海底压缩系统的设备和方法。

背景技术

近海气体开采涉及由陆基或海基终端或主设施(host facility)控制和供能的海床上的装备。在产品供应到市场之前，井流体经由管线从海底开采系统输送到接收终端以待进一步加工。在开采的初始阶段，流体储槽压力通常足以用于通过管线给送烃流体。随后在开采中，或在井流体储槽与接收终端之间的距离很长的情况下，在一个或更多压缩系统中可能沿给送管路需要流体压力升压和流动，以便保持流速和开采水平。

用于海底压缩系统中的压缩机适于处理含一定比例液体的湿气体。高于此比例，将需要液体泵。在压缩系统中，含气体和液体的井流体进入分离器或洗涤器中，液体在该分离器或洗涤器中从井流分离且给送至泵，为压缩机和泵二者关于液体体积分率或水平提供可预测的操作点。该泵通常被操作以通过将液体注入从压缩机排出的压缩气体中来向下游泵送液体，由此使重新混合的多相井流体在增大的压力水平和流量下离开压缩系统。然而，海底压缩系统可以可选地布置用于经由单独的输出管路排出升压的气体和液体流。

按惯例，各压缩机和泵通常分别由专用电动机驱动，该电动机被经由将压缩系统与其主设施连接的脐带(umbilical)提供操作功率和控制功率。压缩系统中的各压缩机或泵马达对其操作需要独立的功率装置和控制装置(诸如，海底开关装置、湿插拔(wet-mate)电连接器、高压电跳线和电控制系统构件、包括阀的冷却和润滑回路、和流量及压力控制件等)以用于可变速度驱动。

发明内容

本发明的目的在于减少如下海底压缩系统中所需的构件数目和功率，该海底压缩系统构造成用于使含气体和液体的井流升压。

该目的在包括分离器、压缩机和泵的海底压缩系统中实现，其中，压缩机能够操作用于压缩和排出从给送到分离器中的双相井流分离的气体，且泵能够操作用于泵送从井流分离的液体。

用于操作海底压缩系统的方法包括：

    ● 将压缩机布置在来自分离器的气体给送管路中；

    ● 提供将压缩机的排出侧与压缩机的吸入侧连接的气体返回管路；

    ● 将涡轮膨胀器单元布置成与气体返回管路流动连接；

    ● 将泵布置在来自分离器的液体给送管路中；

    ● 将涡轮膨胀器单元驱动地连接于液体泵，且响应于从压缩机排出侧到压缩机吸入侧的压缩气体流通而操作泵。

根据本发明的海底压缩系统对应地包括压缩机、泵和分离器，其中，压缩机能够操作用于压缩气体，且泵能够操作用于将在分离器中从在压缩系统中接收的双相井流分离的液体加压，且此外，其中，气体经由气体给送管路从分离器给送到压缩器且在压缩状态下从压缩机排出，且液体经由液体给送管路从分离器抽取到泵并在加压状态下从泵排出。气体返回管路布置成将压缩机的排出侧与压缩机的吸入侧连接；涡轮膨胀器单元布置成与气体返回管路流动连接；涡轮膨胀器单元与泵驱动地连接，且能够响应于压缩气体从压缩机排出侧到压缩机吸入侧的流通而操作泵。

因此，可省略专用泵马达和相关联构件(诸如功率供应构件、操作控制件、润滑和冷却设备等)，这可显著降低海底压缩系统的成本和复杂性。

涡轮膨胀器单元为离心涡轮或轴流涡轮，压缩的高压气体在其中膨胀，且膨胀气体中的能量释放来用于驱动涡轮膨胀器单元中的膨胀涡轮或转子。

在本发明中，膨胀涡轮机具有驱动地连接于离心泵或正排量泵的泵轮/转子的引出轴。泵与涡轮膨胀器单元可直接连接或经由减速齿轮或减速装置而间接地连接，例如，插入涡轮膨胀器单元与泵之间。

涡轮膨胀器单元优选为包括在气体给送环路中，该气体给送环路包括连接压缩机排出侧与吸入侧的气体给送管路。离开涡轮膨胀器单元的膨胀气体的压力可保持在压缩机吸入侧上的气体压力之上，用于将气体再循环到压缩机上游的气体流。备选地，膨胀气体可借助于由压缩机吸入侧上的气体流驱动的喷射器而返回到上游气体流。

因此基本上，涡轮膨胀器单元的吸入口在压缩机出口与压缩气体排出管路上的液体注入点之间连接于压缩气体排出管路，而涡轮膨胀器单元的出口能够通过流量控制阀而连接于对压缩机给送湿气体的流体管路，或备选地能够连接于在分离器上游流动的井流。