[发明专利]管理水下出油管中的水合物的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2007年9月25日提交的美国临时专利申请第60/995,134号的 权益。

发明背景

发明领域

本发明的实施方式一般涉及水下生产作业领域。本发明的实施方式进一步涉 及管理在水下生产设施如出油管线中的水合物形成的方法。

发明背景

三分之二以上的地球被海洋覆盖。随着石油工业继续寻找烃，发现越来越多 未开发的油气层位于海洋下面。这样的储层被称为“海洋”储层。

用于从海洋储层生产烃的典型系统利用位于海底上的烃-生产井。生产井被称 为“生产井”或“水下生产井”。所生产的烃被运输至主生产设施。生产设施位 于海洋表面或直接位于岸上。

生产井经由管系统与主生产设施流体连通，所述管系统将来自海底上的水下 井的烃运输至主生产设施。这种管系统一般包括跨接线、出油管道和立管的汇集。 跨接线在工业上一般是指位于水体底面上的管线部分。它们将各井口连接到中央 管汇上。出油管道也位于海底上，并且将采出液从该汇管运输到立管。立管是指 从海底延伸，穿过水柱并且到达主生产设施的出油管部分。在许多情况中，立管 的顶部由浮筒支撑，所述浮筒然后连接到用于将来自立管的采出液传递至生产设 施的柔性软管。

远距离海上井的钻井和维护是昂贵的。在降低钻井和维护费用的努力中，远 程海上井时常组合地进行钻井。一组以成簇水下井布置的井有时被称为“水下井 场”。水下井场通常包括完井而用于在一个并且有时多个“生产层”生产的生产 井。此外，井场有时将包括一个或多个注射井，以有助于保持水驱油藏和气体膨 胀驱动油藏的原位压。

远程海上井的分组促进采出液聚集进入本地生产管汇。来自成簇井的流体穿 过跨接线被传递至管汇。从管汇，采出液可穿过出油管道和立管被一起传递到主 生产设施。对于深水中的井场，收集设备一般是浮式生产储油和卸油装置或 “FPSO”。FPSO充当收集和分离设备。

海上生产作业面临的一个挑战是确保流动。在生产期间，采出液一般将包括 下列的混合物：原油、水、轻质烃气体(如甲烷)和其它气体如硫化氢和二氧化 碳。在一些情况中，固体物质如砂可与流体混合。夹带在采出液中的固体物质通 常可能在“关井”即生产停止期间被沉积，并且需要去除。

值得同样关注的是，温度、压力和/或化学组成沿着管线的变化可引起其它物 质如甲烷水合物、蜡或水垢在流动管线和立管内表面上的沉积。这些沉积物需要 定期去除，因为这些物质的堆积可减少管线尺寸并限制流动。

水合物通过水与天然气和相关液体以85摩尔％水比15％烃的比例接触而形 成。当烃和水在合适的温度和压力下诸如在井、出油管线或阀中存在时，可形成 水合物。烃变成禁闭在冰状固体中，所述冰状固体不流动但迅速生长并且聚集成 可阻塞出油管线的大小。水合物形成最常发生在处于相对低的温度和升高的压力 下的水下生产管线中。

深水环境的低温和高压使得水合物作为气水组成的函数形成。在水下管线中， 水合物块通常在烃-水界面上形成，并且随着流动将它们向下游推动而聚集。所得 多孔水合物塞具有传输一定程度的气体压力的不寻常能力，同时充当液体流动障 碍。气体和液体有时都可通过该塞传输；然而，较低的粘度和表面张力有利于气 体的流动。

期望的是通过使水合物形成最小化而在每次清洗之间维持确保流动。用于水 合物塞去除的一个海上工具是管线系统的减压。传统地，减压在存在较低的含水 量的情况下是最有效的。然而，减压方法有时妨碍几周的正常生产。在较高的含 水量下，可能需要气举程序。此外，当井在线放回时水合物可迅速再形成。

最常见的深水水下管线布置依赖于用于水合物控制的两条出油管。在未计划 的停工事件中，采用清管器，用脱水脱气原油顶替生产出油管线和立管中的采出 液。顶替是在采出液(其通常是未处理的或者“未抑制的”)冷却到水合物形成 温度以下之前完成的。这防止在出油管上产生水合物堵塞。该清管器被投入到一 条出油管中，用脱水脱气原油驱动出来，到达生产管汇，并且通过第二出油管促 使其返回至主设施。

双出油管作业对于大型安装来说是可行的。然而，对于相对小的设备来说， 第二出油管的成本可能是抑制性的。