[发明专利]抽吸井中流体的海底抽吸系统及其方法和用于该系统的压力补偿器

说明书

相互参照的相关申请

本申请是美国申请系列号No.08/567558、申请日为1995年12月5日的申请的部分继续申请，这里提出，以供参考。

发明背景

发明领域

本发明关于将海底井中的流体抽吸出来送到浮动平台或海岸上进行加工的抽吸系统及其相关方法，特别是关于海底抽吸站抽吸多相流体并与深海井口连接的压力补偿器。

背景情况

由于浅近海油气生产井的储量正在枯竭，很多国家和/或公司正在对深海油气储量表示了很大的兴趣，其中采用海底多相抽吸系统从这些油层中抽吸出油和/或气。

海底多相抽吸系统将通常由油、气和水的混合物组成的多相流体从海底抽吸站、通过长距离的管道传送到位于遥远处的加工厂，然后将多相流体在进一步加工前分为单一流体。这种加工厂可以在平台上，也可在陆地上。

在世界范围内，目前正在研制各种类型的海底多相抽吸系统，每种类型的多相抽吸系统包括同样的基本的构件：一个多相泵，多相泵的驱动件，一个能源供给系统，一个控制系统，一个压力保持系统和用于多相泵和/或驱动装置的辅助的润滑和冷却循环回路。一个海底多相抽吸系统通常包括一个或多个这些基本构件，它们安装到一个基板上然后降下并安装到连接到深海井口的海底支柱上。

现在在多相抽吸系统中使用的泵的类型不是旋转动力泵就是正压移动泵，这些类型的泵通常都能处理多于一个流体相的流体。在较深的海洋深度上，采用后一种泵，这是因为它对密度的敏感性较小。因而对抽吸的多相流体的压力变化的敏感性较小。无论如何，海底多相泵要求不管是井压在高或低的情况下均保持或增加多相流体的产量。

多相泵的驱动装置可以是液压涡轮和/或变速马达，现已确定后者在操作中具有更高的有效功率和机动性，对离动力源的远距离的敏感性较小。

对于液压涡轮来说，作为驱动液体装置它既能压水又可压油。压水或油的系统位于浮动平台上，多根输送管道从加压系统连到海底装置上。因此，通常采用一种不同于加工和涡轮流体的阻流(barrier fluid)系统来冷却和润滑多相泵/驱动装置的轴承，并用以补偿系统中变化的压力。该阻流来源于浮动平台，在平台上受到冷却，然后再返回到海底装置。它在顶部平台就保持在高于加工流体的压力上，这样所出现的任何漏泄的阻流或进入海水中、或通过机械密封件进入加工流体中。

如果用加压的水驱动液压涡轮，可以去掉涡轮和多相泵之间的轴的密封件，允许涡轮中的水通过涡轮和多相泵之间的轴中的小的轴向间隙流动，进入如上所述的生产和加工流体，这种流体就是抽吸的多相流体。在此项应用中，阻挡流体也可是通过多相泵和涡轮罩循环的水。压力补偿出现在阻挡流体漏泄的时候，阻挡流体从涡轮流入多相泵并进入泵的加工或生产流体、最终进入海水中。实际上阻挡流体对密封件的润滑侧提供了一个反向压力，从而确保漏泄物进入加工流体或进入密封件的涡轮流体侧。

如果用油来驱动液压涡轮，用密封件将涡轮流体腔与抽吸的多相流体分开。通常也用油作为冷却和润滑多相泵/驱动装置的轴承的阻挡流体，并用来补偿多相泵进口处的变化的压力。即使阻挡流体与涡轮中的流体和抽吸的多相流体是相容的，这种系统的一个缺点是少量的油会漏入周围的海水中，因此会产生环境问题。

尽管有些人认为液压涡轮多相抽吸系统在机械和液压上设计简单并便于维护，但这些类型的泵系统的顶部设施要求提供昂贵的能源、液压源系统和阻挡流体系统。

这些设施的问题是随着脐形供给管道的加长而引起的压降增大，使能耗也大大增加。也就是说，当海底站台的深度增大、离平台较远时，驱动多相泵的液压涡轮的液压管道损失增加了。通常能源离海底越远，脐状供给管道的循环就越复杂，因此提供这种用于从深海井中抽吸多相流体的提升系统的成本更大。

一些系统设计者已认识到，对深井来说，水下电动机提供了一种液压涡轮驱动装置的经济的替代品。在一个这样的系统中，一个电动潜水泵具有它的电动机，在一些应用中还具有位于海底站上的变压器。这种电动机/泵装置可两者均用油冷、或电动机可用油冷、泵可用水冷。在仅用油作为冷却和润滑介质的第一个系统中，油系统还具有加压系统以防止来自抽吸流体的回漏，油传送到浮动平台的空气冷却装置中。尽管该系统在电驱动系统方面是简单的，但它仍需要将冷却介质送到浮动平台的冷却装置中并返回到海底站的脐状供给和返回管。