專利名稱：用于從井中生產油氣的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及油氣生產，并且更具體地說涉及利用人造升舉器來生產油氣。
背景技術：
幫助延長油氣井的使用壽命的兩種形式人造升舉器采用了油氣升舉和油井卸載組件。這兩種形式的人造升舉器在本領域是公知的并且在世界范圍上得到應用。而且，每種都具有內在的挑戰(zhàn)，尤其在其中成本和空間變?yōu)橹匾南拗茥l件的海上環(huán)境中。 隨著油層壓力由于消耗而下降，油井的升舉性能下降，并且因為在油層處的壓力不足以克服在油層和油井平臺處的采油樹之間的流體靜壓頭，所以在某個時刻油井不再能夠自然或經濟地生產液體。為了提高油氣生產，必須提高升舉性能或入流性能。如果如通常情況一樣不能改變入流性能，則必須改善豎直升舉性能以讓油井能夠流出。實現(xiàn)這個目的的兩種有效方式是降低在地面處的井口流動壓力或者降低在采油管中的流體靜壓頭。降低地面處的壓力可以通過使用油井卸載裝置(WUU)。這涉及在地面上使用泵送設備以降低油井的背壓，因此使得油氣能夠流到油井地面。隨后將這些流體以更高的壓力泵送到生產管線中。普通油井卸載裝置的問題在于，所采集的任意油氣都通入到大氣中并且損失掉。由于油氣有價值并且可以銷售，所以這既帶來環(huán)境問題而且也喪失了生產/收入的機會。油氣升舉是另一種在本領域廣泛應用并且有效的人造升舉形式。油氣升舉涉及以高壓將油氣噴射到油井的環(huán)形間隙通常為在采油管道和最里面的油井套筒之間的環(huán)形間隙中的過程。油氣在地面下方幾千英尺通過止回閥進入到生產管道中并且具有所期望的降低在管道中的流體梯度并且因此降低油井流動壓力的作用。這提高了在油井上的水位降低并且增大了液體比率和儲量。在油井上應用油氣升舉的主要問題在于需要高壓通常大于IOOOpsi的氣體。該氣源來自在油井平臺上生產的其它高壓油氣井或者通過安裝壓縮機來抽吸低壓油氣、將它壓縮并且將它用于油氣升舉。通常，采用來自其它油井的高壓氣體不是操作的選擇。另外，即使在存在具有高壓氣體的油井的情況下，它也只是短期解決方案，因為油層壓力迅速下降并且氣壓會很快到達不足以進行油氣升舉的程度。另一個選擇方案是安裝氣體升舉壓縮機。這是優(yōu)選的，因為可以調節(jié)壓力并且能夠實現(xiàn)穩(wěn)定的氣體供應。但是，這種選擇方案的問題在于壓縮機的高成本、較大的占地面積以及不可移動性。但是，氣體升舉壓縮機通常需要超過2百萬美元的投資。另外，這些裝置都是不可移動的，將氣體升舉壓縮機從一個油井平臺移動到另一個油井平臺的成本比壓縮機自身的成本都更昂貴。氣體升舉壓縮機還具有較大的占地面積并且占據著在海上油井平臺上甲板空間的大部分。如果油井平臺由于經濟和空間限制而不允許安裝油氣升舉壓縮機，則油氣通常將留在油層中。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了油井卸載裝置和壓縮機系統(tǒng)以及用于從與儲油氣層流體連通的油井中生產油氣的相關方法。根據一個實施方案，該系統(tǒng)包括卸載裝置，其構成為通過采油樹從油井中接收所生產出的具有油氣的流體并且將所生產出的流體分離成液態(tài)流體和氣態(tài)流體。例如，卸載裝置可以為三相分離器，其構成為使得水與所生產出的流體分離，和/或卸載裝置可以包括動態(tài)分離器例如氣-液柱狀旋流分離器。與卸載裝置流體連通的壓縮機被構成為從卸載裝置接收氣態(tài)流體并且將該氣態(tài)流體壓縮至預定壓力，從而氣態(tài)流體能夠重新噴射到油井中以幫助從儲油氣層將所生產出的流體升舉到采油樹。氣體歧管 構成為從壓縮機接收壓縮氣態(tài)流體并且將該氣態(tài)流體分配給至少一個采油樹以及至少一個相應的油井。泵被構成為從卸載裝置接收液態(tài)流體，提高液態(tài)流體的流體壓力，并且將液態(tài)流體輸送給管道。例如，可以位于海上甲板上設施處的泵可以構成為將液態(tài)流體輸送給位于海底的海底管道，從而液態(tài)流體可以通過管道輸送給遠方例如陸地處理設施。卸載裝置、壓縮機和氣體歧管可以構成為作為基本上封閉的油氣升舉系統(tǒng)操作，從而卸載裝置接收之前注入到油井中的氣態(tài)流體。在一些情況下，該系統(tǒng)可以設置成模塊化系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以根據油層需要重新定位。具體地說，卸載裝置、壓縮機、氣體歧管和泵可以設置在一個或多個滑橇上，從而每個滑橇可以很容易輸送并且重新用于從不同的儲油氣層中采集油氣。根據另一個實施方案，該方法包括在卸載裝置中接收從油井生產出的流體并且使得所生產出的流體分離成液態(tài)流體和氣態(tài)流體。例如，可以例如通過氣-液柱狀旋流分離器動態(tài)分離所生產出的流體，和/或可以使得水與氣態(tài)和液態(tài)流體分離。將來自卸載裝置的氣態(tài)流體壓縮至預定壓力并且分配給至少一個采油樹和相應的油井。從歧管將氣態(tài)流體重新注入到油井中以幫助將從油層生產出的流體升舉。還有，在泵中提高液態(tài)流體的流體壓力，并且將液態(tài)流體輸送給管道例如位于海底的海底管道。接收所生產出的流體和提高液態(tài)流體的壓力的作用可以是降低在油井處的背壓。卸載裝置、用于進行壓縮步驟的壓縮機、用于進行分配步驟的氣體歧管以及泵可以設在一個或多個滑橇上。每個滑橇可以從靠近儲油氣層的位置輸送到靠近第二儲油氣層的位置，并且然后可以將卸載裝置、壓縮機、氣體歧管和泵重新用于從第二儲油氣層中采油。在一些情況下，重新注入氣態(tài)流體的步驟在卸載裝置正在接收從油井中生產出的流體的同時進行，從而油井在進行油氣升舉操作的同時進行生產。接收所生產出的流體的步驟可以包括接收之前注入到油井中的氣態(tài)流體，從而氣態(tài)流體重新用于基本上封閉的氣體升舉循環(huán)。


圖I為根據本發(fā)明實施方案的從多個海底油井接收油氣并且將油氣輸送給管道的海上采油平臺的環(huán)境視圖。圖2為根據本發(fā)明實施方案的油井卸載裝置和壓縮機系統(tǒng)的示意圖。
圖3為根據本發(fā)明實施方案的油井卸載和壓縮機系統(tǒng)的示意性流程圖。
具體實施例方式下面將參照這些附圖對本發(fā)明進行更詳細的說明，在這些附圖中顯示出本發(fā)明的一些但不是全部實施方案。實際上，本發(fā)明可以按照許多不同的方式實施并且不應該被認為局限于在這里給出的實施方案，這些實施方案如此給出，從而該說明書將清楚完整，并且將給本領域技術人員完全傳達本發(fā)明的范圍。在整個說明書中相同的附圖標記指代相同的元件。參照圖1，海上采油平臺11示出處于海面13上。平臺11顯示出為浮動平臺，但是只是意味著代表本領域所公知的任意海上采油平臺，例如自升式平臺或張力腿式平臺。立管15從平臺11延伸至海底井口 17。井口 17位于該海床19上。井口 17設置在上方，并且與一串采油管道21流體連通。管道21通常軸向延伸穿過在海床19下面延伸的一系列 套管22，至少延伸至這樣的深度，使得套管設置在其中具有油氣的儲油氣層23內。穿孔25延伸穿過套管22，從而生產管道21與儲油氣層23流體連通。生產管線27從平臺11朝著海床19延伸。流動管線27與設置在海床19上的管線末端29連接。管線末端29與管線31流體連通。來自儲油氣層23的油氣通過穿孔25流進套管22并且沿著管道21向上流到位于海床19處的海底井口 17。油氣然后沿著立管15向上流道平臺11。通常，油氣經過初始的處理即分離氣體和液體，從而液態(tài)油氣能夠沿著流動管線27向下流以便輸送到管線31中。通常，管線31以預定的壓力進行流動傳輸。因此，通常采用泵來將液態(tài)油氣加壓至足夠的壓力以便進入管線31。參照圖2，油井卸載裝置和壓縮機系統(tǒng)33包括采油樹35。采油樹35可以為普通的地面采油樹，它位于平臺11上并且接收從立管15生產出的油氣。如本領域技術人員所容易理解的是，通常有多個采油樹35，它們每個都與立管15和海底井口 17相連。系統(tǒng)33還包括設置在平臺11上的卸載裝置37。卸載裝置37從采油樹接收流體并且分離出液態(tài)和氣態(tài)流體。在本發(fā)明的實施方案中，從采油樹35生產出的流體在小于50psi的壓力下進入卸載裝置37。卸載裝置37可以包括靜態(tài)分離器例如容器，其使得氣相和液相隨著時間分離開。在優(yōu)選的實施方案中，采用三相分離器，從而將所生產出的水也與所生產出的流體分開?？蛇x的是，卸載裝置17還可以為動態(tài)分離器，它采用離心力來幫助將氣態(tài)和液態(tài)流體分離開。這種動態(tài)分離器可以為氣-液柱狀旋流分離器(GLCC)，它是無源的，因為它不需要任何運動部件或馬達來產生出離心力。與卸載裝置37流體連通的壓縮機39接收來自卸載裝置37的氣態(tài)流體。壓縮機39將所生產出的氣體壓縮至預定壓力，從而這些氣體可以重新注入到油井中以幫助將油氣從儲油氣層23 (圖I)升舉到采油樹35。氣體歧管41接收來自壓縮機39的壓縮氣體，并且將該氣體分配給與海底井口 27對應的每個采油樹35。在本發(fā)明的實施方案中，壓縮氣體沿著在生產管道21和套管22之間的環(huán)形間隙向下流動以便在儲油氣層23的深度附近在油井中輸送。如本領域技術人員能夠很容易理解的一樣，氣體也可以輸送穿過延伸到油井中的雙層管道或同心管道，其中一部分管道輸送氣體，而另一部分接收所生產出的油氣。系統(tǒng)33包括可以設置在平臺11上的泵43。泵43接收來自卸載裝置37的液體并且提高液體的流體壓力。然后將這些液體輸送給管道31。參照圖3，該圖顯示出系統(tǒng)33，更詳細顯示出系統(tǒng)33的實施方案的工藝流程。歧管滑橇組件45包括生產歧管47。生產歧管47與多個采油樹35流體連通。生產歧管47在分離之前從多個采油樹35的每一個中收集所生產出的流體。歧管滑橇組件45優(yōu)選具有安裝在已經裝配有管道入口、控件和閥門的滑橇上的生產歧管47。因此，在安裝歧管滑橇組件45時，一旦滑橇安裝到位則只要使得來自采油樹35的管道與和歧管滑橇組件45相關的管道入口對準就可以。在本發(fā)明的實施方案中，關閉滑橇組件49設置在歧管滑橇組件45下游。關閉滑橇組件49優(yōu)選包括關閉閥組件51，用于控制來自生產歧管47的流體流。關閉滑橇組件49優(yōu)選包括自關閉閥門組件51和安裝在共同滑橇上的相關入口和出口管道。因此，在關閉滑橇組件49安裝到位時，只需要從一個滑橇組件向另一個安裝和對準管道，例如在來自歧管滑橇組件45的出口管道與關閉滑橇組件49的入口管道之間。在優(yōu)選實施方案中，關閉閥門組件51在緊急情況下能夠遠程啟動。 系統(tǒng)33還包括具有安裝在其上的分離器55的分離器滑橇組件53以及具有安裝在其上的液體緩沖罐59的液體緩沖罐滑橇組件57。在圖3中所示的實施方案中，卸載裝置37包括分離器滑橇和液體緩沖罐滑橇組件53、57。分離器滑橇組件53設置在歧管滑橇組件45下游。分離器滑橇組件53優(yōu)選還設置在關閉滑橇組件49下游，從而關閉閥門組件51能夠在由分離器滑橇組件接收之前控制流體流。如上面所述的一樣，分離器55可以為靜態(tài)或動態(tài)分離器。分離器滑橇組件53優(yōu)選包括安裝在共同滑橇上的分離器、管道、閥門和控件，從而只需要在將分離器滑橇組件53在平臺11上安裝到位時進行管道入口和出口的連接。在優(yōu)選的實施方案中，分離器55為具有氣體、水和油出口的三相分離器。如果采用注入法，則在分離之后，水從分離器滑橇組件53輸送出以便用于處理或者進一步生產使用。油液從分離器滑橇組件53輸送給液體緩沖罐滑橇組件57的液態(tài)緩沖罐59。液體緩沖罐59通常為容器。將油液收集在液體緩沖罐59中提供了幫助保持所要泵送給管道31的油的恒定流量和壓力的方式(圖I和2)。另外，液體緩沖罐59可以用作二級分離器以使得氣態(tài)顆粒與從分離器55接收到的油液進一步分離。包括有液體緩沖罐59、相關的管道入口和出口、閥門以及控件的液體緩沖罐滑橇組件57優(yōu)選如此預先安裝在共同的滑橇上，從而只需要在將液體緩沖罐滑橇組件57在平臺11上安裝到位時進行管道入口和出口的連接。系統(tǒng)33包括具有安裝在其上的泵43的泵滑橇組件61。泵43優(yōu)選為正排量泵例如往復式泵。泵43提高來自分離器55和液體緩沖罐59的液體壓力，從而它能夠在管道31的預定壓力下進入管道31 (圖I和2)。泵滑橇組件61優(yōu)選包括預先安裝在共同滑橇上的泵43、發(fā)動機或馬達、相關的入口和出口管道、閥門以及控件，從而管道入口和出口以及燃料源或電源的連接一旦在平臺11上安裝到位時是最小的。在本發(fā)明的實施方案中，在泵滑橇組件61下游設置有另一個具有關閉閥65的關閉滑橇組件63，從而能夠在緊急情況下控制提供給管道31的流量。在優(yōu)選實施方案中，關閉閥65可以為遠程促動閥。在分離器滑橇組件53下游還設置有壓縮機滑橇組件67。壓縮機39安裝在壓縮機滑橇組件67的滑橇上。壓縮機39為能夠將分離出的氣體從小于50psi的入口壓力壓縮至大于1100-1200psi的壓縮機，然后將該氣體輸送給氣體歧管41 (圖2)以便分配給生產油井進行氣體升舉。在優(yōu)選實施方案中，壓縮機39可以每天處理2百萬標準立方英尺(MMSCF/D)，這適用于對四個或五個油井進行氣體升舉。在對五個以上的油井進行氣體升舉時可以采用另外的壓縮段或另外的壓縮機滑橇組件。在優(yōu)選實施方案中，壓縮機39為三級往復式壓縮機組件。壓縮機組件包括用來去除在每一級壓縮之后夾雜在氣體中的液體的抽吸滌氣器或除液器、氣體發(fā)動機和用于在每一級壓縮之后降低壓縮氣體溫度的翅扇式馬達驅動冷卻器?？梢圆捎脝为毜娜剂蠚怏w滑橇來給氣體發(fā)動機提供燃料。來自滌氣器的液體可以從壓縮機滑橇組件67輸送給液體緩沖罐59。壓縮機滑橇組件67包括具有預先安裝在共同滑橇上的相關設備、管道、閥門和控件的壓縮機39，從而只需要在將壓縮機滑橇組件67在平臺11上安裝到位之后進行最小的安裝作業(yè)。來自壓縮機39的多余氣體可以輸送給封閉的排放滌氣器，這也能夠接收從分離器55和液體緩沖罐59分離出的氣體。如在背景技術中所述的一樣，普通油井卸載裝置或方法的一個問題在于分離出的生產氣體排放到大氣中并且損失掉。系統(tǒng)33通過在分離之后收集生產出的氣體以便重新注入到油井中供氣體升舉使用而很好地解決了這個問題。

系統(tǒng)33組合了兩種關鍵形式的人造升舉-I)降低在地面處的背壓以及2)氣體升舉提高了從地下儲油層的生產速度以及儲量。系統(tǒng)11使得油井能夠在流動至非常低的表面壓力(<30psi)的同時進行氣體升舉，因為卸載裝置37和泵43防止在采油樹35上形成背壓。卸載裝置37還提供了用于氣體升舉的氣體。系統(tǒng)33的另一個優(yōu)點是收集了原來會排放的油氣，并且因此降低了溫室氣體排放并且利用它進行人造升舉。另外，油井能夠給卸載裝置37生產流體并且同時進行氣體升舉，因為注入的氣體通過在管道21和套管22之間的環(huán)形空間或通過雙管道組注入。這產生出閉環(huán)氣體升舉系統(tǒng)，并且氣體重新用于升舉，從而使之完全優(yōu)化以使得生產最大化。沒有任何普通人造升舉系統(tǒng)實現(xiàn)了該閉環(huán)氣體升舉，同時降低了在地面處的背壓、而且，沒有任何其它普通人造升舉系統(tǒng)實現(xiàn)了這種作用同時還收集了在其它情況下會排放出的其它生產出的流體。系統(tǒng)33的另一個有利方面是其可動性。系統(tǒng)33包括歧管滑橇組件45、具有分離器滑橇和液體緩沖罐滑橇組件53、57的卸載裝置37、泵滑橇組件61和壓縮機滑橇組件67。因為這些部件中的每一個可以包括預安裝和設置的設備和管道，所以系統(tǒng)33是模塊化的并且能夠在每12小時輪班在海上平臺中安裝或拆卸。這種可動性使得系統(tǒng)33能夠服務多個平臺以便實現(xiàn)最大使用率。與需要在每個平臺上提前花費安裝氣體升舉壓縮機的標準氣體升舉操作相比，該系統(tǒng)所需的資金投資少得多。在系統(tǒng)33已經從第一平臺11抽取合適的儲量并且保持該系統(tǒng)運行不再經濟時，由于其模塊化特性，可以將該系統(tǒng)33拆下并且移動到另一個平臺11以繼續(xù)工作。服務多個平臺的這種可動性和靈活性對于任意其它系統(tǒng)而言不是存在的，這也提供了有效并且經濟地抽取儲量的機會，這些儲量在油井生產率下降之后不會被生產出。另一個方面在于，與普通氣體升舉組件相比，系統(tǒng)33在海上平臺甲板上的空間要求或“占地面積”較小。具有這樣小的占地面積進一步使得油井作業(yè)操作例如鋼絲和電線操作能夠與系統(tǒng)33同時進行。這在其中需要頻繁油井干涉操作的幾種海上環(huán)境中是有利的。雖然已經按照其只是一些形式顯示出本發(fā)明，但是對于本領域技術人員而言應該是顯而易見的是，本發(fā)明并不會如此受到限制，而是在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以有各種變化。例如，壓縮機滑橇組件67也可以從液體緩沖罐59中接收分離出的氣體以便壓縮并且重新注入到油井中?！?br> 權利要求
1.一種井卸載裝置和壓縮機系統(tǒng)，用于從與儲油氣層流體連通的井中生產出油氣，該系統(tǒng)包括 卸載裝置，所述卸載裝置被構造為通過采油樹從井中接收所生產出的具有油氣的流體，并且將所生產出的流體分離成液態(tài)流體和氣態(tài)流體； 與卸載裝置流體連通的壓縮機，所述壓縮機被構造成從卸載裝置接收氣態(tài)流體并且將該氣態(tài)流體壓縮至預定壓力，從而氣態(tài)流體能夠重新噴射到井中以幫助將所生產出的流體從儲油氣層升高到采油樹； 氣體歧管，所述氣體歧管被構造成從壓縮機接收壓縮氣態(tài)流體并且將該氣態(tài)流體分配給至少一個采油樹以及至少一個相應的井；以及 泵，所述泵被構造成從卸載裝置接收液態(tài)流體以及提高液態(tài)流體的流體壓力，并且將液態(tài)流體輸送給管道。
2.如權利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述卸載裝置包括被構造成從所生產出的流體中分離出水的三相分離器。
3.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述卸載裝置包括動態(tài)分離器。
4.如權利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述泵被構造成將所述液態(tài)流體輸送給所述管道，所述管道位于海床上。
5.如權利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述卸載裝置、壓縮機和氣體歧管設置在一個或多個滑橇上，使得每個滑橇能夠輸送并且重新用于從不同的儲油氣層生產出油氣。
6.如權利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述卸載裝置、壓縮機和氣體歧管被構造成作為基本封閉的氣體升舉系統(tǒng)操作，從而所述卸載裝置接收之前注入到井中的氣態(tài)流體。
7.一種從與儲油氣層流體連通的井中生產出油氣的方法，該方法包括 在卸載裝置中接收從井生產出的流體，并且使得所生產出的流體分離成液態(tài)流體和氣態(tài)流體； 將來自卸載裝置的氣態(tài)流體壓縮至預定壓力； 將氣態(tài)流體分配給至少一個采油樹和相應井； 將氣態(tài)流體重新注入到井中以幫助將從油層生產出的流體升舉；以及 在泵中提高液態(tài)流體的流體壓力，并且將液態(tài)流體輸送給管道。
8.如權利要求7所述的方法，其中用于接收和分離所生產出的流體的步驟包括使得水與所述氣態(tài)流體和液態(tài)流體分離。
9.如權利要求7所述的方法，其中用于接收和分離所生產出的流體的步驟包括動態(tài)分離地所生產出的流體。
10.如權利要求7所述的方法，其中輸送步驟包括將所述液態(tài)流體輸送給管道，所述管道位于海床上。
11.如權利要求7所述的方法，還包括 在一個或多個滑橇上設置所述卸載裝置、用于進行壓縮步驟的壓縮機、用于進行分配步驟的氣體歧管、以及泵；并且 將每個滑橇從靠近儲油氣層的位置輸送到靠近第二儲油氣層的位置，并且然后將所述卸載裝置、壓縮機、氣體歧管和泵重新用于從所述第二儲油氣層中生產油氣。
12.如權利要求7所述的方法，其中重新注入所述氣態(tài)流體的步驟在所述卸載裝置正在接收從所述井生產出的流體的同時進行，從而所述井在受到氣體升舉操作的同時進行生產。
13.如權利要求7所述的方法，其中接收所生產出的流體的步驟包括接收之前注入到所述井中的氣態(tài)流體，從而所述氣態(tài)流體重新用于基本封閉的氣體升舉循環(huán)中。
14.如權利要求7所述的方法，其中接收所生產出的流體以及提高液態(tài)流體的壓力的步驟包括降低在井處的背壓。
全文摘要
一種用于從油井生產油氣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括從井口接收流體的卸載裝置。該卸載裝置將油和氣分離并且將油泵送給管道。使用卸載裝置和泵幫助降低了在井口處的壓力，這幫助提高產量。由卸載裝置分離的氣體被壓縮并且重新注入到油井中以產生出氣體升舉，這進一步幫助提高產量。收集并且重新注入分離的氣體以便進行氣體升舉操作減輕了普通卸載裝置和泵組件所帶來的環(huán)境破壞。卸載裝置、壓縮機和泵是模塊化的以便更迅速的安裝以及實現(xiàn)更小的占地面積。在提高第一儲油氣層的生產壽命之后，可以將該系統(tǒng)拆卸并且重新組裝用于另一個儲油氣層。
文檔編號E21B43/16GK102971490SQ201180032295
公開日2013年3月13日 申請日期2011年6月27日 優(yōu)先權日2010年6月30日
發(fā)明者J·雷克西路易斯, T·沃瑪農, A·薩尼 申請人:雪佛龍美國公司