подводное устройство (варианты) и способ перекачки скважинного флюида

Формула изобретения

1. Подводное устройство для перекачки флюида от одного стыковочного элемента ко второму стыковочному элементу системы подводной добычи, содержащее

насосную соединительную трубопроводную перемычку, имеющую соединители на входном и выходном концах для обеспечения соединения между первым и вторым стыковочными элементами,

погружную насосную установку, размещенную внутри насосной соединительной трубопроводной перемычки и имеющую впускное отверстие для приема флюида, проходящего от первого стыковочного элемента, и выпускное отверстие для подачи флюида ко второму стыковочному элементу,

причем насосная соединительная трубопроводная перемычка выполнена с возможностью извлечения вместе с находящейся внутри нее насосной установкой из первого и второго стыковочных элементов.

2. Устройство по п.1, в котором часть насосной соединительной трубопроводной перемычки, содержащая насосную установку, наклонена внутри так, что входной конец находится на более низком уровне, чем выходной конец.

3. Устройство по п.1, в котором насосная установка дополнительно содержит

газосепаратор, размещенный внутри насосной соединительной трубопроводной перемычки на входе насосной установки для отделения газа и отвода отделенного газа во внутреннее пространство насосной соединительной трубопроводной перемычки, и

газоотводную трубу, отходящую от насосной соединительной трубопроводной перемычки.

4. Устройство по п.1, в котором насосная установка содержит электродвигатель для привода ротационного насоса.

5. Устройство по п.1, в котором насосная установка содержит электродвигатель и центробежный насос.

6. Устройство по п.5, в котором двигатель расположен выше по потоку относительно насоса с возможностью обтекания скважинным флюидом, поступающим в соединительную трубопроводную перемычку перед тем, как этот флюид попадет в насос.

7. Устройство по п.1, в котором насосная соединительная трубопроводная перемычка содержит,

в основном, прямую промежуточную секцию, в которой помещена насосная установка,

секцию, в основном, П-образной формы, расположенную на каждом конце промежуточной секции и имеющую восходящую ветвь и нисходящую ветвь, и

соединители на входном и выходном концах соединительной трубопроводной перемычки, расположенные на нисходящих ветвях.

8. Подводное устройство для перекачки флюида от первого ко второму стыковочным элементам системы подводной добычи на морском дне, содержащее

насосную соединительную трубопроводную перемычку, имеющую, в основном, прямую промежуточную часть и две концевые части, каждая из которых снабжена соединителем для обеспечения соединения между первым и вторым стыковочными элементами,

погружную насосную установку, имеющую состыкованные электродвигатель и ротационный насос, установленные в промежуточной части насосной соединительной трубопроводной перемычки с образованием кольцевого пространства для протекания флюида из первого стыковочного элемента вокруг двигателя во впускное отверстие насоса, а выпускное отверстие насоса отделено от впускного отверстия изолирующим барьером и ведет ко второму стыковочному элементу, причем упомянутые соединители насосной соединительной трубопроводной перемычки имеют дистанционное управление для обеспечения установки и извлечения на канате насосной соединительной трубопроводной перемычки вместе с находящейся внутри нее насосной установкой.

9. Устройство по п.8, в котором промежуточная часть насосной соединительной трубопроводной перемычки наклонена так, чтобы выпуск насоса находился выше впускного отверстия насоса.

10. Устройство по п.8, в котором каждая из концевых частей насосной соединительной трубопроводной перемычки содержит

секцию, в основном, П-образной формы, имеющую восходящую ветвь и нисходящую ветвь, и

соединители, расположенные на нисходящих ветвях.

11. Способ перекачки флюида от первого стыковочного элемента ко второму стыковочному элементу расположенной на морском дне системы подводной добычи, включающий следующие шаги:

а) размещение погружной насосной установки внутри насосной соединительной трубопроводной перемычки, затем,

б) спуск насосной соединительной трубопроводной перемычки на канате для стыковки с первым и вторым стыковочными элементами, и соединение концов насосной соединительной трубопроводной перемычки с первым и вторым стыковочными элементами, затем,

в) приведение в действие насосной установки и перекачка флюида от первого стыковочного элемента через насосную установку ко второму стыковочному элементу.

12. Способ по п.11, в котором на шаге (б) обеспечивают наклон части насосной соединительной трубопроводной перемычки, содержащей насосную установку, так, что при соединении с первым и вторым стыковочными элементами, впускное отверстие насосной установки находится на более низком уровне, чем выпускное.

13. Способ по п.11, в котором:

на шаге (а) дополнительно осуществляют размещение газосепаратора внутри насосной соединительной трубопроводной перемычки выше по потоку относительно насосной установки, и

на шаге (в) осуществляют отделение газа посредством газосепаратора перед вводом в насосную установку, выведение отделенного газа во внутреннее пространство насосной соединительной трубопроводной перемычки и передачу потока выведенного газа из внутреннего пространства насосной соединительной трубопроводной перемычки наружу.

Описание изобретения к патенту

В целом, настоящее изобретение относится к подводным системам эксплуатации скважин и, в частности, к соединительным трубопроводным перемычкам, соединяющим несколько подводных фонтанных арматур с манифольдом.

Для настоящей заявки испрашивается приоритет предварительной заявки US 60/789,821, поданной 6 апреля 2006 г., содержание которой также полностью включено в настоящее описание посредством данной ссылки.

Морские скважины добычи углеводородов могут быть расположены на глубинах в тысячи футов. Некоторые скважины обладают недостаточным внутренним давлением для того, чтобы скважинный флюид (текучая среда) достиг морского дна и от морского дна вышел на поверхность к плавающему нефтедобывающему судну на поверхности. Существуют различные предложения, хотя пока и не получившие широкого применения, по установке на дне дополнительных нагнетательных насосов для увеличения давления скважинного флюида.

В US 7150325 раскрывается размещение погружного ротационного насоса в кессоне на морском дне. У кессона имеется впускной патрубок, соединенный с одним блоком добывающего оборудования, например подводной фонтанной арматурой, и выпускной патрубок, ведущий к другому блоку добывающего оборудования, например манифольду. Насосная установка помещена внутри модуля в кессоне таким образом, что модуль, вместе с расположенным внутри него насосом, может быть установлен в кессон и извлечен оттуда посредством подъемного каната. Подобное решение имеет свои преимущества, однако требует построения кессона или использования заброшенной скважины.

Соединительные трубопроводные перемычки обычно используются для соединения между собой различных блоков подводного добывающего оборудования. Такая соединительная трубопроводная перемычка представляет собой трубу, имеющую по концам соединители для подсоединения к впускным и выпускным патрубкам блоков добывающего оборудования. Известна установка соединительной трубопроводной перемычки посредством спуска ее с судна на подъемном канате и использования дистанционно управляемого манипулятора (ROV- от англ. "remote operated vehicle") для выполнения соединений. Соединительные трубопроводные перемычки могут иметь П-образные компенсационные соединения с соединителями на нисходящих ветвях для заводки в стыковочные элементы (гнезда) блоков добывающего оборудования. Как правило, соединительная трубопроводная перемычка представляет собой просто соединительную трубу и не содержит дополнительных компонентов для повышения производительности добычи.

Система подводной добычи, предложенная в настоящем изобретении, включает насосную соединительную трубопроводную перемычку, имеющую на входном и выходном концах соединители для соединения между первым и вторым стыковочными элементами блоков добывающего оборудования на морском дне. Один из стыковочных элементов может быть расположен на подводной структуре (конструкции), например фонтанной арматуре, а другой - на другой подводной структуре, например манифольде. В другом варианте, стыковочные элементы могут находиться на одной и той же подводной структуре, например основании, расположенном между двумя подводными структурами. Погружная насосная установка размещается внутри насосной соединительной трубопроводной перемычки перед монтажом соединительной трубопроводной перемычки. Насосная соединительная трубопроводная перемычка с находящейся внутри насосной установкой погружается на подъемном канате и соединяется с первым и вторым стыковочными элементами.

В общем, в настоящем изобретении предлагается подводное устройство для перекачки флюида от одного стыковочного элемента ко второму стыковочному элементу системы подводной добычи, содержащее

насосную соединительную трубопроводную перемычку, имеющую соединители на входном и выходном концах для обеспечения соединения между первым и вторым стыковочными элементами,

погружную насосную установку, размещенную внутри насосной соединительной трубопроводной перемычки и имеющую впускное отверстие для приема флюида, проходящего от первого стыковочного элемента, и выпускное отверстие для подачи флюида ко второму стыковочному элементу,

причем насосная соединительная трубопроводная перемычка выполнена с возможностью извлечения вместе с находящейся внутри нее насосной установкой из первого и второго стыковочных элементов.

В частном варианте, часть насосной соединительной трубопроводной перемычки, содержащая насосную установку, наклонена так, что ее входной конец расположен на более низком уровне, чем ее выходной конец. В варианте осуществления, внутри насосной соединительной трубопроводной перемычки перед насосной установкой может быть установлен газосепаратор для отделения газа на входе в насосную установку.

В предпочтительном варианте осуществления, насосная установка содержит электродвигатель, который приводит в действие ротационный насос, например центробежный насос или винтовой насос. В предпочтительном варианте, двигатель располагается перед насосом с тем, чтобы скважинный флюид, протекающий в соединительную перемычку, обтекал двигатель, прежде чем попасть в насос.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления, насосная соединительная трубопроводная перемычка имеет в основном прямую промежуточную секцию, в которой расположена насосная установка. Секция в виде перевернутой U (П-образной формы) расположена с каждого конца промежуточной секции и содержит восходящую ветвь и нисходящую ветвь. Соединители на соединительной трубопроводной перемычке помещаются на нисходящих ветвях.

В настоящем изобретении также предлагается подводное устройство для перекачки флюида от первого ко второму стыковочным элементам системы подводной добычи на морском дне, содержащее

насосную соединительную трубопроводную перемычку, имеющую в основном прямую промежуточную часть и две концевые части, каждая из которых снабжена соединителем для обеспечения соединения между первым и вторым стыковочными элементами,

погружную насосную установку, имеющую состыкованные электродвигатель и ротационный насос, установленные в промежуточной части насосной соединительной трубопроводной перемычки с образованием кольцевого пространства для протекания флюида из первого стыковочного элемента вокруг двигателя во впускное отверстие насоса, а выпускное отверстие насоса отделено от впускного отверстия изолирующим барьером и ведет ко второму стыковочному элементу,

причем упомянутые соединители насосной соединительной трубопроводной перемычки имеют дистанционное управление для обеспечения установки и извлечения на канате насосной соединительной трубопроводной перемычки вместе с находящейся внутри нее насосной установкой.

В частном варианте промежуточная часть насосной соединительной трубопроводной перемычки наклонена так, чтобы выпуск насоса находился выше впускного отверстия насоса.

В изобретении также предлагается способ перекачки флюида от первого стыковочного элемента ко второму стыковочному элементу расположенной на морском дне системы подводной добычи, включающий следующие шаги:

а) размещение погружной насосной установки внутри насосной соединительной трубопроводной перемычки, затем,

б) спуск насосной соединительной трубопроводной перемычки на канате для стыковки с первым и вторым стыковочными элементами, и соединение концов насосной соединительной трубопроводной перемычки с первым и вторым стыковочными элементами, затем,

в) приведение в действие насосной установки и перекачка флюида от первого стыковочного элемента через насосную установку ко второму стыковочному элементу.

В частном варианте осуществления на шаге (б) обеспечивают наклон части насосной соединительной трубопроводной перемычки, содержащей насосную установку, так, что при соединении с первым и вторым стыковочными элементами, впускное отверстие насосной установки находится на более низком уровне, чем выпускное.

В другом частном варианте на шаге (а) дополнительно осуществляют размещение газосепаратора внутри насосной соединительной трубопроводной перемычки выше по потоку относительно насосной установки, и

на шаге (в) осуществляют отделение газа посредством газосепаратора перед вводом в насосную установку, выведение отделенного газа во внутреннее пространство насосной соединительной трубопроводной перемычки и передачу потока выведенного газа из внутреннего пространства насосной соединительной трубопроводной перемычки наружу.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1 схематически представлен вид сбоку, иллюстрирующий часть системы подводной добычи;

на фиг.2 представлен вид сверху варианта осуществления, показанного на фиг.1;

на фиг.3А и 3Б представлен схематичный увеличенный вид части соединительной трубопроводной перемычки, показанной на фиг.1 и 2, а также погружная электронасосная установка.

На фиг.1 схематически представлен блок 11 подводного добывающего оборудования (устьевое оборудование), расположенный на верхнем конце скважины и имеющий оборудование для контроля давления, обеспечивающее контроль выхода скважинного флюида из скважины. Такое оборудование для контроля давления включает различную арматуру, обычно гидравлически управляемую, а также другие средства, такие как регулируемые дроссели для контроля обратного давления потока скважинного флюида. Устьевое оборудование 11 имеет эксплуатационный стыковочный элемент или выпускной патрубок 13 с повернутым вверх торцом (в этом примере). Устьевое оборудование 11 размещается на морском дне и управляется дистанционно.

Как показано на фиг.2, также имеется другой блок устьевого оборудования 15, которое может быть идентично оборудованию 11 и размещено на морском дне на расстоянии от него сверху другой скважины. Устьевое оборудование 15 имеет стыковочный элемент или выпускной патрубок 17, также в этом примере с отходящей вверх концевой частью. Устьевое оборудование 11 и 15 доставляет скважинный флюид к блоку эксплуатационного оборудования, такому как манифольд 19, размещенный на некотором расстоянии от скважинного оборудования 11 и 15. Манифольд 19 имеет раздельные стыковочные элементы или впускные патрубки 21, 23, предназначенные для приема флюида от скважинного оборудования 11 и 15 и также имеющие повернутые вверх торцы. Следует понимать, что выпускные патрубки 13, 17 и впускные патрубки 21, 23 альтернативно могут проходить горизонтально, а не вверх. Манифольд 19, который обычно собирает флюид от другого подводного устьевого оборудования (не показано), смешивает потоки и выпускает поток чрез единственный выпускной канал 25. Выпускной канал 25 ведет к оборудованию для обработки флюида, которое, в частности, может представлять собой плавучее нефтедобычное судно или подводное оборудование для обработки флюида.

Соединительная трубопроводная перемычка 27 присоединяет устьевое оборудование 11 к манифольду 19. Длина соединительной трубопроводной перемычки 27 выбрана в соответствии с расстоянием между устьевым оборудованием 11, 15 и манифольдом 19. Каждая соединительная трубопроводная перемычка 27 имеет входную (вышерасположенную по потоку) концевую часть 29 и выходную (нижерасположенную по потоку) концевую часть 31. В данном примере обе концевые части 29, 31 имеют восходящие ветви, повернутые торцами вверх. На каждой концевой части 29, 31 закреплен соединитель 33 для присоединения к выходному патрубку 13, 17 или входному патрубку 21, 23. В предпочтительном варианте, соединители 33 могут представлять собой соединители, гидравлически активируемые дистанционно управляемым манипулятором (ROV).

В данном примере соединительная трубопроводная перемычка 27 имеет прямой, по существу горизонтальный, участок или секцию 35, присоединенную между двумя компенсационными соединениями или секциями П-образной формы, с образованием указанными секциями в целом М-образной формы. Альтернативно, П-образные секции на концах могут быть исключены, а соединительная трубопроводная перемычка 27 с загнутыми концами может в целом образовывать не М-образную, а П-образную конфигурацию.

Каждая соединительная трубопроводная перемычка 27 содержит насосную установку, которая в данном случае представляет собой погружной электронасос (ПЭН) 37. ПЭН 37 поднимает давление флюида, проходящего в соединительную трубопроводную перемычку 27 от устьевого оборудования 11, и подает флюид в манифольд 19. Аналогичный ПЭН 37 поднимает давление флюида, проходящего в соединительную трубопроводную перемычку 27 от устьевого оборудования 15 в манифольд 19.

Как показано на фиг.3А, ПЭН 37 включает в себя электродвигатель 41, который обычно представляет собой трехфазный двигатель переменного тока. Двигатель 41 заполнен диэлектрической текучей средой для смазки и охлаждения. С двигателем 41 соединена секция 43 уплотнения для герметизации смазки внутри двигателя 41 и выравнивания разницы между давлением смазки и давлением скважинного флюида внутри соединительной перемычки 27.

Используемый в качестве дополнительного оборудования газосепаратор 45 соединен с секцией 43 уплотнения и имеет впускное отверстие 47 для приема скважинного флюида, втекающего в соединительную трубопроводную перемычку 27. Газосепаратор 45 может использоваться в тех случаях, когда скважина выдает вместе с жидкостью большое количество газа, что может затруднить работу ПЭН 37. В предпочтительном варианте, газосепаратор 45 содержит внутри барабанный или вихревой сепаратор, который отделяет жидкость от газа и выпускает газ через отводное отверстие 49 в трубопроводах внутри соединительной трубопроводной перемычки 27.

Газосепаратор 45 соединен с центробежным насосом 51. Центробежный насос 51 имеет большое число ступеней, каждая из которых содержит крыльчатку и диффузор. Двигатель 41 вращает крыльчатку, заставляя флюид протекать от газосепаратора 45 или впуска насоса в насос 51 и из насоса в отводящую трубу 53. Давление на выходе изолировано от давления на входе. В данном варианте осуществления, изолирование обеспечено отводящей трубой 53, которая проходит герметично во фланец или крышку 55. Фланец 55 прикреплен болтами к торцу прямой секции 35 соединительной трубопроводной перемычки. В данном примере выходная концевая часть 31 соединительной трубопроводной перемычки прикреплена болтами к фланцу 55. Могут быть использованы и другие устройства для разделения давления на выходе от давления на входе.

Газоотводная труба 59 выходит из фланца 55 для отведения от соединительной перемычки 27 отделенного газа. Газоотводная труба 59 может быть соединена, например, с манифольдом 19 (фиг.1), откуда газ может быть отведен для дальнейшей обработки или инжекции обратно в одну из скважин.

В данном варианте осуществления, к двигателю 41 проходит силовой кабель 61, имеющий наконечник, уплотненный в фланце 55 и проходящий через него. Силовой кабель 61 подключается к источнику электроснабжения, желательно подводному, такому как, штепсельный разъем "мокрого соединения", размещаемый на манифольде 19 или другом подводном оборудовании. При эксплуатации или извлечении соединительной трубопроводной перемычки 27, для присоединения или отсоединения такого штепсельного разъема, размещаемого на манифольде 19, может использоваться ROV. Если используется несколько соединительных перемычек 27 и ПЭН 37, манифольд 19 и другое подводное оборудование могут быть снабжены системой распределения питания.

В предпочтительном варианте, проведение кабеля 62 через фланец 55 обеспечивается "сухой" системой, которая устанавливается и отсоединяется, когда соединительная трубопроводная перемычка 27 размещена на платформе, а не под водой. В частном варианте прямая секция 35 соединительной трубопроводной перемычки 27 может быть наклонена на несколько градусов по отношению к горизонтали, как это показано углом на фиг.1.

В процессе работы ПЭН 37 будет установлен внутри соединительной трубопроводной перемычки 27 на судне. После этого вся сборка опускается в море на подъемном канате или траверсе. Посредством ROV 29 концевые части 29, 31 соединительной трубопроводной перемычки 27 опускаются на выпускной патрубок 13 устьевого оборудования 11 и впускной патрубок 21 манифольда. Гидравлические соединители 33 активируются для завершения соединений. Аналогичная процедура осуществляется и для подсоединения другой соединительной трубопроводной перемычки 27 между устьевым оборудованием 15 и впускным патрубком 23 манифольда.

Когда устьевое оборудование 11, 15 функционирует на добычу, скважинный флюид входит в каждую соединительную трубопроводную перемычку 27 и ПЭН 37 в каждой из них поднимает давление флюида и выпускает его в манифольд 19. Если используется газосепаратор 45, в нем производится отделение газа перед подачей скважинного флюида в насос 51. Отдельные ПЭН 37 в каждой соединительной трубопроводной перемычке 27 могут быть выполнены с обеспечением разного давления для оптимизации производительности каждого из устьевого оборудования 11, 15. Также скорость каждого ПЭН может индивидуально регулироваться для обеспечения необходимого соотношения производительности каждого из блоков устьевого оборудования 11, 15.

Для обслуживания или ремонта вся соединительная трубопроводная перемычка 27 отделяется от выпускного патрубка 13 и впускного патрубка 21, и сборка поднимается на поверхность на подъемном канате. Находящийся внутри ПЭН 37 может быть легко извлечен из соединительной перемычки 27 на судне на поверхности для обслуживания или замены.

Настоящее изобретение обладает существенными преимуществами. Насосная установка может быть извлечена для ремонта или замены путем использования подъемного каната и дистанционно-управляемого манипулятора для извлечения целиком соединительной перемычки. Газосепаратор может быть установлен либо в той же соединительной трубопроводной перемычке, либо в отдельной.

В то время как изобретение было проиллюстрировано только в одной его форме, для специалистов должно быть очевидно, что оно не сводится только к этой форме, а допускает различные изменения в пределах области притязаний изобретения.