与烃回收有关的改进的制作方法

与烃回收有关的改进
1.本发明涉及从原始高压烃生产流体中提取功以驱动气体净化和/或污染物处置的方法。
2.流体和气态烃沉积物可以在世界范围内的各种地质环境中找到，并且经常在烃和非烃内显示独特的化学性质。这种烃沉积物有时可以在称为储层的多孔地质结构内积累，局部浓缩的流体和气体可以经由一个或多个钻出的井孔从该储层中提取，从而将表面连接到储层。对于烃生产者而言，在经济上最有吸引力的烃沉积物是含有最有价值的烃馏分并存在最少的提取的技术问题、具有最低水平的污染物的那些。低污染储层和它们的内容物通常被称为烃提取工业的无硫储备(sweet reserves)。
3.通常在钻井之前不能确定烃沉积物的性质，并且只有在钻井之后才能完全确定任何储层的真实经济价值。除了实际存在的烃之外，影响任何沉积物的经济可行性的因素包括使储层内容物的提取和加工复杂化的所有那些因素。这些因素包括但不限于随储层升高的温度和压力以及所生产的烃中污染物的存在。在对新确认的储层进行采样之后，然后判定从储层生产是否是经济可行的。在过去，许多烃储层已被忽略并且放弃了生产计划以有利于更好的目标，在该更好的目标中投资收率和生产成本将提供更多的利润由于温度较低和纯度较高。
4.然而，随着烃类价值的增加和储备枯竭，各个储层的经济可行性会发生变化。传统上从经济角度看不太理想的一类储层是酸性储层(sour reservoirs)，也称为酸性储层(acid reservoirs)。在这类储层中，烃被化合物如硫化氢和二氧化碳或者单独或作为两者的组合污染。这些化合物的存在使生产复杂化，并且它们必须在表面除去以使烃具有任何经济价值。
5.为了清除污染物，使烃通过称为脱硫的工艺，该工艺除去大部分不需要的污染物。然后可将污染物进一步加工成商业产品，或再注入地下地层中以储存或帮助烃回收。有几种不同的方法来实现烃的脱硫，但不管使用何种方法，该净化方法总是能量密集的。用于提取不希望的和经济上无吸引力的污染物的能量消耗反过来降低了烃沉积物的经济收益和财政可行性，并且当与更清洁(sweeter)的沉积物相比时增加了任何产生的烃的碳足迹。另外，由于气体中污染物的高度腐蚀性，经常需要对生产现场进行局部处理。除了被污染的烃之外，由于储层的温度和压力，一些酸或酸沉积物可能存在额外的经济问题。许多这样的沉积物可以被分类为具有比通常遇到的更高的内部压力，或比通常遇到的更高的温度，或通常既具有更高的温度又具有更高的压力。这些升高的储层条件影响提取烃所需的工程补救措施，这又进而影响烃沉积物的经济可行性。
6.随着全球烃沉积物的耗尽和烃的货币价值的增加，存在开发以前被忽视为较不理想的沉积物的日益增加的金融和政治动机。此外，一些国家还发现，由于担心能源安全；尽管存在经济上的缺点，但是从国内酸或酸储层的生产越来越有吸引力。如上所述，存在提取和生产酸和酸烃的方法，和一旦回收就处理所得烃的方法，然而，回收和处理的成本高于更无硫的、问题更少的烃储备，包括经济上和产品碳足迹方面。因此，需要开发一种方法来补偿在从酸性气体储层成功生产的提取、处理和废物处置阶段中使用的能量，以使它们在经
济上更可行，并保持它们的生产碳足迹尽可能低。还存在增加的社会压力以避免所提取的co2的释放，这是当前烃工业标准实践，其中每日从酸性气田中释放大量体积。
7.根据本发明的一个方面，提供了一种用于在天然气生产系统中回收能量的方法，包括
8.从地下天然气储层中提取天然气，
9.使所述气体通过过压分离器，
10.分离液相和气相，
11.过滤所述气相流以除去夹带的固体，
12.干燥所述气相，
13.使所述气相通过功回收发动机以将高压高温气相转变为较低压力较低温度的气相，并且从而产生能量。
14.本发明利用在例如酸性气田和无硫气田中发现的高压高温(hpht)流体中包含的固有势能和热能。在已知的系统中，能量通过下泄阀“损失”。
15.所述地下天然气储层优选为高压高温(hpht)储层。hpht储层通常具有约10,000帕(psia)(690巴(bara))的初始储层压力和约300
°
f(149℃)的储层温度。本发明还可以与超hpht储层和/或那些具有较低压力和温度的储层一起使用，其中需要防喷器。
16.所述地下天然气储层可以具有至少7500帕的压力和至少100℃的温度。
17.天然气可以是无硫气或酸/酸性气体。无硫气是很少污染至没有污染的天然气，而酸/酸性气体是也含有二氧化碳或硫化氢的天然气，尽管这两种气体通常都存在于污染的储层中。
18.天然气可以包括以下的任何一种或多种：烃、甲烷、超热盐水、co2、超临界水。
19.超临界水可以是处于表面压力的气体，气体如co2可以是高压液相或甚至是固体。
20.功回收发动机接收高压高温流体，并向下游输送较低压力较低温度的流体，从而产生可用于其它系统的能量。
21.功回收发动机可以包括将压力变化转换为例如电能的任何装置。
22.功回收发动机可以包括涡轮膨胀机。
23.涡轮膨胀机基本上是离心式或轴流式涡轮机，高压气体通过该涡轮机膨胀以产生功。
24.膨胀过程被认为是等熵的，因为从该过程中提取功。这意味着在功回收发动机的下游可以经历非常低的温度，并且与在相当的压力比下使用焦耳汤姆森(jt)阀型布置的情况相比，这些低温更低。
25.由涡轮膨胀机单元产生的功(或轴功率)可用于驱动背负式压缩机(涡轮膨胀机)和/或发电(涡轮发电机)。
26.优选地，该方法包括预处理步骤，以从入口流体流中除去固体和液体。
27.固体和/或液体的存在(高于约5％体积/体积)可能引起显著的操作和完整性问题。这些包括叶轮、入口导向叶片和壳体的腐蚀，以及在密封件内和叶轮后面的潜在积聚。
28.有利地，在功回收发动机的上游存在过滤以将任何污染物颗粒减小至直径为约2μm至3μm的尺寸。
29.有利地，在功回收发动机的上游存在液体的分离，以从进料气体中分离和/或减少
液滴的体积。液滴可能导致膨胀机效率的劣化，这将被由于进料气体中的液滴引起的任何腐蚀而加速。
30.根据另一方面，提供了地下天然气储层能量回收系统，包括：
31.能够与天然气储层流体连通的过压保护器，
32.用于将液相与气相分离的分离器，
33.用于分离夹带的固体并且包括至少一个净化所述气相的过滤器单元的过滤器系统，
34.用于干燥所述气相的装置，
35.用于从所述气相回收能量的至少一个功回收发动机
36.功回收发动机可以接收高压高温流体并向下游输送较低压力较低温度的流体，从而产生可用于其它系统的能量。
37.系统的部件可以相继与上游和/或下游的那些部件流体连通。
38.所述至少一个功回收发动机可以进而联接到用于利用回收能量的装置。
39.利用回收能量的装置可以包括压缩机泵、发电机和/或地热发动机。
40.所产生的电可用于净化烃气体和/或驱动用于地下处置污染物(例如二氧化碳)的封存泵(sequestration pumps)。
41.功回收发动机可以与生产流体管道流体连通，使得气相可以与其混合。
42.混合的气相和液相可以通到氨净化设备，在所述氨净化设备中可以从烃气相中除去硫化氢和二氧化碳。
43.通常，氨水净化设备在比其它气体净化设备更低的压力下运行，在一个实施方案中，允许例如从上文所述的方法产生更多的电。
44.在一个实施方案中，功回收发动机联接到压缩机泵以向其提供能量，并且所述压缩机泵可以操作以将二氧化碳和/或其它污染物泵入地层用于封存或压缩烃气体用于lpg输送。
45.在一个实施方案中，功回收发动机与净化设备联接，在所述净化设备中，可以从烃气相中除去硫化氢和二氧化碳。二氧化碳可以被分离并且被输送到封存泵，封存泵本身可以由上游的发电机提供的电驱动。二氧化碳可以在地下深处输送。
46.本发明的方法可以降低与从酸和酸性烃储层中除去和进一步处理h2s和co2有关的能量成本和co2产生，同时提供能量以封存地下的任何捕获的co2和任何其它不需要的污染物，而不是将它们释放到大气中。如本文所述，如果需要，本发明还提供了生产新的经济上有用的产品的能力。有利的是，通过利用井下和可生产的储层内容物的物理性质来产生可进而用于运行所需的设备和工艺而不消耗任何所产生的烃的功，净化用于从现场向前运输的烃产品的工艺和污染物的所有辅助处理应该尽可能多地被实现。
47.当与环境表面条件相比时，从酸或酸性气体储层产生的气体和流体，包括原生水，可以被显著地升高温度并且在高压下。储层和净化所需的入口压力之间的温度和压力的这种差异预示着对于所生产的流体和气体具有相当大的膨胀势。因此，可以利用这种膨胀势来操作功回收发动机，以提取最终可以用于发电的功，如在基于燃烧的发电机中所广泛的实现的那样。然而，与基于燃烧的发电不同，在基于燃烧的发电中，通过注入和燃烧纯化烃来实现膨胀，在酸性气田中的生产流体/气体是化学侵蚀性的、多相的并且可以包含来自储
层的油、水和沉淀物。因此，为了提取任何功，气相需要被分离和过滤，同时仍然保持对产生功至关重要的膨胀势，但是被调节到系统能够处理的压力。
48.现在将仅通过示例并参考附图来描述本发明，其中：
49.图1示出了在其具有电生产的阶段中的工艺
50.图2示出了在其具有电生产和氨水气体净化设备的阶段中的工艺
51.图3示出了在其具有用于co2封存或lpg压缩的压缩机元件的阶段中的工艺
52.图4示出了在其具有电生产、气体净化设备和与烃分离的co2等的封存的阶段中的工艺
53.图5示出了根据本发明的涡轮膨胀机
54.在图1中，将携带来自钻入深层烃储层的一口或多口气井的生产流的高压管线或1连接到过压保护器2，该过压保护器2设定能够通过保护器2的最大流体压力，并将压力限制到与工艺的下一阶段相适应的压力。过压保护器2通过管道连接到主体分离器3，主体分离器3粗略地将液相与气相分离，液相经由管道4绕过系统的其余部分，随后与管线5中的其余井生产相混合。气相向前通过管道6进入过滤器系统7，过滤器系统7去除夹带的固体并具有多个可选择的过滤器单元8以允许切换和净化而不限制气相的连续流动。然后，经过滤的气相进一步通过管道6传递至最终分离器9，以确保气相完全干燥。任何分离出来的液相通过管道10最终与管线5连接，在该图中经由与管道4的连接。干燥和净化的高压气相通过管道11进入一个或多个功回收发动机12，然后以比它们进入的压力更低的压力排出进入管道13。管道13连接到管线5以与管线5中的剩余生产流体混合。每个功回收发动机12连接到发电机14。所产生的电通过管线15传递并可用于任何目的，但优选净化烃气体和运行封存泵以用于污染物如二氧化碳的地下处置。从井口到末端的整个过程在非常高的压力下运行，具有高温并且可以包含危险的气体，如h2s、ch4等，因此安全性是最重要的。大量控制阀、分离阀、压力传感器、温度传感器、液位传感器、气体传感器和紧急关闭系统(和电气化)对于安全操作是至关重要的，但是为了清楚起见，在图示中省略了。
55.在图2中，将携带来自钻入深层烃储层的一口或多口气井的生产流的高压管线或1连接到过压保护器2，该过压保护器2设定能够通过保护器2的最大流体压力，并将压力限制到与工艺的下一阶段相适应的压力。过压保护器2通过管道连接到主体分离器3，主体分离器3粗略地将液相与气相分离，液相经由管道4绕过系统的其余部分，随后与管线5中的其余井生产相混合。气相向前通过管道6进入过滤器系统7，过滤器系统7去除夹带的固体并具有多个可选择的过滤器单元8以允许切换和净化而不限制气相的连续流动。然后，经过滤的气相进一步通过管道6传递至最终分离器9，以确保气相完全干燥。任何分离出来的液相通过管道10最终与管线5连接，在该图中经由与管道4的连接。干燥和净化的高压气相通过管道11传递进入一个或多个功回收发动机12，然后以比其进入的压力更低的压力排出进入管道13。管道13连接管线5以与管线5中的剩余生产流体混合。每个功回收发动机12连接到发电机14。所产生的电通过管线15传递并可用于任何目的，但优选净化烃气体和运行封存泵以用于污染物如二氧化碳的地下处置。管线5传递到氨水净化设备17，在该氨水净化设备17中从烃气体中除去硫化氢(h2s)和二氧化碳。氨水净化设备17在比其它气体净化设备更低的压力下运行，从而允许从上述方法产生更多的电。
56.从井口到末端的整个过程在非常高的压力下运行，具有高温并且可以包含危险的
气体，如h2s、ch4等，因此安全性是最重要的。大量控制阀、分离阀、压力传感器、温度传感器、液位传感器、气体传感器和紧急关闭系统(和电气化)对于安全操作是至关重要的，但是为了清楚起见，在图示中省略了。
57.在图3中，将携带来自钻入深层烃储层的一口或多口气井的生产流的高压管线或1连接到过压保护器2，该过压保护器2设定能够通过保护器2的最大流体压力，并将压力限制到与工艺的下一阶段相适应的压力。过压保护器2通过管道连接到主体分离器3，主体分离器3粗略地将液相与气相分离，液相经由管道4绕过系统的其余部分，随后与管线5中的其余井生产相混合。气相向前通过管道6进入过滤器系统7，过滤器系统7去除夹带的固体并具有多个可选择的过滤器单元8以允许切换和净化而不限制气相的连续流动。然后，经过滤的气相进一步通过管道6传递至最终分离器9，以确保气相完全干燥。任何分离出来的液相通过管道10最终与管线5连接，在该图中经由与管道4的连接。干燥和净化的高压气相通过管道11传递进入一个或多个功回收发动机12，然后以比其进入的压力更低的压力排出进入管道13。管道13连接管线5以与管线5中的剩余生产流体混合。每个功回收发动机12连接到压缩机泵18。压缩泵18可用于将co2和其它污染物泵入地下地层用于封存或压缩烃气体用于lpg输送。
58.从井口到末端的整个过程在非常高的压力下运行，具有高温并且可以包含危险的气体，如h2s、ch4等，因此安全性是最重要的。大量控制阀、分离阀、压力传感器、温度传感器、液位传感器、气体传感器和紧急关闭系统(和电气化)对于安全操作是至关重要的，但是为了清楚起见，在图示中省略了。
59.在图4中，将携带来自钻入深层烃储层的一口或多口气井的生产流的高压管线或1连接到过压保护器2，该过压保护器2设定能够通过保护器2的最大流体压力，并将压力限制到与工艺的下一阶段相适应的压力。过压保护器2通过管道连接到主体分离器3，主体分离器3粗略地将液相与气相分离，液相经由管道4绕过系统的其余部分，随后与管线5中的其余井生产相混合。气相向前通过管道6进入过滤器系统7，过滤器系统7去除夹带的固体并具有多个可选择的过滤器单元8以允许切换和净化而不限制气相的连续流动。然后，经过滤的气相进一步通过管道6传递至最终分离器9，以确保气相完全干燥。任何分离出来的液相沿着管道10向下流最终与管线5连接，在该图中经由与管道4的连接。干燥和净化的高压气相通过管道11传递进入一个或多个功回收发动机12，然后以比其进入的压力更低的压力排出进入管道13。管道13连接管线5以与管线5中的剩余生产流体混合。每个功回收发动机12连接到发电机14。所产生的电通过线15传递并可用于任何目的，但优选净化烃气体和运行封存泵以用于污染物如二氧化碳的地下处置。管线5通往净化设备19，在该净化设备19中从烃气体中除去硫化氢(h2s)和二氧化碳。分离的co2进入管线20并进入封存泵21，封存泵21可由来自发电机14通过线路15的电驱动。然后，co2通过井22在地下深处行进。
60.图5示出了根据本发明的涡轮膨胀机100的横截面视图。高压(hp)气体102被供给到涡轮膨胀机100的主体106的入口104中。涡轮膨胀机100具有安装在轴110上的涡轮108，轴110可旋转地容纳在涡轮膨胀机的主体内。当hp气体进入膨胀室112时，涡轮旋转，进而旋转可用于例如发电的轴。低压(lp)气体114离开膨胀室和涡轮膨胀机。
61.从井口到末端的整个过程在非常高的压力下运行，具有高温并且可以包含危险的气体，如h2s、ch4等，因此安全性是最重要的。大量控制阀、分离阀、压力传感器、温度传感器、
液位传感器、气体传感器和紧急关闭系统(和电气化)对于安全操作是至关重要的，但是为了清楚起见，在图示中省略了。

技术特征：
1.用于在天然气生产系统中回收能量的方法，包括：从地下天然气储层提取天然气，使所述气体通过过压分离器，分离液相和气相，过滤气相流以除去夹带的固体，干燥所述气相，使所述气相通过功回收发动机以将高压高温气相转化成较低压力较低温度的气相从而产生能量。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述地下天然气储层包括高压高温(hpht)酸/酸性气田或无硫气田。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述地下天然气储层具有约10,000帕(690巴)的初始储层压力和约300
°
f(149℃)的储层温度。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述功回收发动机包括将压力变化转换为电的装置。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述功回收发动机包括涡轮膨胀机。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，由所述涡轮膨胀机单元产生的功用于驱动背负式压缩机和/或发电。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括预处理步骤，以从入口流体流中除去固体和/或液体。8.根据前述任一项权利要求所述的方法，所述方法还包括在所述功回收发动机的上游过滤以将任何污染物颗粒减小至直径约2μm至3μm的尺寸。9.根据前述任一项权利要求所述的方法，所述方法包括在所述功回收发动机的上游分离液体，以从进料气体中分离和/或减少液滴的体积。10.能量回收系统，包括：与过压保护器流体连通的地下天然气储层，所述过压保护器与用于将液相与气相分离的分离器流体连通，用于分离夹带的固体并且包括至少一个净化所述气相的过滤器单元的过滤器系统，用于干燥所述气相的装置，至少一个用于从所述气相的膨胀中回收功的功回收发动机。11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述功回收发动机接收高压高温流体，并向下游输送较低压力较低温度的流体，并且从而产生可用于其它系统的能量。12.根据权利要求10或11所述的系统，其中，所述至少一个功回收发动机联接到用于利用回收的能量的装置。13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述用于利用回收的能量的装置包括压缩泵和/或发电机。14.根据权利要求13所述的系统，其中，所产生的电可用于净化烃气体和/或驱动用于地下处置污染物如二氧化碳的封存泵。15.根据权利要求10至14中任一项所述的系统，其中，所述功回收发动机可以与生产流体管道流体连通，使得气相可以在其中混合。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的系统，其中，混合的气相和液相可通到氨净化设备，在所述氨净化设备中可从烃气相中除去硫化氢和二氧化碳。17.根据权利要求10至16中任一项所述的系统，其中，所述功回收发动机联接到压缩机泵以向其提供能量，并且所述压缩机泵可以操作成将二氧化碳和/或其它污染物泵送到地层中用于封存或压缩烃气用于lpg输送。18.根据权利要求10至17中任一项所述的系统，其中，所述功回收发动机联接至净化设备，在所述净化设备中可以从所述烃气相中除去硫化氢和二氧化碳。19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述二氧化碳被分离并且被输送到封存泵，所述封存泵本身可以由上游的发电机提供的电力驱动。

技术总结
从原始高压烃生产流体中提取功以驱动气体净化和污染物处置的方法。该方法通过管线(1)获取粗高压烃井生产流体，通过抑制器(2)调节压力，通过分离器(3)将流体分离成气相和液相，使气相通过颗粒过滤器(7)，然后通过液体分离器(2)，然后使气相通过功提取机(12)以提取功。功可旋转发电机(14)或泵。诸如CO2的污染物可以使用其他净化设备(19)进行分离，经由管线(20)通过并且经由井和管线(22)地下处置，其中泵直接靠功提取机(12)运行或单独的泵(21)靠发电机(14)产生的并且经由电缆(15)分配的电力运行。力运行。力运行。


技术研发人员：朱利安
受保护的技术使用者：安德鲁
技术研发日：2020.11.30
技术公布日：2023/9/13