用于水合物生产的系统和方法与流程

1.本发明涉及用于水合物生产例如甲烷水合物生产的系统和方法。


背景技术：

2.甲烷水合物是冰状固体，其包含甲烷气体和冰相的水。已知甲烷水合物层包含大量的甲烷，因此是天然气的重要来源。
3.甲烷水合物生产涉及从地面钻井眼(“井筒”)，然后在其内铺设金属井眼衬管，通常称为套管。在井筒完成之后，允许生产流体(在甲烷生产的情况下包括甲烷气体、水和夹带的固体诸如砂，以及其它物体)进入井筒，在那里将其运输到地面。
4.为了控制来自给定井筒的生产，包括被称为树的阀装置的流量控制装置通常位于井口上。阀装置包括多个流量控制阀和安全阀，其被构造成控制生产流体流和/或促进井隔离。阀装置还控制工具、设备和流体进入井筒。
5.在甲烷水合物生产中涉及许多重大挑战。
6.例如，甲烷水合物的提取需要甲烷水合物层的局部减压。如果生产速率太高，则会在短时间内产生过多的水和砂。这就会导致生产井下游的管道、泵、分离器和其他生产设备出现段塞和磨损问题。此外，需要仔细控制和监测流量和井压，以确保流量不会太高而导致井坍塌。
7.甲烷水合物将在水下井系统中发现于典型水深处的环境压力和温度下很容易重新形成。如果压力和温度应回到水合物形成的压力和温度，例如由于任何流动扰动，则固体甲烷水合物将在生产设备中重新形成。虽然化学品和/或加热系统已被提出防止甲烷水合物的形成，但是此类化学品和系统的使用给操作者带来了巨大的成本，以至于该井可能在经济上不可行。
8.设计大的全油田系统以同时开采多个井将需要确保分离器尽可能在层流中运行。具有高流体速度的尺寸过小的系统将产生湍流并且将气体与水一起拉动。保持流体速度较低将需要一个非常大体积的分离器或多个分离器，从而导致增加的复杂性和成本。
9.设计一个系统以适应来自多个井的宽范围的气水比，并且保持其以最佳流量生产是特别具有挑战性的。


技术实现要素：

10.根据第一方面，提供了一种用于水合物生产的系统，其中该系统被构造成从存在于井筒中的多相气体与水混合物中分离水组分，该系统被构造成使得所述分离在井筒内发生，其中该系统包括：
11.第一流动管线，该第一流动管线设置在井筒中，该流动管线被布置成使得第一流动管线的入口设置在所述多相气体与水混合物的水组分中并且接收所述多相气体与水混合物的水组分，以便从所述多相气体与水混合物中分离水组分；
12.流量控制装置，该流量控制装置设置在第一流动管线上或与第一流动管线操作地
相关联；
13.传感器装置，该传感器装置包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器被构造成检测井筒中所述水组分的水位并输出指示所述水位的输出信号；和
14.控制系统，该控制系统被构造成从传感器装置接收指示所述水位的输出信号，并且基于所述水位控制流量控制装置，以便控制水组分通过第一流动管线的流量。
15.该系统提供了优于常规设备和方法的许多显著益处。
16.例如，该系统利用水合物生产井筒自身从气体和固体中分离液体组分(具体为水)，从而消除或至少减少进一步分离井筒(或在包括多个井筒的井系统的情况下的井筒)下游的相的需要。
17.此外，常规设备和方法涉及将多相混合物输送到地面，如上所述，该多相混合物可在通常发现于海床的压力和温度条件下重新形成水合物。相比之下，在本系统中，分离发生在井筒内，使得水合物重新形成的风险被消除或至少显著降低。这继而改善了水合物生产系统的可用性和/或效率，以及减少了与修井操作等相关联的停机时间和/或减少或消除了使用化学水合物抑制剂、加热设备或其它水合物缓解剂的需要。
18.提供在井筒中进行分离的系统消除或至少减轻了原本可能由过量的出水和/或出砂导致的生产设备诸如管道、泵、分离器中的段塞和磨损的问题，因为与当前的多相流体流相比，当处理单相流体流时可实现更大的控制。此外，尽管常规系统需要能够处理多相流体的设备，但本系统可利用设计用于处理单相流体的设备。除了实施起来更简单且通常成本更低之外，此类单相设备提供了对井处的液体流量的更大程度的控制，从而降低了井筒坍塌的风险。
19.此外，水合物井对高流量敏感，因此本系统有利地便于使用第一流动管线上的流量控制装置来控制流量。
20.系统可包括用于天然气水合物生产的系统或采取用于天然气水合物生产的系统的形式，其中该系统被构造成从存在于井筒中的多相天然气与水混合物中分离水组分。具体地，系统可包括用于甲烷水合物生产的系统或采取用于甲烷水合物生产的系统的形式，其中该系统被构造成从存在于井筒中的多相甲烷气体与水混合物中分离水组分。
21.如上所述，系统包括设置在井筒中的第一流动管线，该流动管线被布置成使得第一流动管线的入口设置在所述多相气体与水混合物中并且接收所述多相气体与水混合物的水组分。
22.第一流动管线的入口可形成第一流动管线的远侧端部。
23.另选地，入口可包括第一流动管线中的一个或多个侧向流端口。
24.系统可被构造成使得第一流动管线的入口设置在水合物层下方。有利地，这促进水而不是多相气体与水混合物的进入。
25.第一流动管线可被定义为水流动管线。
26.系统可包括单个第一流动管线。
27.另选地，系统可包括多个第一流动管线。
28.如上所述，系统包括设置在第一流动管线上或与第一流动管线操作地相关联的流量控制装置。
29.流量控制装置可包括可变流量控制装置或采取可变流量控制装置的形式。
30.流量控制装置可包括阻流器或采取阻流器的形式。
31.流量控制装置可包括可变阻流器或采取可变阻流器的形式。
32.系统可包括泵。
33.泵可与第一流动管线联接或操作地相关联。
34.泵可被构造成通过第一流动管线抽吸存在于井筒中的多相气体与水混合物的水组分。
35.泵可被构造成将多相气体与水混合物的水组分朝向地面泵送。
36.在一些情况下，系统可被构造成使得该泵将该多相气体与水混合物的水组分引导至地面。
37.在其他情况下，系统可被构造成使得该泵将该多相气体与水混合物的水组分引导至海床或其他位置。
38.泵可包括单相泵或采取单相泵的形式，即被构造成处理单相流体的泵。泵可包括被构造成处理液体的泵或采取被构造成处理液体的泵的形式。
39.有利地，系统被构造成分离井筒内的多相气体与水混合物的水组分，并且因此可利用单相泵，该单相泵对通过第一流动管线的流体流提供更大的控制。
40.然而，应当理解，泵可替代地包括多相泵或采取多相泵的形式，即被构造成处理多相流体的泵。
41.泵可包括离心泵或采取离心泵的形式。
42.泵可包括混合泵或采取混合泵的形式。
43.泵可包括立式泵或采取立式泵的形式。
44.泵可包括电动潜水泵(esp)或采取esp的形式。
45.控制系统可被构造成控制泵。控制系统可被构造成与泵控制系统通信。
46.流量控制装置，例如阻流器，可设置在泵的入口处。流量控制装置，例如阻流器，可设置在泵的排出口处。
47.泵可位于海床上。泵可位于海床下方。泵可位于平台、船舶中的至少一者上和/或位于海床与地面之间的中间位置处，诸如位于立管中。
48.泵可形成流量控制装置，或形成流量控制装置的一部分。泵可包括马达。马达速度可基于水位和/或设置在第一流动管线上或与第一流动管线操作地相关联的流量控制装置的位置而变化，以便控制水组分通过第一流动管线的流量。
49.系统可包括设置在第一流动管线上或与第一流动管线操作地相关联的一个或多个隔离阀。隔离阀中的至少一个隔离阀可包括闸阀或采取闸阀的形式。隔离阀中的至少一个隔离阀可被构造成由rov操作。
50.系统可包括第二流动管线。第二流动管线可设置在井筒中，该第二流动管线被布置成使得第二流动管线的入口设置在所述多相气体与水混合物的气体组分中并接收所述多相气体与水混合物的气体组分。
51.第二流动管线的入口可形成第二流动管线的远侧端部。
52.另选地，入口可包括第二流动管线中的一个或多个侧向流端口。
53.系统可包括设置在第二流动管线上或与第二流动管线操作地相关联的流量控制装置。
54.流量控制装置可包括可变流量控制装置或采取可变流量控制装置的形式。
55.流量控制装置可包括阻流器或采取阻流器的形式。
56.流量控制装置可包括可变阻流器或采取可变阻流器的形式。
57.系统可包括设置在第二流动管线上或与第二流动管线操作地相关联的一个或多个隔离阀。隔离阀中的至少一个隔离阀可包括环形隔离阀或采取环形隔离阀的形式。
58.如上所述，系统包括传感器装置，该传感器装置包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器被构造成检测井筒中所述水组分的水位并输出指示所述水位的输出信号。
59.传感器装置可包括被构造成检测最小水位的一个或多个传感器。传感器装置可包括被构造成检测最大水位的一个或多个传感器。
60.传感器装置可包括一个或多个数字传感器。一个或多个数字传感器可被构造成检测井筒中所述水组分的水位。传感器装置可包括一个或多个模拟传感器。一个或多个模拟传感器可被构造成检测井筒中所述水组分的水位。传感器装置可包括一个或多个光学传感器，例如光纤传感器。一个或多个光学传感器可被构造成检测井筒中所述水组分的水位。一个或多个光纤传感器可例如被构造成测量温度的变化。传感器装置可包括分布式温度感测(dts)传感器装置。dts传感器装置可被构造成检测井筒中所述水组分的水位。
61.传感器装置可包括一个或多个压力和/或温度传感器。一个或多个压力和/或温度传感器可被构造成检测井筒中所述水组分的水位。具体地，传感器装置可包括多个(即，两个或更多个)压力和/或温度传感器。压力和/或温度传感器可包括井下压力和温度(dhpt)计或采取dhpt计的形式。系统可被构造成测量多个压力和/或温度传感器中的两个或更多个压力和/或温度传感器处的压力。由于传感器之间的距离是已知的，因此可以容易地确定水位。
62.传感器装置可包括一个或多个侵蚀传感器。
63.传感器装置可包括一个或多个流量传感器。
64.传感器装置可包括设置在第一流动管线上或与第一流动管线操作地相关联的流量控制装置的一个或多个位置传感器，例如阻流器位置传感器。
65.系统可包括一个或多个止回阀。止回阀中的至少一个止回阀可包括重力止回阀或采取重力止回阀的形式。止回阀中的至少一个止回阀可包括球阀或采取球阀的形式。
66.止回阀中的至少一个止回阀可设置在第一流动管线上。设置在第一流动管线上的止回阀可被构造成防止或限制水通过第一流动管线的回流，即朝向入口回流。
67.止回阀可插置在第一流动管线的入口与设置在第一流动管线上或与第一流动管线操作地相关联的流量控制装置之间。
68.止回阀可设置在设置于第一流动管线上或与第一流动管线操作地相关联流量控制装置的下游。
69.止回阀中的至少一个止回阀可设置在第二流动管线上。设置在第二流动管线上的止回阀可被构造成防止或限制气体通过第二流动管线的回流，即朝向入口回流。止回阀可插置在第二流动管线的入口与设置在第二流动管线上或与第二流动管线操作地相关联的流量控制装置之间。
70.止回阀可设置在设置于第二流动管线上或与第二流动管线操作地相关联的流量控制装置的下游。
71.系统可包括井口。第一流动管线可穿过井口设置。第二流动管线可穿过井口设置。
72.系统可包括油管悬挂器。油管悬挂器可设置在井口上和/或由井口支撑。第一流动管线可穿过油管悬挂器设置。第二流动管线可穿过油管悬挂器设置。
73.系统可包括盖。盖可包括树，可形成树的一部分，或者可采取树的形式，例如圣诞树等。盖可联接到井口和/或安装在井口上。第一流动管线可穿过盖设置。第二流动管线可穿过盖设置。
74.系统可包括一个或多个控制和/或通信线路。例如，系统可包括一个或多个液压管线。另选地或除此之外，系统可包括一个或多个电力线路。另选地或除此之外，系统可包括一个或多个光纤线路。可提供控制和/或通信线路以供应电力和/或与设置在井筒中和/或形成井筒的一部分的工具和设备通信。
75.一个或多个控制和/或通信线路可穿过油管悬挂器、井口和/或盖设置。
76.一个或多个控制和/或通信线路可穿过油管悬挂器联接器设置。
77.一个或多个控制和/或通信线路可穿过竖直夹持连接系统(vccs)(例如vccs密封板)或其他装置来设置。
78.系统可包括歧管。
79.第一流动管线(或在系统包括多个第一流动管线的情况下的第一流动管线中的至少一个第一流动管线)可联接到歧管。
80.第二流动管线(或在系统包括多个第一流动管线的情况下的第二流动管线中的至少一个第二流动管线)可联接到歧管。
81.控制系统可形成水下井控制系统或形成水下井控制系统的一部分。
82.控制系统可包括控制模块，具体地但不排他地包括水下控制模块。
83.控制系统，具体地为水下控制模块，可被构造成和/或可操作为监测水位和控制流量，以便维持最佳水位。
84.控制系统，具体地为水下控制模块，可被构造成从一个或多个水位传感器接收传感器数据。
85.控制系统，具体地为水下控制模块，可被构造成从一个或多个侵蚀传感器接收传感器数据。
86.控制系统，具体地为水下控制模块，可被构造成从一个或多个流量传感器接收传感器数据。
87.控制系统，具体地为水下控制模块，可被构造成从一个或多个阻流器位置传感器接收传感器数据。
88.控制系统，具体地为水下控制模块，可被构造成从一个或多个压力和/或温度传感器接收传感器数据。
89.控制系统，具体地为水下控制模块，可被构造成：
90.处理从传感器装置的一个或多个传感器接收的传感器数据；以及
91.将一个或多个命令信号输出到设置在第一流动管线上或与第一流动管线操作地相关联的流量控制装置的位置控制器和/或致动机构，以便控制所述流量控制装置的位置。
92.例如，控制系统，具体地为水下控制模块，可被构造成：
93.处理从一个或多个水位传感器中的至少一个水位传感器接收的传感器数据；和一
个或多个侵蚀传感器中的至少一个侵蚀传感器；一个或多个流量传感器、设置在第一流动管线上或与第一流动管线操作地相关联的流量控制装置的一个或多个位置传感器；和/或一个或多个压力和/或温度传感器；以及
94.将一个或多个命令信号输出到设置在第一流动管线上或与第一流动管线操作地相关联的流量控制装置的位置控制器和/或致动机构，以便控制所述流量控制装置的位置。
95.另选地或除此之外，控制系统，具体地为水下控制模块，可被构造成：
96.处理从传感器装置的一个或多个传感器接收的传感器数据；以及
97.将一个或多个命令信号输出到设置在第一流动管线上或与第一流动管线操作地相关联的隔离阀中的至少一个隔离阀的位置控制器和/或致动机构，以便控制所述隔离阀的位置。
98.例如，控制系统，具体地为水下控制模块，可被构造成：
99.处理从一个或多个水位传感器中的至少一个水位传感器接收的传感器数据；和一个或多个侵蚀传感器中的至少一个侵蚀传感器；一个或多个流量传感器、设置在第一流动管线上或与第一流动管线操作地相关联的流量控制装置的一个或多个位置传感器；和/或一个或多个压力和/或温度传感器；以及
100.将一个或多个命令信号输出到设置在第一流动管线上或与第一流动管线操作地相关联的隔离阀中的至少一个隔离阀的位置控制器和/或致动机构，以便控制所述隔离阀的位置。
101.系统可包括、可联接到主控制站或模块或与主控制站或模块通信。
102.主控制站或模块可形成系统的控制系统的一部分，或者可采取与控制系统通信的单独系统的形式。
103.控制模块可被构造成与主控制站或模块通信。
104.主控制站可被构造成从一个或多个上层系统或模块接收信息。
105.例如，主控制站可被构造成从紧急停机(esd)系统或模块接收信息。
106.例如，主控制站可被构造成从系统流量需求系统或模块接收信息。
107.控制系统，具体地为主控制站或模块，可被构造成处理来自一个或多个上层系统或模块(例如紧急停机模块和系统流量需求模块中的至少一者)的信息，并且向泵的控制器，具体地为速度控制器，输出一个或多个命令信号。
108.系统可包括泵控制系统、可联接到泵控制系统或与泵控制系统通信，具体地为水下泵控制系统。
109.泵控制系统可包括泵控制模块。泵控制系统可包括处理器或采取处理器的形式。
110.泵控制系统可包括与泵的控制相关联的一个或多个传感器。
111.泵控制系统可包括与泵的控制相关联的一个或多个致动器。
112.泵控制模块可与泵的速度控制器通信。
113.泵控制模块可与泵的控制相关联的一个或多个传感器和与泵的控制相关联的一个或多个致动器中的至少一者通信。
114.如上所述，系统包括设置在第一流动管线上或与第一流动管线操作地相关联的流量控制装置。
115.流量控制装置可位于井筒中。流量控制装置可位于海床上。流量控制装置可联接
到盖或形成盖的一部分。流量控制装置可联接到井口或形成井口的一部分。流量控制装置可位于井口的上游，例如位于设置在井口与地面之间的流动管线上。
116.如上所述，系统可包括设置在第二流动管线上或与第二流动管线操作地相关联的流量控制装置。
117.流量控制装置可位于井筒中。流量控制装置可位于海床上。流量控制装置可联接到盖或形成盖的一部分。流量控制装置可联接到井口或形成井口的一部分。流量控制装置可位于井口的上游，例如位于设置在井口与地面之间的流动管线上。
118.根据第二方面，提供了一种井系统，该井系统包括第一方面的用于水合物生产的系统。
119.井系统可包括水下井系统。
120.井系统可包括多个井筒。
121.第三方面涉及根据第一方面的用于水合物生产的系统或根据第二方面的井系统的用途，用以从存在于井筒中的多相气体与水混合物中分离水组分，该系统被构造成使得所述分离在井筒内发生。
122.该方法可包括将水合物从固态减压为多相气体与水混合物的步骤。
123.另选地或除此之外，该方法可包括加热和或注入允许气体离解的介质的步骤。
124.本发明由所附权利要求限定。然而，为了本公开的目的，应当理解，上文限定的或下文描述的任何特征可单独或组合使用。例如，上文关于以上方面之一或下文关于以下详细描述所描述的特征可在任何其他方面中使用，或一起形成新的方面。
附图说明
125.现在将参考附图在下文中仅通过示例的方式来描述这些和其他方面，其中：
126.图1示出了用于水合物生产的系统的示意图；
127.图2示出了图1所示系统的另一个示意图；
128.图3示出了图1所示系统的盖组件；
129.图4示出了用于图1所示系统的流动管线的歧管；
130.图5是图1所示系统的控制系统的示意图；
131.图6示出了用于水合物生产的替代系统，该系统包括多个井筒；
132.图7示出了图6的系统将如何操作的逻辑图；并且
133.图8示出了包括图6所示的用于水合物生产的系统的井系统。
134.附图的具体描述
135.首先参照附图中的图1和图2，示出了用于水合物生产的系统10的示意图。所示系统10用于甲烷水合物生产。
136.在使用中，并且如下面将进一步描述的，系统10被构造成从存在于井筒12中的多相甲烷气体与水混合物m中分离水组分w，系统10被构造成使得该分离在井筒12内发生。
137.如图1所示，该系统包括设置在井筒12中的第一流动管线14，该第一流动管线14被布置成使得第一流动管线14的入口16设置在水组分w中并接收水组分w，以便从多相甲烷气体与水混合物m中分离水组分w。
138.在图1所示的系统10中，第一流动管线14的入口16形成第一流动管线14的远侧端
部。
139.然而，应当理解，入口可例如另选地或除此之外包括第一流动管线14中的一个或多个侧向流端口。此外，虽然系统10包括单个流动管线14，但系统10可替代地包括多个第一流动管线14。
140.如图1所示，系统10还包括设置在第一流动管线14上或与第一流动管线操作地相关联的流量控制装置18。
141.在所示系统10中，流量控制装置18采取可变流量控制装置的形式，更具体地采取可变阻流器的形式。
142.系统10还包括止回阀20。在所示系统10中，止回阀20包括球阀或采取球阀的形式。
143.止回阀20设置在第一流动管线14上，并且被构造成防止或限制水组分w通过第一流动管线14的回流，即朝向入口16回流。在所示系统10中，止回阀20插置在第一流动管线14的入口16与流量控制装置18之间。
144.系统10还包括传感器装置，该传感器装置包括传感器22、24，该传感器被构造成检测井筒12中水组分w的水位并输出指示水位的输出信号。
145.在所示系统10中，传感器22、24各自采取井下压力和温度(dhpt)计的形式。传感器22测量第一井筒位置处的压力和/或温度。传感器24测量第二井筒位置处的压力和/或温度。由于传感器22、24之间的距离是已知的，因此可以容易地确定水位。然而，应当理解，可采用用于测量水位的其他合适的传感器。
146.如图1所示，系统10包括泵26，该泵与第一流动管线14联接或操作地相关联。
147.泵26被构造成通过第一流动管线14从井筒12抽取水组分w。
148.在所示系统10中，泵26包括单相离心泵或采取单相离心泵的形式，即被构造成处理单相流体的泵。
149.有利地，系统10被构造成分离井筒12内的多相水与甲烷气体混合物m的水组分w，并且因此可利用单相泵，诸如泵26，该单相泵对通过第一流动管线14的流体流提供更大的控制。
150.如图1所示，系统10包括第二流动管线28。第二流动管线28设置在井筒12中，并被布置成使得第二流动管线28的入口30设置在多相甲烷气体与水混合物m中并接收甲烷气体组分g。
151.在所示系统10中，第二流动管线28的入口30形成第二流动管线28的远侧端部。
152.然而，应当理解，入口30可例如另选地或除此之外包括第二流动管线28中的一个或多个侧向流端口。此外，虽然系统10包括单个流动管线28，但系统10可替代地包括多个第二流动管线28。
153.如图1所示，系统10包括设置在第二流动管线28上或与第二流动管线操作地相关联的流量控制装置32。在所示系统10中，流量控制装置32采取可变流量控制装置的形式，更具体地采取可变阻流器的形式。
154.系统10还包括设置在第二流动管线28上或与第二流动管线操作地相关联的隔离阀34。在所示系统10中，隔离阀34采取环形隔离阀的形式。
155.如图1所示并且现在还参照附图中的图2和图3，系统10还包括盖36。盖36联接到井口38和/或安装在井口(图2中示出)上，并且如图2中所示，可以看出，在所示系统10中，第一
流动管线14和第二流动管线28穿过井口38设置。
156.如图2所示，系统10还包括油管悬挂器40。油管悬挂器40设置在井口38上和/或由井口支撑。第一流动管线14和第二流动管线28穿过油管悬挂器40设置。
157.如附图的图3所示，系统10包括流量计42，其在所示系统10中采取单相流量计的形式。
158.如图2和图3所示，系统10还包括适于打开和关闭第一流动管线14的阀44，该阀在所示系统10中采取rov可操作的闸阀的形式。
159.如附图的图4所示，系统10还包括歧管48。如图4所示，第一流动管线14流入水生产集管47中，并且第二流动管线28流入气体生产集管49中。
160.现在参照附图的图5，示出了图1所示系统10的控制系统50的示意图。
161.控制系统50被构造成从传感器装置接收指示所述水位的输出信号，并且基于水位控制流量控制装置18，以便控制水组分w通过第一流动管线14的流量。在所示系统10中，控制系统50形成水下井控制系统或形成水下井控制系统的一部分。
162.如图5所示，控制系统50包括控制模块52，该控制模块在所示的控制系统50中采取水下控制模块的形式。
163.水下控制模块52被构造成处理从传感器装置的传感器中的至少一个传感器接收到的传感器数据(和/或水下控制模块52的任何其他输入)，并且将一个或多个命令信号输出到阻流器18的位置控制器60以控制阻流器18的位置，并且输出到隔离阀46的位置控制器62以控制隔离阀46的位置。在所示系统10中，水下控制模块52被构造成处理从一个或多个水位传感器22、24、一个或多个侵蚀传感器54、一个或多个流量传感器(诸如流量计42)、一个或多个阻流器位置传感器56、一个或多个压力和/或温度传感器58接收的传感器数据。
164.如图5所示，控制系统50包括主控制站或模块64。控制模块52被构造成与主控制站或模块64通信，反之亦然。
165.主控制站或模块64被构造成从一个或多个上层系统或模块接收信息。在所示系统10中，主控制站或模块64被构造成从紧急停机(esd)系统或模块66和系统流量需求系统或模块68接收信息。然而，应当理解，除了紧急停机(esd)系统或模块66和系统流量需求系统或模块68之外，或者作为其替代，主控制站或模块64可从各种其他源接收一个或多个输入。
166.主控制站或模块64被构造成处理来自一个或多个上层模块(例如紧急停机模块66和系统流量需求模块68)的信息(和/或主控制站或模块64的任何其他输入)，并且将一个或多个命令信号输出到泵28(在图1中示出)的控制器70(具体地为速度控制器)。
167.控制系统50包括泵控制系统72、被联接到泵控制系统或与泵控制系统通信，该泵控制系统在所示系统10中采取水下泵控制系统的形式。
168.泵控制系统72包括泵控制模块。泵控制系统72包括处理器或采取处理器的形式。
169.泵控制模块74与泵的控制相关联的一个或多个传感器和与泵的控制相关联的一个或多个致动器(在图6中共同表示为附图标记76)通信。
170.系统10提供优于常规设备和方法的许多显著益处。
171.例如，系统10利用甲烷水合物生产井筒12自身从气体中分离水组分w，从而消除或至少减少进一步分离井筒12下游的相的需要。
172.此外，常规设备和方法涉及将多相混合物输送到地面，如上所述，该多相混合物可
在通常发现于海床的压力和温度条件下重新形成水合物。相比之下，在本系统中，分离发生在井筒内，使得水合物重新形成的风险被消除或至少显著降低。这继而改善了甲烷水合物生产系统的可用性和/或效率，以及减少了与修井操作等相关联的停机时间和/或减少或消除了使用化学水合物抑制剂、加热设备或其它水合物缓解剂的需要。
173.提供在井筒中进行分离的系统消除或至少减轻了原本可能由过量的出水和/或出砂导致的生产设备诸如管道、泵、分离器中的段塞和磨损的问题，因为与当前的多相流体流相比，当处理单相流体流时可实现更大的控制。此外，尽管常规系统需要能够处理多相流体的设备，但本系统可利用设计用于处理单相流体的设备。除了实施起来更简单且通常成本更低之外，此类单相设备提供了对井处的液体流量的更大程度的控制，从而降低了井筒坍塌的风险。
174.此外，甲烷水合物对高流量敏感，因此本系统有利地促进使用第一流动管线上的流量控制装置来控制流量。
175.应当理解，在不脱离如权利要求书所限定的本发明的范围的情况下，可进行各种修改。
176.例如，图6示出了用于甲烷水合物生产的替代系统110，其包括多个井筒112a、112b。所示系统110示出了两个井筒112a、112b。然而，应当理解，系统110可包括任何数量的井筒112a、112b、112#。
177.如图6所示，系统110包括设置在相应井筒112a、112b中的两个流动管线114a、114b，该流动管线114a、114b被布置成使得流动管线114a、114b的入口116a、116b设置在水组分wa、wb中并且接收水组分，以便从多相甲烷气体与水混合物ma、mb中分离水组分wa、wb。
178.在图6示出的所示系统110中，入口116a、116b形成第一流动管线114a、114b的远侧端部。
179.然而，应当理解，入口116a、116b可例如另选地或除此之外包括流动管线114a、114b中的一个或多个侧向流端口。此外，虽然系统110包括每井筒112a、112b单个流动管线114a、114b，但系统110可替代地包括每井筒112a、112b多个流动管线114a、114b。
180.如图6所示，系统110还包括设置在流动管线114a、114b上或与流动管线操作地相关联的流量控制装置118a、118b。
181.在所示系统10中，流量控制装置118采取可变流量控制装置的形式，更具体地采取可变阻流器的形式。
182.系统110还包括止回阀120a、120b。在所示系统110中，止回阀120a、120b包括球阀或采取球阀的形式。
183.止回阀120a、120b设置在流动管线114a、114b上，并且被构造成防止或限制水组分wa、wb通过相应流动管线114a、114b的回流。在所示系统110中，止回阀120a、120b插置在第一流动管线114a、114b的入口116a、116b与流量控制装置118a、118b之间。
184.系统110还包括传感器装置，该传感器装置包括传感器122a、122b、124a、124b，这些传感器被构造成检测井筒112a、112b中的水组分wa、wb的水位并且输出指示该水位的输出信号。
185.在所示系统110中，传感器122a、122b、124a、124b各自采取井下压力和温度(dhpt)计的形式。传感器122a、122b测量井筒112a、112b中相应的第一井筒位置处的压力和/或温
度。传感器124a、124b测量井筒112a、112b中相应的第二井筒位置处的压力和/或温度。由于传感器122a、122b之间的距离是已知的并且传感器1224、b之间的距离是已知的，因此可以容易地确定水位。然而，应当理解，可采用用于测量水位的其他合适的传感器。
186.如图6所示，系统110包括泵126，该泵与流动管线114a、114b联接或操作地相关联。
187.泵126被构造成通过流动管线114a、114b从井筒112a、112b抽取水组分wa、wb。
188.在所示系统110中，泵26包括单相立式离心泵或采取单相立式离心泵的形式，即被构造成处理单相流体的泵。
189.有利地，系统110被构造成分离井筒112a、112b内的多相水和甲烷气体混合物ma、mb的水组分wa、wb，并且因此可利用单相泵，诸如泵126，该单相泵对通过流动管线114a、114b的流体流提供更大的控制。
190.如图6所示，系统110包括流动管线128a、128b。流动管线128a、128b设置在井筒112a、112b中，并且被布置成使得流动管线128a、128b的入口130a、130b设置在多相甲烷气体与水混合物ma、mb的甲烷气体组分ga、gb中并且接收该甲烷气体组分。
191.在所示系统110中，流动管线128a、128b的入口130a、130b形成第二流动管线128a、128b的远侧端部。
192.然而，应当理解，入口130a、130b可例如另选地或除此之外包括流动管线128a、128b中的一个或多个侧向流端口。此外，虽然系统110包括每井筒112a、112b单个流动管线128a、128b，但系统110可替代地包括每井筒112a、112b多个流动管线128a、128b。
193.如图6所示，系统10包括设置在流动管线128a、128b上或与流动管线操作地相关联的流量控制装置132a、132b。
194.在所示系统10中，流量控制装置132a、132b采取可变流量控制装置的形式，更具体地采取可变阻流器的形式。
195.系统110还包括设置在流动管线128a、128b上或与流动管线操作地相关联的隔离阀134a、134b。
196.图7示出了图6的系统可如何操作的示例性逻辑图。如上所述，虽然系统110包括两个井筒112a、112b，但系统110可包括任何数量的井筒。另外的井筒在图7中用#表示。
197.图8示出了井系统1000，该井系统包括图6中所示的经由立管r联接到容器v的用于甲烷水合物生产的系统110。
198.该书面描述使用示例来公开本发明，包括优选实施方案，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可取得专利权的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求的字面语言无差异的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则此类其他示例旨在落入权利要求的范围内。来自所描述的各种实施方案的方面以及每个此类方面的其他已知等同物可由本领域的普通技术人员混合和匹配，以根据本发明的原理构造附加的实施方案和技术。

技术特征：
1.一种用于水合物生产的系统，其中所述系统被构造成从存在于井筒中的多相气体与水混合物中分离水组分，所述系统被构造成使得所述分离在所述井筒内发生，其中所述系统包括：第一流动管线，所述第一流动管线设置在所述井筒中，所述流动管线被布置成使得所述第一流动管线的入口设置在所述多相气体与水混合物的所述水组分中并且接收所述多相气体与水混合物的所述水组分，以便从所述多相气体与水混合物中分离所述水组分；流量控制装置，所述流量控制装置设置在所述第一流动管线上或与所述第一流动管线操作地相关联；传感器装置，所述传感器装置包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被构造成检测所述井筒中所述水组分的水位并输出指示所述水位的输出信号；和控制系统，所述控制系统被构造成从所述传感器装置接收指示所述水位的所述输出信号，并且基于所述水位控制所述流量控制装置，以便控制所述水组分通过所述第一流动管线的流量。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述流量控制装置包括可变流量控制装置或采取可变流量控制装置的形式。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述流量控制装置包括阻流器或采取阻流器的形式。4.根据权利要求1、2或3所述的系统，所述系统包括与所述第一流动管线联接或操作地相关联的泵，其中所述泵被构造成通过所述第一流动管线抽吸存在于所述井筒中的所述多相气体与水混合物的所述水组分。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述泵包括以下中的一者或采取以下中的一者的形式：单相泵；或者多相泵。6.根据权利要求4或5所述的系统，其中所述控制系统被构造成控制所述泵。7.根据任一前述权利要求所述的系统，所述系统包括设置在所述井筒中的第二流动管线，所述第二流动管线被布置成使得所述第二流动管线的入口设置在所述多相气体与水混合物的所述气体组分中并接收所述多相气体与水混合物的所述气体组分。8.根据权利要求7所述的系统，所述系统包括设置在所述第二流动管线上或与所述第二流动管线操作地相关联的流量控制装置。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述流量控制装置包括可变流量控制装置或采取可变流量控制装置的形式。10.根据权利要求8或9所述的系统，其中所述流量控制装置包括阻流器或采取阻流器的形式。11.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述传感器装置还包括以下各项中的至少一者：一个或多个侵蚀传感器；一个或多个流量传感器；所述流量控制装置的一个或多个位置传感器，所述流量控制装置设置在所述第一流动
管线上或与所述第一流动管线操作地相关联；和一个或多个压力和/或温度传感器。12.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述控制系统包括控制模块，其中所述控制模块被构造成：处理从所述传感器装置的所述传感器中的至少一个传感器接收的传感器数据；和以下各项中的至少一者：将一个或多个命令信号输出到设置在所述第一流动管线上或与所述第一流动管线操作地相关联的所述流量控制装置的位置控制器和/或致动机构，以便控制所述流量控制装置的位置；以及/或者将一个或多个命令信号输出到设置在所述第一流动管线上或与所述第一流动管线操作地相关联的至少一个隔离阀的位置控制器和/或致动机构，以便控制所述隔离阀的位置。13.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述控制系统包括主控制站或模块、被联接到所述主控制站或模块或与所述主控制站或模块通信。14.根据权利要求13所述的系统，当从属于权利要求4时，其中所述主控制站或模块被构造成：处理来自至少一个上层系统或模块的信息；并且将一个或多个命令信号输出到所述泵的控制器。15.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述控制系统包括泵控制系统、被联接到所述泵控制系统或与所述泵控制系统通信。16.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述系统包括用于天然气水合物生产的系统或采取用于天然气水合物生产的系统的形式，其中所述系统被构造成从存在于井筒中的多相天然气与水混合物中分离水组分。17.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述系统包括用于甲烷水合物生产的系统或采取用于甲烷水合物生产的系统的形式，其中所述系统被构造成从存在于井筒中的多相甲烷气体与水混合物中分离水组分。18.一种井系统，所述井系统包括根据权利要求1至17中任一项所述的用于水合物生产的所述系统。19.根据权利要求18所述的井系统，所述井系统包括多个井筒。20.根据权利要求1至17中任一项所述的用于水合物生产的系统或根据权利要求18或19所述的井系统的用途，用以从存在于井筒中的多相气体与水混合物中分离水组分，所述系统被构造成使得所述分离在所述井筒内发生。

技术总结
一种用于水合物生产的系统(10)，该系统被构造成从存在于井筒(12)中的多相气体与水混合物(M)中分离水组分(W)，该系统(10)被构造成使得所述分离在井筒(12)内发生。系统(10)包括第一流动管线(14)，该第一流动管线设置在井筒(12)中并且被布置成使得第一流动管线(14)的入口(16)设置在水组分(W)中并且接收水组分(W)，以便从所述多相气体与水混合物中分离水组分(W)。控制系统(50)被构造成从系统(10)的传感器装置接收指示水位的输出信号，并且基于水位控制流量控制装置(18)，以便控制水组分(W)通过第一流动管线(14)的流量。(W)通过第一流动管线(14)的流量。(W)通过第一流动管线(14)的流量。


技术研发人员：C
受保护的技术使用者：贝克休斯能源科技英国有限公司
技术研发日：2022.02.17
技术公布日：2023/10/11