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CN104040114A - 使用溶洞生产烃类的方法 - Google Patents

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CN104040114A CN201280066002.XA CN201280066002A CN104040114A CN 104040114 A CN104040114 A CN 104040114A CN 201280066002 A CN201280066002 A CN 201280066002A CN 104040114 A CN104040114 A CN 104040114A
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Abstract

本文所述的实施方式提供烃类生产的系统和方法。所述方法包括：将流从烃储层直接流到溶洞中和在溶洞内进行所述流的相分离，以形成水相和有机相。所述方法还包括：使所述水相或所述有机相或两者的至少一部分从所述溶洞直接流到地下位置以及将有机相的至少一部分从溶洞卸载到地面。

Description

使用溶洞生产烃类的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年1月3日提交的题目为“METHOD FORPRODUCTION OF HYDROCARBONS USING CAVERNS(使用溶洞生产烃类的方法)”的美国专利申请61/582,600的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本主题创新的示例性实施方式涉及使用油田内部的溶洞地下生产、储存和卸载烃类。
背景技术
从油井中获得的油和天然气可以被存储在地下油和天然气储存设施中。有三种一般类型的地下油和天然气储存设施，其包括含水层、枯竭油气田储层以及在盐或碳酸盐地层中形成的溶洞。这些地下设施主要通过它们的容量——即可以被保持在该设施中的油或天然气的量，和它们的产能——即在该设施内的油或天然气可以被提取的速率，表征。
盐穴通常通过在盐地层例如盐丘或盐层中钻井，并且使用水溶解和提取盐地层中的盐，之后留下大的空洞空间或溶洞而形成。这就是所谓的“盐穴浸出(salt cavern leaching)”。与含水层和储层相比，虽然盐穴往往更加昂贵，但它们也具有非常高的产能，即提取率和注入率。此外，盐穴的壁对降解具有高的强度和弹性等级，并且基本上不可渗透，这使得除非有意提取，很少油或天然气从该设施逸出。盐穴储存设施通常只是含水层和储层储存设施大小的大约百分之一，直径平均大约是三百到六百英尺和高度是两千到三千英尺。因此，盐穴的容量范围可以在大约一百万桶到两千万桶油气之间。
除了储存考量外，油气的加工和卸载也是非常重要的。目前，浮式生产、储存、卸载(FPSO)单元通常用于满足离岸环境的这些需求。FPSO是被石油工业用于生产和储存来自附近平台的油气，直到油气可被卸载到油轮或轮船上或通过管道运输的浮船。但是，这类地面加工、储存和卸载设备的高成本限制了有效货币化资源的能力，尤其是在遥远或挑战性的环境中，例如北极或深海开发。例如，在一些情况下，开发总成本中的大多数可被用于该设施的高资本和运营成本。因此，许多调查研究都集中在提供加工和储存设施的替代技术上。
Charles等人的美国专利公布号2009/0013697公开了同时地下溶洞开发和液体储存的方法和系统。所述方法和系统涉及建立能够将在受控条件下烃和其他流体产品移动的不同方面汇集在一起的集成能源枢纽(integrated energy hub)。所述方法和系统可以应用于烃类或其他流体产品下游的接收、储存、加工、收集和运输。输入到能源枢纽的流体产品可以包括来自管道或运载工具的天然气和原油、来自运载工具的液化天然气(LNG)、来自运载工具的压缩天然气(CNG)和运载工具再气化的LNG，以及来自管道或运载工具的其他产品。流体产品的储存可以在地面上、在盐穴中或在地下岩层和溶洞中。下游的流体运输可以通过容器或其他类型的运载工具或通过管道系统的方式执行。此外，低温流体可以被卸载和运送到能源枢纽地面保持罐中，接着被泵送到能源枢纽汽化器并被运送以地下储存或分配。
Bishop的美国专利号5,129,759公开了离岸储存设施及码头。所述离岸储存设施和码头包括许多地下溶洞，包括延伸到每个溶洞的烃管道的离岸平台、用于连接到卸载或装载超级油轮从所述平台延伸到单点停船处的流管道、在盐穴与海底储层之间延伸的驱替液管道和从所述平台延伸到岸上的岸上管道。在烃从超级油轮卸载时，所述烃流的一部分被引导到岸上管道，而剩余部分被引导至烃管道进入地下溶洞中。在烃类流入到溶洞时，不混溶流体被移置到驱替液管道和储层中。随后，在烃类从地下溶洞被移走时，所述不混溶流体从所述储层被泵送到地下溶洞中。因此，所述地下溶洞可以被用作卸载超级油轮的暂时过量储存器(surge storage)和用作烃类的长期储存器。
Siegfried等人的国际专利公布号WO2000/036270公开了烃类运输、储存以及加工的系统和方法。所述方法可以通过从含盐地层中浸出盐用于形成与石油井关联的储存溶洞。所述方法也可以用于从含石油地层生产石油，其包括将盐地层中的溶洞连接到含石油地层并且保持该溶洞中的压力为预定压力，以使得石油从该地层进入到溶洞中为预定流率。进一步，所述方法可以通过钻出连接地面、含石油地层和含盐地层的单钻孔，用于从含石油地层生产石油。其后，盐可以从含盐地层中析出以形成溶洞，所述含石油地层可以用于生产石油，以及该溶洞中的压力可以保持在预定水平，以使得石油流入该溶洞中。此外，可以建立用于生产油的系统。该系统可以包括连接含石油地层和溶洞的具有开口的井筒。该系统还可以包括用于将驱替液注入到溶洞中或移出的移置管道。
Lamb等人的美国专利号3,438,203公开了将烃类从盐穴移出的方法。所述方法包括通过将油气流入包含盐水的第一溶洞并且存储该流体直到油、气和盐水分离，将油气烃类从地下盐穴移出。接着，气相可以通过主气流被移到岸上，而石油可以通过采用在第一溶洞内累积的压力流入包含盐水的第二溶洞中。所述气体可以从主气流分流到包含盐水的第三溶洞中，直到盐水被气压移置并流入第二溶洞中，从而移置第二溶洞内的油。接着，所述油可以流到装载区。
Bergman等人的美国专利号6,820,696公开了使用盐穴生产石油的方法和系统。所述方法包括钻出井筒，其中地面与含油地层和含盐地层流体连通。盐穴可以通过从含盐地层中浸出盐形成，而含油地层可以准备用于生产。盐穴中的压力可以被保持低于含油地层中的压力，以便使得油在盐穴中聚集。定期地，可以通过将流体注入到盐穴中，将油从该盐穴移置到地面。
但是，上述技术未能公开处置来自盐穴的废物而不造成地面占地(footprint)的系统或方法。而是，所有上述技术依赖从盐穴移出废产物，例如水、盐水或过量烃类到地面进行加工和随后的处置。因此，存在有效处理废产物的问题，同时降低运行成本和对环境影响的新的和改善的系统和方法的需要。
而且，上述技术也未能公开烃流在地下地层例如盐穴内的充分分离。相反，公开了用于从盐穴中移出大批气或油流的方法。不过，所采用的分离方法可能不允许在盐穴内多个相的洁净分离。因此，还需要用于分离地下地层内烃流的新的和改善方法。
发明内容
实施方式提供烃类生产的方法。所述方法包括：将流从烃储层直接流到溶洞中和在溶洞内进行该流的相分离，以形成水相和有机相。所述方法还包括：将所述水相或有机相或两者的至少一部分从所述溶洞直接流到地下位置，以及将有机相的至少一部分从所述溶洞卸载到地面。
另一个实施方式提供烃类生产的系统。所述系统包括经配置影响相分离的溶洞和通过地下与所述溶洞直接相连的烃储层。所述系统还包括回注系统，其经配置将气体流从所述溶洞通过地下直接回注到所述烃储层中，以及注入系统，其经配置将水流从所述溶洞通过地下直接注入到含水层中。所述系统进一步包括联合器(coupling)，其经配置允许有机相的至少一部分从所述溶洞卸载到运输系统。
另一个实施方式提供采收烃类的方法。所述方法包括：将烃流从烃储层直接流到溶洞和在所述溶洞内进行所述烃流的相分离，以回收多个被分离的流，其中被分离的流包括液态烃流、气体流、水流和固体物流。所述方法还包括：在第一时间将一定量气体流直接注入回到烃储层中，和在第二时间将一定量水流直接注入到含水层中。所述方法进一步包括：通过地下管道，将任何被分离的流的至少一部分运送到新的地下位置。
附图说明
通过参照下列具体实施方式和所附附图，本技术的优点将被更好地理解，其中：
图1是使用油田内部的盐穴加工、储存和卸载液态烃例如油或凝析油以及天然气的系统；
图2是使用被连接到多井进料(feed)的油田内部的盐穴加工、储存和卸载液态烃例如油或凝析油以及天然气的系统；
图3是使用两个油田内部的盐穴加工、储存和卸载液态烃例如油或凝析油以及天然气的系统；
图4是使用三个油田内部的盐穴加工、储存和卸载液态烃例如油或凝析油以及天然气的系统；以及
图5是示出使用盐穴加工、储存和卸载液态烃例如油或凝析油以及天然气的方法的过程流程图。
具体实施方式
在下列具体实施方式部分中，将描述本技术的特定实施方式。但是，就下列具体实施方式具体到本技术的特定实施方式或特定应用而言，其拟仅仅是为了示例性目的，并且简单提供示例性实施方式的描述。因此，本技术并不限于下面描述的特定实施方式，而是包括落在所附权利要求的真实精神和范围内的所有替换、更改和等效物。
起初，为参照方便，阐述了本申请中使用的某些术语及其在上下文中所使用的意思。就本文所使用的没有在下文定义的术语而言，其应当被给予相关领域中的人给予该术语的最广泛定义，如在至少一个印刷出版物或已签发的专利中所反映的。进一步地，本技术并不受在下面所示出的术语应用限制，因为所有等义词、同义词、新发展词以及用于相同或类似目的的术语或技术也被认为是在本权利要求的范围内。
本文所使用的“设施”是有形件的物理设备的表示，通过所述设施，烃流体从储层生产或被注入到储层中。在其最广泛的意义上，术语设施适用于可以在沿储层和烃产物的目的地之间的流动路径存在的任何设备。设施可以包括钻井平台、生产平台、生产井、注入井、井管柱、井口设备、采收管道、歧管、泵、压缩机、分离器、地面流管道以及输送出口。在一些情况下，术语“地面设施”用于区分不同于井的那些设施。“设施网络”是在模型中存在的设施的完整集中，其包括所有井和在井口与输送出口之间的地面设施。
术语“气体”可以与“蒸汽”互换使用，以及其意思是与液体或固体状态区分的气态的物质或物质混合物。同样地，术语“液体”意思是与气体或固体状态区分的液态的物质或物质混合物。如本文所使用的，“流体”是可包括气体、液体或其组合物以及超临界流体的通用术语。
“烃”是主要包括元素氢和碳——尽管氮、硫、氧、金属或任何数量的其他元素可以以少量存在——的有机化合物。如本文所使用的，烃类通常指的是通过管道运输的有机物质，例如任何形式的天然气、凝析油、原油或其组合。“烃流”是通过将其他物质例如水移出而富烃类的流。烃流也可以被称为“有机相”。
“液化天然气”或“LNG”是已经被加工去除杂质，例如氮和水或重烃，并且接着通过冷却和减压在几乎大气压下被冷凝成液体的天然气。
正如本文所使用的，术语“天然气”或简称为“气体”指的是从原油井或凝析油井(称为伴生气体)或从地下含气体地层(称为非伴生气体)获得的多组分气体。天然气的组成和压力可以显著地不同。典型的天然气流包含作为显著组分的甲烷(CH4)。原天然气通常还含有乙烷(C2H6)、其他烃类、一种或多种酸性气体(如二氧化碳、硫化氢、硫化羰、二硫化碳和硫醇)以及少量的污染物，例如水、氮气、硫化铁、蜡和原油。
“压力”是流体对体积壁的每单位面积施加的力。压力可以被示为磅/平方英寸(psi)。“大气压”指的是本地的空气压力。“绝对压力”(psia)指的是大气压(在标准条件下是14.7psia)加上表压(psig)的总和。“表压”(psig)指的是由压力计测出的压力，其仅指示超出本地大气压的压力(即，0psig的表压对应于14.7psia的绝对压力)。
“生产流体”指的是从地下地层例如富含有机物岩层移出的液体或气体流。生产的流体可以包括烃流体和非烃流体。例如，生产流体可以包括但不限于油、凝析油、天然气和水。
当“基本上”参照一定数量或量的物质或其具体特性使用时，指的是足以提供所述物质或特性打算提供的效果的量。在一些情况下，允许偏差的精确度可以取决于特定背景。
“井”或“井筒”指的是通过钻孔或将导管插入地下形成的地下中的孔。当该术语指的是地层中的开口时，所述术语是可互换的。井可以具有基本上圆形的横截面，或其他横截面形状，例如圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形、狭槽或其他规则或不规则形状。井可以被下套管的、下套管加注水泥的、或裸眼的，以及可以是任何类型，其包括但不限于生产井、试验井以及勘探井等。井可以是垂直的、水平的、或在垂直和水平之间的任何角度(斜井)，例如垂直井可以包括非垂直分量。
“总存储容量”指的是可以被存储在地下储存设施中的油、凝析油和天然气的最大量或最大体积。“储存的总烃”指的是在特定时间点，在地下储存设施中的液态烃例如油或凝析油以及天然气的实际量。“基础烃(base hydrocarbon)”或“垫烃(cushion hydrocarbon)”是在任何时间点可以在地下储存设施中以维持所述设施内足够的压力和产能率的最小量或最低体积。“工作烃容量”是总储存容量减去垫烃，或可以从地下储存设施生产的液态烃，例如油、凝析油以及天然气的最大量。“工作烃”是储存的总烃减去垫烃，或在任何时间点能够从地下储存设施生产的烃总量。
“穿孔”是允许流入或流出导管、管状柱、管道或其他流动通路的导管、管状柱、管道或其他流动通路的壁中的开口、狭槽、小孔或孔洞。穿孔可以提供井筒到储层的连通，以及穿孔可以被放置以穿透套管和围绕套管的水泥护套，以允许烃流入井筒中，以及如果必要的话，允许处理流体从井筒流入地层中。所述穿孔可以具有任何形状，例如圆形的、矩形的、带槽的等。该术语并非打算限制开孔的方式，即不要求通过穿孔或布置孔进行。穿孔井可以用于向储层例如干热岩层中的裂缝注入流体或从所述储层收集流体。
“增产措施(stimulation)”指的是本领域中已知的，用于增加从毗邻井筒一部分的地下地层中生产期望流体的任何增产技术。这类技术包括但不限于基岩酸化、酸压裂、水力压裂、穿孔和水力喷射等。
也简称为“压裂”或“液压破裂(fracking)”的“水力压裂”指的是处理层段例如地下页岩层由所施加的热或机械应力造成的结构降解。这类结构降解通常提高处理层段对流体的渗透性，以及增加烃组分对这类流体的可达性。压裂也可以通过化学手段对处理层段中的岩石降解进行。通过以非常高的压力泵送流体，压裂可以用于破坏地质地层并形成裂缝，即井筒周围的岩层，以便增加从烃储层的生产率。
“酸化(acidizing)”指的是向井下引入酸以执行期望功能，例如酸化地下地层的一部分或其中包含的任何损坏的一般过程。酸化通常通过溶解地层中的岩石，以扩大烃流可以流过的通道从而增加有效井半径，来提高烃生产。
如本文所使用的，术语“完井”可以指通过执行多项任务，例如坐封封隔器、安装阀、固井、水力压裂、酸化、穿孔等准备用于生产或注入的井的过程。这套程序产生井与储层岩石之间的物理连接的建立或改善，以便烃类和水可以更容易地在储层与井之间流动；并且使井对物理应力机械稳定。例如，完井程序可以包括准备孔洞的底部至所要求的规格，沿井筒向下运行生产管道，以及进行穿孔和增产措施以便准备用于生产或注入的井。“生产管道”是用于井筒中以为生产流体提供行进装置的管道类型。
“裸眼完井”指的是完成井筒的方法，其中套管基本上不延伸到井筒的底部。对于“裸眼完井”，衬管柱(liner string)与所述地层直接流体连通。“下套管完井”指的是完成井筒的方法，其中套管基本上延伸到井筒的底部。对于“下套管完井”，衬管柱不与地层直接流体连通，相反地，用水泥或“套管”衬套。
层状盐地层，即“盐层(salt bed)”通常包括被其他岩石层，例如页岩、砂岩、白云岩和硬石膏分隔开的多个盐层，以及往往包括杂质。盐层通常具有在地面下范围从大约五百到六千英尺的深度，以及可以具有高达大约三千英尺厚。盐层也可以被称为“盐片层”。
“盐丘”是在源盐片上升起的接近纯盐的大的指状突起物。随着盐被埋在沉重上覆岩层下，盐丘缓慢形成。油、气和其他矿产通常被发现在盐丘边缘周围。盐丘的顶部可以达到地面或可以在地面下几千英尺。此外，盐丘一般宽度范围在大约一点五英里到五英里之间。
“地下地层”是不管大小的包括无论是固结或未固结的地下沉积、变质或火成物质以及涉及地下区域地质开发的无论是在固态、半固态、液态或气态的其他地下物质的聚合的地下地质结构。地下地层可以包含不同时期、质地和矿物组成的众多地层。地下地层可以包括包含油或其他气态或液态烃类、水或其他流体的地下或地面下储层。地下地层可以包括但不限于地热储层、石油储层、螯合储层等。
“储层”是生产流体可以被收获或副产品可以被注入的地下岩层。所述岩层可以包括花岗岩、二氧化硅、碳酸盐、粘土、以及例如油、气或煤的有机物质等。储层厚度可以从少于一英尺变化到数百英尺。储层的渗透性提供生产的潜能。如本文所使用的，储层也可以包括用于地热能源生产的干热岩石层。储层通常可能位于地球表面或海底下50米或远低的深度。
“酸蚀孔洞”是由于人为过程生成的在地层中的高渗透性通道。更具体地，酸蚀孔洞可以通过酸溶解碳酸盐的过程或通过经由井筒从地层去除重油、固体颗粒或其他材料产生，从而产生在井筒周围的较低压力区。接着，附加材料可以流入这个低压区，留下酸蚀孔洞。酸蚀孔洞通常从井筒周围的低压区延伸开并可以是开放的、大致管状的路线或仅仅是比周围的天然存在的地层具有更高孔隙率和渗透性的区域。
概述
本文公开的实施方式提供使用地下溶洞，允许生产、储存和卸载液态烃例如油或凝析油或天然气或其任何组合的方法和系统。本文所述的系统可以被称为“地下生产储存和卸载”溶洞，或SPSO单元。当前系统的SPSO单元可以替换FPSO(浮式生产储存和卸载)单元，以降低如上所述的地面上加工、储存和卸载设备的高成本。根据SPSO单元的操作成本，地下加工、储存和卸载可以降低尤其是在近海、深海、北极或遥远位置的运营成本。例如，运营成本可以通过减少回注和井下泵送的功率需求而降低。而且，地下加工可以通过允许建立不使用火炬系统，以及在某些情况下几乎没有排放的设施，降低或消除分离器和储存容器的体积及潜在的地面占地。
本文公开的系统和方法可以包括建立具有高的总储存容量的大型盐穴例如大约一百万到几千万桶。这类大型盐穴的使用可以为烃类分离和存储提供长的停留时间。因此，井和储层可以在几个月或几年的历程中更缓慢和稳定地生产，轮船或油轮只是定期到来收集烃类。此外，潜在的长停留时间可以使得在一些季节期间经历恶劣天气的小型或孤立储层，尤其是遥远位置中的设施开发经济可行。进一步地，这类系统可以允许北极环境中的资源开发，在此环境下每年的大部分时间井被冰覆盖。
图1是使用油田内部的盐穴102，加工、储存和卸载液态烃例如油或凝析油以及天然气的系统100。在这个实施方式中，油是示例性液态烃。系统100包括被连结到平台104或其他临时或持久设施的盐穴102。可以使用任何数量的不同类型的平台、装备或其他设施。此外，平台104可以包括辅助设备106，例如塔或井架，以及用于卸载的烃或盐穴浸出水的储存容器。平台104可以用于通过管道(未示出)将生产流体运输到岸上设施或可以在用于卸载到其他容器的罐中存储流体。此外，平台104可以通过许多系索110被锚定至海床108或可以是自由浮动的容器。盐穴102可以通过例如生产管道112和114被连结到平台104。生产管道112和114可以是可弯的，以允许平台104移动。输油管道112可以用于运送油至平台104，而气体管道114可以用于运送气体至平台104。
盐穴102还可以被连接到许多其他管道，例如管道116、118和120。在一些实施方式中，管道116、118和120可以被下套管以防止由于如果暴露于生产的水盐蠕变或不受控制的生长造成的闭包(closure)。井进料管道116可以用于从含烃地层122将烃流运送到盐穴102。盐穴102可以用作多相分离容器，以便将所述流分离为气体124、油126、水128和固体物130。一些量的分离气体124可以通过气体回注管道118回注到含烃地层122中。此外，一些量的分离水128可以通过水回注管道120回注到含水层132中或任何其他邻近的水体中。
在一些实施方式中，盐穴102可以在盐片层134内形成。在其他实施方式中，盐穴102可以在盐丘(未示出)中建立。盐片层134或盐丘可以位于上覆岩石层136下方，所述上覆岩石层136可以位于海洋138或其他水体下方。但是，该技术并不限于海底作业并且可以用于地面油田，例如在遥远的地方。烃储层122和含水层132可以位于一个或多个地下地层140中，所述地下地层140位于盐片层134或盐丘下方、旁边或上方。进一步地，含水层132可以被流体连结到烃储层122，使得被注入到含水层中的任何水保持或增加烃储层的压力。
盐穴102可以通过许多不同方法形成。一般来说，盐穴可以通过称为溶解开采或盐穴浸出的过程形成。钻井设备可以用于钻出从地面到盐片层134深度的孔洞。盐片层134上方的井部分可以由被称为套管的数个同心管层支撑。套管往往被在适当位置水泥胶结，并用于防止孔洞的坍塌。被称为油管的更小直径管可以通过套管柱的中间下降，形成流体可以进入或离开井的通道。
为了形成盐穴102，井的水浸出可以通过井泵送不饱和水，即新鲜水、微咸水或海水进行。由于不饱和水接触盐片层134，所以盐可以溶解直到水变成与盐饱和。接着，咸盐水可以被泵送到地面或其他地下位置例如含水层132，形成溶洞空间。接着，盐穴102的预期大小和形状可以通过从盐穴102提取盐水和将附加的不饱和水注入到盐穴102之间交替而实现。盐穴102的预期大小和形状可以基于盐穴102的预期用途和盐片层134或形成盐穴102的其他盐地层的特性而确定。一旦盐穴102形成，由于极端的地质压力，盐穴102的壁是非常强的。由于盐穴102的“自愈”特性，穴壁上可能出现的任何裂缝几乎立即密封。
应当理解，形成盐穴102的前述过程仅仅意味着用于形成油田内部的盐穴的许多不同技术之一的实例。在一些实施方式中，其他挖掘技术也可以用于形成盐穴102。这些挖掘技术的实例包括微隧穿、扩眼、钻孔、水力挖掘或使用机械系统，或其任意组合，必要时联合岩石稳定。进一步地，在其他实施方式中，单个盐穴可以被设计通过使用大位移定向钻井技术服务多个分开的烃储层。这可以允许许多小的、断开的油气矿床的经济开发。在又一个实施方式中，盐穴102可以通过使用不饱和水在盐地层内形成酸蚀孔洞而建立，并且从而扩大盐穴102的大小。不饱和水可以以特定流率注入，以便确保盐穴102的适当形成。
盐穴102可以以任意多种不同形状形成。盐穴102的形状可以基于许多不同因素例如效率和容量要求而确定。此外，无论地下盐地层134是盐丘还是盐层也可以在确定盐穴102的形状中发挥作用。可能的盐穴形状包括圆柱形状、圆锥形状或不规则形状。
油田内部的盐穴
图2是使用被连接到多井进料的油田内部的盐穴102，加工、储存和卸载液态烃例如油或凝析油以及天然气的系统200。例如，在本文所公开的实施方式中，油被用作液态烃。系统200可以包括被连结到平台104或其他设施的盐穴102。相同标号的项目如关于图1所述的。盐穴102可以通过生产管道202被连接到平台104。生产管道202可以是可弯的，以允许平台104移动。此外，生产管道202可以用于将例如生产管道202的多个管道内的气体和油运送到平台104。任何数量的附加管道(未示出)可以添加到系统200，并且可以用于将生产流体例如油气运输到平台104。
盐穴102还可以被连接到许多其他管道，例如管道204、206和208。生产流体管道204可以用于从烃类储层122将烃流运送到盐穴102。例如，井进料管道210、212和214可以被连结到生产流体管道204，以便允许从烃储层122将烃流注入到盐穴102。生产流体管道204可以使用辅助设备216以帮助烃流通过管道204移动。根据烃流的特性和烃储层122与盐穴102之间的压力差，辅助设备216可以包括泵、压缩机和阀。
如关于图1所讨论的，盐穴102可以用作多相分离容器，以便将所述流分离为气体124、油126、水128和固体物130。一些量的分离气体124可以通过气体管道206回注到烃储层122中。此外，一些量的分离水128可以通过水注入管道208注入到含水层132中或任何其他邻近的水体中。管道206和208也可以包括帮助流体移动的辅助设备216，如上所述。
两个油田内部的盐穴
图3是使用两个油田内部的盐穴102和302，加工、储存和卸载液态烃例如油或凝析油以及天然气的系统300。相同标号的项目如关于图1所述的。例如，在本文所公开的实施方式中，油被用作液态烃。盐穴102和302可以使用生产管道304彼此连结。生产管道304还可以用于在第一盐穴102内完成初始分离过程后，将烃流从第一盐穴102运送到第二盐穴302。
烃流可以通过井进料管道306从烃储层122运送到盐穴102。如关于图1所讨论的，在第一盐穴102中，多相分离可以将烃流分离为气体124、油126、水128和固体物130或其任何组合。接着，一些气体124可以通过气体回注管道308回注到烃储层122中。此外，一些水128可以通过水注入管道310注入到含水层132中或其他邻近的水体中。
在第二盐穴302中，烃流可以进一步分离为气体312和油314。气体312可以通过气体生产管道316运送到平台104或其他设施，而油314可以通过用于储存或生产的油生产管道318运送到平台104。生产管道316和318也可以用于将盐穴102和302二者连结到平台104。生产管道316和318可以是可弯的，以允许平台104移动。
三个油田内部的盐穴
图4是使用三个油田内部的盐穴102、402和404，加工、储存和卸载液态烃类例如油或凝析油以及天然气的系统400。相同标号的项目如关于图1所述的。例如，在本文所公开的实施方式中，油被用作液态烃。前两个盐穴102和402可以使用生产管道406彼此连结。因此，生产管道406可以用于在第一盐穴102内完成初始分离过程后，将烃流从第一盐穴102运送到第二盐穴402。
烃流可以通过生产管道410和412从烃类储层410运送到第一盐穴102。如关于图1、2和3所描述的，在盐穴102内，多相分离过程可以用于将烃流分离为气体124、油126、水128和固体物130或其任何组合。接着，一些气体124可以通过气体回注管道414回注到烃储层122中。此外，一些水128可以通过水注入管道416注入到含水层132中或其他邻近的水体中。
如上所讨论的，分离的烃流可以通过生产管道406，从第一盐穴102运送到第二盐穴402。在第二盐穴402中，烃流可以进一步分离为气体418和油420。气体418可以通过生产管道422运送到平台104或其他设施，而油420可以通过用于储存或生产的生产管道424运送到平台104。生产管道422和424也可以用于将盐穴102和402连结到平台104。生产管道422和424可以是可弯的，以允许平台104移动。
第三盐穴404可以用作气体储存容器。第三盐穴404可以通过气体管道426连结到第一盐穴102。此外，第三盐穴404也可以通过气体管道428连结到第二盐穴402。来自第一盐穴102的气体124和来自第二盐穴402的气体418可以被注入到第三盐穴404中，以便保持前两个盐穴102和402内的适当压力。接着，气体可以在第三盐穴404内储存延长的时间段或直到其被期望用于加压、生产或回注目的。
在各个实施方式中，系统100、200、300和400，即SPSO系统或单元可以包括任何数量的附加盐穴。所述附加盐穴可以用于烃流的分离或先前分离的烃流的储存。此外，在实施方式中，任何数量的盐穴可以串联连接并被用作多相分离容器，以便实现预期的分离程度。在另一个实施方式中，盐穴可以起多相分离容器的作用，并且可以连接到任何数量的附加盐穴，其中所述附加盐穴可以储存烃流延长的时间段或直到所述烃被期望用于生产目的。
SPSO系统可以包括用于监测盐穴内的压力水平和流体液位的有效控制器。任何数量的不同压力或液位检测器或传感器类型可以用于这个目的。例如，核子液位检测器可以用作盐穴内的液位检测器。这些系统包括通过流体并朝向检测器发出窄的辐射扇面的源。接着，该检测器可以测量随着所述容器内的流体液位上升来自源的电磁能量。由于流体可以逐渐屏蔽到达检测器的辐射，所述检测器可以根据检测到的电磁能量的量，精确确定流体的液位。在一些实施方式中，检测器和源可以被附连到油管或套管柱，或其中环形间隔，以实现所述检测器与源之间的液位测量。
在一些实施方式中，差压(DP)单元液位发送器可以用于测量盐穴的流体液位。DP单元液位发送器通过使用安装在容器底部的检测器确定容器中流体的头压(head pressure)，测量容器中流体的液位。在一些实施方式中，光学液位检测器可以通过随着流体液位上升溶洞内反射光的检测，测量盐穴内的流体液位。而且，在一些实施方式中，折射率液位检测器也可以用于测量盐穴内的流体液位。类似于光学液位检测器，折射率液位检测器可以通过随着流体液位在检测器上方上升，检测检测器内光束的折射或损耗，测量盐穴内的流体液位。
在一些实施方式中，盐穴内的压力水平可以使用基于膜片的应变计进行监测。该基于膜片的应变计可以通过随着盐穴内的压力对膜片施加应变，测量膜片的变形，检测盐穴内的压力。可以使用任何其他类型的压力检测器或传感器，例如差压传感器。压力水平和流体液位的有效控制器还可以包括泵、止回阀或任何其他类型阀，或其任何组合，以便允许盐穴内压力水平和流体液位的有效控制。
可以从许多源供应给SPSO系统动力。动力可以通过顶侧源连续供应，或例如在离岸应用中，可以由轮船、油轮或其他容器阶段性地供应。进一步地，可以通过利用不同地下地层之间的压力差，使用涡轮机发电。在其他实施方式中，核动力源可以用于为SPSO系统产生动力。此外，对于SPSO系统的某些部件可能不需要动力源。例如，含水层与盐穴之间的压力差可以使得不需要动力源，以便驱动水从盐穴注入到含水层中。在一些应用中，盐穴内的压力可以被保持在相对高的水平，以便降低产生的水或气体注入附近枯竭含水层、烃储层或其他地下地层的动力要求。在一些实施方式中，SPSO系统300或400中的第一盐穴可以被保持在最高压力，而最后的盐穴可以被保持在最低压力，以便驱动烃流通过SPSO系统300或400移动和帮助液态烃稳定。每个SPSO系统的条件可以根据特定系统的位置和各个地层的相对深度和压力而改变。因此，可以调节每个SPSO系统的参数以考虑该系统的特定条件和约束。
SPSO系统中的盐穴的壁可以被涂覆，以减缓盐穴的溶解速率，从而提供盐穴内较高的稳定性程度。这类涂层可以包括聚合物和较少的可溶性盐。
盐穴在所有时间可以保持至少某些流体液位，以便确保盐穴维持在特定压力范围内。这可以被称为盐穴的基础烃或垫烃液位。盐穴内保持至少基础烃类液位有助于防止所述盐穴坍塌并且也将供应率保持在期望水平。
从盐穴内的烃流分离的固体物可通过作为沿盐穴底部的防护屏障，提供盐穴的附加稳定性。由于可以接触溶洞底部的盐的不饱和水的潜在量的降低，固体物可以作为阻止进一步向下溶解的延缓剂。
在一些实施方式中，被连结到SPSO系统中的盐穴的平台也可以是其他类型的运输系统，例如轮船或油轮。该运输系统可以通过管道将烃类运输到岸上或离岸位置，用于生产或储存。在一些应用中，平台或运输系统可以与盐穴断开并被移到另一个位置。在这种情况下，盐穴可独立地起作用直到另一个运输系统抵达以继续烃类移出。这种间歇收集类型可以在极端的环境中，例如在北极中是特别有用的，在那里在冬季期间结冰和其他气象条件可阻止烃生产。
虽然本文公开的系统关于盐穴的用途进行描述，但是应当理解，任何其他类型的地下溶洞也可以结合本系统使用。例如，碳酸盐溶洞可以结合本系统使用。碳酸盐是主要由一种或多种类别的碳酸盐矿物——包括石灰石和白云石——组成的一类沉积岩。如上所述，虽然盐穴可以通过水浸出形成，但是碳酸盐溶洞可以通过酸浸出形成。由于碳酸盐溶洞的高结构稳定性，碳酸盐溶洞在一些应用中可以是优选的。由于碳酸盐的特性，在已经形成溶洞后，碳酸盐溶洞可能不大易于随后的酸或水浸出。进一步地，任何其他合适类型的岩层可以用高温水、酸或苛性碱进行溶解，以形成地下溶洞。
使用盐穴的液态烃生产方法
图5是示出使用盐穴，加工、储存和卸载液态烃例如油或凝析油以及天然气的方法500的过程流程图。例如，在本文所公开的实施方式中，油被用作液态烃。所述方法在块502开始于流从烃储层直接流到盐穴中。在一些实施方式中，所述流可以从烃储层直接流到盐穴，而无需到达地面。例如，所述流甚至可以从位于地下地层中的烃储层流到位于盐地层中的盐穴，而没有接触位于盐地层上方的上覆岩石层。
在块504，相分离可以在盐穴内进行，以形成水相和有机相。该水相可以包括具有溶解于水中的一些程度的颗粒物例如砂和其他固体物的水。有机相可以包括气体或油，或其任何组合。进一步地，在一些实施方式中，有机相包括多于一种有机相，例如液态烃相和天然气相。相分离可以包括多相分离过程，其中，允许密度较低的有机相浮到盐穴的顶部，而密度较大的水相下沉到盐穴的底部。在盐穴内的压力、温度和流体液位参数可以使用前述的传感器或检测器进行控制，以便允许有效分离水相与有机相。
在块506，水相或有机相或两者的至少一部分可以从盐穴流到另一个地下位置。在一些实施方式中，水相可以从盐穴流到含水层、水体、砂地层或地下地层或其任何组合，而有机相可以从盐穴流到烃储层、砂地层或地下地层或其任何组合。例如，水相的一部分可以注入到含水层中，以便处置盐穴内的过量水，而有机相的一部分可以回注回到烃储层中，以便处置盐穴内的过量天然气，而不会导致地面占地或任何其他环境衍生物(ramification)。
在块508，有机相的至少一部分可以从盐穴卸载到地面。具体地，有机相的一部分可以卸载到运输系统，其中运输系统可以包括管道、油轮、轮船或平台或其任何组合。在一些实施方式中，盐穴可以与在地面的运输系统断开特定时间段。浮标标记连接可以用于指示在当运输系统与盐穴断开时的时间段期间盐穴的位置。在这类情况下，盐穴的大小可以足够大，以允许烃在盐穴内储存长的停留时间。进一步地，运输系统可以在任何时间点与盐穴重新连接，用于从盐穴非周期性收集烃类。
在块502、506和508的所述流或分离的水与有机相的流动可以由任何数量的不同动力源帮助，例如由顶侧源供应的连续动力源，由轮船或油轮供应的阶段性动力源，由地下位置之间的差压供应的动力源，或其任何组合。此外，井下或溶洞中的机械也可以用于帮助所述流或分离的水与有机相的流动。井下或溶洞中的机械可以包括例如压缩机或泵或其任何组合。
应该注意该过程流程图并不打算指示方法500的步骤必须以任何特定次序执行或对于每种情况必须包括每个步骤。进一步地，可以包括未在图5中示出的附加步骤。例如，在一些实施方式中，在块506和508的方法可以被完全除去。进一步地，在其他实施方式中，任何数量的附加盐穴可以连结到初始的盐穴，以及可以用于储存有机相，或通过执行任何数量的附加相分离过程，用于进一步加工有机相。例如，多个连接的盐穴可以用来影响流的多相分离，而任何数量的附加连接的溶洞可以用于储存有机相、水相或其任何组合不同的时间段。进一步地，通过在盐穴之间的互连内再沉积盐以重新密封该互连的指形冷冻器装置，盐穴可以彼此断开。因此，方法500可以根据特定应用包括不同数量的连接盐穴。盐穴可以经配置以从许多不同烃储层接受许多流，或盐穴可以经配置将所述有机相或所述水相或两者的一部分同时流到多个不同的地下位置。
实施方式
本发明的实施方式可以包括下列标号段落中示出的方法和系统的任何组合。这并不考虑为所有可能实施方式的完整清单，因为从上面的描述可以设想任何数量的变化。
1.用于烃类生产的方法，其包括：
将流从烃储层直接流到溶洞；
在所述溶洞内进行所述流的相分离，以形成水相和有机相；
使所述水相或所述有机相或两者的至少一部分从所述溶洞直接流到地下位置；以及
将所述有机相的至少一部分从所述溶洞卸载到地面。
2.根据段落1所述的方法，其中在所述溶洞内进行所述流的相分离包括将所述流分离为液态烃、水、气体或固体物，或其任何组合。
3.根据段落1或2所述的方法，其包括将所述水相或所述有机相或两者的至少一部分储存在所述溶洞内。
4.根据段落1、2或3中任一项所述的方法，其中使所述水相或所述有机相或两者的至少一部分从所述溶洞直接流到地下位置包括使所述水相的至少一部分流到含水层、水体、砂地层或地下地层或其任何组合中。
5.根据前述段落中任一项所述的方法，其中使所述水相或所述有机相或两者的至少一部分从所述溶洞直接流到地下位置包括使所述有机相的至少一部分流到烃储层、砂地层或地下地层或其任何组合中。
6.根据前述段落中任一项所述的方法，其中将所述有机相的至少一部分从所述溶洞卸载到地面包括将所述有机相的至少一部分运送到运输系统，其中所述运输系统包括油轮、平台、轮船、管道或其任何组合。
7.根据前述段落中任一项所述的方法，其包括使所述水相或所述有机相或两者的至少一部分从所述溶洞直接流到第二溶洞，其中所述第二溶洞包括储存容器或多阶段分离容器或两者。
8.根据前述段落中任一项所述的方法，其包括使所述水相或所述有机相或两者的至少一部分从所述溶洞直接流到多个新地下位置中的每个。
9.用于烃类生产的系统，其包括：
经配置影响相分离的溶洞；
通过地下与所述溶洞直接连接的烃储层；
回注系统，其经配置通过所述地下，将气体流从所述溶洞直接回注到所述烃储层中；
注入系统，其经配置通过所述地下，将水流从所述溶洞直接注入到含水层中；以及
联合器，其经配置允许将至少一部分有机相从所述溶洞卸载到运输系统。
10.根据段落9所述的系统，其中所述含水层流体连结到所述烃储层。
11.根据段落9或10所述的系统，其中所述溶洞包括盐穴、碳酸盐溶洞或任何其他水可溶或酸可溶的溶洞。
12.根据段落9、10或11中任一项所述的系统，其中所述溶洞包括地下相分离器，其用于分离气体、液态烃、水或固体物，或其任何组合。
13.根据段落9-12中任一项所述的系统，其中所述溶洞包括多个形状中的任意一个，所述形状包括圆柱形、圆锥形或不规则的形状。
14.根据段落9-13中任一项所述的系统，其中所述溶洞包括用于压力水平和流体液位的有效控制器。
15.根据段落14所述的系统，其中所述用于压力水平和流体液位的有效控制器包括核子液位检测器、差压(DP)单元液位发送器、光学液位检测器、折射率液位检测器或基于膜片的应变计或其任何组合。
16.根据段落14所述的系统，其中所述用于压力水平和流体液位的有效控制器包括泵、阀和止回阀，或其任何组合。
17.根据段落9-14中任一项所述的系统，其中所述系统经配置通过增加或减少所述溶洞内的压力水平，降低所述溶洞的动力要求。
18.根据段落9-14或17中任一项所述的系统，其中所述系统包括多个连接的溶洞，以及其中每个溶洞包括相分离容器或储存容器，或两者。
19.根据段落9-14、17或18中任一项所述的系统，其中所述系统包括：经配置形成第一分离流的第一溶洞；以及
流体连结到所述第一溶洞的第二溶洞，其中所述第二溶洞接受所述第一分离流和形成第二分离流。
20.根据段落9-14或17-19中任一项所述的系统，其中所述运输系统包括管道、平台、油轮或轮船或其任何组合。
21.根据段落9-14或17-20中任一项所述的系统，其中所述溶洞经配置在所述溶洞内储存垫烃，其中所述垫烃是所述溶洞的基础烃容积水平。
22.根据段落9-14或17-21中任一项所述的系统，其中所述溶洞经配置直接从多个烃储层接受多个流。
23.根据段落9-14或17-22中任一项所述的系统，其包括用于流的压缩或回注的井下或溶洞中机械，其中所述井下或溶洞中机械包括压缩机或泵，或其任何组合。
24.根据段落9-14或17-23中任一项所述的系统，其中所述系统包括由顶侧源供应的连续动力源、由轮船或油轮供应的阶段性动力源、由地下位置之间的压力差供应的动力源或其任何组合。
25.用于收获烃类的方法，其包括：
使烃流从烃储层直接流到溶洞；
在所述溶洞内进行所述烃流的相分离，以回收多个分离的流，其中所述多个分离的流包括液态烃流、气体流、水流和固体物流；以及
在第一时间将一定量的所述气体流直接注入回到所述烃储层中；
在第二时间将一定量的所述水流直接注入到含水层中；以及
通过地下管道，将所述多个分离的流的任意一个的至少一部分运送到新的地下位置。
26.根据段落25所述的方法，其中所述含水层流体连结到所述烃储层。
27.根据段落25或26所述的方法，其包括将所述液态烃流或气体流或两者的至少一部分运送到地面上方的位置，其中所述地面上方的位置包括运输系统。
28.根据段落25、26或27中任一项所述的方法，其中将所述多个分离的流中的任意一个的至少一部分运送到新的地下位置包括将所述水流或气体流或两者的至少一部分运送到另一个溶洞，用于进一步分离或储存或其任何组合。
29.根据段落25-28中任一项所述的方法，其中所述液态烃流包括油或凝析油。

Claims (29)

1.用于烃类生产的方法，其包括：
将流从烃储层直接流到溶洞；
在所述溶洞内进行所述流的相分离，以形成水相和有机相；
使所述水相或所述有机相或两者的至少一部分从所述溶洞直接流到地下位置；以及
将所述有机相的至少一部分从所述溶洞卸载到地面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述溶洞内进行所述流的相分离包括将所述流分离为液态烃、水、气体或固体物，或其任何组合。
3.根据权利要求1所述的方法，其包括将所述水相或所述有机相或两者的至少一部分储存在所述溶洞内。
4.根据权利要求1所述的方法，其中使所述水相或所述有机相或两者的至少一部分从所述溶洞直接流到所述地下位置包括使所述水相的至少一部分流到含水层、水体、砂地层或地下地层或其任何组合中。
5.根据权利要求1所述的方法，其中使所述水相或所述有机相或两者的至少一部分从所述溶洞直接流到所述地下位置包括使所述有机相的至少一部分流到所述烃储层、砂地层或地下地层或其任何组合中。
6.根据权利要求1所述的方法，其中使所述有机相的至少一部分从所述溶洞卸载到地面包括将所述有机相的至少一部分运送到运输系统，其中所述运输系统包括油轮、平台、轮船、管道或其任何组合。
7.根据权利要求1所述的方法，其包括使所述水相或所述有机相或两者的至少一部分从所述溶洞直接流到第二溶洞，其中所述第二溶洞包括储存容器或多阶段分离容器或两者。
8.根据权利要求1所述的方法，其包括使所述水相或所述有机相或两者的至少一部分从所述溶洞直接流到多个新地下位置中的每个。
9.用于烃类生产的系统，其包括：
经配置影响相分离的溶洞；
通过地下与所述溶洞直接连接的烃储层；
回注系统，其经配置通过所述地下，将气体流从所述溶洞直接回注到所述烃储层中；
注入系统，其经配置通过所述地下，将水流从所述溶洞直接注入到含水层中；以及
联合器，其经配置允许将至少一部分有机相从所述溶洞卸载到运输系统。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述含水层流体连结到所述烃储层。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述溶洞包括盐穴、碳酸盐溶洞或任何其他水可溶或酸可溶的溶洞。
12.根据权利要求9所述的系统，其中所述溶洞包括地下相分离器，其用于分离气体、液态烃、水或固体物，或其任何组合。
13.根据权利要求9所述的系统，其中所述溶洞包括多个形状中的任意一个，所述形状包括圆柱形、圆锥形或不规则的形状。
14.根据权利要求9所述的系统，其中所述溶洞包括用于压力水平和流体液位的有效控制器。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述用于压力水平和流体液位的有效控制器包括核子液位检测器、差压(DP)单元液位发送器、光学液位检测器、折射率液位检测器或基于隔片的应变计或其任何组合。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述用于压力水平和流体液位的有效控制器包括泵、阀和止回阀，或其任何组合。
17.根据权利要求9所述的系统，其中所述系统经配置通过增加或减少所述溶洞内的压力水平，降低所述溶洞的动力要求。
18.根据权利要求9所述的系统，其中所述系统包括多个连接的溶洞，以及其中每个溶洞包括相分离容器或储存容器，或两者。
19.根据权利要求9所述的系统，其中所述系统包括：
经配置形成第一分离流的第一溶洞；以及
流体连结到所述第一溶洞的第二溶洞，其中所述第二溶洞接受所述第一分离流和形成第二分离流。
20.根据权利要求9所述的系统，其中所述运输系统包括管道、平台、油轮或轮船或其任何组合。
21.根据权利要求9所述的系统，其中所述溶洞经配置在所述溶洞内储存垫烃，其中所述垫烃是所述溶洞的基础烃容积水平。
22.根据权利要求9所述的系统，其中所述溶洞经配置直接从多个烃储层接受多个流。
23.根据权利要求9所述的系统，其包括用于流的压缩或回注的井下或溶洞中机械，其中所述井下或溶洞中机械包括压缩机或泵，或其任何组合。
24.根据权利要求9所述的系统，其中所述系统包括由顶侧源供应的连续动力源、由轮船或油轮供应的阶段性动力源、由地下位置之间的差压供应的动力源或其任何组合。
25.用于收获烃类的方法，其包括：
使烃流从烃储层直接流到溶洞；
在所述溶洞内进行所述烃流的相分离，以回收多个分离的流，其中所述多个分离的流包括液态烃流、气体流、水流和固体物流；
在第一时间将一定量的所述气体流直接注入回到所述烃储层中；
在第二时间将一定量的所述水流直接注入到含水层中；以及
通过地下管道，将所述多个分离的流的任意一个的至少一部分运送到新的地下位置。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述含水层流体连结到所述烃储层。
27.根据权利要求25所述的方法，其包括将所述液态烃类流或气体流或两者的至少一部分运送到地面上方的位置，其中所述地面上方的位置包括运输系统。
28.根据权利要求25所述的方法，其中将所述多个分离的流中的任意一个的至少一部分运送到新的地下位置包括将所述水流或所述气体流或两者的至少一部分运送到另一个溶洞，用于进一步分离或储存，或其任何组合。
29.根据权利要求25所述的方法，其中所述液态烃流包括油或凝析油。
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