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夫妻合力 革新深水油氣輸送技術

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Thomas和Liebana是一對有著相似研究領域的夫妻,他們共同研究推出了全新的海洋油氣輸送方案,能夠大幅提高輸送效率?。

來自丨JPT
編譯丨Demons?驚蟄

Lee Thomas無疑是幸運的,他和他的妻子Laura Liebana之間有著大多數夫妻間沒有的默契。Thomas和Liebana都是工程師,并且擁有共同的興趣領域。Thomas的專業是管道工程,而Liebana的專業是流量保障,在澳大利亞的煤層氣管道運輸項目上,他們遇見了彼此。

后來他們一起去了Intecsea / Worley Parsons的倫敦辦事處從事海洋管道工作,在那里他們遇到了一個共同的問題。在夫妻的兩個專業領域內,都會有氣體和液體混合物的出現,其中一個問題就是,用管道運輸這些混合物所需的能量大大限制了自然壓力下的采出產量。

但與煤層氣公司不同,海洋石油工程師并沒有采用煤層氣中常見的解決方案,即使用分離器除去大部分流體。該方法的原理非?;A,大家都知道輸送物只為液體或氣體時所需的能量要少得多。所以問題就變成了“為什么沒有人去做這一項工作?”

面對天然氣和液體的混合物,深水項目工程師可選擇的只有兩個下策。如果采用大直徑管道,確實能夠輸送大量氣體,但會出現冷凝現象,產生段塞和液體滯留。同時,隨著自然壓力的下降,這些問題會變得更加嚴重,而且幾年后自然壓力便不足以維持生產。

如果采用小直徑管道和更高的壓力,段塞現象會減輕,但井的產量又會被限制。而且狹窄管道會增加摩擦阻力,井的生產壽命顯著降低。

而其他的解決方案,如添加生產平臺、壓縮裝置或第二條管道,都需要大量的投資。

這是一個有趣的問題。但在當初海洋石油蓬勃發展的時候,他倆正忙于工作和家中兩個孩子的撫養,無暇顧及于此。而在海洋石油崩盤兩人離職后,這一切就發生了變化,就像Thomas所說的那樣,他們現在有了“機會和時間”去研究這個問題。起初他們以為已經有人申請了該方案的專利,卻很高興地發現并沒有,于是Thomas夫妻開始研究如何將這種方法應用到海洋石油工程中去。

那么接下來的3個月,是時候去努力做一些大膽的事情了。他們同幾位離職的工程師一起,開始著手尋找一種開發大型滯留氣田的解決方案。他們希望新的解決方案能夠明顯優于世界上一些技術先進石油公司所開發的方法。在這一過程中,可謂是欣喜和沮喪共存,困惑與頓悟同在。這些解決方案,Thomas表示,在逐漸變得愈發簡潔。

他們的競爭對象包括:殼牌耗費110億美元開發的Prelude浮動天然氣液化容器,道達爾開發,估值達到20億美元的唯一一款海底壓縮系統。

他們的目標是將Thomas所描述的“極其簡單”的方法轉變成一種切實可行的替代方法,即實現天然氣從氣田到岸上長達200公里的運輸,且不影響潛在產量。Thomas表示,他們有可能能夠把管道長度延長到300公里。

在2018年5月的海洋技術會議上,Thomas在其技術匯報(OTC 28949)中的示例表示,他們的方案能夠實現天然氣從氣田到岸上長達170多公里的運輸。與傳統的典型技術方案相比,資本支出減少了40%,增加價值達90億美元。他說:“如果這不能推動項目的向前發展,那我不知道還有什么能?!?/span>

這項創新,能夠將海底的回接長度增加一倍,這樣更多的氣田能夠與陸地上的設備連接,如上圖埃及近海圖中所示。

開啟新世界的大門

雖然將氣體和液體分離是一種提高流動效率的簡單方法,但建立一個適合于海洋系統的分離器卻肯定不是一件簡單的事。

首先是那些用來處理從低壓井中流出的氣體和液體的笨重設備。水下設備的體積需要更小,要能夠安裝在單頭連接的管道中,要能夠被管道鋪設船拖動,要能夠經得起極端壓力,并且必須是可清洗的,這樣才能采用廣泛使用的芯棒PIG方法進行清洗。最重要的是,由于海洋中氣體的流動速度遠遠超過其從煤層中流出的速度,因此設備要能有效地對這種高速流體進行氣液分離。

深水油氣分離器模型Pseduo

深水油氣分離器模型Pseduo

設備原型的設計靈感來源于Thomas在沙特阿拉伯一家化工廠看到的在線分離器,最后的設計看起來像一個被保護鋼架包裹起來的管狀隆起部分。設備中沒有可移動部件。一條旁路管線會吸走了一些氣體,并用此流動來排出液體。液體隨即會流入了只占一小部分體積的第二條管線中。

經過一段時間頻繁的概念化、流動模擬和合作之后,Thomas夫婦把他們的想法告知給了他們的前雇主,公司重新雇傭了他們并給了他們兩年時間對新想法進行構建、測試,并將其出售給石油這個保守行業。

OTC上的匯報只是一個簡短的版本,并顯然是針對潛在客戶精心安排的一小時。Thomas說,他們稱之為“假干氣回接”的潛在收益引起了人們的興趣。盡管Thomas不肯透露名字,但在他的演講結束后,一群來自休斯敦雪佛龍的工程師邀請Thomas去他們的辦公室討論一下這個系統。

數十億美元的增值

在Thomas的匯報中,將新設計與一條采用傳統設計,長170公里的管道進行了對比。該管道連接了一組相隔13公里的油井與日液化產能為880 mm sfc的地面設施。

在該例子中,傳統技術下氣體和液體的多相混合物流過的管線為直徑30英寸,而在他們的技術“大部分干燥氣體流過的管線為36英寸的純氣管線”。(Thomas的文章還預測通過第一個分離器后的最大液體含量將是0.012%,而傳統的則為14%-27%)。

移動多相混合物所需的壓力幾乎是單相氣體的兩倍多。因此,僅依靠自然壓力只能維持4年的生產。通過在陸上增壓,油公司可以再增加2年的多相流生產。根據報告中的圖表,通過去除大部分液體,可以使用更大的管道進行生產,并且持續時間可能超過10年。

但氣液分離仍然需要很高的成本。報告中所示的六個氣體分離裝置加上一條較小的第二條液體管線,將使成本從15億美元增加到19億美元。相比之下,在分離和壓縮設備附近增加一個浮動生產平臺,預計總成本將達到32億美元。

Thomas的工作仍處于早期研發階段。他們正在研究由感興趣的甲方所提出的問題,并制造了分離器的原型,這是一個以前從未在海上使用過的組件。他們希望今年之后能夠在流動回路中對其進行測試。

如果這項技術能夠達到它所預期的效果,則可能實現世界各地滯留氣田的再次開發。對于Thomas來說,這意味著他能夠重新以項目工程師的身份回到Intecsea公司,而不需要去執行他的職業方案B:作為英國陸軍皇家工程師的一員,而且極有可能去阿富汗執勤。

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