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混合方案 解決深水天然氣開采難題

混合方案 解決深水天然氣開采難題

隨著技術的進步,一些在以前看似難以解決的難題也逐漸被破解。尤其是在深水領域,技術的進步最為迅速。

來自 |?JPT
編譯 | 白小明 驚蟄

雖然浮動液化天然氣(FLNG)開發方式起初看起來很有前景,但高昂的資本支出和運營費用(OPEX)限制了深層應用,過去兩年,澳大利亞有4個潛在的FLNG項目被取消。為滿足開發深水氣田的挑戰,當前出現了一種采用混合概念的解決方案。其結合了平臺和海底(水下)兩種處理方式,從根本上提高了效率,處理成本更低。

當油氣工業在20世紀90年代進入更深的水域時,水下處理技術極度缺乏。研究人員開發了防止水合物生成、防腐蝕(包括添加乙二醇和單乙二醇等)以及絕緣材料等專業技術。隨著技術進步,目前已能夠在特殊構造的管型管道中使用直接電加熱或伴加熱的加熱技術。事實證明,這些技術在淺水區和中等距離回接應用方面非常成功。

然而,隨著行業向更深的水域和更遠的距離進軍,這些技術的成本變得非常昂貴。第一階段如果不能將大量生產水分離,則會大大增加生產成本。長距離也是海底壓縮的主要問題,對于短距離而言,動力傳輸和變速控制都沒什么問題,但長距離(大于100公里)會存在挑戰。

傳統的在平臺氣體處理和FLNG設施通常需要大量的巨型設備,無法實現成本效益。此外,由于需要大量操作人員,這些方式的運營支出很高,且存在安全挑戰。對于超出固定平臺深度的深水中的平臺設施,其成本影響更大。在這些情況下,深水立管和流動保障設施增加了對重量更敏感的浮動下部結構。截至目前,選擇長距離海底回接的主要原因是平臺設施成本巨大。然而,液體和氣體的處理間存在關鍵性區別。雖然如此,但截至目前這種區別還沒有被考慮或發表過。

液體可以相對有效地在平臺進行處理。平臺高壓氣體系統對平臺設施的尺寸、重量和成本產生不成比例的影響。重要的是,在巴西和西非等地區,使用浮式生產、儲存和卸油裝置(FPSO)來生產液體比較普遍。在離岸FPSO上處理液體顯然比將液體運到岸上更具成本效益。

有時,成本差異通常采用諸如每噸單位成本等指標來衡量。例如,如果一個常規上部平臺結構的成本是50000美元/噸的話,那么能夠處理高壓氣體的上部平臺結構(能夠進行大規模氣體壓縮)成本將在70000-80000美元/噸。在過去的十年中,有幾個大型天然氣處理項目均采用了這種價格較高的設施。而低成本的無氣體、低壓液體處理設施由于目前很少見。大多數石油加工系統仍然需要處理大量的天然氣,通常還有氣舉或氣體回注系統。由于結果以平均成本表示,因此有效地隱藏了高壓氣體系統和低壓液體處理系統之間的成本差異。

海底天然氣處理 水下脫水工藝

混合概念的兩種可能方案如圖1和圖2所示。方案1包括具有冷凝液儲存和輸出的低壓FPSO平臺設施,而方案2包括用于冷凝液脫水,然后再注入無水多相氣體輸出管道的低壓半潛式設備。平臺設施的確切類型和形狀可以根據當地要求和作業公司的偏好進行調整。

混合方案 解決深水天然氣開采難題

圖1 混合處理方案1

水下脫水過程:高壓氣體分兩個階段在海底進行處理。第一階段使用帶溫度控制的主動冷卻器,然后進行氣/液分離。將氣體冷卻至高于形成水合物和蠟的溫度。這一階段去除了絕大部分的冷凝水,更重要的是,去除了任何含有伴生鹽的產出水。然后在第二階段開始之前注入極少量的乙二醇。

在第二階段,將氣體進一步冷卻至盡可能接近環境溫度。冷卻器可以是主動冷卻器或被動冷卻器。第二階段處理過程可以位于遠離第一階段的中心站,這可以幫助冷卻。第一階段可以位于主要的鉆井區域。

然后使氣體通過氣/氣熱交換器,在那里進一步冷卻。該熱交換器是壓力容器,類似于殼-管式的,其設計與陸地設備相同。然后,氣體通過閥門,經過較小的壓力下降后,流向第二個分離器。那些在天然氣加工方面經驗豐富的人,將認識到這一過程相比于陸地/地面操作的創新之處,其中氣/氣熱交換器有效地使溫度降低了一倍。

來自兩個分離器的液體流入低壓平臺處理單元。根據水深,在大多數情況下,壓力應足以滿足自然流動,無需海底泵送。通過第一冷卻器實現大部分脫水工作,將氣流溫度降低至接近環境條件并將大部分水從氣流中除去至液相。閥門和氣/氣交換器僅對氣流的水含量進行最終調整。

另一個創新是在高壓環境處理(大約14 -18 MPa)能力,在如此高的壓力下,僅需很小的溫度降低即可實現有效的脫水??捎玫牡诙N選擇是用第二個乙二醇注入點和第二個分離器內的增強接??觸裝置替換氣/氣熱交換器和閥門。

增強接觸裝置僅需要實現所需的接觸程度,以及適合海底操作的堅固耐用設計。注意,這種接觸裝置是可行的,因為氣體已經冷卻至接近環境條件。否則,此類設備中的任何冷凝都可能導致發泡和操作失敗。同樣,初級脫水方法就是冷卻。

混合技術優點

通過在各自的最佳位置分別處理氣體和液體,提高了整體效率并降低了成本。同時,避免了會產生成本和項目風險的過度的技術復雜性。高壓氣體完全在海底處理。氣體處理需要低溫,這在海床很容易實現。氣/液兩相分離在海底進行是經過驗證的明智之舉。

混合方案 解決深水天然氣開采難題

圖2 混合處理方案2

液體處理需要熱量來分離和穩定組分,這一過程在平臺上進行最有效。液/液分離的基本原理基于液滴聚結,在高溫下其粘度較低,這非常有益于分離的進行。液/液分離或三相分離被證實不宜在海底進行,目前在平臺處理最有效。

平臺設施還包括本地海底支持功能,以最大限度地降低成本和風險,并不受距離限制。當動力、控制和變速驅動器位于平臺時,可以以非常低的成本進行海底壓縮(當需要時)并降低技術風險。這種平臺設施比傳統的氣體處理裝置小得多,并且在低很多的壓力下運行,僅需燃料氣高壓。低壓平臺設施可大幅降低的公用系統的尺寸,例如高壓火炬和海水冷卻系統。最后,這種混合概念最大限度地減少了海上人員的數量。

對于短距離回接,可以使用傳統技術而無需任何高級處理;這永遠是最好的選擇。迄今為止,長距離回接存在成本和技術風險挑戰。因此,大多數海底處理應用主要設計用于克服距離范圍相對較窄的瓶頸。使用海底脫水的混合概念,主要是一種深水平臺替代氣田開發的概念;它可以覆蓋更遠的距離范圍,因此,其潛在的應用市場規模要大得多。

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