船舶的製作方法
2023-10-23 01:31:07 2
專利名稱：船舶的製作方法
技術領域：
本發明涉及對將液態二氧化碳(LCD)從水上(water-going)的LCD運輸船舶傳送到注入井口的工藝和設備的改進，以及水上的LCD運輸船舶。
背景技術：
二氧化碳(CO2)是在某些工業作業，例如氨的製造中作為副產品大量產生的氣體。環境上不希望將這種副產品釋放到大氣中，這是由於其是溫室效應的氣體。因而，某種程度上已經對CO2處理技術的研製做出了許多的努力，而不是簡單地釋放到大氣。特別重要的一種技術是將CO2泵送到多孔地下(sub-surface)地層中(即，封鎖)，例如泵送到油田的注入井。
如果該處理進入的地層是含有烴的，可以簡單地使地下處理進入到多孔地層中，或者可以實現該地下處理的有益優點，這是由於注入的CO2用於朝向出油井(即萃取烴的井)驅動該地層中的烴(例如油或天然氣)。因而CO2的注入是後期儲油管理中的一項標準技術，以實現烴的加強開採。
地下注入處理所包含的二氧化碳的量通常大約幾百萬噸之大。這造成了將CO2從其產生的地點運輸到其注入的地點方面的問題，特別是該注入的地點是海上的情況下。大氣溫度和氣壓下的二氧化碳是氣態的，如果分批運輸，則需要容積大的容器，以致於該過程難以實行。雖然在一些情況下可以實行通過管道的運輸，但是所需的基礎設施較昂貴。由此希望以液態的形式運輸二氧化碳，特別是運輸到海上注入地點。
然而，液態二氧化碳的運輸不是一個沒有問題或花費的實踐。如果這種液態CO2不是冷凍的，則將其保持在液態所需的壓力較高(60-70巴)，這使得加壓容器所需的牆壁厚度較高，並且使得運輸這種大規模未冷凍的液態CO2的容器非常昂貴。在低於環境溫度的情況下運輸液態CO2減少了所需的壓力和所需的容器牆壁厚度，但是其由於需要冷凍而較昂貴，並且由於二氧化碳具有固相，還具有會形成固態二氧化碳的風險。固態二氧化碳形式會對通過泵送運輸的CO2造成問題，並且由於管道或閥阻塞的風險，還會造成潛在的危險。
因此，在平衡冷凍和容器的經濟成本以及避免固態CO2形成的風險中，在任何給定的情況下，通常具有對該容器中的液態CO2最佳的溫度和壓力，例如，在低於環境溫度的溫度，以及在高於大氣壓但是仍然是亞臨界的壓力(CO2的臨界點是73.8巴)。一般對液態CO2的運輸來說，該最佳溫度可能在-55至-48℃的範圍內，而該壓力可能是5.5至7.5巴，即對應於CO2相圖中溫度和壓力僅在三相點之上的位置。CO2的三相點是5.2巴和-56.6℃。高壓需要更昂貴的容器；而低壓和低溫會產生固態形式的風險。
將液化石油氣(LPG)從出油井口運輸到海岸的水上的船舶上所使用的加壓容器的類型通常不適於運輸LCD，這是由於LCD運輸所需的壓力更高。而且，將LPG從海上出油井運輸到水上流經的船舶(即船)的液態運輸設備不適於將LCD從該船舶運輸到注入井口，這是由於LPG不會造成與LCD相衝突的固態形式的風險。
儘管如此，仍然需要用於LPG、LNG、PLNG運輸以及LCD運輸的液化氣運輸船舶，以及可以安全有效地用於將LCD從運輸船舶運輸到海上注入井口的運輸系統。
現在，我們已經研製了一種可以安全有效地用於將LCD從運輸船舶運輸到海上注入井口的LCD運輸方法和設備。而且，根據本發明的運輸船舶上的LCD容器可以安全有效地用於將LPG、LNG或PLNG從海上出油井運輸到海岸。
發明內容
因此，從本發明的一個方面來看，提供一種將液態二氧化碳從水上的運輸船舶(在下文中稱作「船」)上的加壓和冷凍液化氣容器運輸到連接到水面平臺的海上注入井的方法，所述方法包括將所述容器和所述平臺與管道連接、所述管道包括其至少一部分浸入在所述船舶和所述平臺之間的水中的撓性段，第一泵、第二泵、加熱器、膨脹箱以及第三泵；使用所述第一泵，將液態二氧化碳沿所述管道從所述容器泵送到所述第二泵；使用所述第二泵，將所述液態二氧化碳沿所述管道並且經過所述加熱器泵送到所述第三泵；使用所述加熱器，在其到達所述第三泵之前加熱所述液態二氧化碳，優選在其進入所述撓性段浸入水中的所述部分之前，使用所述第三泵將所述液態二氧化碳向下泵送到所述注入井；在所述第三泵將所述液態二氧化碳向下泵送到所述注入井的操作之前的期間內，使用所述膨脹箱調整所述第三泵的所述管道上遊以及所述撓性段的上遊端的下遊中的壓力；以及在所述第三泵將所述液態二氧化碳向下泵送到所述注入井的操作期間內，使用泵送或加壓的氣體將在所述膨脹箱中收集的液態二氧化碳運輸到所述管道。
在本發明的方法中，在LCD運輸中使用的船舶優選具有至少兩個泵在該LCD容器內的排出泵和在該容器外部的增壓泵。優選在上述溫度和壓力條件下即在該三相點之上的壓力下將該LCD容納在該容器內。
可以理解，使用傳統的泵可將該CO2從該容器泵送。因此，該第一「泵」可以是任何適於從該容器排出CO2的裝置。
例如，在一個可選的設置中，可以通過增壓該LCD容器將該CO2從該容器排出到第二(或增壓)泵，以便轉移該LCD。在該設置中，在所需的第二泵的入口用所需的壓力限定該LCD容器的最小壓力，以便避免在該泵的入口形成蒸汽泡。通過所述第二泵所需的淨壓吸高(Net Positive SuctionHeight)HPSH來指定該泡點所需的界限。
在可選的設置中，可以通過藉助放置在該LCD容器內部的熱交換器來汽化LCD，或者通過在該LCD船舶外部汽化LCD以注入該LCD船舶而加壓該LCD容器。該運輸壓力接近飽和，並且在卸載LCD之前或期間增加該壓力。
該船舶優選具有加熱器，以便如果必要的話，至少LCD的加熱部分會在該LCD進入該管道的浸入部分之前出現。這用於避免對該平臺上的加熱器的需要，或者減少對該平臺上的加熱器的需要，或者保證可以得到充足的熱容量，以及減少該管道浸入水中的部分凍結的風險，以及該管道中的固態二氧化碳從該容器引導到該平臺的風險。這種船上的加熱器優選位於該排出和增壓泵的下遊。優選提取、汽化來自該貨物和/或增壓泵下遊的一些二氧化碳，並且將其反饋到該LCD容器中，以便保持其中的壓力，從而保持該LCD在該三相點之上，由此保證LCD的最佳運輸。
還希望該船舶具有管道接頭，藉助該管道接頭可以將來自該容器的管道連接到引導到浸在水中的轉動架裝載(STL)系統的撓性管道。另一撓性管道(撓性立管)優選從該STL引導到海床，以便連接到引導到另一剛性或撓性立管的海下(sub-sea)管線，從而將該LCD帶到該平臺。至少該管道的引導到該平臺並且未浸在水中的部分優選是隔熱的，以便防止大氣的過度結冰和凝結。
該管道上的膨脹箱用於保證在從船到平臺的每個LCD的運輸之間的期間，該管道內的壓力不會超過設計壓力。在每個運輸之間，該管道中的LCD會從環境吸熱，並且膨脹。該膨脹箱用作調節該膨脹的儲油器，並且在隨後的LCD運輸操作期間，可以將其中收集的LCD反饋到該管道中。
如果還未達到井下注入所需的溫度，則希望使用位於該平臺上的加熱器來將該平臺加熱至這個溫度。通常，為了避免井下形成天然氣水合物，將該LCD加熱至大約10℃或更多，優選12℃或更多，特別是14至20℃。可以類似地將該LCD加熱至0℃或0℃之上，以便避免井下形成天然氣水合物。這種相對於運輸溫度(即LCD容器中的溫度)的溫度升高包含伴隨的壓力升高，以便避免在加熱期間形成CO2的氣相，從而，該第二(增壓)泵應當具有出口壓力，其保證該LCD在加熱至注入溫度期間遠離該泡點。
將該管道中的LCD提供到該注入泵(例如，串聯的一個、兩個、三個或四個泵)，以便使其達到注入所需的壓力，希望大約是150至350巴，例如200至300巴。當不進行LCD注入時，可以將這些泵中的一個或多個設置為井下水注入；然而，通過在該泵之後且更優選地在為了多孔平臺中的不同孔設計的用於分離注入液體的歧管件之後連接的管道系統，也可以將更多通常不同的泵送系統用於水和LCD注入。
由於通常分批執行LCD注入，而水注入在來自連續的LCD運輸船舶的LCD注入之間出現，由於在水和LCD注入轉換期間將該注入井保持加壓，且由於在達到完全LCD注入速率之前會有延時，因而希望在該注入泵啟動階段，來自該注入泵下遊的二氧化碳再循環到流向該注入泵的二氧化碳中，可選地在該再循環期間具有冷卻。
在具體的優選實施方式中，該LCD運輸船舶上的泵和加熱器設置成使得在-50℃至+0℃範圍內的溫度以及該CO2是液相併且避免空化的壓力情況下，將LCD引入該撓性管道的浸入段。然而，更優選地，在保證避免CO2氣相直到其到達該平臺的壓力情況下操作該增壓泵；在這種場合下，一部分二氧化碳可以從該主LCD流分離，蒸發以及再循環到該LCD容器中，以便當排出其含量時保持該LCD容器內的壓力。這種回流管線可以來自該貨物泵的加壓側，或者來自該增壓泵的加壓側。然而，優選地，具有來自該貨物泵的下遊以及該增壓泵的下遊的回流管線。第一保證了啟動是適當的之前該增壓泵入口的流速和壓力，並且避免了啟動時該管道內液相到氣相的轉變。第二保證了在啟動是適當的之前到該平臺的流速和壓力，並且幫助防止了啟動時該管道內不希望有的液相到氣相的轉變。
該平臺優選具有膨脹箱，該膨脹箱可以在LCD注入之間的期間積累LCD。該箱優選離開該管道，並且通過閥連接到該管道，該閥是壓力激活的，以便在該管道中的CO2通過環境加熱時調節增加該CO2的容量。這樣，可以避免或者最小化不需要釋放到大氣的CO2。否則，該CO2將直接排出到大氣。
該平臺還優選具有從該注入泵的加壓側到該注入泵的輸入側的回流管線。這樣做保證了啟動期間所希望的流速和壓力，直到實現設計的注入壓力和流速。為了避免高回流速率的溫度升高，該回流管線優選具有冷卻器，例如熱交換器。
希望LCD在水上船隻上的運輸壓力和溫度是5.2至10巴(bar)，對應於-57至-40℃的溫度；該LCD離開該船時的壓力優選是30至70巴，對應於-50至0℃的溫度。該LCD離開該注入泵時的壓力取決於具體的井，但是一般可以是100至300巴，對應於10至20℃的溫度。
因此，使用的容器、管道、接頭、泵等應當能夠經受住這些溫度和壓力。
從本發明的另一個方面看，提供一種LCD運輸系統，所述系統包括連接到注入井的水面平臺LCD運輸船舶，以及連接所述平臺上的所述船舶和LCD注入泵的管道，所述船舶具有加壓和冷凍的LCD容器，用於沿所述管道將LCD泵送出所述容器的所述容器內的貨物排出泵，用於沿所述管道將LCD泵送到所述平臺的增壓泵，從所述貨物泵的下遊到所述容器的第一回流管線，從所述增壓泵的下遊到所述容器的第二回流管線，以及可選的第一加熱器，所述第一加熱器設置成加熱從所述船舶沿所述管道流動的LCD，所述第一加熱器優選地位於所述增壓泵的下遊，並且所述平臺具有用於將LCD向下注入所述井的注入泵，膨脹箱設置成用以調節所述注入泵的所述管道上遊中的LCD的壓力，來自所述注入泵的下遊的第三回流管線，可選的第二加熱器，所述第二加熱器設置成加熱所述注入泵的所述管道上遊中的LCD，以及可選的冷卻器，所述冷卻器設置成冷卻所述第三回流管線中的二氧化碳；所述第一和第二加熱器中的至少一個位於所述系統中。
從本發明的另一個方面來看，提供了一種水流LCD運輸船舶，所述船舶包括加壓和冷凍的LCD容器，用於沿所述管道將LCD泵送出所述容器的所述容器內的貨物排出泵，用於沿所述管道將LCD泵送到所述平臺的增壓泵，從所述貨物泵的下遊到所述容器的第一回流管線，從所述增壓泵的下遊到所述容器的第二回流管線，以及可選的第一加熱器，所述第一加熱器設置成加熱沿所述管道從所述船舶流動的LCD，所述第一加熱器優選位於所述增壓泵的下遊。本發明的船舶中的LCD容器優選具有至少500m3、特別是1000至10000m3的內部容積。
在此的水面平臺表示位於水面或之上的平臺，例如固定或浮動的平臺。
現在參照附圖描述本發明的實施方式，其中附圖1是根據本發明的LCD運輸系統的示意圖。
具體實施例方式
參照附圖1，所示的船舶1具有經由管道3連接到水面平臺4的冷凍和加壓LCD箱2。
該LCD容器內的是貨物泵5，其將LCD驅動到增壓泵6，該增壓泵自身驅動LCD經由STL7到該平臺。該貨物泵5和增壓泵6的下遊分別是回流管線8和9，它們將CO2反饋到該LCD容器中。該船還具有加熱離開該船的LCD的加熱器10。到達平臺4的管道具有膨脹箱11，以便調節該LCD由於環境加熱造成的膨脹。在該膨脹箱11之後，該管道經由加熱器12引導到用於將LCD注入井下的注入泵13。在該注入泵13的下遊，該管道具有將過量的CO2反饋到該加熱器12的上遊位置的回流管線14。為了避免注入泵13在啟動階段過熱，回流管線14自身具有熱交換器15。
權利要求
1.一種將液態二氧化碳從水上的運輸船舶上的加壓和冷凍液化氣容器運輸到連接至水面平臺的海上注入井的方法，該運輸船舶在下文中稱作「船舶」，所述方法包括將所述容器和所述平臺與管道連接，所述管道包括其至少一部分浸入在所述船舶和所述平臺之間的水中的撓性段、第一泵、第二泵、加熱器、膨脹箱以及第三泵；使用所述第一泵，將液態二氧化碳沿所述管道從所述容器泵送到所述第二泵；使用所述第二泵，將所述液態二氧化碳沿所述管道並且經過所述加熱器泵送到所述第三泵；使用所述加熱器，在其到達所述第三泵之前加熱所述液態二氧化碳，優選在其進入所述撓性段浸入水中的部分之前，使用所述第三泵將所述液態二氧化碳向下泵送到所述注入井；在所述第三泵將所述液態二氧化碳向下泵送到所述注入井的操作之前的期間內，使用所述膨脹箱來調整所述第三泵的所述管道上遊以及所述撓性段的上遊端的下遊中的壓力；以及在所述第三泵將所述液態二氧化碳向下泵送到所述注入井的操作期間內，使用泵送或加壓的氣體將收集在所述膨脹箱中的液態二氧化碳運輸到所述管道。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述第一泵是布置在所述容器中的排出泵，而所述第二泵是布置在所述容器中的增壓泵。
3.如權利要求2所述的方法，其中，所述船舶具有加熱器，排列所述加熱器以便在進入所述管道浸入水中的部分之前加熱至少一部分所述二氧化碳。
4.如權利要求3所述的方法，其中，將所述加熱器布置在所述排出泵和增壓泵的下遊。
5.如前述任一權利要求所述的方法，其中，提取、蒸發來自所述第一和/或第二泵的所述二氧化碳的一部分，並且將其返回所述容器，以便保持所述容器中的壓力。
6.如前述任一權利要求所述的方法，其中，將所述容器中的液化的二氧化碳保持在三相點之上。
7.如前述任一權利要求所述的方法，其中，排列所述泵和加熱器，以便在所述二氧化碳是液相的溫度和壓力下將液化的二氧化碳引入所述撓性管道的浸入部分。
8.如權利要求7所述的方法，其中，排列所述泵和加熱器，以便在-50℃至+0℃的溫度範圍下將液化的二氧化碳引入到所述撓性管道的浸入部分。
9.一種液態二氧化碳即LCD運輸系統，所述系統包括LCD運輸船舶，連接到注入井的水面平臺，以及連接所述平臺上的所述船舶和LCD注入泵的管道，所述船舶具有加壓和冷凍的LCD容器，用於沿所述管道將LCD泵送出所述容器的所述容器內的貨物排出泵，用於沿所述管道將LCD泵送到所述平臺的增壓泵，從所述貨物泵的下遊到所述容器的第一回流管線，從所述增壓泵的下遊到所述容器的第二回流管線，以及可選的第一加熱器，所述第一加熱器設置成加熱從所述船舶沿所述管道流動的LCD，所述第一加熱器優選地位於所述增壓泵的下遊，並且所述平臺具有用於將LCD向下注入所述井的注入泵，膨脹箱，排列所述膨脹箱以便調節所述注入泵的所述管道上遊中的LCD的壓力，來自所述注入泵的下遊的第三回流管線，可選的第二加熱器，以及可選的冷卻器，所述第二加熱器設置成加熱所述注入泵的所述管道上遊中的LCD，所述冷卻器設置成冷卻所述第三回流管線中的二氧化碳；所述第一和第二加熱器中的至少一個位於所述系統中。
10.一種水上LCD運輸船舶，所述船舶包括加壓和冷凍的LCD容器，用於沿所述管道將LCD泵送出所述容器的所述容器內的貨物排出泵，用於沿所述管道將LCD泵送到所述平臺的增壓泵，從所述貨物泵的下遊到所述容器的第一回流管線，從所述增壓泵的下遊到所述容器的第二回流管線，以及可選的第一加熱器，所述第一加熱器設置成加熱從所述船舶沿所述管道流動的LCD，所述第一加熱器優選位於所述增壓泵的下遊。
全文摘要
本發明提供一種水上的液化二氧化碳，即LCD運輸船舶，其包括加壓和冷凍的LCD容器，用於沿管道將LCD泵送出所述容器的所述容器內的貨物排出泵，用於沿所述管道將LCD泵送到平臺的增壓泵，從所述貨物泵的下遊到所述容器的第一回流管線，從所述增壓泵的下遊到所述容器的第二回流管線，以及可選的加熱器，所述加熱器設置成加熱從所述船舶沿所述管道流動的LCD。
文檔編號F17C5/06GK101036020SQ200580029387
公開日2007年9月12日 申請日期2005年7月14日 優先權日2004年7月16日
發明者奧鄧恩·阿斯佩倫德, 亨裡克·克羅格斯塔德, 託·E·桑威克, 簡·E·菲維爾斯塔德, 羅爾·F·亨寧森, 勒爾夫·R·旺格拉文, 託·E·希爾登, 納維·奧馬 申請人:斯塔託伊爾公司, 新文特公司, 奧克拉工程公司, 蒂凱挪威公司