CN108348846A - 紧凑的水下脱水 - Google Patents

Abstract

本文提供了用于对天然气料流脱水的系统和方法。该系统包括贫溶剂供料系统，其包括来自于平台上部设施的管线，其中该管线配置来分配贫溶剂料流，来平行地将贫溶剂供料到多个并流接触系统的每个。该并流接触系统是沿着湿天然气料流串联布置的，其中每个并流接触系统配置来将该贫溶剂料流与湿天然气料流接触，来从该湿天然气料流中吸收至少一部分的水，来形成干燥天然气料流。富溶剂返回系统包括管线来将来自于多个并流接触系统的每个的富溶剂合并和将富溶剂料流返回该平台上部设施。

Description

紧凑的水下脱水

交叉参考的相关申请

本发明要求2015年11月19日提交的标题为COMPACT SUBSEA DEHYDRATION的美国专利申请系列No.62/257495的优先权和权益，其整个内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明技术提供了从天然气料流中分离水。更具体地，本发明技术提供使用位于水下系统中的一系列紧凑的并流接触系统来脱水。

背景技术

这节目的是介绍本领域的不同方面，其可以与本发明技术的示例性实施例相关。本说明书据信有助于提供框架来促使更好地理解本发明技术的具体方面。因此，应当理解本节应当就此而论来解读，而不必是现有技术认可的。

在来自于地下储层的烃流体的生产过程中，所生产的流体，天然气和油也会包括水，其是作为自由液体相和作为水蒸气二者。当生产井离岸位于深水中时，有利的是可以水下完井和产生进入流线的井流体。该井流体可以经由管线传输到岸上，连接返回到平台上部主设施，或者在水下加工。但是，水的存在会导致水合物形成、腐蚀和流线中结垢、形成堵塞、降低生产或者产生完整性问题。此外，水蒸气会由于环境温度而沿着管线或者流线冷凝。在天然气生产中，液体的冷凝还会增加压降，这归因于该流动的多相性质。

在近年中，已经进行了很大的努力来开发水下分离系统，以物理分离天然气、油、水和沙子(其会存在于烃生产料流中)，例如多线管分离器例如竖琴式分离器(harpseparator)。这些水下分离系统可以设计来产生单相气体和油料流，其可以分别压缩或者泵送。该水料流可以注入处置井中、废弃或者送到平台上部设施来进一步加工。

但是，单独的物理分离仅仅从烃料流中除去游离的液体水。气相水与天然气一起离开该水下分离系统，并且很可能在海洋的环境温度低于该气体露点时冷凝。此外，该水在管线中的温度足够低时，例如沿着壁的温度足够低时可以形成水合物。

将化学品例如甲醇或者二醇注入流体中来防止或者减慢水合物的形成。类似地，化学品腐蚀抑制剂经常也注入该流体中。这些化学品增加了烃生产的运行成本。为了解决所关注的腐蚀问题，该管线经常设计来通过定期“清管”来清洁和检查。在这种情况中，管线设计变得更复杂和昂贵，这归因于用于松动铁锈、捕集铁锈等的设施。

所生产的天然气可以脱水来将水蒸气除去到规定的露点，以使得在所预期的温度将不发生冷凝。常规的在岸上或者平台上部设施中对气体脱水的方案是将天然气料流与具有水亲和性的液体溶剂或者固体干燥剂接触。这种接触通常在压力容器例如塔中发生来吸收到液体溶剂中或者在保持有固体吸附剂的容器中进行。水是通过溶剂或者干燥剂除去的，其然后再生和再利用。但是将饱和气体与溶剂/干燥剂接触所需的装置经常是相对大型的，并且不能很好地适用于水下应用(这里外压是高的)，并且该装置要设计成模块化和可收回的。

例如用于天然气料流脱水的逆流接触器倾向于是大型的和非常重的。此外，这些系统的直径使得构建能够经受住水下放置的压力的系统是不现实的。这在离岸和水下油气生产应用中产生了特殊的困难，其中期望的是较小的设备。

发明内容

本文描述了一种用于天然气料流脱水的水下系统。该水下系统包括贫溶剂供料系统，其包括来自于平台上部设施的管线，其中该管线配置来分配贫溶剂料流，来平行地将贫溶剂供料到许多并流接触系统的每个。该并流接触系统是沿着湿天然气料流串联布置的，其中每个并流接触系统配置来将该贫溶剂料流与湿天然气料流接触，来从该天然气料流中吸收至少一部分的水，来形成干燥天然气料流。富溶剂返回系统包括管线来将来自于许多并流接触系统的每个的富溶剂合并和将富溶剂料流返回该平台上部设施。

本文描述了一种水下分离天然气料流中的水的方法。该方法包括将贫溶剂料流提供到水下加工单元。将一部分贫溶剂料流供料到许多并流接触系统的每个。将湿天然气料流依次地与贫溶剂料流在该并流接触系统的每个中接触，来产生至少部分脱水的天然气料流和一部分的含有水的富溶剂料流。将该富溶剂料流的部分合并，和将该富溶剂料流送到平台上部设施用于再生。

描述了一种将湿天然气料流脱水的系统。该系统包括贫溶剂管线，用于将贫溶剂料流提供到水下脱水系统。该水下脱水系统包含沿着天然气料流串联结合的许多并流接触系统，其中每个并流接触系统配置来将湿天然气料流与一部分贫溶剂料流接触，来产生至少部分脱水的天然气料流和含水的富溶剂料流。富溶剂管线，其配置来将富溶剂料流合并成单个富溶剂料流和将该单个富溶剂料流返回平台上部设施。处于平台上部设施处的再生系统，其配置来再生贫溶剂料流。

附图说明

本发明技术的优点是通过参考下面的具体实施方式和附图而更好地理解，其中：

图1是一种气体脱水系统的块形图；

图2是用于脱水天然气料流的水下系统的通用块形图，其包括并流流动方案；

图3是一种并流接触系统的示意图；

图4是一种水下分离系统的工艺流程图，其包括许多并流接触系统；

图5是一种水下分离系统的工艺流程图，其包括在富溶剂料流上的富溶剂返回泵；

图6是一种水下分离系统的工艺流程图，其包括提升气体料流；

图7A是一种接触装置的前视图；

图7B是该接触装置的侧透视图；

图7C是该接触装置的横截面侧透视图；

图7D是该接触装置的另一横截面侧透视图；和

图8是一种使用并流接触系统的水下将天然气料流脱水的方法的工艺流程图。

具体实施方式

在下面的具体实施方式部分中，描述了本发明的非限定性实例。但是，在下面的说明书对于本发明技术的具体实例或者具体用途的具体程度上，其目的仅仅是示例性的，并且简单地提供对于示例性实例的说明。因此，本发明不限于下述的具体实例，而是包括了落入附加的权利要求的真实主旨和范围内的全部选项、改变和等同物。

开始时，为了便于提及，阐述了本申请所用的某些术语和它们在本文上下文中所用的含义。此外，本发明技术不限于下面所示的术语的使用，因为用于相同或者类似目的全部等同物、同义词、新发展和术语或者技术被认为处于本发明的权利要求的范围内。

“酸性气体”指的是任何这样的气体，其当溶解在水中时产生了酸性溶液。酸性气体非限定性实例包括硫化氢(H₂S)，二氧化碳(CO₂)，二氧化硫(SO₂)，二硫化碳(CS₂)，羰基硫(COS)，硫醇或者其混合物。

“并流接触器”指的是这样的容器，其以这样的方式接收气体料流和单独的溶剂料流，即，气体料流和溶剂料流彼此接触，同时在通常相同的方向上流动。非限定性实例包括喷射器式混合器和凝聚过滤器，或者静态混合器加上脱液体器。

术语“并流”指的是单元操作内的工艺料流的内部排列，该单元操作可以被分成几个子区，通过其工艺料流在相同方向上流动。

作为本文使用的，“塔”是一种分离容器，其中使用逆流流动来基于不同性能来分离材料。在吸收剂塔中，将液体溶剂注入顶部，同时将要分离的气体混合物流入底部。在气体向上流过吸收剂的下落料流时，一种气体物质被优先吸收，这降低了它在离开塔顶的蒸气料流中的浓度，同时富液体从底部抽出。

“脱水天然气料流”或者“干燥天然气料流”指的是这样的天然气料流，其经历了脱水过程。典型地该脱水气体料流的水含量小于50ppm和优选小于7ppm。可以使用任何合适的将该天然气料流脱水的方法。合适的脱水方法典型的实例包括但不限于使用二醇或者甲醇脱水。

作为本文使用的，术语“脱水”指的是预处理原料气体料流来部分地或者完全地除去水和非必要的一些重质烃。这可以依靠预冷却循环来完成，依靠例如外部冷却环管或者冷的内部工艺料流。水也可以依靠用分子筛预处理来除去，例如沸石，或者硅胶或者氧化铝氧化物或者其他干燥剂。水也可以依靠用二醇，单甘醇(MEG)，二甘醇(DEG)，三甘醇(TEG)或者甘油清洗来除去，如本文所述。气体供料料流中的水含量合适地小于1体积％(vol％)，优选小于0.1vol％，更优选小于0.01vol％。

术语“蒸馏”(或者“分馏”)指的是基于组分在规定温度和压力的沸点和蒸气压的差异，将化学组分物理分离成气相和液相的方法。蒸馏典型地在“蒸馏塔”中进行的，其包括一系列垂直间隔的板。供料料流在中点进入蒸馏塔，这将该蒸馏塔分成两个区域。顶部区域可以称作精馏区，和底部区域可以称作汽提区。冷凝和蒸发在每个板上发生，这引起低沸点组分升高到蒸馏塔顶部，和高沸点组分下落到底部。再沸器位于蒸馏塔的底部来增加热能。将“底部”产物从蒸馏塔底部除去。冷凝器位于蒸馏塔顶部来冷凝从蒸馏塔顶部料流出的产物，其称作馏出物。使用回流泵通过将一部分的馏出物泵送回到蒸馏塔中，来保持蒸馏塔的精馏区中的流动。

作为本文使用的，术语“设施”指的是一种系统，其接收来自于地下设施的一种或多种流体料流，例如富溶剂料流等，和将一种或多种单独的流体料流输出到该地下设施，例如贫溶剂料流等。设施作为通用术语来用于包含油和气田收集系统、加工平台系统和井平台系统。

术语“平台上部设施”指的是这样的设施，其高于海表面，例如平台，游艇，FPSO(浮法生产，存储和卸货容器)等。该平台上部设施可以是岸边装置，例如位于离岸气田或者油气田附近。

术语“气体”是与“蒸气”可互换使用的，并且定义为气态物质或者气态物质的混合物，其有别于液态或者固态。同样，术语“液体”表示液态物质或者液态物质的混合物，其有别于气态或者固态。

“烃”是有机化合物，其主要包括氢和碳元素，虽然氮，硫，氧，金属或者任何数目的其他元素可以少量存在。作为本文使用的，烃通常指的是天然气、油或者化学加工设施中存在的组分。

关于流体加工装置，术语“串联”表示两个或者更多个装置沿着流线布置，以使得经历了流体分离的流体料流从装置的一个项目移动到接下来的项目，同时保持在基本上恒定的下游方向上流动。类似地，术语“在线”表示流体混合和分离装置的两个或者更多个部件是依次连接的，或者更优选整合成单个管状装置。类似地，术语“平行”表示料流在两个或者更多个装置中分配，并且一部分的料流流过每个装置。

术语“液体溶剂”指的是基本上液相的流体，其相对于另一组分来说优先吸收一种组分。例如液体溶剂可以优先吸收水，例如二醇，由此从气体料流中除去至少一部分的水。

术语“料流”表示这样的材料，其从第一点例如来源处流到第二点例如加工该料流的装置处。料流可以包括任何相或者材料，但是通常是气体或者液体。料流将在管线或者管道中传送，并且如本文使用的，在此提及管线或者管道时还指的是管线携带的料流，反之亦然。

“天然气”指的是一种多组分气体，其获自原油井或者地下带有气体的岩层。天然气的组成和压力可以非常大的变化。一种典型的天然气料流包含甲烷(CH₄)作为主组分，即，大于50mol％的该天然气料流是甲烷。该天然气料流还可以包含乙烷(C₂H₆)，更高分子量的烃(例如C₃-C₂₀烃)，一种或多种酸性气体(例如CO₂或者H₂S)，或者其任意组合。该天然气还可以包含少量污染物例如水，氮气，硫化铁，蜡，原油或者其任意组合。该天然气料流可以是基本上净化的，来除去会充当毒物的化合物。

“溶剂”指的是这样的物质，其能够至少部分地溶解或者分散一种或多种其他物质，例如来提供或者形成溶液。溶剂可以是极性的、非极性的、中性的、质子的、非质子的等。溶剂可以包括任何合适的元素，分子或者化合物，例如甲醇、乙醇、丙醇、二醇、醚、酮、其他醇、胺、盐溶液、离子液体等。该溶剂可以包括物理溶剂、化学溶剂等。该溶剂可以通过任何合适的机理来操作，例如物理吸收、化学吸收等。

“基本上”当用于表示一定数量或含量的材料或者其具体特性时，指的是这样的量，其足以提供该材料或者特性打算提供的效果。可允许的准确的偏离度在一些情况中会取决于具体上下文。

概述

本发明技术提供使用紧凑的系统来从天然气料流中除去至少一部分的水，该系统可以位于水下系统上，例如井或者井群附近。从天然气料流中除水会降低天然气料流冷却时水合物的形成，降低水合物使得到岸上或者到平台上部设施的管线结垢的机会。水可以通过将天然气料流与溶剂料流在一系列并流接触系统中接触来从天然气料流中除去。

已经开发了紧凑的并流接触分离器加工构造和装置来代替气-液接触塔来用于质量转移和分离。例如参见Cullinane等人的美国专利No.8899557。该并流接触系统的级数(stage)主要由在线装置构成，其直径小于常规的可以设计来经受更高的内压和外压的塔。此外，该在线装置小于常规的压力容器，和因此更适于模块化设计/构建、水下配置、和可收回。在脱水应用中，2-3个串联的并流接触系统可以使用来对气体脱水，来满足流动保证或者销售规格要求。

但是，以前的构造使用了许多装置部件，例如泵，控制器，例如来将半贫溶剂从下游级数循环到上游级数。该装置可以设计来能够在水下配置该紧凑的脱水系统。例如可以除去级间泵和其他装置。

所形成的脱水的天然气料流然后可以传输到地面容器或者送到岸上加工设施。如果存在，H₂S和CO₂可以在地面加工中从天然气中除去。H₂S和CO₂可以通过将天然气与溶剂料流在第二系列的并流接触系统中接触来除去。

用于脱水天然气的系统

图1是一种气体脱水系统100的块形图。该气体脱水系统100可以用于从原料天然气料流102中或者从提升气体料流中除水，如本文所述，来产生脱水的天然气料流104。这可以通过将原料天然气料流102流入接触器106来完成，其可以从原料天然气料流102中除水。该脱水的天然气料流104然后可以作为顶部料流从接触器106流出。

原料天然气料流102可以经由任何合适类型的烃回收操作来获自地下储层108。原料天然气料流102可以包括非吸收性气体例如甲烷。另外，原料天然气料流102可以包括水，以及其他组分例如氮气和酸性气体，包括H₂S和CO₂。例如原料天然气料流102可以包括大约0％-10％的H₂S和大约0％-10％的CO₂，以及烃气体。该天然气中的水浓度取决于储层中的温度和压力，并且对于水存在下产生的天然气来说将处于饱和水平。例如在较高温度时，该天然气的平衡水含量将高于较低温度时。具有H₂S和CO₂的天然气可以保持较高的水浓度。

如图1所示，原料天然气料流102可以在进入气体脱水系统100时流入到入口分离器110中。当进入该入口分离器110时，原料天然气料流102会处于大量的压力下。但是，原料天然气料流102的压力可以相当大的变化，这取决于由其来生产气体产物的地下储层108的特性。例如原料天然气料流102的压力可以是大气压到几千psig。对于天然气处理应用来说，原料天然气料流102的压力可以增大到大约100psig或者大约500psig或者在期望时更大。

入口分离器110可以清洁原料天然气料流102，例如来防止在随后的酸性气体处理过程中液体溶剂发泡。这可以通过将原料天然气料流分离成液相组分和气相组分来完成。该液相组分可以包括重质烃，水，沙子和其他杂质例如盐水，压裂流体和钻井流体。这样的组分可以经由底部管线114从入口分离器110流出，并且可以送到油回收系统116或者其他类型的处理器。气相组分可以包括天然气和一些量的杂质例如酸性气体和水。这样的组分可以作为顶部天然气料流112从入口分离器110流出。

从入口分离器110，该天然气料流112可以流入接触器106。接触器106可以使用干燥剂或者贫溶剂料流118例如液体二醇料流，来吸收天然气料流112中的水。该贫溶剂料流118可以包括不同的干燥剂液体例如三甘醇，或者其他二醇和混合物等其他干燥剂液体。该贫溶剂料流118可以存储在贫溶剂罐120中。高压泵122可以驱使贫溶剂料流118在合适的压力下从贫溶剂罐120进入接触器106。例如高压泵122可以将贫溶剂料流118的压力增大到大约1500psig或者大约2500psig，这取决于原料天然气料流102的压力。

一旦处于接触器106内，则该天然气料流112内的气体向上移动穿过接触器106。典型地，一个或多个塔盘124或者其他内部件提供在接触器106中，来产生用于天然气料流112的间接流路和在气相和液相之间产生界面区域。同时，来自于贫溶剂料流118的液体向下和穿过接触器106中的连续塔盘124移动。塔盘124有助于天然气料流112与贫溶剂料流118的相互作用。

接触器106是基于逆流流动方案来运行的。换言之，天然气料流112在一个方向上引导穿过接触器106，而贫溶剂料流118在相反方向上引导穿过接触器106。在两种流体材料相互作用时，向下流动的贫溶剂料流118吸收了向上流动的天然气料流112中的水来产生脱水的天然气料流104。

离开接触器106，该脱水的天然气料流104可以流过出口分离器126。出口分离器126，也称作洗涤器，可以允许从接触器106所携带的任何液体干燥剂下落到脱水的天然气料流104之外。最终的脱水的天然气料流128可以经由顶部管线130流出该出口分离器126。任何残留液体干燥剂132可以下落穿过底部管线134。

废干燥剂，或者富溶剂料流136可以流出接触器106的底部。该富溶剂料流136可以是二醇溶液，其富含所吸收的水。该富溶剂料流136可以处于相对高的温度例如大约90°F-大约102°F或者更高。气体脱水系统100可以包括溶剂再生系统来再生来自于富溶剂料流136的贫溶剂料流118，如本文进一步描述的。溶剂再生系统包含沿着富溶剂料流136的装置，富溶剂料流136流出接触器106和来自图2所述的该水下分离系统，流过贫溶剂料流118(其返回接触器106和图2所述的该水下分离系统)。

从接触器106，该富溶剂料流136可以在热交换器138内加热，然后流入再生器144(热交换器138可以与再生器144分离或者是其一部分)。该再生器144可以用于再生来自于富溶剂料流136的贫溶剂料流118。再生器144可以是大型的压力容器，或者是互连的一系列压力容器，其在例如大约15psig-大约25psig运行。该再生器可以包括再沸器140，其结合到蒸馏塔142。

富溶剂料流136可以流过蒸馏塔142顶部中的管束146。在水蒸气和废气148经由顶部管线150释放之前，从蒸馏塔142释放的高温水蒸气和废气148可以将富溶剂料流136在它流过管束146时预热。

在蒸馏塔142内预热后，富溶剂料流136可以作为升温溶剂料流152从管束146释放。该升温溶剂料流152可以流入闪蒸鼓154。闪蒸鼓154可以在大约50psig-大约100psig的压力运行，例如对于二醇料流来说。闪蒸鼓154可以具有内部零件，其对于升温溶剂料流152产生了混合效应或者蜿蜒流路。

残留气体156例如甲烷、H₂S和CO₂可以经由顶部管线158闪蒸出闪蒸鼓154。如果与胺接触，在顶部管线158中捕集的残留气体156可以减少到酸性气体含量是大约100ppm。酸性气体的这个浓度可以是足够小的，以使得残留气体156可以作为燃料气体用于气体加工系统100。

另外，升温溶剂料流152中任何所夹带的重质烃例如己烷或者苯可以在闪蒸鼓154内作为密度低于该溶剂例如二醇的液体来分离。所形成的烃料流160可以经由底部管线162流出闪蒸鼓154。

此外，随着闪蒸鼓154中升温溶剂料流152的温度和压力下降，该升温溶剂料流152内的烃分离出来，这产生了部分净化的溶剂料流164。该部分净化的溶剂料流164然后可以从闪蒸鼓154释放。该部分净化的溶剂料流164可以流过过滤器166，例如机械过滤器或者碳过滤器，用于粒子过滤。

所形成的过滤的溶剂料流168然后可以流过热交换器170。在热交换器170内，该过滤的溶剂料流168可以经由与贫溶剂料流118热交换来加热。所形成的高温溶剂料流174可以流入再生器144的蒸馏塔142。在高温溶剂料流174行进穿过蒸馏塔142时，水蒸气和废气148例如H₂S和CO₂可以从该高温溶剂料流174中除去。

该高温溶剂料流174可以流出蒸馏塔142的底部和流入再沸器140。再沸器140可以从高温溶剂料流174中沸腾蒸发掉残留的水蒸气和废气148。所沸腾蒸发掉的组分可以向上行进穿过蒸馏塔142和在顶部管线150中作为水蒸气和废气148被除去。

再生器144还可以包括单独的汽提区域176，其是从再沸器140的液体池供料的。汽提区域176可以包括填料，其促进了进一步的蒸馏，以及干燥汽提气体177，例如来自于水下系统的脱水的天然气，氮气或者其他气体。任何剩余的杂质例如水，H₂S和/或CO₂沸腾蒸发掉和与顶部管线150中的水蒸气和废气148合并。高温溶剂料流174然后可以流入稳压罐178，从这里它可以作为贫溶剂料流118释放。

该再生的贫溶剂料流118可以经由升压泵180从稳压罐178泵送出来。升压泵180可以将贫溶剂料流118增压到例如大约50psig。

贫溶剂料流118然后可以流过热交换器170，在其中贫溶剂料流118可以经由与过滤的溶剂料流168热交换来部分冷却。该贫溶剂料流118可以存储在贫溶剂罐120中。高压泵122然后可以驱使贫溶剂料流118从贫溶剂罐120穿过冷却器182，然后返回接触器106。如本文所述，接触器106可以用一系列的并流接触系统代替，如参见图4A-4C所述。接触器106可以仍然用于地面处，例如来干燥作为提升气体使用的天然气料流。

冷却器182可以冷却贫溶剂料流118来确保在它返回接触器106时二醇将吸收水。例如冷却器182可以将贫溶剂料流118冷却到大约100°F或者125°F。

图1的工艺流程图并非打算表示气体脱水系统100是包括图1所示的全部部件。例如接触器106可以是用于干燥作为提升气体使用的天然气料流的小单元。来自于水下分离器的混合的富溶剂和提升气体料流可以进入入口分离器110来代替原料天然气料流102。该富溶剂料流是从入口分离器110穿过底部管线114除去的，然后可以合并到富溶剂管线136中。闪蒸的气体送到逆流接触器106来代替顶部天然气料流112。可选择地，该混合的富溶剂和提升气体料流可以在闪蒸鼓154中分离。然后，残留气体156送到逆流接触器106来代替顶部天然气料流112。所形成的干燥气体可以用作平台上部设施处的汽提气体料流。

此外，任何数目的另外的部件可以包括在气体脱水系统100内，这取决于具体方案的细节。例如另外的热可以提供到再沸器140来帮助闪蒸掉水。此外，气体脱水系统100可以包括任何合适类型的加热器，冷却器，冷凝器，液体泵，气体压缩机，鼓风机，旁路管线，其他类型的分离和/或分馏装置，阀门，开关，控制器和测压装置，测温装置，水平测量装置或者流量测量装置等。

逆流流动方案例如图1的气体脱水系统100需要相对低的速度来避免原料天然气料流102中夹带向下流动的液体溶剂。此外，相对长的距离对于从原料天然气料流102中分离液滴是有用的。取决于原料天然气料流102的流速，接触器106的直径可以大于15英尺和高度大于100英尺。对于高压应用来说，该容器具有厚的金属壁。因此，逆流接触器容器可以是大型的和非常重的。这通常是不期望的，特别是对于离岸油气回收应用来说更是如此，并且水下应用来说不会是可行的。

目前的科技进步可以使用并流流动方案作为图1所示的接触器106的逆流流动方案的替代选项。该并流流动方案使用了在管道内串联连接的一个或多个并流接触系统。在并流接触系统内天然气料流和液体溶剂可以一起移动，即，并流。该天然气料流和液体溶剂可以通常沿着各自并流接触系统的纵轴一起移动。通常，并流接触器运行时的流体速度可以明显高于逆流接触器。结果，并流接触器倾向于小于逆流接触器(其使用了具有填料或者塔盘的常规塔)。

图2是用于天然气料流脱水的水下系统200的通用块形图，其包括并流流动方案。相同的附图标记与图1所述相同。该系统200可以与图1所述气体脱水系统100一起使用。

系统200可以使用许多并流接触系统(CCCS)202A-202C。湿天然气料流204连续流过接触器，其始于并流接触系统(CCCS)202A，行进穿过CCCS 202B和流过CCCS 202C。湿天然气料流204料流中的一部分水是在每个接触器中除去的，这形成了干燥天然气料流206。

作为本文使用的，干燥天然气是这样的天然气，其包含小于大约50份/百万份体积(ppmv)的残留水蒸气，小于大约20ppmv的残留水蒸气或者小于大约5ppmv的残留水蒸气。残留水蒸气的量可以通过接触时间、贫溶剂料流速或者纯度来控制，或者在本文所述并流接触系统中，通过所用的并流接触器的数目来控制。虽然图2显示了3个CCCS 202A-202C，但是可以使用任何数目，这取决于所期望的最终的干燥。

CCCS 202A-202C每个可以供给来自于再生系统的一部分贫溶剂料流118，如图1所述。该贫溶剂料流118可以分成几部分和以平行方式流过CCCS 202A-202C，因此，将贫溶剂提供到CCCS 202A-202C的每个。在流过CCCS 202A-202C的每个之后，该溶剂合并来形成富溶剂料流136，其可以返回地面来加工。

相反，以前的排列将贫溶剂料流118流入该系列中最终的CCCS 202C，然后在这个实例中将部分贫溶剂料流流回下一个接触器CCCS 202B，然后在这个实例中将部分富料流从CCCS 202B流回第一接触器CCCS 202A。所形成的富溶剂料流然后再生。虽然这种排列可以更有效地使用溶剂，但是泵经常会用于CCCS 202A-202C级数间的溶剂料流来增大压力。包括这些泵使得该系统对于水下使用来说是更有问题的。

在图2中，显示了单个接触器系统208，例如使用图1所示的再生系统。系统200可以包括第二系列的接触器，例如来从富溶剂中除水。该富溶剂料流136可以流过接触器来代替湿天然气料流204。干燥汽提气体将代替贫溶剂料流118来除湿。在这个实例中，该再生将在平台上部设施处发生，和因此干燥汽提气体可以供料到该系列的最后接触器，然后向后供料到在前的接触器，如上所述。系统200可以包括任何数目的另外系列的并流接触系统(图2未示出)。

并流接触系统

图3是并流接触系统(CCCS)300的示意图。并流接触系统300可以提供来分离气体料流内的组分。图3的并流接触系统300可以用于每个CCCS 202A-202C，如涉及图2所述。并流接触系统300可以包括并流接触器302，其在线位于管道304内。并流接触器302可以包括许多部件，其提供了液滴料流与流动气体料流306的有效接触。该液滴料流可以用于从气体料流306中分离杂质例如H₂O，H₂S或者CO₂。

并流接触器302可以包括液滴发生器308和质量转移区域310。如图3所示，气体料流306可以流过管道304和流入液滴发生器308。液体料流312也可以流入液滴发生器308，例如流过结合到液滴发生器308中的流动通道316的空心空间314。液体料流312可以包括任何类型的处理液体例如溶剂，其能够从气体料流306中除去杂质。例如液体料流312可以是贫溶剂料流，其包括选择来从气体料流306中除水的二醇。

从流道316，液体料流312在细液滴穿过注射口318时释放到气体料流306中，然后流入质量转移区域310。这会导致在质量转移区域310内产生处理的气体料流320。该处理的气体料流320可以包括分散在气相中的小液滴。该液滴可以包括来自于气体料流306的杂质，其被吸收或者溶解在液体料流312中。

该处理的气体料流320可以从质量转移区域310流到分离系统322，例如旋风分离器，筛网或者沉降容器。对于用于水下应用来说，更简单的系统可以提供更大的可靠性，和因此可以使用叶片除雾器与沉降容器的组合。优选在线旋风分离器可以用于实现紧凑性和减少的直径的益处。分离系统322从气相中除去了液滴。该液滴可以包括引入了杂质324的初始液体料流，并且气相可以包括净化的气体料流326。该净化的气体料流326可以是脱水的气体料流。

如本文所提及的，图3的并流接触系统300可以对应于图2所示的CCCS 202A-202C之一。因此，如果并流接触系统300对应于CCCS 202A，则气体料流306对应于湿天然气料流204。如果并流接触系统300对应于CCCS 202C，则净化的气体料流326对应于干燥天然气料流206。

图4是水下分离系统400的工艺流程图，其包括许多并流接触系统(CCCS)202A-202C。相同的附图标记是如参考图1-3所述。水下分离系统400可以类似于接触器106，例如参考图1所述，其中每个CCCS 202A-202C充当了床填料。水下分离系统400可以作为参考图2该水下系统200的一部分来使用。在图4所示的示例性排列中，提供了第一CCCS 202A，第二CCCS 202B和第三CCCS 202C。如本文所述，CCCS 202A-202C的数目可以增加或者降低，这取决于天然气料流中的水量、气体料流通过接触器202A-202C的流速和其他因素。

水下分离系统400可以置于海底上，例如紧邻许多气井来允许将来自于气井的供料气体402合并来用于加工。该合并的供料气体404可以供料到分离器406。在分离器406中，水、沙子和其他液体和固体杂质会沉降出来。废物管线408可以用于将它们传输到平台上部设施来用于加工。

从分离器406，湿天然气料流204可以流入第一CCCS 202A。第一CCCS 202A可以产生第一部分净化的气体料流410，其可以从第一CCCS 202A流向第二CCCS 202B。第二CCCS202B然后可以产生第二部分净化的气体料流412，其可以从第二CCCS 202B流向第三CCCS202C。第三CCCS 202C可以产生干燥天然气料流206，其可以传输到岸上或者平台上部设施来进一步加工或销售。

该第一，第二和第三CCCS 202A-202C每个供给有来自于平台上部设施的贫溶剂料流118的贫溶剂。来自于CCCS 202A-202C每个的富溶剂合并，并且该合并的料流，富溶剂料流136返回地面用于除水来再生。该吸收的运行压力典型地远高于再生系统，并且这种压力可以用于驱动富溶剂料流136流向再生系统，如涉及图1所述。

图4显示了一种单独的干燥气体料流414。干燥气体料流414可以用于提供汽提气体料流177，如涉及图1所述，来增强溶剂的再生。此外，来自于干燥气体料流414的一部分干燥气体可以用作燃料，例如在地面为发电机供能，提供热或者二者。

其他管线和单元可以用于在水下应用中提供另外的功能。例如贫溶剂冲洗管线416可以用于在分离器406上游提供贫溶剂。这可以用于冲洗上游管线和分离器，例如在水合物形成的情况中。此外，旁路管线420可以用于将贫溶剂料流118连接到富溶剂料流136。旁路管线420可以允许溶剂在闭井期间过程中流过该管线到水下分离系统400，保持管线不冷却，例如保持溶剂粘度不增加和使得系统更容易启动和再启动。旁路管线420可以位于第一CCCS 202A之前，如所示的，或者可以位于最后的CCCS 202C之后。此外，该系统可以具有多个旁路管线，例如处于CCCS 202A-202C每个的周围。除了旁路管线之外，或者代替旁路管线，当该天然气料流关闭时该溶剂可以持续流过CCCS 202A-202C，这保护了CCCS 202A-202C防止形成水合物。因为来自于井的天然气可以是热的，例如70℃或者更高，因此在脱水方法之前，可以使用热交换器422来将合并的供料气体404与海水热交换来降温，例如降温到25℃或者更低。热交换器422可以位于分离器406上游，以使得任何冷凝水在分离器406中除去，虽然热交换器422可以置于脱水之前的任何位置。此外，热交换器422可以放置在贫溶剂冲洗管线416之后，以使得可以除去所形成的任何水合物。

图5是水下分离系统500的工艺流程图，其包括在富溶剂料流136上的富溶剂返回泵502。相同的附图标记是参考图1-4所述。取决于水下分离系统500的深度，压力差会不足够高来克服富溶剂料流136的垂直柱(vertical column)。因此，富溶剂料流136可以泵送回平台上部设施。富溶剂返回泵502可以通过电功率来驱动，或者可以例如使用涡轮机和另一料流的压力来水力供能，例如贫溶剂料流118或者天然气流，其处于水下分离系统500的上游或者下游。

图6是水下分离系统600的工艺流程图，其包括提升气体料流602。相同的附图标记是参考图1-4所述。取决于水下分离系统600的深度，压力差会不足够高来克服富溶剂料流136的垂直柱。如图6所示，提升气体料流602可以用于帮助返回富溶剂料流136。提升气体料流602可以是干燥天然气料流206的滑流，其合并到富溶剂料流136中来降低富溶剂料流136的有效密度和使其能够向上流动。在启动过程中，提升气体料流602可以从平台上部设施提供。该从地面提供的提升气体可以是干燥天然气料流，或者可以是惰性气体料流例如氮气料流。此外，来自于闭井的天然气可以在启动过程中用作提升气体料流602。这可以是来自于井的天然气，其无需充分脱水，但是这可以是不必需的，因为溶剂将起到抑制任何水合物形成的作用。

如果提升气体用于富溶剂返回中，则该提升气体也可以用作平台上部设施上的运行装置的燃料。当该气体-溶剂混合物到达平台上部设施时，该气体-溶剂混合物的压力减少，并且该混合物在分离器容器例如入口分离器110或者闪蒸鼓154中闪蒸，如涉及图1所述。闪蒸气体然后可以在小接触器例如逆流接触器106中干燥，然后送到燃料气体系统或者用作汽提气体。取决于平台上部设施的燃料气体要求，该提升气体可以提供所需的部分或者全部的燃料。离开闪蒸容器的富溶剂料流136可以使用汽提塔和再沸器再生来产生贫溶剂料流118，如图1所示。如前图中那样，单独的干燥气体管线414可以用于提供补充燃料气体或者汽提气体来提高溶剂的再生。

将理解该水下分离系统不限于图4-6所示的并流接触系统的数目。而是，该分离系统可以包括任何合适数目的并流接触系统，这取决于具体实施方案的细节。此外，水下分离系统内的互连不必如图4-6所示来排列。而是任何合适的变化或者图4-6所示互连的替代选项可以存在于该分离系统中，这取决于具体实施方案的细节。另外，可以进行图4-6所示管线和装置的任意组合。例如，图4所示的旁路管线420或者热交换器422可以用于图5和6所示的实施方案中等。

图7A是接触装置700的前视图。接触装置700可以用于并流接触器内，例如涉及图3的并流接触系统300所述并流接触器302。接触装置700可以是位于管道内的轴向、在线并流接触器。接触装置700的前视图代表了接触装置700的上游视图。

接触装置700可以包括外环形支撑环702，从该环形支撑环702延伸的许多径向叶片704，和中心气体入口锥706。环形支撑环702可以确保接触装置700在线处于管道内。另外，径向叶片704可以为中心气体入口锥706提供支撑。

环形支撑环702可以设计为法兰连接，或者设计为管道内的可去除的或者固定的套管。另外，环形支撑环702可以包括液体供料系统和空心通道，如涉及图7C和7D进一步所述。液体料流可以经由环形支撑环702中的空心通道供料到接触装置700。该空心通道可以允许液体料流沿着接触装置700的周长同等分布。

环形支撑环702内的小液体通道可以为液体料流提供流路来流过径向叶片704内的液体注射口708。液体注射口708可以位于每个径向叶片704的前缘上或者附近。将液体注射口708置于径向叶片704上可以允许液体料流均匀分布于在径向叶片704之间引导的气体料流中。具体地，该液体料流可以通过流过径向叶片704之间的间隙的气体料流来接触，并且可以剪切成小液滴和夹带在气相中。

该气体料流还可以通过气体入口712流入中心气体入口锥706中。中心气体入口锥706可以封闭管道的横截面部分。径向叶片704包括气体出口狭缝710，其允许气体料流从中心气体入口锥706流出。这会在气体料流流过管道时增加气体料流的速度。中心气体入口锥706可以将预定量的气体料流导向径向叶片704上的气体出口狭缝710。

注入穿过径向叶片704的一些液体料流可以作为液体膜沉积在径向叶片704的表面上。当该气体料流流过中心气体入口锥706和导出径向叶片704上的气体出口狭缝710时，该气体料流可以从径向叶片704上吹扫或者吹掉大部分液体膜。这会增强该液体料流在气相中的分散。此外，中心气体入口锥706所产生的对于气体料流流动的阻碍和剪切边缘可以提供具有增加的湍流损耗速率的区域。这会导致产生更小的液滴，其增加了液体料流和气体料流的质量转移速率。

接触装置700的尺寸可以调节，以使得气体料流以高速流动。这可以经由环形支撑环702直径的突然减小或者环形支撑环702直径的逐渐减小来完成。接触装置700的外壁形状可以稍微收缩，终止于气体料流和液体料流排入下游管道的位置处。这会允许剪切和重新夹带任何液体膜(其是从接触装置700除去的)。此外，径向向内的环、凹槽表面或者其他合适的装置可以包括在接触装置700的外直径上靠近这样的位置处，即，气体料流和液体料流排入下游管道的位置处。这可以增加气相中的液体夹带度。

接触装置700的下游端可以排入管道的区域(未示出)。该管道区域可以是管道的直线区域，或者管道的同心膨胀区域。中心气体入口锥706可以以钝头锥或者锥形头锥终止。在其他实施方案中，中心气体入口锥706可以以脊形锥终止，其可以包括沿着该椎体的多个同心脊，其提供了用于产生液滴的多个位置。另外，任何数目的气体出口狭缝710可以提供在锥本身上，来允许从接触装置700除去液体膜。

图7B是接触装置700的侧透视图。相同的附图标记是如涉及图7A所述。如图7B所示，中心气体入口锥706的上游部分可以比环形支撑环702和径向叶片704在上游方向进一步延伸进入管道。中心气体入口锥706的下游部分也可以比环形支撑环702和径向叶片704在下游方向上进一步延伸进入管道。中心气体入口锥706在下游方向上的长度取决于中心气体入口锥706的端部处的锥类型，如涉及图7C和7D进一步所述。

图7C是接触装置700的横截面侧透视图。相同的附图标记是如涉及图7A和7B所述。根据图7C，接触装置700的中心气体入口锥706终止于锥形头锥714。中心气体入口锥706终止于锥形头锥714可以降低接触装置700所引起的管道内的整体压降。

图7D是接触装置700的另一横截面侧透视图。相同的附图标记是如涉及图7A-C所述。根据图7D，接触装置700的中心气体入口锥706终止于钝头锥716。中心气体入口锥706终止于钝头锥716可以促使管道中心中的液滴形成。

将天然气料流脱水的方法

图8是方法800的工艺流程图，其使用并流接触系统来水下脱水天然气料流。方法800可以通过涉及图2，4，5和6的系统200所述的系列的并流接触系统202A-202C来执行。

当贫溶剂料流提供到水下加工单元时，方法800始于块802。在块804处，一部分贫溶剂料流供料到水下加工单元中的许多并流接触系统的每个。

在块806处，湿天然气料流依次与每个并流接触系统中的贫溶剂料流接触，来产生至少部分地脱水的天然气料流和一部分的含水的富溶剂料流。在块808处，来自于每个并流接触系统的富溶剂料流部分合并来形成富溶剂料流。在块810处，将该富溶剂料流送到平台上部设施来用于再生。这可以使用固有压力差、泵或者提升气体系统来进行。

干燥天然气料流可以送到岸上设施来进一步加工，例如CO₂和H₂S可以在岸上设施中从干燥天然气料流中除去。至少一部分的脱水的天然气料流可以送到位于平台上部设施中的加工系统。

图8的工艺流程图并非打算表明方法800的块是以任何具体次序执行的，或者方法800的全部块是在每种情况中都包括的。此外，任何数目的图8未示出的另外的块可以包括在方法800中，这取决于具体实施方案的细节。

本文所述方法、过程和/或功能可以通过适当编程的计算机系统来执行和/或控制。

此外，可以预期的是本文所述不同的实施例的特征可以合并在一起，包括给定实施例提供的一些但不必需全部特征提供。此外，具体实施例的特征不是执行本发明技术进步所必需的。

虽然本发明技术容易进行不同的改变和可选择的形式，但是上述实施例是非限定性的。应当再次理解本发明并非打算限于本文公开的具体实施方案。确实地，本发明包括落入附加的权利要求的真实主旨和范围内的全部选项、改变和等同物。

Claims (36)

1.一种用于天然气料流脱水的水下系统，其包括：

贫溶剂供料系统，其包括来自于平台上部设施的管线，其中该管线配置来分配贫溶剂料流，来平行地将贫溶剂供料到多个并流接触系统的每个；

该多个并流接触系统沿着湿天然气料流串联布置，其中每个并流接触系统配置来将贫溶剂料流与湿天然气料流接触，来从该天然气料流中吸收至少一部分的水来形成干燥天然气料流；和

富溶剂返回系统，其包括管线来将来自于该多个并流接触系统的每个的富溶剂合并，和将富溶剂料流返回该平台上部设施。

2.权利要求1的系统，其包括泵，其配置来帮助富溶剂料流向该平台上部设施流动。

3.权利要求1或者2的系统，其包括提升气体管线，其配置来从来自于水下系统的干燥天然气料流中除去提升气体料流，来帮助富溶剂料流向该平台上部设施流动。

4.权利要求3的系统，其包括：

分离容器，来从富溶剂料流中分离提升气体料流；和

发电机，其是通过燃烧该提升气体料流来供能的。

5.权利要求3的系统，其包括逆流接触器，来在发电机中燃烧提升气体料流之前，干燥该提升气体料流。

6.权利要求1-5任一项的系统，其包括干燥气体管线，其配置来除去到平台上部设施的一部分干燥天然气料流。

7.权利要求6的系统，其中该平台上部设施包含通过燃烧该部分干燥天然气料流来供能的发电机。

8.权利要求1-7任一项的系统，其中该贫溶剂包含二醇。

9.权利要求8的系统，其中该贫溶剂包含三甘醇。

10.权利要求1-9任一项的系统，其包括位于地面容器上的溶剂再生系统。

11.权利要求10的系统，其中该溶剂再生系统包含汽提塔。

12.权利要求10的系统，其中该溶剂再生系统包含第二多个并流接触分离器，其配置来将汽提气体料流与富溶剂料流接触，来形成贫溶剂料流和湿气体料流。

13.权利要求12的系统，其中该汽提气体料流包含来自于该水下系统的一部分干燥天然气料流。

14.权利要求1-13任一项的系统，其包括在分离器上游的贫溶剂冲洗管线，其配置来允许贫溶剂冲洗该分离器来防止或者除去水合物。

15.权利要求1-14任一项的系统，其包括从贫溶剂料流到富溶剂料流的旁路管线，其配置来允许在水下分离系统关闭时，保持溶剂循环。

16.权利要求1-15任一项的系统，其包括多个旁路管线，每个与多个并流接触系统之一紧邻，和每个配置来允许在水下分离系统关闭时，保持溶剂循环。

17.权利要求1-16任一项的系统，其包括在多个并流接触系统上游的热交换器，其配置来降低湿天然气料流的温度。

18.一种用于水下分离天然气料流的水的方法，其包括：

将贫溶剂料流提供到水下加工单元；

将一部分贫溶剂料流供料到多个并流接触系统的每个；

依次地，将湿天然气料流与贫溶剂料流在多个并流接触系统的每个中接触，来产生至少部分脱水的天然气料流和一部分的含有水的富溶剂料流；

将该富溶剂料流的部分合并；和

将该富溶剂料流送到平台上部设施用于再生。

19.权利要求18的方法，其包括将已经至少部分脱水的天然气料流送到岸上设施来进一步加工。

20.权利要求19的方法，其包括在岸上设施中从该天然气料流中除去CO₂和H₂S。

21.权利要求18-20任一项的方法，其包括将已经至少部分脱水的天然气料流送到位于平台上部设施中的加工系统。

22.权利要求18-21任一项的方法，其包括将该富溶剂料流泵送到平台上部设施。

23.权利要求18-22任一项的方法，其包括将提升气体与富溶剂料流合并，来将该富溶剂料流驱使到平台上部设施。

24.权利要求23的方法，其包括在启动过程中从平台上部设施提供提升气体。

25.权利要求23的方法，其包括由关闭井提供提升气体。

26.权利要求23的方法，其包括：

在平台上部设施处从富溶剂料流中分离提升气体；和

燃烧该提升气体来提供动力。

27.权利要求26的方法，其包括在燃烧前干燥该提升气体。

28.权利要求27的方法，其包括将干燥的提升气体用作汽提气体。

29.一种用于湿天然气料流脱水的系统，其包括：

贫溶剂管线，用于将贫溶剂料流提供到水下脱水系统；

该水下脱水系统包含沿着天然气料流串联结合的多个并流接触系统，其中每个并流接触系统配置来将湿天然气料流与一部分贫溶剂料流接触，来产生至少部分脱水的天然气料流和含水的富溶剂料流；

富溶剂管线，其配置来将富溶剂料流合并成单个富溶剂料流和将该单个富溶剂料流返回平台上部设施；和

处于平台上部设施处的再生系统，其配置来再生贫溶剂料流。

30.权利要求29的系统，其包括第二系列的并流接触系统，其配置来将富溶剂料流与汽提气体接触来再生该贫溶剂料流和产生含水和汽提气体的废气体料流。

31.权利要求30的系统，其中该汽提气体包含来自于水下分离系统的干燥天然气料流。

32.权利要求29-31任一项的系统，其中该多个并流接触系统的每个包括：

在线位于管道内的并流接触器，该并流接触器包括：

接触装置，其包括：

环形支撑环，其配置来将接触装置保持在管道内；

多个径向叶片，其配置来允许液体料流流入该接触装置；

和

中心气体入口锥，其配置来允许气体料流流过接触装置中的空心区域；和

质量转移区域，其位于接触装置下游；

其中该接触装置和该质量转移区域提供来将由液体料流形成的液滴有效引入该气体料流中；和

分离系统，其配置来从气体料流中除去液滴。

33.权利要求32的系统，其中该分离系统包含旋风分离器。

34.权利要求32的系统，其中该中心气体入口锥的下游部分包含钝头锥。

35.权利要求32的系统，其中该中心气体入口锥的下游部分包含锥形头锥。

36.权利要求29的系统，其中该贫溶剂料流包含三甘醇(TEG)。