海下电能生成系统的制作方法

本发明涉及利用从产生储层产生的流体的动能和压力能来产生和分配海下(subsea)电能的。

背景技术：

1、在被称为盐下(pre-salt)的区域中石油和天然气的大量储量的出现已经改变了巴西的石油和天然气部门，将该国家定位在全球烃储量方面的相关位置。

2、然而，这些油气储量的开发涉及克服若干技术、经济、后勤和环境挑战。一些最大的挑战涉及减少每桶生产石油的co2当量排放，减少资本成本(capex，资本支出)和运营成本(opex，运营支出)，以及最大化石油生产，主要在具有高气油比(gor)和高co2含量的油田和勘探区块中。

3、在具有高gor和co2含量的油田的情况下，使用常规处理分离co2和处理天然气已变得不太有效且成本更高，导致需要更复杂的布置和处理，并因此导致高成本，特别是相对于天然气处理厂的规模来说。在这些布置中，固定生产单元(spu)的天然气处理能力通常取决于co2的浓度和gor，其为增加油处理能力的限制因素。

4、在这种情况下，海下处理和再加压系统(气体和/或水)的使用具有消除瓶颈和/或增加石油产量的巨大潜力。

5、例如，专利br 102014002291-0b1中描述的高压重力分离技术使得可以显著降低到达spu的油流的gor，这不仅意味着气体处理厂的规模和复杂性的降低，而且还允许石油生产平台延长更长的时间段并且提高烃采收率。

6、然而，在当前的情况下，海下分离和再加压系统的实施需要固定生产单元(spu)的电能生成能力的增加，结果是对ggei(温室气体排放清单(greenhouse gas emissionsinventory))的负面影响以及用于生成电能的重量和面积的额外增加。

7、另外，值得强调的是，当前spu设计不具有足够的灵活性来适应扩展电能生成所必需的修改。

8、因此，已经寻求用于生成和分配具有高能量强度的海下能量的解决方案，优选地来自非间歇源，并且其允许减少每生产一桶石油的co2当量排放，这能够为海下处理和再加压(升压)站/系统提供安全、经济吸引力和低环境影响的未来设计。

9、现有技术

10、在现有技术中，存在用于基于来自波浪运动、海流和液压运动的能量到电能的转换而生成电能的系统、方法和设备。然而，这些用于生成电能的解决方案通常受到间歇性和/或季节性影响。

11、专利文献us 8779614b2提出了使用来自与石油生产相关的流体的动能来产生电能，提出了一种用于将来自spu的流体流(例如：化学注入)转换为电能或液压能以用于海下条件的系统和方法。

12、文献us20090151954a1又描述了一种用于向海下支承装备供应能量的系统和方法。具体地，可以通过将流体的至少一部分从井生产系统转向到海下支承装备的单元来提供能量，其可以在海床附近、海床或钻探泥浆的线路上被处理。井生产系统可包括但不限于注水系统、气升系统或它们的组合。

13、文献us 7224080b2限定了一种用于捕获自由或残余能量(例如，热能、地热能、加压地下能量、风能、波能、太阳能或其它自由气体或液体、废物或低成本能量源)的海下能量系统，然后在自由或残余能量供应不充足、不可用或需求需要比稳态下提供的输出更大的输出的时段期间，自由或残余能量可以被转换和/或存储以向海下服务或设备提供动力。海下能量系统可以包括：用于收集自由能或废能的一个或多个能量捕获设备(例如涡轮机和/或热电发电机)以及燃料电池、氧气和氢气电解器、存储容器等。

14、美国专利6998724b2公开了一种用于从海下装置产生电能的系统，该海下装置包括至少一个流线，其中该系统包括操作地连接到流线(注入或生产线)的涡轮机，其中通过涡轮机的流产生电能。

15、美国专利5839508b2提出了一种连接到生产管柱的电能产生装置。该装置被横向地容纳于生产管柱，并且使流的一部分转向以使用涡轮机产生电能。

16、文献wo 2007055594a1公开了一种用于外部启动海下能量系统的装置。该海下能量系统包括从上部电源供电的海下主能量分配板、控制海下主能量分配板的至少一个主能量分配板控制模块、至少一个海下辅助能量分配板以及控制所述辅助能量分配板的分配板控制模块。该海下能量系统还包括连接到外部能量源的至少一个关键开关控制模块，所述关键开关控制模块可操作以控制主能量开关和/或辅助能量开关以执行匹配。

17、文献us20130286549a1又公开了一种用于耦合海下电能的系统和方法。该系统包括具有至少一个模块化海下断路器组件的海下配电系统。该模块化断路器包括容纳母线(bus)的母线壳体。在一个实施例中，母线壳体用六氟化硫(sf6)气体加压。容纳海下断路器的至少一个断路器壳体被附接到母线壳体。母线壳体的内部可以相对于断路器壳体的内部被密封。断路器壳体可以用sf6气体加压。

18、文献us20140130498a1公开了一种利用地热能和燃烧能来产生能量的系统。该系统包括与包含第一温度的原生含甲烷溶液的地下储层连通的注入井、与储层连通的生产井、以低于第一温度的第二温度将非水基工作流体供应至注入井的供应系统，其中工作流体暴露于原生流体导致一部分甲烷从溶液中析出以形成至少一部分工作流体和甲烷部分的生产流体，并且暴露于第一温度将生产流体加热至高于第二温度的第三温度，其中加热的生产流体进入生产井以及与生产井连通的能量回收装置，以将生产流体中的能量转换为电、热或其组合。

19、文献wo 2019012266a1描述了一种流体流量控制阀，其被构造成向主流体流提供次级流体的逆流，以便利用管道网络来稳定或调节湍流和压力变化。该阀可特别应用于油气生产系统中，并且减少或消除使用立管进行竖直流体输送的流线中的段塞流(slug)。

20、通常，在现有技术中报告的工作涉及产生海下能量，通常使用专门设计成利用海流、波浪、潮汐等的涡轮机。通过波浪和潮汐产生电能的潜力取决于诸如例如波浪长度、波浪速度、相位、方向等之类的条件，并且由于气候问题、潮汐周期等导致的维持规则的能量供应的困难，通常是间歇性的和/或季节性的。

21、另一方面，海下处理和再加压系统需要恒定且规则的电能供应。

22、另外，浪费了一部分源自具有高压、高生产率指数、高gor和不同co2浓度的储层中流体的压力和动能，例如在盐下中发现的那些。

23、专利申请br 102021020136-3提出了一种通过利用来自储层的烃流的压力和动能来产生海下电能的系统，其中从储层生产的流体可以处于多相条件，其中至少一相处于超临界或临界条件，带有处于密相的气流以及至少一种不可混溶液体。

24、该系统通过包括均流器(flow homogenizer)、多级高差压转子动力型涡轮机、转换器和/或电力变压器的装置来实现。

25、然而，申请br102021020136-3没有给出一种解决方案，即，其允许通过利用现场生产系统和/或连接到spu的生产区的海下装置，以非间歇的方式管理、集中和/或创建发电和配电网，以最大化海下电能的生产(增加的安装电力)。

技术实现思路

1、根据优选实施例，本发明限定了一种海下电能生成系统，其包括：一个或多个转子动力电能生成系统，其包括一组转动装备；至少一个中央电能分配站；至少一个静态或动态式流型均匀化/整流设备，其中来自一个或多个生产储层的流量被送到至少一个歧管，所述至少一个歧管然后对一个或多个转子动力电能生成系统进行供给。

2、从本发明的详细描述中将变得明显的是，本发明以创新的方式提出了一种用于生成/分配海下电能的海下系统，其利用了在生产过程中、在生产储层中自然可获得的部分能量，以生成供应用于接近或远离该生成和分配中心的海下流体的处理和再加压系统的需求所必需的电能。

3、简言之，本发明的目的在于实现一种用于基于对来自生产储层的烃流的压力和动能的使用，通过能量生成/分配中心来生成具有高能量强度和低碳含量的非间歇海下电能的解决方案。

4、具有高压力、高生产率指数、高gor和各种co2浓度的生产储层，例如在盐下中发现的那些，提供了用于这些能量生成中心的合适条件，因为它们通常在生产过程中浪费流体的部分能量。

5、因此，本发明的提议设法利用通常在生产过程中被浪费的这种能量来生成电能，以便为靠近或远离电能生成中心的海下处理和再加压系统提供动力。

6、关于本发明的优点，除了利用当前浪费的自然能源之外，海下电能生成中心还有助于减少对通过化石燃料的能量生成的依赖(结果是从ggei减少)；换句话说，其允许每桶生产的油的co2当量排放的减少。此外，本发明还具有减少spu的能量生成部分的重量、复杂性和空间的潜力，并且可以被认为是非间歇的、高能量强度源。鉴于本公开，本发明具有有助于实现未来碳中和目标并且增加使用海下分离系统的设计的经济吸引力的潜力。