海上天然氣生產(chǎn)平臺(tái)水循環(huán)調(diào)試方案優(yōu)化

海上天然氣生產(chǎn)平臺(tái)水循環(huán)調(diào)試方案優(yōu)化

王騰飛1，張宏彬2，廖 強(qiáng)2，范瀝元3，張衛(wèi)濤2

（1. 海洋石油工程（珠海）有限公司，廣東珠海 519055；2. 海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520；3. 海洋石油工程股份有限公司，山東青島 266520）

摘 要：海洋石油生產(chǎn)平臺(tái)在建造階段需要進(jìn)行生產(chǎn)系統(tǒng)水循環(huán)調(diào)試，模擬正常的生產(chǎn)流程以檢驗(yàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的完整性和功能性，對(duì)于天然氣田的生產(chǎn)平臺(tái)，其生產(chǎn)系統(tǒng)壓力高，同時(shí)存在氣液兩相，使得水循環(huán)試驗(yàn)條件苛刻，技術(shù)要求高。基于天然氣平臺(tái)生產(chǎn)系統(tǒng)水循環(huán)調(diào)試的安全性、可行性和經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐——以麗水36-1CEP天然氣生產(chǎn)平臺(tái)生產(chǎn)系統(tǒng)的水循環(huán)流程模擬調(diào)試優(yōu)化為例，從臨時(shí)管線連接方式、氮?dú)饧幼⒎桨负蛢x表功能測(cè)試方案三個(gè)方面提出最優(yōu)化調(diào)試方案，以期對(duì)此類(lèi)調(diào)試工作產(chǎn)生指導(dǎo)和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：海上天然氣生產(chǎn)平臺(tái)；水循環(huán)調(diào)試；優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TE934

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2015.02.102

文章編號(hào)：1008-2336（2015）02-0102-05

收稿日期：2014-03-24；

作者簡(jiǎn)介：第一王騰飛，男，1985年生，工程師，學(xué)士，從事海洋石油工程項(xiàng)目工程師工作。E-mail：wangtf@mail.cooec.com.cn。

改回日期：2014-05-05

Optimization of Debugging Scenario for Water Cycle for Offshore Natural Gas Production Platform

WANG Tengfei1, ZHANG Hongbin2, LIAO Qiang2, FAN Liyuan3, ZHANG Weitao2

（1. Offshore Oil Engineering（ Zhuhai） Co. Ltd., Zhuhai Guangdong 519055, China; 2. Offshore Oil Engineering(Qingdao)Co. Ltd., Qingdao Shandong 266520, China; 3. Offshore Oil Engineering Co. Ltd., Qingdao Shandong 266520, China）

Abstract:It is required to conduct debugging on water cycle in offshore production system during the stage of platform construction and to simulate normal production process in order to verify the integrity and function of the offshore oil production system. In the production platform in nature gas field, the pressure in production system is high, and there exist gas-liquid two-phase at same time. Therefore, the condition for debugging on water cycle system is very harsh, and technical requirements are very high. From the point of safety, feasibility and economic of debugging on water cycle system in nature gas production platform, field practice has been conducted in simulation of water cycle debugging on in offshore production system in Lishui 36-1 CEP nature gas production platform. The debugging scenarios have been optimized from the connection way of temporary pipes, adding scenarios of nitrogen and testing scenarios on instruments function. It is expected that this can provide a guidance and reference for debugging on water cycle in this type of offshore oil production system.

Keywords:offshore natural gas production platform; debugging on water cycle; optimization

海洋石油生產(chǎn)平臺(tái)在建造調(diào)試階段，根據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)要求會(huì)進(jìn)行水循環(huán)模擬調(diào)試，水循環(huán)模擬調(diào)試是用水、壓縮空氣或氮?dú)饽M井產(chǎn)流體、由壓力源向流程輸入壓力，投入盡可能多的流程設(shè)備和儀表，建立與正常操作時(shí)盡量相同的壓力、溫度、流量，模擬正常生產(chǎn)，并在水循環(huán)過(guò)程中，對(duì)控制儀表和關(guān)斷系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試[1]。

一般情況下，工藝生產(chǎn)系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)、原油處理系統(tǒng)、原油外輸系統(tǒng)、注水系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行水循環(huán)試驗(yàn)[2]。對(duì)于海上油田生產(chǎn)平臺(tái)，原油處理

系統(tǒng)壓力一般在0.5～1 MPa，系統(tǒng)中各處理罐內(nèi)以液相為主，氣相比例很小，水循環(huán)模擬調(diào)試危險(xiǎn)性低，難度較小。而對(duì)于海上氣田生產(chǎn)平臺(tái)，天然氣系統(tǒng)壓力一般在5 MPa以上，系統(tǒng)中各處理罐內(nèi)以氣相為主，液相占一定比例，水循環(huán)模擬調(diào)試危險(xiǎn)性高，難度較大[3，4]。

本文以麗水36-1CEP天然氣生產(chǎn)平臺(tái)為實(shí)例，以詳細(xì)設(shè)計(jì)的調(diào)試大綱為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，進(jìn)行優(yōu)化分析，制定可行、安全、經(jīng)濟(jì)的水循環(huán)模擬調(diào)試方案。

1　水循環(huán)流程介紹

麗水36-1CEP天然氣生產(chǎn)平臺(tái)生產(chǎn)系統(tǒng)的水循環(huán)流程示意如圖1所示。

水循環(huán)操作過(guò)程是分別向閉排罐、生產(chǎn)分離器、測(cè)試分離器注淡水至正常操作液位，然后向開(kāi)排罐注入淡水建立一定的液位，開(kāi)啟開(kāi)排泵，將淡水泵入閉排罐。當(dāng)閉排罐液位上升到一定液位時(shí)，閉排泵自動(dòng)啟動(dòng)，閉排罐中的流體經(jīng)閉排泵增壓進(jìn)入測(cè)試管匯、測(cè)試分離器、生產(chǎn)分離器、凝析油過(guò)濾器、凝析油聚結(jié)分離器、清管球發(fā)射器，通過(guò)閉排管線進(jìn)入閉排罐，形成循環(huán)。

根據(jù)設(shè)計(jì)文件P&ID，水循環(huán)內(nèi)各罐體和泵出口的最高操作壓力分別為：閉排罐400 kPa；閉排泵7 850 kPa，測(cè)試管匯7 650 kPa，測(cè)試分離器7 650 kPa，生產(chǎn)分離器7 550 kPa，凝析油過(guò)濾器7 550 kPa，凝析油聚結(jié)分離器7 450 kPa，清管球發(fā)射器7 300 kPa。

2　水循環(huán)調(diào)試優(yōu)化

2.1 優(yōu)化臨時(shí)管線連接方式

如圖1中所示，若要形成封閉循環(huán)，需要從閉排泵出口連接一根臨時(shí)管線至測(cè)試管匯，此臨時(shí)管線最高要承受7 850 kPa的壓力，因此必須考慮臨時(shí)管線的連接方法、管線及管件的材質(zhì)、安全性、穩(wěn)固性和經(jīng)濟(jì)性[5]。

通過(guò)查閱設(shè)計(jì)資料和現(xiàn)場(chǎng)勘查，發(fā)現(xiàn)閉排泵和測(cè)試管匯不在同一層甲板，各設(shè)備所在甲板位置如圖2所示，如果從閉排泵出口直接連接臨時(shí)管線至測(cè)試管匯，需要穿甲板，所需臨時(shí)管線長(zhǎng)度約25 m，預(yù)制和安裝臨時(shí)管線的工作量較大。

正式生產(chǎn)過(guò)程中，閉排罐的油相經(jīng)閉排泵注入生產(chǎn)分離器加工分離，而生產(chǎn)分離器與測(cè)試管匯在同一層甲板且距離較近，則考慮利用閉排泵至生產(chǎn)分離器的正式工藝管線，減少臨時(shí)管線連接長(zhǎng)度和工作量。如圖2所示，從閉排泵至生產(chǎn)分離器的入口管線處拆掉一個(gè)閥門(mén)，生產(chǎn)分離器管口端用盲板封堵，工藝管線管口端用彎頭換向，連接至測(cè)試管匯，形成封閉循環(huán)，此優(yōu)化方案臨時(shí)管線僅需約7 m，管件需求也相應(yīng)減少，并大大

降低管線加工與安裝工作量，并提高了安全性。

圖1　水循環(huán)流程示意圖

優(yōu)化前與優(yōu)化后需求對(duì)比見(jiàn)表1。

圖2　水循環(huán)流程優(yōu)化后示意圖

表1　水循環(huán)臨時(shí)管線優(yōu)化前后需求對(duì)比

2.2 論證及優(yōu)化氮?dú)饧幼⒎桨?/p>

依照調(diào)試大綱要求，在測(cè)試分離器和生產(chǎn)分離器上部空間加注氮?dú)庵磷罡卟僮鲏毫Γ越⒄麄€(gè)循環(huán)系統(tǒng)的壓力，模擬天然氣生產(chǎn)。經(jīng)計(jì)算，測(cè)試分離器需要7 650 kPa的氮?dú)?.853 m3，生產(chǎn)分離器需要7 550 kPa的氮?dú)?2.870 m3。氮?dú)庠从袃煞N提供方式，一種是常見(jiàn)的氮?dú)馄?，每瓶?guī)格為40 L、13 500 kPa，通過(guò)減壓閥、高壓軟管等連接氮?dú)馄颗c被加注容器，另一種是液氮，需通過(guò)專(zhuān)業(yè)設(shè)備氣化后，再由泵加壓注入。選擇何種方式進(jìn)行本次水循環(huán)調(diào)試氮?dú)饧幼?，論證和優(yōu)化選擇過(guò)程如下。

（1）選用氮?dú)馄浚?/p>

假定氮?dú)庾⑷脒^(guò)程符合理想氣體狀態(tài)，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程：

式中：p瓶為氮?dú)馄繗怏w壓力，kPa；V瓶為氮?dú)馄矿w積，m3；p罐為罐體的壓力，kPa；V氣為罐體中氣體的體積，m3；n為氮?dú)馄康臄?shù)量，個(gè)。

可疊代計(jì)算出如選用氮?dú)馄?，測(cè)試分離器加注一次需氮?dú)馄?7個(gè)，生產(chǎn)分離器加注一次需氮?dú)馄?00個(gè)，由于氣體為非理想狀態(tài)，加之過(guò)程中微量損耗，綜合考慮一次加注兩個(gè)分離器需氮?dú)馄考s300個(gè)。

（2）選用液氮：

液氮?dú)饣癁榈獨(dú)獗燃s為1∶700，即1 m3的液氮可以氣化為700 m3的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（約100 kPa）氮?dú)?，同樣將此過(guò)程視為理想氣體狀態(tài)，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程轉(zhuǎn)化公式：

式中：p標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，kPa；V液為液氮體積，m3；p罐為罐體的壓力，kPa；V罐為罐體中氣體體積，m3。

經(jīng)計(jì)算可得出測(cè)試分離器加注一次液氮約需0.53 m3，生產(chǎn)分離器加注一次液氮約需1.39 m3，加上氮?dú)獗?、管線內(nèi)氣體置換和微量損耗，則一次加注兩個(gè)分離器需液氮約2.5 m3。液氮裝載于槽罐中運(yùn)輸，一般槽罐體積大于6 m3，因此一個(gè)槽罐液氮可加注2次以上。

根據(jù)基礎(chǔ)計(jì)算，進(jìn)行兩種氮?dú)饧幼⒎绞降膬?yōu)劣勢(shì)比較，如表2所示。

表2　氮?dú)饧幼⒎绞絻?yōu)劣勢(shì)對(duì)比

因此，綜合安全、經(jīng)濟(jì)、工期、空間因素，選擇液氮作為注入氣源進(jìn)行水循環(huán)調(diào)試為最佳方案。

2.3 優(yōu)化儀表功能測(cè)試方案

儀表功能測(cè)試是通過(guò)水循環(huán)調(diào)試，檢測(cè)罐體上的液位計(jì)、液位報(bào)警計(jì)、液位高度與液位調(diào)節(jié)閥開(kāi)關(guān)及泵啟停之間的控制邏輯。

在詳細(xì)設(shè)計(jì)的調(diào)試大綱中，儀表功能測(cè)試的主要過(guò)程為（以測(cè)試分離器為例）：

（1）檢測(cè)流程中各閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，確保與流程圖一致。

（2）旁通一些影響調(diào)試流程的信號(hào)，如SDV關(guān)斷閥關(guān)斷、部分液位計(jì)等。

（3）連接注水軟管。

（4）向罐內(nèi)的水室注入淡水，至罐體的水室液位報(bào)警計(jì)低低液位報(bào)警線上停止，恢復(fù)水室液位報(bào)警計(jì)信號(hào)，通過(guò)罐體的閉排管線手動(dòng)排水調(diào)整液位，檢查并調(diào)試水室液位報(bào)警計(jì)。

（5）水室液位報(bào)警計(jì)調(diào)試完成后，繼續(xù)注水，罐內(nèi)液位上升并溢過(guò)油堰板，直至液位高過(guò)油室液位計(jì)低低油位報(bào)警線停止，恢復(fù)油室液位報(bào)警計(jì)信號(hào)，通過(guò)罐體的閉排管線手動(dòng)排水調(diào)整油室液位，檢查并調(diào)試油室液位報(bào)警計(jì)。

（6）油室液位報(bào)警計(jì)調(diào)試完成后，關(guān)閉油室輸出管線液位控制閥前端的出口閥門(mén)，繼續(xù)注水，當(dāng)罐內(nèi)液位上升至水室液位控制閥開(kāi)啟設(shè)定值后停止，恢復(fù)水室液位控制計(jì)及液位控制閥信號(hào)，檢查并調(diào)試水室液位控制計(jì)和控制閥。

（7）水室液位控制計(jì)和控制閥調(diào)試完成后，關(guān)閉水室輸出管線液位控制閥前端的出口閥門(mén)，繼續(xù)注水，當(dāng)罐內(nèi)液位上升至油室液位控制閥開(kāi)啟設(shè)定值后停止，恢復(fù)油室液位控制計(jì)及液位控制閥信號(hào)，檢查并調(diào)試油室液位控制計(jì)和控制閥。

由以上步驟可以看出，如果要完成液位計(jì)、液位報(bào)警計(jì)、液位控制計(jì)、液位控制閥的調(diào)試工作，需要反復(fù)向罐體注入和排放淡水，而且根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，這些儀表在安裝后總會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，包括儀表本身以及與中控的連接和通訊控制。因此為了完成某個(gè)儀表的調(diào)試，在逐項(xiàng)解決問(wèn)題的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)多次反復(fù)向罐體注入及排放淡水情況，在罐體比較大的情況下，從而造成淡水需求多，加注和排放時(shí)間長(zhǎng)，工期延長(zhǎng)，工作量大。另外，以上測(cè)試過(guò)程沒(méi)有液位控制計(jì)和報(bào)警計(jì)的高液位、高高液位報(bào)警測(cè)試，而為實(shí)現(xiàn)儀表功能測(cè)試的完整性，高液位、高高液位報(bào)警測(cè)試是必要的，如果通過(guò)向罐體注入和排放淡水進(jìn)行測(cè)試，將增加淡水需求量以及調(diào)試工作量。

在液位計(jì)類(lèi)儀表計(jì)量標(biāo)定時(shí)，計(jì)量工程師將液體直接注入液位柱里，通過(guò)排放和注入液體完成液位計(jì)類(lèi)儀表計(jì)量標(biāo)定，簡(jiǎn)單快捷、液體用量少。由此過(guò)程，調(diào)試工程師聯(lián)想運(yùn)用，優(yōu)化水循環(huán)過(guò)程中液位計(jì)類(lèi)儀表調(diào)試，具體優(yōu)化措施為：

（1）關(guān)閉罐體與液位計(jì)聯(lián)通閥門(mén)，直接從液位計(jì)的液位柱頂部向里加注淡水，底部泄放閥門(mén)排放淡水。

（2）通過(guò)液位柱加注和排放淡水，測(cè)試液位計(jì)、液位報(bào)警計(jì)、液位控制計(jì)的功能，包括液位高度值顯示、低低液位報(bào)警、低液位報(bào)警、高液位報(bào)警、高高液位報(bào)警，并完成液位控制計(jì)與液位控制閥開(kāi)關(guān)和泵啟停的邏輯測(cè)試。

（3）確定所有儀表功能正常后，再按調(diào)試大綱要求，逐項(xiàng)完成各儀表功能測(cè)試，確保一次通過(guò)，以此減少水資源需求和所需人工工時(shí)。

通過(guò)以上優(yōu)化，避免反復(fù)向罐體注入和向外

排放淡水，可快捷解決所有儀表本身、與中控的連接和通訊控制問(wèn)題，從而節(jié)約大量淡水，并縮短了工期和工作量。

3　總結(jié)

由于海洋石油生產(chǎn)平臺(tái)建造方案和進(jìn)度限制，大部分海上天然氣生產(chǎn)平臺(tái)的水循環(huán)調(diào)試都在海上安裝完成后進(jìn)行，麗水36-1CEP水循環(huán)調(diào)試同樣如此。因調(diào)試過(guò)程中涉及動(dòng)態(tài)高壓作業(yè)，根據(jù)安全要求，調(diào)試過(guò)程中相關(guān)區(qū)域禁止交叉施工作業(yè)，此次水循環(huán)調(diào)試作業(yè)面幾乎占據(jù)所有下甲板和中甲板，而且海上施工階段，資源獲取的成本和各方面施工成本都遠(yuǎn)高于陸地，所以盡量縮短工期將帶來(lái)海上生活、資源、設(shè)備及船舶等其他各方面一系列的連環(huán)經(jīng)濟(jì)效益。

通過(guò)臨時(shí)管線連接方案優(yōu)化，節(jié)約了管線、管件等材料；通過(guò)氮?dú)饧幼⒎桨高x擇優(yōu)化，提高了安全性、可實(shí)施性并縮短了工期；通過(guò)儀表功能測(cè)試方案優(yōu)化，節(jié)約了水資源并縮短了工期。最后在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試實(shí)施過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約材料和資源、縮短工期的目的，達(dá)到了優(yōu)化方案的預(yù)期。

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