南?！伴_拓號(hào)”FPSO替代南?！皧^進(jìn)號(hào)”FPSO生產(chǎn)工藝系統(tǒng)適應(yīng)性改造的可行性分析

王 棟 劉建華 時(shí)曉華 龔玉林

（中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)深圳分公司廣東深圳518067）

南海“開拓號(hào)”FPSO替代南?！皧^進(jìn)號(hào)”FPSO生產(chǎn)工藝系統(tǒng)適應(yīng)性改造的可行性分析

王 棟 劉建華 時(shí)曉華 龔玉林

（中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)深圳分公司廣東深圳518067）

根據(jù)文昌油田的油品、天然氣組分等分析和奮進(jìn)號(hào)FPSO生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計(jì)要求，對(duì)開拓號(hào)FPSO的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)替代方案的可行性進(jìn)行分析，提出該系統(tǒng)適應(yīng)性改造方案，以滿足替代奮進(jìn)號(hào)FPSO生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的生產(chǎn)要求。內(nèi)容包括：原油處理系統(tǒng)、天然氣處理系統(tǒng)和生產(chǎn)水處理系統(tǒng)三部分。

FPSO；油氣水三相分離器；水力旋流器；原油增壓泵

文昌13-1/13-2油田的“南海奮進(jìn)號(hào)”油輪計(jì)劃2014年塢修，為了保持油田生產(chǎn)的持續(xù)性和減少FPSO油輪塢修期間的原油生產(chǎn)產(chǎn)能，文昌作業(yè)公司和采油服務(wù)公司擬選用“開拓號(hào)”FPSO替代“南海奮進(jìn)號(hào)”，替代時(shí)約6個(gè)月。

1 原油處理系統(tǒng)

1.1 文昌油田油、氣組分分析上述油氣組分分析結(jié)果：

1.1.1 天然氣組分的氣樣取自WC13-1/2油田的氣體滌氣罐的進(jìn)口氣樣。此氣樣是原油溫定出口的氣樣，但冷凝溫度要降低至9℃時(shí)，才有液相冷凝析出，露點(diǎn)顯得偏低。

1.1.2 原油餾分的油樣品欠飽和。在常壓下要加熱到137.4℃或在穩(wěn)定壓力為140 kPa時(shí)，要加熱到154.1℃時(shí)才有氣體分離出來。通常在此壓力下的溫度加熱溫度在80℃左右。

1.1.3 用氣樣對(duì)原油餾分進(jìn)行飽和處理，得到在穩(wěn)定壓力為140kPa，溫度在68℃時(shí)的油品飽和蒸汽壓為85kPa（溫度為55℃）的溫定原油。

1.2 奮進(jìn)號(hào)FPSO原油處理系統(tǒng)

奮進(jìn)號(hào)FPSO原油處理系統(tǒng)是將生產(chǎn)井采出的井流經(jīng)處理除去伴生氣和水，使原油中的含水低于0.5%（重量比），并使其充分穩(wěn)定，達(dá)到在55℃時(shí)的真實(shí)蒸汽壓（TVP）為70kPa~90kPa。本系統(tǒng)包括三臺(tái)并聯(lián)的一級(jí)分離器FPSO-V-2201A/B/C，二臺(tái)并聯(lián)的50%原油加熱器FPSO-H-2201A/B，一個(gè)二級(jí)分離器FPSO-V-2202和二臺(tái)并聯(lián)（每臺(tái)50%）的原油冷卻器FPSO-E-2201A/B。

該系統(tǒng)的處理過程是將從海底管線輸送的油流進(jìn)入到一級(jí)分離器，經(jīng)過分離處理使原油含水不超過0.5%，生產(chǎn)水含油不超過1000ppm,氣中大于10μm以上的液體90%以上被除去，該氣體進(jìn)入燃?xì)庀到y(tǒng)進(jìn)行處理，主要用于發(fā)電系統(tǒng)和熱介質(zhì)系統(tǒng)。原油經(jīng)加熱器加熱至82℃后進(jìn)入到二級(jí)分離器中穩(wěn)定，分離出少量的水。氣體中大于10μm的液體90%以上被除去，使原油滿足T.V.P要求。穩(wěn)定后的原油經(jīng)過冷卻器冷卻至55℃，然后進(jìn)入FPSO儲(chǔ)油艙。為更好地達(dá)到分離效果，可向系統(tǒng)中注入破乳劑和消泡劑。流程如圖1所示。

表1 天然氣組分氣相色譜分析數(shù)據(jù)

表2 原油餾分

圖1 奮進(jìn)號(hào)FPSO原油處理系統(tǒng)流程圖

奮進(jìn)號(hào)流程特點(diǎn)：

一級(jí)分離——加熱——二級(jí)分離穩(wěn)定——冷卻——進(jìn)儲(chǔ)油艙

1.3 “開拓號(hào)”原油處理系統(tǒng)

“開拓號(hào)”原油處理系統(tǒng)有兩個(gè)處理系列，分別接收和處理經(jīng)XJ24-3和XJ30-2海管來的流體.包括：二級(jí)分離器—原油進(jìn)料泵—脫水罐—脫鹽罐—計(jì)量流量計(jì)和原油冷卻器。經(jīng)處理后的合格油品（含水小于0.5%，含鹽小于20lb/1000bbl）進(jìn)油艙儲(chǔ)存。如圖2所示。

圖2 “開拓號(hào)”原油處理系統(tǒng)圖

從XJ24-3平臺(tái)上收到的油氣水混合物中最多含水10%，進(jìn)二級(jí)分離器MBD-1201，對(duì)混合物中的水和伴生氣進(jìn)行進(jìn)一步分離。此容器的操作壓力為15 psig(103.3 kPa g)，操作溫度約為198 (92.2℃)。

分離器的設(shè)計(jì)規(guī)格如下：

尺寸：內(nèi)徑12英尺(3.66 m)×長(zhǎng)48英尺(14.63 m)T/T

設(shè)計(jì)壓力：50 psig(0.35 MPa g)

設(shè)計(jì)溫度：400°F(204.4℃)

從XJ30-2平臺(tái)上收到的油氣水混合物，進(jìn)二級(jí)分離器MBD-1301，對(duì)混合物中的水和伴生氣進(jìn)行進(jìn)一步分離。此容器的設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范如下：

尺寸：外徑15英尺(4.57m)外徑×長(zhǎng)45英尺(13.72 m)T/T

設(shè)計(jì)壓力：50 psig(0.35 MPa g)

設(shè)計(jì)溫度：400°F(204.4℃)

在分離器中，自由水從原油中分離出來，沉降到罐的底部。原油就浮向頂部并且流過一個(gè)溢流堰進(jìn)入油槽。原油從這里流向原油進(jìn)料泵。如圖3顯示液體流進(jìn)容器的示意圖。

圖3 顯示液體流進(jìn)容器示意圖

整個(gè)容器的內(nèi)部都裝有立式和臥式擋板，以防止分離器內(nèi)部的液體隨著FPSO的波浪運(yùn)動(dòng)而晃動(dòng)。每個(gè)擋板上都鉆有小孔，它允許部分液體流過擋板，剩下的液體在擋板周圍流動(dòng)。二級(jí)分離器中產(chǎn)生的任何氣體最終由排氣管線排放到放空滌氣器。壓力指示控制器調(diào)節(jié)這個(gè)線路上的壓力閥。下沉到分離器底部的自由水流向生產(chǎn)水艙。

1.4 奮進(jìn)號(hào)與開拓號(hào)處理量比較

表3 奮進(jìn)號(hào)與開拓號(hào)處理量比較

1.5 XJ30-2分離器變更為一級(jí)分離器的能力校核

西江30-2分離器ID4.57×13.72m T/T,正常液位在中線處，較適合作為一級(jí)三相分離兼緩沖段塞流分離器，分離器氣體分離空間和長(zhǎng)度足夠大,可處理120000m3/d以上氣體,分離除去大于100 μm及以下小至30μm的液滴,日產(chǎn)3300m3/d油的分離停留時(shí)間達(dá)23min,處理17000m3/d水的停留時(shí)間為4.5min,均滿足分離器設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定要求。

1.6 工藝流程變更模擬計(jì)算

工藝流程變更模擬計(jì)算分一級(jí)模擬處理和二級(jí)模擬處理流程兩種模式。

1.6.1 一級(jí)模擬處理流程

油氣水混合物從進(jìn)料口在壓力為600 kPa和溫度70℃進(jìn)入一級(jí)三相分離器分離游離水和溶解氣,并使經(jīng)分離后的原油在55℃儲(chǔ)存溫度下的真實(shí)的蒸汽壓為85 kPa得到穩(wěn)定的原油進(jìn)增壓泵升壓后去油輪儲(chǔ)油艙儲(chǔ)存。如果進(jìn)增壓泵的原油含水不合格,可經(jīng)過靜電脫水器處理后,再進(jìn)油輪儲(chǔ)油艙儲(chǔ)存。采用一級(jí)分離穩(wěn)定進(jìn)艙原油量為137.3 m3/h。

1.6.2 二級(jí)模擬處理流程

油氣水混合物在壓力為600 kPa和溫度50℃下,從進(jìn)料口進(jìn)入一級(jí)三相分離器，在400kPa操作壓力下分離游離水和溶解氣,并使經(jīng)分離后的原油進(jìn)加熱器加熱到63.5℃和降壓至143kPa再進(jìn)二級(jí)分離穩(wěn)定處理。得到在55℃儲(chǔ)存溫度下的真實(shí)的蒸氣壓為85 kPa的穩(wěn)定原油.穩(wěn)定的原油再進(jìn)增壓泵升壓后去油輪儲(chǔ)油艙儲(chǔ)存.采用二級(jí)分離穩(wěn)定進(jìn)艙原油量為139.5 m3/h。

1.7 工藝模擬結(jié)果和推薦

1.7.1 模擬結(jié)果

（1）采用一級(jí)分離穩(wěn)定的油品損耗大，易受來油段塞流影響，原油穩(wěn)定處理效果欠佳。

（2）采用XJ30-2與XJ24-3分離器串聯(lián)成兩級(jí)分離處理，與原奮進(jìn)號(hào)二級(jí)處理流程相一致。采用兩級(jí)分離處理，第一級(jí)的最佳分離壓力是300kPaG表壓,比采用一級(jí)分離穩(wěn)定多收油58.2m3/d。見表4。

表4 工藝模擬數(shù)據(jù)一覽

1.7.2 推薦替代流程

WC13-1/2井流——WBD1301分離器——XJ加熱器——WBD1201分離器——增壓泵——冷卻器——去儲(chǔ)油艙。

（3）存在問題：XJ30-2二級(jí)分離器改造成處理文昌13-1/2油田的一級(jí)分離器,需要從一級(jí)分離器的油出口處新接一條10吋管線及相應(yīng)閥門到XJ24-3二級(jí)分離器前的加熱器(此加熱器已拆除，需增加匹配的加熱器)。

1.8 原油加熱器及冷卻器處理能力比較

“南海奮進(jìn)號(hào)”與“南海開拓號(hào)”加熱器及冷卻器處理能力如表5。

表5 原油加熱器及冷卻器處理能力比較

校核結(jié)果：（1）需要安裝南海開拓號(hào)已拆除的原油加熱器，功率不小1450kW×2臺(tái)。（2）開拓號(hào)上的風(fēng)冷散熱片可滿足穩(wěn)定原油的冷卻使用要求。

1.9 原油增壓泵校核

開拓號(hào)上共有3臺(tái)原油增壓泵PBK1301/02/03，將原油從分離器泵入到脫水罐中。這些泵的技術(shù)參數(shù)如下：

容量：819 gpm(186 m3/h)

吸口壓力：12psig(82.7 kPa g)

壓差：76 psig(0.52 MPa g)

總動(dòng)壓頭差：209英尺(63.70 m)

電機(jī)：100 hp(74.7 kW)

奮進(jìn)號(hào)日產(chǎn)原油3300m3/天，折合137.5 m3/h，比開拓號(hào)上原油增壓泵186 m3/h排量稍小，可通過泵出口處的回流調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。以滿足生產(chǎn)需要。如圖4所示。

圖4 原油增壓泵校核

2 天然氣處理系統(tǒng)

開拓號(hào)伴生氣處理流程:

三相分離器氣相出口——放空滌氣罐——放空頭（噴嘴射流式密封）。

2.1 放空噴嘴射流式密封

氣體和空氣的混合物可能燃燒，因此設(shè)計(jì)的射流式密封能防止空氣進(jìn)入放空系統(tǒng)與天然氣形成混合氣體。密封位于放空排氣管頂端由一系列同心的圓錐型隔板組成。這些隔板使進(jìn)入的空氣轉(zhuǎn)換方向?qū)Υ?。然后向前流?dòng)的放空氣體將空氣掃出排氣管。放空噴嘴射流式密封的技術(shù)規(guī)格如下：

排氣量：430,285lb/hr(54.22kg/s)

壓差:11 psi(75.8kPa)

圖5 放空噴嘴射流式密封

開拓號(hào)噴嘴排氣量比奮進(jìn)號(hào)實(shí)際排氣量大許多,可滿足使用。

2.2 放空氣體滌氣罐

尺寸:10英尺(3.05 m)I.D.×20英尺(6.10 m)T/T

壓力:50psig(0.35 MPa g)

溫度:650(343.3℃)

校核結(jié)果：（1）當(dāng)最大排氣量為120,000方/天時(shí)，本罐可滿足脫除50μ以上液滴。（2）放空氣體滌氣罐的進(jìn)出口管線為20吋,可滿足文昌油田最大產(chǎn)氣量120000 m3/d的放空需要。

2.3 放空氣體模擬分析

采用二級(jí)分離處理工藝,從一級(jí)分離器有3861 Sm3/h天然氣進(jìn)入放空系統(tǒng),從二級(jí)分離穩(wěn)定罐有747.9 Sm3/h天然氣進(jìn)入放空系統(tǒng),兩項(xiàng)合計(jì)共有4608 Sm3/h進(jìn)入放空系統(tǒng)放空。此混合氣的分子量為30.21.在常壓下20℃時(shí)的密度為1.419 kg/m3,而空氣此時(shí)的密度為1.204kg/m3，比空氣重許多。

2.4 存在的問題和解決意向

2.4.1 問題：經(jīng)冷放空的氣體密度比空氣重，當(dāng)無風(fēng)或微風(fēng)的情況下，易造成放空的氣體聚集在甲板上和FPSO附近海面，有被點(diǎn)燃或引起爆炸的危險(xiǎn)。

2.4.2 建議：增設(shè)火炬放空系統(tǒng)

2.4.3 經(jīng)計(jì)算:利用本次計(jì)算的組分，當(dāng)放空最大氣量120000m3/d，在無風(fēng)或微風(fēng)情況下連續(xù)放空，經(jīng)過模擬分析計(jì)算火炬頭的尺寸為0.2m，火炬塔的高度為30m。在火炬塔底部最近處的最大熱輻射值不大于1.58kW/m2(500 Btu/h.ft2),適合人員穿有工作服連續(xù)操作的處所。

2.4.4 改造工作量：火炬塔、火炬頭、火炬密封罐、火炬點(diǎn)火盤、二氧化碳滅火裝置各一套和管線閥門等以及火炬塔根部船體結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)。

3 生產(chǎn)水處理系統(tǒng)

開拓號(hào)生產(chǎn)水處理流程:

3.1 分離器水出口——生產(chǎn)水艙——生產(chǎn)水泵——水力旋流器（19008 m3/d）——排海（平均值小于50ppm）。

3.2 分離器水出口——生產(chǎn)水緩沖罐——生產(chǎn)水進(jìn)料泵（PBK-1401/2/3）——水力旋流器（19008 m3/d）——排海（平均值小于50ppm）。

奮進(jìn)號(hào)生產(chǎn)水處理流程：

3.3 生產(chǎn)水艙——增壓泵——水力旋流器（17000 m3/d）——污水罐——排海（平均值小于50ppm）。

開拓號(hào)與奮進(jìn)號(hào)生產(chǎn)水處理流程相似，主要處理設(shè)備都是水力旋流器，開拓號(hào)的處理量可滿足文昌油田生產(chǎn)污水17000 m3/h處理需要。

4 生產(chǎn)工藝系統(tǒng)分析結(jié)果總結(jié)與建議

4.1 開拓號(hào)上的油、氣和污水處理設(shè)備的處理能力比奮進(jìn)號(hào)上的設(shè)備大，處理流程經(jīng)適當(dāng)改造后可替代奮進(jìn)號(hào)在文昌13-1/2油田上使用。

4.2 采用XJ30-2與XJ24-3分離器串聯(lián)成兩級(jí)分離處理，與原奮進(jìn)號(hào)二級(jí)處理相流程一致，比采用一級(jí)分離穩(wěn)定多收油58.2m3/d。