王 棟 劉建華 時曉華 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?！伴_拓號”FPSO替代南海“奮進號”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號FPSO生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計要求，對開拓號FPSO的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)替代方案的可行性進行分析，提出該系統(tǒng)適應(yīng)性改造方案，以滿足替代奮進號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“南海奮進號”油輪計劃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”FPSO替代“南海奮進號”，替代時約6個月。

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，才有液相冷凝析出，露點顯得偏低。

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，要加熱到154.1℃時才有氣體分離出來。通常在此壓力下的溫度加熱溫度在80℃左右。

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

1.2 奮進號FPSO原油處理系統(tǒng)

奮進號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，達到在55℃時的真實蒸汽壓（TVP）為70kPa~90kPa。本系統(tǒng)包括三臺并聯(lián)的一級分離器FPSO-V-2201A/B/C，二臺并聯(lián)的50%原油加熱器FPSO-H-2201A/B，一個二級分離器FPSO-V-2202和二臺并聯(lián)（每臺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入到一級分離器，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，該氣體進入燃氣系統(tǒng)進行處理，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℃后進入到二級分離器中穩(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℃，然后進入FPSO儲油艙。為更好地達到分離效果，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 奮進號FPSO原油處理系統(tǒng)流程圖

奮進號流程特點：

一級分離——加熱——二級分離穩(wěn)定——冷卻——進儲油艙

1.3 “開拓號”原油處理系統(tǒng)

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

圖2 “開拓號”原油處理系統(tǒng)圖

從XJ24-3平臺上收到的油氣水混合物中最多含水10%，進二級分離器MBD-1201，對混合物中的水和伴生氣進行進一步分離。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)計規(guī)格如下：

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

設(shè)計壓力：50 psig(0.35 MPa g)

設(shè)計溫度：400°F(204.4℃)

從XJ30-2平臺上收到的油氣水混合物，進二級分離器MBD-1301，對混合物中的水和伴生氣進行進一步分離。此容器的設(shè)計技術(shù)規(guī)范如下：

尺寸：外徑15英尺(4.57m)外徑×長45英尺(13.72 m)T/T

設(shè)計壓力：50 psig(0.35 MPa g)

設(shè)計溫度：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溢流堰進入油槽。原油從這里流向原油進料泵。如圖3顯示液體流進容器的示意圖。

圖3 顯示液體流進容器示意圖

整個容器的內(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的波浪運動而晃動。每個擋板上都鉆有小孔，它允許部分液體流過擋板，剩下的液體在擋板周圍流動。二級分離器中產(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 奮進號與開拓號處理量比較

表3 奮進號與開拓號處理量比較

1.5 XJ30-2分離器變更為一級分離器的能力校核

西江30-2分離器ID4.57×13.72m T/T,正常液位在中線處，較適合作為一級三相分離兼緩沖段塞流分離器，分離器氣體分離空間和長度足夠大,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油的分離停留時間達23min,處理17000m3/d水的停留時間為4.5min,均滿足分離器設(shè)計規(guī)范規(guī)定要求。

1.6 工藝流程變更模擬計算

工藝流程變更模擬計算分一級模擬處理和二級模擬處理流程兩種模式。

1.6.1 一級模擬處理流程

油氣水混合物從進料口在壓力為600 kPa和溫度70℃進入一級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℃儲存溫度下的真實的蒸汽壓為85 kPa得到穩(wěn)定的原油進增壓泵升壓后去油輪儲油艙儲存。如果進增壓泵的原油含水不合格,可經(jīng)過靜電脫水器處理后,再進油輪儲油艙儲存。采用一級分離穩(wěn)定進艙原油量為137.3 m3/h。

1.6.2 二級模擬處理流程

油氣水混合物在壓力為600 kPa和溫度50℃下,從進料口進入一級三相分離器，在400kPa操作壓力下分離游離水和溶解氣,并使經(jīng)分離后的原油進加熱器加熱到63.5℃和降壓至143kPa再進二級分離穩(wěn)定處理。得到在55℃儲存溫度下的真實的蒸氣壓為85 kPa的穩(wěn)定原油.穩(wěn)定的原油再進增壓泵升壓后去油輪儲油艙儲存.采用二級分離穩(wěn)定進艙原油量為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)成兩級分離處理，與原奮進號二級處理流程相一致。采用兩級分離處理，第一級的最佳分離壓力是300kPaG表壓,比采用一級分離穩(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——去儲油艙。

（3）存在問題：XJ30-2二級分離器改造成處理文昌13-1/2油田的一級分離器,需要從一級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

“南海奮進號”與“南海開拓號”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已拆除的原油加熱器，功率不小1450kW×2臺。（2）開拓號上的風(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

開拓號上共有3臺原油增壓泵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)

總動壓頭差：209英尺(63.70 m)

電機：100 hp(74.7 kW)

奮進號日產(chǎn)原油3300m3/天，折合137.5 m3/h，比開拓號上原油增壓泵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)計的射流式密封能防止空氣進入放空系統(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。這些隔板使進入的空氣轉(zhuǎn)換方向?qū)Υ?。然后向前流動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

開拓號噴嘴排氣量比奮進號實際排氣量大許多,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，本罐可滿足脫除50μ以上液滴。（2）放空氣體滌氣罐的進出口管線為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

采用二級分離處理工藝,從一級分離器有3861 Sm3/h天然氣進入放空系統(tǒng),從二級分離穩(wěn)定罐有747.9 Sm3/h天然氣進入放空系統(tǒng),兩項合計共有4608 Sm3/h進入放空系統(tǒng)放空。此混合氣的分子量為30.21.在常壓下20℃時的密度為1.419 kg/m3,而空氣此時的密度為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，有被點燃或引起爆炸的危險。

2.4.2 建議：增設(shè)火炬放空系統(tǒng)

2.4.3 經(jīng)計算:利用本次計算的組分，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。

3 生產(chǎn)水處理系統(tǒng)

開拓號生產(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)水進料泵（PBK-1401/2/3）——水力旋流器（19008 m3/d）——排海（平均值小于50ppm）。

奮進號生產(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）。

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

4.2 采用XJ30-2與XJ24-3分離器串聯(lián)成兩級分離處理，與原奮進號二級處理相流程一致，比采用一級分離穩(wěn)定多收油58.2m3/d。