海上油气集输工艺与设备

海上油气集输工艺与设备寇杰二○一三年二月2020/2/262主要内容海上油气集输的任务和生产流程海上集输流程介绍海上油气集输方式海上油气集输流程举例2020/2/263为了满足油气开采和储运的要求，将分散的油井产物，分别测得各单井的原油、天然气和采出水的产量值后，汇集、处理成出矿原油、天然气、液化石油气及天然汽油，经储存、计量后输送给用户的油田生产过程称为油气集输过程。对于海洋石油开采过程中的油气集输过程，主要是在海上平台将海底开采出来的原油和天然气，经过采集、初步加工处理、短期储存，再经单点系泊等设施装船外运或经海底管道外输。2020/2/264海上油气集输的任务和生产流程1.海上油气田生产的特点海上油气田的生产就是将海底油（气）藏中的原油或天然气开采出来，经过采集、油气水初步分离与加工，短期的储存，装船运输或经海管外输的过程。由于海上油气的生产是在海洋平台上或其它海上生产设施上进行，因而海上油气的生产与集输，有其自身的特点。2020/2/265（1）海上生产设施应适应恶劣的海况和海洋环境的要求海上平台要经受各种恶劣气候和风浪的袭击，经受海水的腐蚀，经受地震的危害。为了确保海洋平台的安全和可靠地工作，因此,对海上生产设施的设计和建造提出了严格的要求。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/266（2）满足安全生产的要求由于海上采出的油气是易燃易爆的危险品，各种生产作业频繁，发生事故的可能性很大。同时,受平台空间的限制，油气处理设施、电气设施、人员住房可能集中在同一平台上，因此对平台的安全生产提出了极为严格的要求。要保证操作人员的安全、保证生产设备的正常运行和维护。安全系统包括：火气探测与报警、紧急关断、消防、救生与逃生。海上生产设施的安全系统以自动为主，手动为辅。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/267（3）海上生产应满足海洋环境保护的要求油气生产过程对海洋的污染：一是：正常作业情况下，油田生产污水以及其它污水的排放；另一是：各种海洋石油生产作业事故造成的原油泄漏。因此，海上油气生产设施应设置污水处理设备，使之达标排放，还应备有原油泄漏的处理设施。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/268（4）平台上的设备更紧凑、自动化程度更高由于平台规模大小决定了投资的多少，因此要求平台上的设备尺寸要小，效率高，布局要紧凑。对于某些浮式生产系统上的设备来说，还要考虑船体的摇摆对油气处理设备的影响。另外，由于平台上操作人员少，因而要求设备的自动化程度高，一般都设置中央控制系统来对海上油气集输和公用设施运行进行集中监控。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/269（5）要有可靠、完善的生产生活供应系统海上生产设施远离陆地，从几十公里到上百公里不等，因此必须建立一套完善的供应系统以满足海上平台的生产和生活需求。一般情况下，陆上要建立对海上设施的供应基地，供应基地的大小与海上生产设施的规模有关。供应方式一般有两种：一是供应船向海上平台提供供给；二是直升飞机向平台运送物资和人员。供应船是向平台供给的主要工具。供应船向平台提供生产作业用物资、生产／生活用水、燃料油、备品备件以及操作人员等。直升飞机主要向平台运送人员以及少量急需的物资，并向平台人员提供紧急救助服务。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/2610为了接收和储备生产物资和生活用品，海上生产设施要配备以下相关的设备和装置：起吊物资和人员用的吊机、供应船靠船件、供直升机起降用的停机坪、储备和输送燃料油和淡水的储罐和输送泵、储藏备品备件的库房等。一般情况下，海上生产辅助设施应有7～10天的自持能力，以保证正常的生产运行和人员生活。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/2611（6）独立的发电／配电系统海上生活设施的电气系统不同于陆上油田所采用的电网供电方式，海上油田一般采用平台自发电集中供电的形式。一般情况下，海上平台利用燃气透平驱动发电机发电，并通过配电盘将电源送到各个用电场所，平台群中平台间的供电是通过海底电缆实现的。发电机组的台数和容量应能保证其中最大容量的一台发电机损坏或停止工作时，仍能保证对生产作业和生活用的电气设备供电。除主发电机外，有些平台还设置备用发电机组，以满足连续生产的需要。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/2612为确保生产和生活的安全，平台上设有独立的应急电源，应急电源包括：应急发电机、蓄电池组和交流不间断电源（UPS）。应急发电机设置的作用是，当主发电机出现故障或发生应急关断时，满足消防、应急照明等设备的需求。应急发电机应在主电源失效的情况下，确保4秒之内自动启动和供电，供电时间为18小时。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/2613（7）可靠的通讯系统是海上生产和安全的保证通讯系统对于海上安全生产是必不可少的，它的主要任务是在油田生产过程中，保证平台与外界、平台与平台之间以及平台内部能够进行有效地、可靠地通讯联系，使海上生产安全有效地运行。同时，为避免过往船只对平台的碰撞，平台上设置了雾笛导航系统，当海上有雾时，雾笛鸣响；当夜晚降临时，航行灯向周围海域平射出光束，表示出平台的位置和大小。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/26142.海上油气集输系统海上油气田的集输系统要根据采油方式、油品性质以及投资回收等问题进行确定。（1）油气的开采和汇集海上油气的开采方式与陆上基本相同，分为自喷和人工举升两种。目前国内海上常用人工举升方式为电潜泵采油。由于电潜泵井需进行检泵作业，因此平台上需设置可移动式修井机进行修井作业，或用自升式钻井船进行修井。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/2615采出的井液经采油树输送到管汇中，管汇分为生产管汇和测试管汇。测试管汇分别将每口井的产出井液输送到计量分离器中进行分离并计量。一般情况下，在计量分离器中进行气液两相分离，分出的天然气和液体分别进行计量。液相采用油水分析仪测量含水率，从而测算出单井油气水产量。生产管汇是将每口油井的液体汇集起来，并输送到油气分离系统中去。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/2616（2）油气处理系统从生产管汇汇集的井液输送至三相分离器中，三相分离器将油、气、水进行初步分离。分离出的原油因还含有乳化水，往往需要进入电脱水器进一步破乳、脱水，才能使处理后的原油达到合格的外输要求。分离出的原油如果含盐量比较高，会对炼厂加工带来危害，影响原油的售价，因此有些油田还要增加脱盐设备进行脱盐处理。为了将原油中的轻烃组分脱离出来，降低原油在储存和运输过程中的蒸发损耗，需要进行原油稳定，海上油田原油稳定的方法采用级次分离工艺，最多级数不超过三级。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/2617处理合格的原油需要储存。储存的方法一般有两种：一是在平台建原油储罐，另一种是在浮式生产储油轮的油舱中储存。一般情况下，海上原油的储存周期为7～10天。储存的合格原油经计量后可以用穿梭油轮输送走，也可以建长距离海底管线直接输送到陆上。分离器分离出的天然气进入燃料气系统中，燃料气系统将天然气脱水后分配到各个用户。平台上的用户一般为：燃气透平发电机、热介质加热炉、蒸气炉等。对于某些油田来说，天然气经压缩可供注气或气举使用。低压天然气可以作为密封气使用，也可以用做仪表气。多余的天然气可通过火炬臂上的火炬头烧掉。分离器分离出的含油污水进入含油污水处理系统中进行处理。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/2618（3）水处理系统水处理系统包括含油污水处理系统和注水系统。常规的含油污水处理流程为：从分离器分离出来的含油污水首先进入斜板隔油器中进行油水分离，然后进入气浮选器进行分离，如果二级处理后仍达不到规定的含油指标时，可增设砂滤器进行三级处理，处理合格后的污水排海。近年来发展了水力旋流器处理含油污水。水力旋流器处理量大，占地面积小而得到广泛使用，但对于高密度稠油油田的含油污水处理效果不好。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/2619注水系统从注水的来源不同而分为三类：注海水、注地层水和污水回注。海水注水系统是海洋石油生产的一大特色。海水通过海水提升泵抽到平台甲板上，经粗、细过滤器过滤掉悬浮固体，再进入脱氧塔中脱去海水中的氧，脱氧后的海水经增压泵，注水泵注入到地层中去。近年来由于环境保护的要求，经处理后的含油污水也回注到地层中去。水源井注水是从采水地层，利用深井泵将地层水抽出，经粗、细过滤器滤掉悬浮颗粒达要求后，经注水泵将地层水注入到油层中。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/26203.油气集输工程内容在平台上油气集输工艺流程比较集中，仪表自动化控制系统比较复杂。但是它的工艺流程归纳起来包括以下几个过程：（1）集油、集气井口采出的油气水混合物汇集送到油气水分离站场；或将含水原油、天然气汇集分别送到原油脱水及天然气集气站场。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/2621（2）油气水的计量测试每口井采出的油气水混合流体，都将按规定的时间间隔要求，轮流经测试管汇输往计量分离器进行计量测试。在计量分离器中，气、液二相分离，液相中的油和水也部分分离。在分离器出口管道中装有计量仪表，分别对油、气、水三相进行计量。因为油中还含有部分乳化水，所以管道中还有含水分析仪以检测出油中含水量，将其积算到水量中。三相计量通常由控制盘控制，并由电脑自动积算和打印报表。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/2622（3）油气水分离各井的混合流体，包括单井计量之后又混合的流体，通过生产管汇再先后进入高压、中压、低压生产分离器进行多级分离。采用多级分离的目的是提高分离效果，并起到稳定原油的作用。高、中压分离器分离出的天然气经脱水后，一部分可供平台上燃气轮机和加热炉等作为燃料，另一部分经三级加压后可供注气或气举使用。注气是一种提高采收率的方法，气举是一种采油手段。多余的天然气送往平台左右两舷伸出的火炬燃烧臂烧掉。低压分离器分离出的气体因压力不够，往往只能作为密封用气或直接送往火炬烧掉。火炬燃烧臂处有时还有两个紧急放空头，以备突然停止用气时，天然气因无出路而造成系统压力升高引起危险。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/2623（4）原油脱水分离出来的原油因还含有乳化水，一般需再将乳化原油破乳、沉降、分离，使原油含水率符合出矿原油标准。（5）原油稳定将原油中的易挥发组分脱出，使原油饱和蒸汽压符合出矿原油标准。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/2624（6）原油储存原油还需经缓冲罐或油罐暂时储存。缓冲罐比油罐容积小得多，因此在平台上仅占不大的空间，经济上较为合理。但容积小就是缓冲量小，如果外输采用通过管道将油泵送至岸上的方法，因管道工作稳定，对储存量无严格要求，因此可使用缓冲罐。但若是采用油轮来外输原油的采油平台，因受气侯等因素干扰，油轮很可能不能按计划到达和开航，为了保证不至于频繁关井和保持正常生产，必须有7—15天的安全储存容积，就是说在海上必须有储存用油轮或油罐。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/2625（7）天然气脱水分离出的天然气中含有水蒸气，有些油田其中还含有硫化氢、二氧化碳等，酸性气体会使管线和设备腐蚀，而且也不合乎输送作为燃料和化工原料的要求，因此必须脱除天然气中的饱和水，使其在管线输送或冷却时不生成水合物。对含硫化氢和二氧化碳的天然气可减缓对管线及容器的腐蚀。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/2626（8）天然气轻烃回收脱除天然气中烃液，使其在管线输送时烃液不被析出；或专门回收天然气中烃液后再进一步分离成单一或混合组分作为产品。（9）烃液储存将液化石油气、天然汽油分别盛装在压力油罐中，保持烃液生产与销售平衡。海上油气集输的任务和生产流程2020/2/2627（10）含油污水处理分离器的脱水器分离出的含油污水，除气后进行二级污水处理。第一级靠重力进行分离，第二级用气体浮选的办法。二级分离后的污水中如果含油量减少符合国家规定的排放标准，则可排放到海中。如果达不到标准则需重复处理。在水质条件较差或要求较高的场合，往往还需要进行过滤处理，过滤后的水