新型SPAR鉆井生產儲油平臺油水置換儲油工藝

宋文路 周鵬 王晉

（1.海洋石油工程股份有限公司，天津300451；2.北京高泰深海技術有限公司，北京100011）

隨著人類石油勘探開發逐漸向深水領域擴展，涌現了許多新型的適應深海海洋環境的油氣生產平臺，Spar平臺便是其中之一。Spar平臺特別適宜于深水作業，在深水環境中運動性能和穩定性好。王晉博士等[1,2]基于多年的深水Spar 平臺設計經驗，提出了一種新型深水立柱式Spar 鉆井生產儲卸油(簡稱SDPSO)平臺概念，該平臺能滿足深海能源開發的實際需求，同時具有較高的靈活度，可使深水邊際油田具有很好的商業開采價值。本文將對該型平臺的儲油、卸油工況中涉及的油水置換工藝，以及過程中相關的關鍵技術問題，進行闡述。

1 技術原理

海上石油存儲主要有水上、水面和水下儲油三種模式。對應的儲油設施主要有：平臺儲油艙、FPSO/FSO、重力式結構（GBS）沉箱和海底儲油艙等。其中，水上和水面儲油兩種模式較為常見，技術也更為成熟。但是，水上儲油會增加海洋平臺上部設施重量和結構受力，從而增加成本；浮式水面儲油裝置受外部風浪、海流和冰等影響較大。對于深海油氣田以及某些中小型邊際油田開發，水上和水面兩種儲油模式的經濟性較差。水上和水面儲油通常屬于干式儲油方式，與陸地儲油罐類似的存儲方式，原油上部空間充滿惰性保護氣體以消除燃爆的風險。而SDPSO 則采用完全位于水下的SPAR 結構儲油艙，儲油模式屬于濕式模式。儲油結構內部始終充滿液體（油和水），原油浮于水面之上，基于油水置換技術實現進油排水和進水排油操作。

油水置換儲油的原理為：油水不相溶，且油的密度低于水。油水置換水下儲油技術目前在國內還沒有得到實際應用。國內大連理工大學盧佩瓊[3]團隊對油水置換進行了試驗研究，而其它相關的研究大都僅是數值模擬。

2 原油存儲與外輸工藝方案

原油進艙儲存時置換出的海水通過內水管從水沉箱進入到中心井上部的水沉降艙進行油水二次分離，相應流量的海水通過外水管輸送至水沉箱底部以下的出水口排海。外排的海水排放前在水沉降艙內由上至下可以進行充分的二次沉降重力分離，分離出的浮油經浮油泵排入上部組塊的生產水系統進一步處理。

儲油艙中儲滿原油時，艙內原油通過原油外輸泵進行外輸，艙外海水則通過與原油儲存時相反的流程進艙置換出外輸原油，油水置換過程中產生的乳化油則通過乳化油泵定期泵入上部組塊的生產系統中進一步處理。

下面對原油存儲工藝方案和原油外輸工藝方案，分別展開陳述。

2.1 原油存儲工藝方案

SPAR平臺處理合格的原油經增壓后，經進油管進入SPAR平臺儲油艙進行儲存。當合格原油進入儲油艙時，儲油艙內的油水界面將以一定速度下降。界面位移速度與進油量和艙體橫截面積相關。

當合格原油進入儲油艙時，艙內海水在壓力作用下置換進入水沉降艙。水沉降艙內的海水則在海水靜壓作用下，排入大海。海水被置換到水沉降艙后，具有足夠的停留時間，能給原油提供二次分離的時間，經二次分離，使排放的海水達到環保的要求（一般外海要求排出水中含油量不超過30ppm），確保不造成環境的污染。

原油儲存方案涉及的主要設備包括原油進料泵、儲油艙、水沉降艙。

SPAR平臺原油儲存和油水置換工藝實現的關鍵是能對儲油艙油水界面實現有效的監測和控制。油水界面高度應合理，如果界面過高，將會導致外輸泵將海水外輸至穿梭油輪，從而造成外輸原油不合格；如果界面過低，將會導致原油溢流排海，從而對環境造成污染。實際操作中，需將油水界面控制在儲油艙內大約10%～90%的深度位置，以確保SPAR 平臺的正常工作。

2.2 原油外輸工藝方案

原油外輸方案涉及的主要設備包括原油外輸泵、儲油艙、水沉降艙。在平臺生產期間，合格原油進入儲油艙儲存，油水界面隨之下降，當油水界面接近90%深度時，協調穿梭油輪及時抵達SPAR 平臺準備外輸卸油作業，并啟動原油外輸流程進行卸油。原油外輸時，啟動原油外輸泵，經計量后進入穿梭油輪。當油水界面達到儲油艙上部10%深度時，關停外輸泵，結束原油外輸流程。

3 結語

文章對SDPSO平臺油水置換工藝進行了初步闡述，該技術的研究，對深水油氣田開發具有深遠意義。在接下來的小試，中試階段，研究人員將重點關注與實際生產相關的關鍵技術問題，如海生物防治，原油乳化等關鍵技術問題，以跟進一步論證油水置換儲油技術可行性。