海上無人井口平臺開閉排系統優化研究

司紅濤 程久歡 譚紅瑩 劉吉飛 郝孟江

摘 要：優化海上無人值守井口平臺開閉排系統首先要保證系統的安全性并降低工藝流程的復雜度，筆者通過對某油田的一座無人值守井口平臺來對海上無人值守井口平臺開閉排系統開展探討研究，應用Aspen HYSYS、ANSYS Fluent這兩個軟件對開排閃蒸汽風險和開排溢油風險以及冷放空擴散進行研究分析，并依據平臺特性運用全壓設計以及開閉排流程的優化，減少閉排泵數量來減少占地面積，為海上無人值守井口平臺開閉排系統優化提出有效的建議。

關鍵詞：海上;無人;開閉排

高效率、高效益地開發邊際油田是一直是石油開發業重點探討目標，近些年來，石油氣資源的大力開發，對邊際油田的開發效率和經濟效益的提升愈加艱難，因此提高開發效率、增加經濟效益是當前的重要任務，所以對平臺構造簡單、工藝難度性低、建設費用低的無人值守井口平臺開閉排系統隨著石油氣資源的不斷開發，愈來愈彰顯出它的價值。但是因為無人值守平臺受油氣田建造規模和設施管理差異性問題，所以無人值守平臺的設計一直沒有標準的樣板方案，并且系統設施的簡化也有待探討。

1 已有的開閉排設計

已有的開式排放系統用來吸收一些管道設備的泄漏液，其中不乏可燃和腐蝕性以及有害物質，如不及時處理可能會發生重大的安全事故。正常來講開式排放系統的構成主要以開式排放罐、開式排放泵、管路儀表、加熱器以及過濾器等組成，通過控制泵來對罐內液體容量進行相應的調整，油田的開采工作會伴隨著大量的危險氣體產生，需要對這些有害氣體進行及時的排放來確保開采工作的安全和減少對環境的污染，一般來說，當法律法規允許的情況下，這些氣體會通過冷放空排放至大氣，放空系統作為海洋生產平臺極其重要的安全保障系統，對平臺的安全生產有著重大影響力。閉排系統的主要功能是對系統中形成的氣液進行接收處理，閉式排放系統一般包括過濾器、排放泵以及閉排罐，通過罐內的液位控制閥門來控制液面的高低，氣液進入閉排罐的路徑一般有閉排管和開排泵以及氣體泄放，閉排罐內的液體流出后會被放空和火炬燃燒以及泵回原油管。

閉排罐的油氣被分離之后會經過濾器被閉排泵泵回原油管路重新處理，為了應對檢修工作，在出口設置兩組并聯式閉排泵來滿足工況需求。閉排罐是開閉排系統中的重要設施，閉排罐內的液體由捕霧器和分離器分離，將分離出的氣體和液體分別處理，液體經閉排泵泵回原油系統，氣體則由火炬燃燒或放空。當需要排放的氣液量比較少而且平臺設施比較少的情況下，閉式排放罐也可以作為冷放空分液罐和火炬分液罐，從而使閉式排放罐具有氣液分離功能的分離器來節約設備數量和空間。如果容器出現事故，要對油氣進行泄放，也可以使用其他方式排放，比如使用排放泵把液體泵入海底管線，只把余下的液體排進閉式排放罐。過濾器一般設置在閉排泵的入口，通過過濾油內的顆粒雜質來保證開排泵的通暢，在過濾器的進出口設置差壓計，通過差壓計的數值來監控濾器的工作狀況，如果數值已超過設定的數值，那么就要進行清理維修，清理維修的廢水會通過特定的排放口排至開排系統。在泵的進出口通過壓力表數值判斷泵是否堵塞。

我國正在使用的海上無人值守井口平臺開閉排設置情況，如表1所示。

根據表1能看出全部平臺都有開排系統，主要原因是國家越來越重視對水的排放質量，無人值守平臺如果不建立油氣處理設施，那么當一些危險的閥門或者正常的設施維護都會使甲板存在漏油的隱患，因為開排系統能把系統維修或漏油產生的油污與雨水分離開，所以開排系統不應當進行刪改。根據表1還能看出全部平臺都設有放空或火炬系統，為了讓燃氣進入冷放空管子和火炬臂后泄放的高度更安全，依據API RP 500規定：排放氣體爆炸下限的20%所在位置應距離平臺至少3m。較簡單的SZ36-1 WHPJ平臺也設置了接受氫烴排放的圓管來使氣液進行分離，總體來說大部分的平臺均以閉排兼冷放空罐子與開排組合的設計為主，根據以前的設計經驗分析，目前還沒有不設置火炬分液罐或閉排僅僅設置開排的例子。

2 對某無人值守井口平臺進行分析

某個全壓設計的無人值守井口平臺產出的油氣以及水，使用電潛泵從海底管道混合輸送至核心平臺來進行分離工作。此平臺的特性體現為開采和維修以及事故等情況下泄放量較小。通過分析可以總結出以下結論：日常作業很少發生液體泄放的情況;當進行維修作業時，液相的最大堵塞工況壓力安全閥（PSV）最大泄放量為2.8m3;氣體泄放只有火災工況下存在大量氣體泄放。

正常情況下會使用開排泵把開排內的液體泵進閉排罐，閉排泵把閉排液體泵回，或者是泵入海底管道。但此平臺為全壓設計，根據其平臺空間密集和泄放量小的特性來對其進行相應的工藝流程簡化，使閉排罐接受維修以及緊急工況帶壓泄放，為了使氣體通過閉排時全部被閃蒸放空，應該將閉排壓力設置在合理的氣壓，閉排內的液體升到一定高度時，以重力自流的方式進入開排槽，當開排槽內的液體升到一定高度時，使用開排泵泵至海底管道。這種簡化流程可以起到節約空間的作用。

2.1 冷放空泄放分析

要證明簡化流程的安全性，需要運用Fluent軟件來建模，通過模擬冷放空擴散受各種風速影響的狀況，得出在各種風速情況，排放氣體爆炸下限的20%所處的位置與平臺的距離都大于3m，符合安全性規范。如果沒有閉排兼冷放空系統，那么氣體會直接通過開排排出，會有安全隱患。

2.2 開排閃蒸氣風險分析

在通過簡化后的開閉排流程中，閉排罐下游的開排槽位會流進由自重力自流的液體，因為開排槽是敞口容器，所以要對進入開排的液體閃蒸氣進行計算，對安全問題進行分析。通過運用HYSYS軟件對物料平衡作出的計算，液烴由閉排低壓閃蒸進入開排的流程為當閉排內液體高度升到一定位置時，打開控制閥門使液體流入開排，此時的液烴相對穩定。由于開排閃蒸的氣流量極小，所以此簡化流程沒有安全風險。不使用閉排的情況下使液烴直接流入開排，計算結果也證明了設置閉排的重要性，用物料平衡分析的方法得出此流程閃蒸氣量極小，說明此流程沒有安全風險。

2.3 開排溢油風險分析

在此平臺正常生產的情況下沒有液體排放，只有一些緊急或維修檢查時會有少量的排放，并且其下游的接受力高于排放量，開排槽也未設置溢油排海管道，所以沒有溢油的風險。

3 結語

無人平臺要設置火炬分液罐或者冷閉排兼冷放空分液罐來對氣體進行安全泄放，全壓設計的無人井口平臺可以根據液相泄放量來選擇是否對開閉排流程進行簡化，把開排槽設在閉排罐的下游來使液體流進開排，達到節約空間的目的。當對開閉排的流程進行優化時，需要考慮其安全性，應當對開排閃蒸氣和冷放空氣體擴散以及開排槽溢油風險幾個方面來分析考量，確保沒有安全隱患。

參考文獻：

[1]劉人瑋，郝蘊，萬宇飛，楊天宇.海上無人井口平臺開閉排系統優化研究[J].石油工程建設，2019，45（4）：30-32.

作者簡介：

司紅濤（1980- ），男，河南許昌人，高級工程師，學士，主要從事油氣田布置與管道設計工作。