渤海油田海上平臺(tái)水處理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

楊飛，錢欣，徐念念，蔣藝，路平 (. 海油發(fā)展裝備技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)研發(fā)中心，天津 30045；.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459)

1 標(biāo)準(zhǔn)化研究的背景及意義

近年來，我國(guó)海上油氣田開發(fā)技術(shù)和進(jìn)程都有了快速的發(fā)展，截止到2018 年，在渤海油田中已建設(shè)并投用了各類型的固定平臺(tái)和FPSO 等設(shè)施共153 座，這些設(shè)施提高了海上油氣的開采、處理、運(yùn)輸?shù)男?，為更好地開發(fā)和利用海洋油氣提供保障[1]。

我國(guó)海上平臺(tái)設(shè)計(jì)、建造、安裝的技術(shù)經(jīng)過近50 年的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，并且積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。結(jié)合已有平臺(tái)的實(shí)際情況，將設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為一套標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)成果，就可以在加快設(shè)計(jì)進(jìn)度、縮短設(shè)計(jì)周期的同時(shí)，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。2003 年渤海地區(qū)綏中36 -1 Ⅱ期工程中的井口平臺(tái)應(yīng)用了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)[2]，在主工藝流程、導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)等方面都實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，即通過一套標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖建造多個(gè)相同的井口平臺(tái)。最終該項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期比以往縮短1/3，工程總投資節(jié)省了10 億元。

本文研究通過收集、整理渤海油田已投產(chǎn)的典型中心平臺(tái)和井口平臺(tái)的設(shè)計(jì)資料和生產(chǎn)現(xiàn)狀，開展渤海油田海上平臺(tái)水處理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的相關(guān)研究；通過分析對(duì)比、綜合研究，找出設(shè)計(jì)規(guī)模、設(shè)備選型、操作維護(hù)管理中的共同特性，為今后中心平臺(tái)、井口平臺(tái)上生產(chǎn)水處理能力和流程的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

2 渤海油田海上平臺(tái)生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)分析

渤海油田采出的含油污水一般通過中心平臺(tái)或FPSO 等生產(chǎn)中樞的生產(chǎn)污水處理流程進(jìn)行除油、除懸浮物等處理，處理后的水滿足注水指標(biāo)后，通過注水泵回注地層，以達(dá)到注采平衡的效果。通過分析已有生產(chǎn)污水處理流程，可以總結(jié)歸納出一套具有普適性的處理流程，用于開展標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)研究。

2.1 平臺(tái)類型分析

渤海地區(qū)在役的153 座生產(chǎn)設(shè)施中，固定井口平臺(tái)85 座，中心平臺(tái)20 座，其余平臺(tái)設(shè)施如動(dòng)力平臺(tái)、增壓平臺(tái)、FPSO 等48 座。通過對(duì)全部平臺(tái)設(shè)施的設(shè)計(jì)資料、生產(chǎn)現(xiàn)狀進(jìn)行收集、統(tǒng)計(jì)和分析，可以發(fā)現(xiàn)，大部分生產(chǎn)污水處理流程集中在中心平臺(tái)和待處理流程的井口平臺(tái)。因此，在研究過程中依據(jù)平臺(tái)的規(guī)模、類型等特性，最終選取了綏中36-1CEPN/CEPO 等18座典型中心平臺(tái)和渤中29-4WHPC 等26 座典型的有人井口平臺(tái)進(jìn)行深入研究。

通過對(duì)以上在役平臺(tái)流程的統(tǒng)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)，中心平臺(tái)均設(shè)有生產(chǎn)污水處理流程，而三分之二的井口平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮設(shè)置生產(chǎn)污水處理流程，主要采用海管輸送處理合格的水源或水源井水進(jìn)行回注。

2.2 生產(chǎn)污水處理流程分析

通過對(duì)上述44 個(gè)平臺(tái)生產(chǎn)污水處理流程和能力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、歸納，結(jié)合水處理流程中的關(guān)鍵參數(shù)，如：注水水質(zhì)、水中含油量等，進(jìn)一步開展標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的研究工作。在初期制定油田開發(fā)方案時(shí)，會(huì)根據(jù)Q/HS 2042—2014 《海上碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》制定注水指標(biāo)，結(jié)合渤海油田普遍采用的注水指標(biāo)數(shù)據(jù)，確定采取較嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，即水中含油量≤15.0×10-6、懸浮物含量≤5.0×10-6、懸浮物粒徑中值≤3 μm 開展標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

由于有人井口平臺(tái)多數(shù)未設(shè)置污水處理流程，因此主要對(duì)18 座中心平臺(tái)的生產(chǎn)污水處理流程進(jìn)行了深入分析。通過統(tǒng)計(jì)上述中心平臺(tái)生產(chǎn)污水處理流程的具體情況可知，超過三分之二的平臺(tái)采用了4 級(jí)處理才可以使生產(chǎn)污水滿足回注地層的要求，即“斜板除油器→氣浮選機(jī)→核桃殼過濾器→注水細(xì)濾器(通常為雙介質(zhì)或纖維球過濾器)”。

本文以分析水中含油量為例，作為污水處理流程的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行研究。通過統(tǒng)計(jì)原始設(shè)計(jì)資料和平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)反饋的實(shí)際數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，斜板除油器入口含油量較高，普遍在2 000.0×10-6以上，這一指標(biāo)取決于油田的油品性質(zhì)和分離器處理效果。作為第一級(jí)處理設(shè)備，斜板除油器的作用極為關(guān)鍵，本研究過程中統(tǒng)計(jì)的四級(jí)處理設(shè)備中，斜板除油器的平均除油率范圍在75%～82%，最高可以脫出生產(chǎn)污水中93.3%的污油。其余三級(jí)處理設(shè)備的除油效率分別可以達(dá)到13%～21%、2%～3%、1%左右。其他水質(zhì)指標(biāo)如懸浮物含量、粒徑中值等，經(jīng)過四級(jí)設(shè)備的處理，均可以滿足回注要求。

以綏中36-1CEPO 平臺(tái)的四級(jí)水處理設(shè)備的除油效果為例，實(shí)際生產(chǎn)過程中，由生產(chǎn)分離器脫出的含油污水含油量超過2 500.0×10-6，高于原始設(shè)計(jì)2 000.0×10-6的處理能力，但經(jīng)過第一級(jí)斜板除油器的處理后，水中含油量降低至200.0×10-6左右，除油效率超過了90%，緩解了后續(xù)流程的處理壓力，確保水質(zhì)滿足回注要求。

2.3 生產(chǎn)污水處理能力分析

對(duì)18 座典型中心平臺(tái)生產(chǎn)水處理能力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最大處理能力為84 000 m3/d，最小為4 800 m3/d；在工程設(shè)計(jì)階段，處理能力和規(guī)模由油藏配產(chǎn)決定，可將單臺(tái)設(shè)備能力標(biāo)準(zhǔn)化，通過調(diào)整設(shè)備臺(tái)數(shù)以匹配產(chǎn)量。

根據(jù)平臺(tái)的配產(chǎn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)污水處理能力的統(tǒng)計(jì)分析，在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)研究時(shí)，將平臺(tái)配產(chǎn)分為A 檔：≤12 000 m3/d，B 檔：24 000 m3/d，C 檔：48 000 m3/d 三檔。

根據(jù)實(shí)際配產(chǎn)，選取對(duì)應(yīng)的A/B/C 三檔能力；不同設(shè)備根據(jù)處理能力，選取不同的臺(tái)/套數(shù)進(jìn)行組合，以滿足生產(chǎn)水系統(tǒng)的處理需求。如油藏配產(chǎn)中產(chǎn)水量為18 000 m3/d(750 m3/h)，在考慮設(shè)計(jì)余量后，可以選取B 檔的處理能力進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，結(jié)合平臺(tái)空間、結(jié)構(gòu)重量等條件的限制，最終確定選擇一套1 000 m3/h的處理流程還是兩套500 m3/h的處理流程更加合理。

3 渤海油田海上平臺(tái)生活污水處理系統(tǒng)現(xiàn)狀

海上平臺(tái)生活污水處理裝置根據(jù)平臺(tái)定員和生活樓設(shè)計(jì)人數(shù)確定設(shè)備能力，需要綜合考慮生活污水的含鹽量、水質(zhì)水量波動(dòng)、運(yùn)維周期等因素，根據(jù)中海油和地方環(huán)保的相關(guān)要求，由建設(shè)單位科學(xué)確定處理工藝。目前渤海油田普遍采用的處理工藝為生化法和電解法。結(jié)合統(tǒng)計(jì)資料，對(duì)生活污水的處理能力進(jìn)一步開展研究。

3.1 平臺(tái)定員人數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，中心平臺(tái)的定員人數(shù)(生活樓設(shè)計(jì)人數(shù))在80 人以下占比11%，80～120 人占比56%，120 人以上占比33%；有人井口平臺(tái)的定員人數(shù)在10～30 人占比56%，30～40 人占比16%，40 人以上占比28%。

因此中心平臺(tái)生活污水處理裝置的能力可以按照80～120 人進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，井口平臺(tái)可以按照10～40 人進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，這樣更具有普適性。

3.2 生活污水處理能力分析

生活污水處理裝置的處理能力取決于生活樓設(shè)計(jì)人數(shù)，不同人數(shù)其對(duì)應(yīng)的處理能力如表1 所示。

由于生活樓定員人數(shù)已形成標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，因此生活污水處理裝置的能力也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。

4 結(jié)語

本文研究主要結(jié)合渤海油田在役平臺(tái)原始設(shè)計(jì)情況和目前實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)狀，對(duì)海上平臺(tái)生產(chǎn)污水和生活污水的處理流程和處理能力進(jìn)行了歸納總結(jié)，通過分析得出以下標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)建議：

(1)生產(chǎn)污水和注水流程采用中心平臺(tái)處理→海管輸送→井口平臺(tái)回注的模式；

(2)中心平臺(tái)生產(chǎn)污水處理流程標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)采用“斜板除油器→氣浮選機(jī)→核桃殼過濾器→注水細(xì)濾器”四級(jí)處理流程，重點(diǎn)關(guān)注斜板除油器的能力和設(shè)備選型，確保后續(xù)水處理流程滿足要求；

(3)生產(chǎn)污水處理能力按照500/1 000/2 000 m3/h三檔劃分，工程設(shè)計(jì)階段結(jié)合油藏配產(chǎn)進(jìn)行選擇；

(4)生活污水處理能力按照生活樓定員人數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，處理工藝由建設(shè)單位結(jié)合環(huán)保要求和工程可行性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行合理選擇。

針對(duì)渤海油田海上平臺(tái)生產(chǎn)和生活污水的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)開展研究，不僅可以為其他工藝系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)研究提供參考，更是對(duì)今后工程項(xiàng)目的開發(fā)和管理、設(shè)備和材料的采辦、平臺(tái)的建造和安裝以及油田的生產(chǎn)操作等一系列過程影響重大。標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的實(shí)施既可以降低大型海上油田開發(fā)成本，還可以縮短油田工程建設(shè)周期，使海上油氣田的開發(fā)更高效、安全、經(jīng)濟(jì)。