提升海上油田群原油集中外輸系統的安全穩定性

代齊加

中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459

1 概述

A油田是1號油田群（A油田、B油田、C油田、D油田）、2號油田群（E油田、F油田、G油田、H油田）的原油輸送中心樞紐，承擔8個油田、31個平臺、450余口油井產出原油的處理和外輸任務，外輸任務重、壓力大。其中，1號油田群A、B、C、D油田井口產出液混合后進入A油田原油處理流程，進行油氣水三相分離，處理合格的原油進入原油緩沖罐，與2號油田群E、F、G、H油田輸送的合格原油混合，經原油外輸泵或者應急置換泵增壓后通過58.8 km的海底管道輸送至原油終端[1]，見圖1。

圖1 油田群原油物流關系

2 項目背景

A油田是8個油田原油增壓外輸的唯一通道，日外輸原油約22 000 m3，其原油外輸系統的穩定連續性、可靠安全性至關重要。然而，隨著渤海油田七年行動計劃的逐步實施，日外輸原油的輸量會進一步增加，原油外輸系統將面臨更加嚴峻的挑戰。鑒于此，統籌兼顧原油外輸系統目前運行現狀以及滿足長遠規劃發展需求，全盤考慮目前工況以及即將到來的高峰期輸量下的風險因素，采取挖掘現有設備的潛能與增加必要的備用設備相結合的方式，以進一步增加原油外輸系統的可靠系數，保障油田群的原油安全穩定外輸。

3 優化改造措施

3.1 優化原油緩沖罐壓力控制方式，減小壓力波動

原油緩沖罐通過罐頂自力式壓力調節閥控制罐體壓力，設計操作壓力35 kPa，高高壓力和低低壓力設定值分別為200 kPa和15 kPa。由于上游來液量不穩定，加之自力式壓力調節閥調節靈敏度低[2-4]，導致罐體壓力在22～50 kPa之間波動，運行壓力接近原油緩沖罐的低低壓力設定值，若觸發關斷操作將導致油田群全部生產關斷，產量損失嚴重，同時壓力波動對原油外輸泵的穩定運行也有一定的影響。

為保證原油緩沖罐壓力穩定，對原油緩沖罐覆蓋氣流程進行優化改造，將自力式壓力調節閥更換為氣動調節閥。更換后，原油緩沖罐壓力在27～38 kPa之間波動，波動范圍小、壓力調節精確，運行平穩，效果良好。原油緩沖罐壓力控制方式優化前后的對比見圖2，其壓力曲線對比見圖3。

圖2 原油緩沖罐壓力控制方式優化前后對比

圖3 原油緩沖罐壓力控制方式優化前后壓力曲線對比

3.2 增加1臺在線備用原油外輸泵，豐富應急手段

A油田設置有5臺原油外輸泵、2臺應急置換泵，互為備用，共同承擔原油外輸重任[5]。隨著七年行動計劃以及上游FPSO解泊后的原油外輸策略的逐步實施，需要同時啟動5臺原油外輸泵才能滿足高峰期的原油外輸量。在這種工況下，當不同臺數的原油外輸泵出現故障停機時，原油緩沖罐從正常液位上漲至高液位最長的緩沖時間只有11.2 min，一旦備用的應急置換泵啟機不成功或者運行不穩定，將面臨壓產、生產關斷，甚至存在溢油的風險。另外，在原油外輸泵返回陸地維護保養期間，需啟動備用的應急置換泵承擔外輸重任，柴油消耗量大，安全風險高，不利于油田群的穩定生產。

綜合考慮樞紐的重要性、外輸的穩定性以及長遠的經濟性，通過優化設計以及流程切換，在不影響原油外輸的情況下，在原油外輸泵濾器F-2002D/E/F出口總管與原油外輸總管預留口之間增加1臺原油外輸泵P-2002F，以作為備用，為高峰期輸量下的應急策略提供了更多的選擇方式。原油外輸泵P-2002F增加前后流程對比見圖4。

圖4 原油外輸泵P-2002F增加前后流程對比

3.3 增加原油外輸泵濾器環形管網，提升濾器作用

原油外輸系統設置有6臺原油外輸泵濾器（以下簡稱濾器）、6臺原油外輸泵，兩者設計處理量相同，即兩者在線投用的數量需保持一致。原設計的6臺濾器分為兩組且不能互為備用，濾器F-2002A/B/C為一組，與原油外輸泵P-2002A/B/E連通；濾器F-2002D/E/F為另一組，與原油外輸泵P-2002C/D/F連通。當同一組的3臺原油外輸泵同時運行時，若與其連通的3臺濾器中任一濾器因差壓達到報警值需要清洗時，則需切換兩組之間的主備原油外輸泵，這樣耗時耗力，且不利于穩定生產。鑒于此，利用新增原油外輸泵的機會，在保證原油正常外輸的情況下，新增一條分別連接至兩組濾器出口總管的管道，形成環形管網，實現6臺濾器的互為備用，此舉將達到任意清洗濾器而無需切換原油外輸泵的目的，這對于延長原油外輸泵壽命、保證原油外輸系統穩定運行起到很好的作用[6]。原油外輸泵濾器流程優化前后示意見圖5。

圖5 原油外輸泵濾器流程優化前后示意

3.4 調整原油外輸泵濾器濾芯目數，保證穩定外輸

基于1號油田群的原油物性，原油外輸泵濾器原設計的濾芯目數為60目，居于1號油田群、2號油田群之首。隨著2號油田群的不斷接入，外輸原油的物性及部分組分發生了變化，如表1所示，變化曲線如圖6所示。在水含量不變的情況下，外輸原油的密度、凝固點、析蠟點、含蠟量、膠質含量、瀝青含量、含硫量、黏度均呈上漲趨勢，使得原油外輸泵濾器頻繁臟堵，不僅增加了現場的清洗工作量，而且給原油外輸系統的穩定運行帶來了很大的壓力[7]。

表1 2號油田群接入前后的外輸原油物性及部分組分數據

圖6 2號油田群接入前后的外輸原油物性及部分組分對比

結合外輸原油物性、油田群其他油田原油外輸泵濾器的濾芯目數以及原油外輸泵廠家的建議，在不影響原油外輸泵安全運行的前提下，通過現場的大量試驗，將原油外輸泵濾器的濾芯目數由60目調整至50目，濾器清洗頻率由每天1次延長至每7天1次，有效保證了原油的穩定外輸，效果顯著。不同濾芯目數的原油外輸泵濾器壓差變化對比如圖7所示，相應的原油外輸泵運行參數對比如圖8所示。

圖7 不同濾芯目數的原油外輸泵濾器壓差變化對比

圖8 不同濾芯目數的原油外輸泵運行參數對比

3.5 加注減阻劑至外輸海底管道流程

A油田正常工況下極限外輸能力受外輸泵外輸能力、海底管道最大外輸量及外輸過程中能量損失等方面的綜合影響。目前平臺6臺外輸泵，單臺外輸泵外輸量為220 m3/h，計算可知外輸泵可提供最大外輸能力為：220×24×6=31 680（m3/d），而外輸海底管道校核最大外輸量為25 000 m3/d。當A油田啟動5臺原油外輸泵，且將外輸調節閥開度調至100%時，外輸泵出口與外輸海底管道入口壓力基本同壓，可知現場實際外輸能力達到極限值。極限工況下A油田外輸流程運行參數見表2，計算出此種極限工況下平臺日輸原油能力為：953×24=22 872（m3/d）。

表2 極限工況下A油田外輸流程運行參數

由上可知，目前平臺極限外輸能力受外輸過程中能量損失的制約明顯。極限外輸能力的制約直接影響到平臺的安全穩定外輸。目前平臺日外輸原油約22 000 m3，當上游油田工況不穩或者流程存在波動時，來液量迅速增加，原油緩沖罐液位急劇上漲，給平臺外輸流程的安全穩定運行帶來極大挑戰。

通過向原油外輸海底管道加注減阻劑，改變外輸原油流動特性，減少原油外輸過程中的摩擦阻力損失，從而達到了在現有條件下增加海底管道外輸能力的效果[8-10]。

經現場試驗，加注減阻劑后海底管道入口壓力降低明顯（見圖9）。同時在不同的藥劑加注濃度下海底管道外輸能力得到了不同程度的提升（見表3），加注藥劑對于提升平臺外輸能力效果明顯。

圖9 加注減阻劑前后A油田外輸海底管道入口壓力對比

表3 不同藥劑加注濃度下海底管道外輸量提升效果對比

4 應用效果

該系列的優化改造措施是繼海底管道輸量校核、優化關斷邏輯之后實施的又一套組合拳，是對原油外輸系統安全穩定性的再次提升，效果良好。

（1）原油緩沖罐運行更加穩定。將控制原油緩沖罐壓力的儀表設備由自力式壓力調節閥更換為氣動調節閥后，原油緩沖罐的壓力波動范圍更小，壓力調節更精確，運行更穩定。

（2）原油外輸泵濾器作用更加凸顯。原油外輸泵濾器環形管網的形成，使得原本獨立的兩組濾器達到了任意切換、互為備用的目的，濾器的使用范圍更為寬廣；濾芯目數的優化調整，進一步保障了原油外輸的穩定性與連續性，減輕了清洗濾器的工作量。兩種措施的組合實施充分挖掘了濾器的潛能，作用更為凸顯。

（3）備用設備的保障更加可靠。增加原油外輸泵P-2002F后，能夠更加從容地應對高峰期輸量下的各種工況，應急手段更加豐富，應急措施更加完善，備用設備的保障更加可靠。

（4）正常工況下的平臺極限外輸能力得到提升。通過向原油外輸海底管道加注減阻劑，A油田的極限外輸能力得到明顯提升，應對上下游流程波動引起的來液量變化等突發情況的能力顯著增強，平臺外輸流程的安全穩定性得到進一步改善。

5 結論

該項目的實施統籌考慮了不同工況下的原油外輸，既立足目前生產現狀又兼顧長遠規劃發展，一舉多得，成果顯著。

原油緩沖罐壓力的精確調節、原油外輸泵濾器的濾芯目數優化調整、加注減阻劑至外輸海底管道流程以提升平臺極限外輸能力，進一步提升了原油外輸系統的可靠性。

原油外輸泵濾器的互為備用、在線備用原油外輸泵的增加，提升了設備的保障能力，也為異常工況下的應急處理提供了更多的選擇方式。

流程調整升級后，不僅保證了原油外輸系統正常工況下的穩定運行，也經受住流程波動、持續高負荷運轉的嚴峻考驗，原油外輸系統全年運行安全穩定。