海上油田三相分離器校核實(shí)例分析

劉春悅

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300452）

1 油田及平臺(tái)背景

渤海某油田位于渤海西部海域，油田設(shè)施包括一條浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪（FPSO）、一座單點(diǎn)系泊系統(tǒng)（SPM）、7座井口平臺(tái)（WGPA/WHPA/WHPC/WHPD/WHPE/WHPF/WHPK）、2座帶井口的中心處理平臺(tái)（CEPI/CEPJ），以及部分海底管線和海底電纜等。

目前油田井口平臺(tái)WHPK、WHPE、WHPF、WHPD和CEPI井產(chǎn)物流均輸送到CEPI原油系統(tǒng)進(jìn)行處理。CEPI原油系統(tǒng)采用一級(jí)處理方式，設(shè)置2臺(tái)三相分離器，對(duì)接收的井產(chǎn)物流進(jìn)行油氣水分離，分離后要求油相出口液體體積含水率低于30%，再經(jīng)過(guò)外輸泵增壓后，通過(guò)海管輸送至FPSO處理和儲(chǔ)存。

2 分離器校核基礎(chǔ)

WHPK、WHPE、WHPF、WHPD和CEPI的原油物性見(jiàn)表1～表4。天然氣組分見(jiàn)表5。不同含水率原油黏度與溫度數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表1 WHPD/CEPI原油性質(zhì)

表2 WHPE原油性質(zhì)

表4 WHPK原油性質(zhì)

表5 天然氣組分

續(xù)表

表6 不同含水率原油黏度與溫度數(shù)據(jù)

續(xù)表

表3 WHPF原油性質(zhì)

CEPI平臺(tái)生產(chǎn)分離器采用油氣水三相分離器，設(shè)備設(shè)計(jì)尺寸和內(nèi)部規(guī)格參見(jiàn)表7和表8。

CEPI分離器設(shè)計(jì)處理能力（單臺(tái)）：1 560m3/d（油），11.16×104Sm3/d（氣），12 720m3/d（液）；設(shè)備操作溫度：60～74℃；操作壓力：1 100kPaG；設(shè)計(jì)液體在混合沉降室停留時(shí)間不低于5min。

生產(chǎn)分離器P&ID圖紙見(jiàn)圖1。

圖1 CEPI平臺(tái)生產(chǎn)分離器P&ID圖紙

目前油田新增調(diào)整井和在役油井增產(chǎn)作業(yè)日漸增多，油田產(chǎn)量增速較快，高峰日產(chǎn)量達(dá)到2 930m3/d（油），21.65×104Sm3/d（氣），24 980m3/d（液），已經(jīng)接近兩臺(tái)分離器設(shè)計(jì)資料中原標(biāo)注的設(shè)計(jì)處理能力上限。根據(jù)油田開(kāi)發(fā)的中遠(yuǎn)期規(guī)劃，油田生產(chǎn)后期還會(huì)新增大量的開(kāi)發(fā)井和調(diào)整井，同時(shí)繼續(xù)開(kāi)展在役油井增產(chǎn)作業(yè)，依托CEPI平臺(tái)處理的井產(chǎn)物流量激增，根據(jù)油藏專業(yè)提供的油田中長(zhǎng)期開(kāi)發(fā)配產(chǎn)指標(biāo)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)算，CEPI原油系統(tǒng)最大處理量達(dá)到3 300m3/d（油），31×104Sm3/d（氣），28 000m3/d（液），超過(guò)分離器原設(shè)計(jì)處理能力，分離器處理難度加大，流程存在瓶頸，不能滿足后期生產(chǎn)要求，難以實(shí)現(xiàn)油田快速增產(chǎn)的目標(biāo)。因此需要對(duì)分離器進(jìn)行整體校核，在實(shí)際處理量超過(guò)原設(shè)計(jì)最大處理能力的情況下，分離器各項(xiàng)處理指標(biāo)是否能夠滿足要求。

3 分離器校核分析

3.1 分離器處理效果分析

根據(jù)配產(chǎn)數(shù)據(jù)，單臺(tái)分離器需要處理的物流量為1 650m3/d（油），15.5×104Sm3/d（氣），14 000m3/d（液）。根據(jù)設(shè)備廠家提供的設(shè)備橇裝圖標(biāo)注的尺寸進(jìn)行計(jì)算，單臺(tái)分離器的混合沉降區(qū)液相有效容積為50.8m3。計(jì)算含水原油在沉降區(qū)的停留時(shí)間為5.2min，根據(jù)最新的脫水實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在60℃條件下，含水80%原油在加注100×10-6的PRD7 103破乳劑后，靜態(tài)沉降5min，原油含水降至28.9%，滿足油相出口含水低于30%的要求。分離器氣相出口設(shè)置絲網(wǎng)除沫器，考慮絲網(wǎng)安裝位置及規(guī)格，根據(jù)斯托克斯定律，計(jì)算出分離器在處理最大液量情況下，最大處理氣量為23.5×104Sm3/d，滿足處理要求。因此，單臺(tái)分離器處理能力經(jīng)校核，滿足后期預(yù)測(cè)最大處理量的需求。

3.2 分離器進(jìn)出口管線及管嘴校核分析

生產(chǎn)分離器進(jìn)口管道為12寸碳鋼管線，氣相出口管道為6寸碳鋼管線，油相出口管道為6寸碳鋼管線，水相出口管道為10寸碳鋼管線。管道校核參考Q/HS 3053—2018《海上油（氣）田上部設(shè)施管道尺寸計(jì)算設(shè)計(jì)規(guī)則》相關(guān)內(nèi)容，對(duì)于氣液混輸?shù)倪M(jìn)口管道，為避免管線沖蝕，管線內(nèi)介質(zhì)流速不超過(guò)沖蝕流速。經(jīng)計(jì)算，在分離器最大處理量下，管線的沖蝕流速為5.5m/s，介質(zhì)管內(nèi)實(shí)際流速為4.5m/s，低于沖蝕流速，滿足安全輸送要求。氣相出口管線管內(nèi)介質(zhì)流速為9.2m/s，小于單相氣相管道推薦的最高流速18.3m/s，管線百米壓降為4kPa，低于推薦的7～11kPa。油相出口考慮含水30%的原油外輸，最大輸液量2 357m3/d，計(jì)算管線管內(nèi)介質(zhì)流速為1.47m/s，管線百米壓降為28kPa；水相出口最大輸液量11 643m3/d，計(jì)算管線管內(nèi)介質(zhì)流速為2.65m/s，管線百米壓降為26kPa，均滿足液相管道的推薦流速1～3m/s的要求，同時(shí)管線百米壓降低于推薦值90kPa。因此經(jīng)校核，分離器進(jìn)出口管線均滿足輸送要求。

生產(chǎn)分離器進(jìn)出口管嘴詳細(xì)信息參見(jiàn)表7～表8。管嘴校核同樣參考Q/HS 3053-2018《海上油（氣）田上部設(shè)施管道尺寸計(jì)算設(shè)計(jì)規(guī)則》相關(guān)內(nèi)容，管嘴尺寸需要滿足相應(yīng)的沖量和流速要求。經(jīng)計(jì)算，入口管嘴沖量為6 782kg/（m·s2），小于分離器進(jìn)口管嘴推薦最大沖量8 000kg/（m·s2）；氣相出口管嘴沖量為688kg/（m·s2），小于氣相出口管嘴推薦最大沖量4 500kg/（m·s2）；油相出口管嘴流速為0.93m/s，水相出口管嘴流速為0.98m/s，均小于液相出口管嘴推薦流速1m/s，因此經(jīng)校核，分離器進(jìn)出口管嘴滿足處理要求。

表7 分離器設(shè)計(jì)規(guī)格參數(shù)

表8 分離器內(nèi)部規(guī)格參數(shù)

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)生產(chǎn)分離器的整體校核可以看出，在后期生產(chǎn)中，CEPI平臺(tái)單臺(tái)生產(chǎn)分離器在處理1 650m3/d（油），15.5×104Sm3/d（氣），14 000m3/d（液）時(shí)，在加注化學(xué)藥劑后，分離器在正常操作工況下，處理效果能夠滿足油相出口含水低于30%的指標(biāo)要求，同時(shí)滿足氣液分離的要求，分離器處理效果達(dá)到指標(biāo)要求。同時(shí)對(duì)分離器的進(jìn)出口管線及管嘴進(jìn)行了校核，根據(jù)校核結(jié)果可以看出，分離器的進(jìn)出口管線和管嘴都能滿足最大處理量的要求，但是油相和水相管嘴的實(shí)際流速已經(jīng)接近規(guī)范推薦的最大流速，因此在不更換管嘴的情況下，油相和水相的處理能力已經(jīng)接近極限，建議在后期生產(chǎn)過(guò)程中，關(guān)注分離器處理原油的含水率變化，同時(shí)優(yōu)化設(shè)備操作參數(shù)，保證流程的平穩(wěn)運(yùn)行。

對(duì)分離器的整體校核結(jié)論為油田中后期開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支持，滿足了油田釋放產(chǎn)能的需求，推動(dòng)了油田的快速發(fā)展，同時(shí)對(duì)其他油田類似的情況提供了校核依據(jù)，具有借鑒意義。