羅彭

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）

1 國內外無人井口平臺現(xiàn)狀

海上平臺遍及世界各個油氣生產(chǎn)海域，全世界有超過7000座在產(chǎn)海上平臺，其中約1600座是無人駐守平臺（占比23%），大部分為簡易井口平臺，井數(shù)少、設施簡單，只有1～2層甲板，通過遠程遙控實現(xiàn)對無人平臺的正常生產(chǎn)操作。國外海上無人平臺分布情況見表1。

表1 國外海上無人平臺分布情況

我國國內無人平臺尚未形成區(qū)域網(wǎng)絡，遠程監(jiān)控、自動化、數(shù)字化、智能化水平等方面與國外相比仍有較大差距。國內無人平臺多為簡易井口平臺，上部組塊設備少，處理流程簡單。目前國內共有在產(chǎn)海上無人平臺23座，無人平臺數(shù)量占比為10.4%，詳細分布情況見表2。

表2 國內海上無人平臺分布情況

2 工藝方案研究

2.1 設計原則

無人井口平臺主流設計原則采用全壓設計，即從出流管段一直到海管入口的全部上部組塊工藝流程均按照原始地層壓力（也稱最大關井壓力，即油井及地面流程所可能出現(xiàn)的最大壓力）的高壓數(shù)值進行設計，這樣可以最大限度地簡化平臺生產(chǎn)工藝流程，優(yōu)化超壓保護措施。

部分高壓油、氣平臺也有降壓設計的工藝流程，即是在多路閥或生產(chǎn)測試管匯下游的生產(chǎn)總管上設置有高低壓分界，同時設置有壓力安全閥（PSV）、緊急關斷閥（SDV）等兩級安全保護措施。同時需要配套與之相適應的排放系統(tǒng)。設計原則的選取需要根據(jù)油氣田生產(chǎn)特點以及經(jīng)濟評價做出綜合考慮。

2.2 技術方案

海上無人井口平臺工藝系統(tǒng)流程簡單，一般不設置油氣水分離處理設施。生產(chǎn)井利用電潛泵采油，全部生產(chǎn)井產(chǎn)液接入多路閥匯合后，利用電潛泵余壓通過混輸海管輸送至相鄰依托平臺，進行進一步處理。單井井流通過多路閥導入計量流程，利用多相流量計進行油氣水三相計量，計量后接回生產(chǎn)流程外輸。

無人井口平臺不設置生產(chǎn)水處理流程，依托周邊平臺進行處理，合格注水通過海管輸至本平臺。注水系統(tǒng)只有注水管匯和注水井。采氣平臺利用地層原始能量衰竭開發(fā)，不設置注水系統(tǒng)。

海管入口通常設置有收發(fā)球筒，以便于進行海管清管及收發(fā)球操作。為簡化工藝流程，通過設置清管閥或者清管環(huán)路等方案，取消收發(fā)球筒、節(jié)省設備設施、甲板面積及工程初始投資，同時減少了平臺日常生產(chǎn)、操維工作量及費用。

3 常見工藝流程介紹

下面對無人平臺常見的兩種典型的全壓設計工藝流程和一種降壓設計工藝流程分別進行介紹。

3.1 典型的全壓流程

無人平臺常見的全壓設計工藝流程是全部生產(chǎn)井產(chǎn)液接入多路閥（或生產(chǎn)管匯）匯合后，利用電潛泵余壓輸送至下游中心平臺進一步處理。在海管入口處設置了清管球發(fā)球筒及發(fā)球流程，用作海管通球操作，需要人員登臨平臺完成。對于高凝高黏原油，為保證海管正常輸送需求，匯總后的全部井流需要經(jīng)過生產(chǎn)加熱器升溫降黏后進入混輸海管，或者在生產(chǎn)總管中通過摻入注水提高含水率達到升溫、降黏的目的。同時也會根據(jù)地層和油井情況考慮在井筒內加入降黏劑等措施，保證平臺及海管集輸流程正常流動。

單井井流通過多路閥導入計量流程，利用多相流量計進行油氣水三相計量，然后接入外輸總管。通常單井井口溫度低于50℃時，計量井流需先利用電加熱器升溫至50℃，再進入多相流量計進行計量。詳見圖1所示。

圖1 典型無人平臺井口生產(chǎn)系統(tǒng)流程圖

3.2 簡化收發(fā)球系統(tǒng)的全壓流程

另一種常見的全壓設計工藝流程為簡化收發(fā)球流程。將相同管徑和設計壓力的原油混輸海管和注水海管在新建平臺上利用跨接管線連接形成環(huán)路，采用高安全完整性等級（SIL）的遠程開關閥進行隔離。收、發(fā)球筒設置在依托的有人平臺。實際生產(chǎn)中利用依托平臺的收、發(fā)球筒和新平臺上的清管環(huán)路，利用依托平臺的注水水源實現(xiàn)對兩條海管同時通球清管、預熱和置換等操作。

該流程與圖1所示流程基本一致。在井口溫度較高時，可不設置計量加熱器。該平臺還設置了摻水輸送流程，通過流量計控制調節(jié)閥實現(xiàn)摻水量控制，保證了在不同生產(chǎn)年份產(chǎn)量變化的情況下，混輸海管正常輸送。詳見圖2所示。

圖2 簡化收發(fā)球流程的無人平臺生產(chǎn)系統(tǒng)流程圖

3.3 典型的降壓設計流程

當井流中含有大量的如CO2、H2S等酸性氣體時，受下游處理平臺的工藝流程、處理規(guī)模、設備設施及管線材質的限制，無法處理這些腐蝕性強的伴生氣時，需要在井口工藝流程中設置低壓分離器，進行氣液閃蒸，以實現(xiàn)初步的氣液分離，氣體進入火炬或冷放空系統(tǒng)釋放處理，液相增壓進入海管，輸送到下游平臺進一步處理。

工藝系統(tǒng)降壓設計通常是井口出流管段、多路閥（或生產(chǎn)/測試管匯）均按照最大關井壓力的高壓數(shù)值進行設計。之后下游的工藝流程和設備如生產(chǎn)分離器、濾器及外輸泵、海管等都可以按照實際需求壓力進行低壓設計。本例中，井口出流管段、多路閥和計量多相流量計的設計壓力為17MPaA，多路閥后生產(chǎn)流程的設計壓力為1100kPaA。井口油嘴下游實際操作壓力為750kPaA，生產(chǎn)分離器的操作壓力為500kPaA，在多路閥出口的生產(chǎn)流程設置了緊急關斷閥（SDV），作為高壓和低壓分界的一級超壓保護措施。在生產(chǎn)分離器上設置堵塞工況的壓力安全閥（PSV），設定點為1100kPaA，作為低壓生產(chǎn)流程的二級超壓保護措施。詳見圖3所示。

圖3 復雜無人平臺降壓設計的生產(chǎn)系統(tǒng)流程圖

經(jīng)過對比分析，降壓設計的流程相較于全壓設計流程，設備設施、管道閥門、儀表等數(shù)量更多，生產(chǎn)控制系統(tǒng)更加復雜，而且對工藝流程安全保護要求更高。因此，降壓設計流程有其特定適用條件。

4 總結與展望

本文對國內外海上無人平臺的發(fā)展現(xiàn)狀進行了對比分析，結合目前國內簡易無人井口平臺常見的工藝系統(tǒng)設計方案，分別就全壓設計流程和降壓設計流程進行了分析研究，總結了無人平臺工藝系統(tǒng)的設計原則。展望未來海上無人平臺智能化發(fā)展趨勢，主要有以下特點：

工藝流程更簡化、設備更少，總體布置更優(yōu)；動設備少、設備選型和可靠性要求更高；自動化、數(shù)字化程度高，具備強大的遠程監(jiān)測、預警、操作功能；海管立管作為閉排，冷放空代替火炬；采用虛擬計量，取消計量測試流程；采用臍帶纜輸送液壓、藥劑、電力和光纖通信。

隨著科學技術的進一步發(fā)展，海上無人平臺自動化、數(shù)字化和智能水平將不斷提高，平臺設計將越來越先進，大部分生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設備運行狀態(tài)和視頻監(jiān)控信息都可以傳輸?shù)竭h端的控制中心進行集中監(jiān)控和操作。未來，無人機、機器人、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術將在無人平臺上得到具體應用。

◆參考文獻

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