梁波,于清遠,石亞卜，謝小波，孫冰

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 采油服務(wù)分公司，天津 300452)

渤海某油田FPSO作為油田處理終端，接收上游生產(chǎn)設(shè)施的產(chǎn)液經(jīng)2個獨立運行的原油處理工藝流程進行油氣水處理。處理合格的原油進入貨油儲存艙后統(tǒng)一外輸，處理合格的生產(chǎn)水通過注水系統(tǒng)絕大部分回注到油田下游注水井中。隨著上游開發(fā)井的陸續(xù)投產(chǎn)，上游井口平臺輸至下游FPSO工藝處理系統(tǒng)的的產(chǎn)液量增加，使得原油處理系統(tǒng)處理壓力凸顯，因處理設(shè)備的故障或日常維護檢修需經(jīng)常迫使單系列原油處理系統(tǒng)下線，對油田生產(chǎn)時率造成巨大影響，影響油田正常生產(chǎn)。為減少設(shè)備檢修對油田生產(chǎn)造成的影響，決定對現(xiàn)有生產(chǎn)流程進行改造并進行相關(guān)關(guān)停聯(lián)鎖保護邏輯的優(yōu)化，以實現(xiàn)油田的安全穩(wěn)定生產(chǎn)。

1 原油處理系統(tǒng)介紹

渤海某油田FPSO原油處理系統(tǒng)工藝模塊是由2個完全相同的系列并聯(lián)組成，上游井口設(shè)施的油井物流，最終都匯聚到FPSO的2個系列進行進一步的處理，原油處理系統(tǒng)單系列處理流程見圖1。

圖1 原油處理系統(tǒng)單系列流程示意

原油處理系統(tǒng)中的一級分離器及二級分離器主要是利用沉降分離脫水和化學(xué)破乳脫水兩種原油脫水方法實現(xiàn)油水分離。通過合理控制一級分離器的壓力、溫度、液位、化學(xué)藥劑注入量等參數(shù)，能夠?qū)⒔^大部分生產(chǎn)水、天然氣從一級分離器內(nèi)脫出，保證整個工藝處理過程的高效順利進行。二級分離器與一級分離器原理相同，但工作參數(shù)不同，可以將原油中的水及伴生氣進一步脫出。

電脫水器是運用靜電分離技術(shù)來實現(xiàn)原油的油水分離的工藝裝置，其工藝方法是通過進液分配器使加壓后的原油與水的混合物均勻地進入脫水容器內(nèi)，此時的油水混合物以低速進入電場。電場引起小水滴發(fā)生偶極聚結(jié)，在電場的作用下水滴除有重力作用，還受電荷力的作用，由水滴相互吸引產(chǎn)生的凝聚作用形成越來越大的水滴，直至水滴大到因重力的作用而脫離原油，從而實現(xiàn)水與油的分離[1]。

原油處理系統(tǒng)設(shè)計處理能力及當(dāng)前處理量對比情況見表1。

通過表1分析當(dāng)前原油處理系統(tǒng)各級處理設(shè)備實際處理量可以看出，兩個原油處理系列的一級分離器基本已達到生產(chǎn)水的最大處理能力，但二級分離器及電脫水器在油氣水處理量上均有較大處理空間。

表1 原油處理系統(tǒng)處理能力對比 m3/s

目前原油處理系統(tǒng)共分為兩個系列，并且兩個系列分別接受不同上游平臺來液進行處理，兩系列并聯(lián)運行，同一個系列的處理設(shè)備相對應(yīng)的壓力、液位、處理量都是相互間獨立監(jiān)測、運行，互無關(guān)聯(lián)。隨著油田開發(fā)的不斷進行，上游平臺來液的綜合含水不斷上升，這也就導(dǎo)致了原油處理系統(tǒng)中的兩個一級分離器率先達到了其設(shè)計水處理能力。目前由于平臺來液中的原油總量并無大幅度的增加，因此作為后續(xù)處理設(shè)備的二級分離器和電脫水器仍有較大的處理空間。

與上述各設(shè)備處理空間矛盾的是，一級分離器所需下線檢修的情況極少，而后續(xù)的處理設(shè)備如二級分離器、電脫供給泵、電脫水器等所需下線檢修、故障的頻次則相對較高。由于2個原油處理系列相對獨立，所以當(dāng)單系列中某個處理設(shè)備出現(xiàn)問題時，往往需要將整個生產(chǎn)系列下線，這就大大影響了設(shè)備在線時率，并且上游設(shè)施限液減產(chǎn)，造成了大量的原油產(chǎn)量損失。

考慮到原油處理系統(tǒng)的實際情況，需要對原油處理流程進行改造優(yōu)化，最大程度利用二級分離器及電脫水器剩余處理空間，減少因設(shè)備檢修造成的產(chǎn)量損失[2]。同時也需對相應(yīng)的流程關(guān)斷保護系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)整。

2 原油處理系統(tǒng)流程優(yōu)化改造

為充分利用現(xiàn)有生產(chǎn)處理流程中設(shè)備的最大處理能力，使油田產(chǎn)量得到最大化的釋放，通過分析現(xiàn)流程中各設(shè)備處理情況，發(fā)現(xiàn)影響流程處理能力最大化利用的因素是單系列中二級分離器和電脫水器處理能力無法充分利用，因此決定在原油處理系統(tǒng)2系列的二級分離器入口處增加一連通管線，跨接2個分離器，見圖2。

圖2 原油處理系統(tǒng)改造后流程示意

如此，當(dāng)某個系列的二級分離器、電脫供給泵、電脫水器等設(shè)備進行檢修時，可以不用整個處理系列下線，只需將物流倒運至另一系列進行處理，可實現(xiàn)設(shè)備的充分利用。

3 原油處理系統(tǒng)關(guān)停聯(lián)鎖保護優(yōu)化

3.1 原油處理系統(tǒng)關(guān)停聯(lián)鎖保護工藝要求

經(jīng)過對原油處理流程改造前后的控制邏輯對比發(fā)現(xiàn)，原有PID控制邏輯可繼續(xù)使用。為實現(xiàn)流程改造后的安全平穩(wěn)運行，需要對相關(guān)的PSD系統(tǒng)進行優(yōu)化，新增“crossover”邏輯模塊[3]。

為了保證原油處理系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，原油處理系統(tǒng)關(guān)停聯(lián)鎖保護應(yīng)滿足以下工藝條件。

1)正常生產(chǎn)過程中，原油處理2個系列互不干擾，保持原有PSD設(shè)計，用于系統(tǒng)達到壓力高高或液位高高等異常情況時達到自動觸發(fā)相應(yīng)保護邏輯目的，所涉及到的邏輯輸入信號有：LAHH-2160D；PALL-2160B；PAHH-2160B；LAHH-2360D；PALL-2360B；PAHH-2360B。

2)當(dāng)原油處理系統(tǒng)一系列整體在線，二系列二級分離器及后續(xù)處理設(shè)備下線時，V-2160的壓力、液位異常時需同時引起一二系列的相關(guān)保護關(guān)斷閥門動作。

3)當(dāng)原油處理系統(tǒng)二系列整體在線，一系列二級分離器及后續(xù)處理設(shè)備下線時，V-2360的壓力、液位異常時需同時引起一二系列的相關(guān)保護關(guān)斷閥門動作。

3)優(yōu)化的PSD功能需具備屏蔽功能，方便生產(chǎn)操作人員根據(jù)流程情況進行操作模式選擇。

3.2 原油處理系統(tǒng)關(guān)停聯(lián)鎖保護邏輯設(shè)計

3.2.1 原油處理系統(tǒng)關(guān)停邏輯控制系統(tǒng)組成

邏輯控制系統(tǒng)包括DCS控制器、液位傳感器、壓力傳感器、I/O卡件輸入輸出接口、關(guān)斷閥執(zhí)行機構(gòu)，DCS控制器經(jīng)過運算，自動把輸出結(jié)果通過I/O卡的硬點連接，作用到關(guān)斷閥的氣缸上，實現(xiàn)自動切斷功能[4]。

3.2.2 原油處理系統(tǒng)關(guān)停邏輯控制系統(tǒng)設(shè)計

1)二級分離器的液位和壓力信號通過液位傳感器和壓力傳感器輸出4～20 mA至I/O卡件，DCS控制器利用AIN功能塊定義液位/壓力信號的工作范圍。再利用報警功能塊hh_alarm和ll_alarm定義報警值，觸發(fā)報警值后輸出布爾量PALL/PAHH/LAHH[5]。當(dāng)正常工作時輸出false，觸發(fā)報警后輸出true，見圖3。

圖3 二級分離器正常工作時報警輸出

2)報警信號采用OR的邏輯運算，PALL/PAHH/LAHH只要有一個報警信號觸發(fā)true，就會輸出“1”，同時需要增加PALL/PAHH/LAHH的屏蔽功能，在輸入端增加AND功能塊，屏蔽時，INH和報警信號做與邏輯運算，INH處于0時報警信號將不會輸出“1”。新增crossover邏輯模塊功能投用時需要中控操作員手動介入，必須確保現(xiàn)場流程已經(jīng)就位，在畫面增加一個一鍵確認(rèn)crossover_1，并和PALL/PAHH/LAHH的報警輸出做AND邏輯運算，只有在crossover置“1”時，邏輯才能觸發(fā)下一級功能塊，相關(guān)邏輯輸出運算圖見圖4。

圖4 二級分離器關(guān)斷信號邏輯輸出運算

3)當(dāng)報警觸發(fā)后，為安全考慮，邏輯必須鎖死，現(xiàn)場閥門在不經(jīng)過人員干預(yù)的情況下將保持關(guān)閉狀態(tài)。在這里增加SR觸發(fā)器功能塊，工作原理：S’=0，R’=1：無論觸發(fā)器原來處于何種狀態(tài)，由于S=0，則Q=1，Q非=0，觸發(fā)器處于“1”態(tài)(或稱置位狀態(tài))。觸發(fā)器的狀態(tài)是由S所決定的，稱S為直接置位端。S’=1，R’=0：無論觸發(fā)器原來處于何種狀態(tài)，由于R=0，則Q=0，Q非=1，觸發(fā)器處于“0”態(tài)(或稱復(fù)位狀態(tài))。觸發(fā)器的狀態(tài)是由R所決定的，稱R為直接復(fù)位端。S’=1，R’=1：觸發(fā)器維持原來狀態(tài)不變。S’=0，R’=0：此時無法確定觸發(fā)器的狀態(tài)。S的值引用自報警輸出和crossover的AND的邏輯運算結(jié)果，R值引用自畫面的復(fù)位按鈕，定義RS觸發(fā)器的輸入輸出見表2。

表2 新增SR觸發(fā)器功能塊輸出運算

當(dāng)S觸發(fā)時，SR觸發(fā)器輸出結(jié)果為1，取反為0，關(guān)閉2個SDV；當(dāng)S沒有觸發(fā)時，SR觸發(fā)器輸出結(jié)果保持，R值復(fù)位按鈕為1時，SR觸發(fā)器輸出結(jié)果為0，取反為1，兩個SDV可以打開，觸發(fā)器描述見圖5。

圖5 新增SR觸發(fā)器輸出結(jié)果

4 結(jié)論

通過對渤海某油田原油處理系統(tǒng)兩并聯(lián)處理系列連通管線的改造及相應(yīng)關(guān)停邏輯聯(lián)鎖保護的優(yōu)化，實現(xiàn)了設(shè)備檢修過程中原油通過單系列進行處理的目標(biāo)，解決了流程生產(chǎn)運行過程中設(shè)備檢修與產(chǎn)量任務(wù)之間的矛盾，使原油處理設(shè)備的處理能力得到最大化利用。改造過程中，通過“crossover模塊”實現(xiàn)了正產(chǎn)工況生產(chǎn)與異常工況生產(chǎn)條件下生產(chǎn)系統(tǒng)的雙重保護，實現(xiàn)了原油處理系統(tǒng)在正常和設(shè)備檢修情況下的全自動平穩(wěn)運行?，F(xiàn)場實踐證明，改造后生產(chǎn)流程運行正常，聯(lián)鎖保護過程運行安全可靠。本實踐可為原油生產(chǎn)系統(tǒng)檢修過程流程穩(wěn)態(tài)運行提供解決方案，也可為管線改造和關(guān)停邏輯保護提供技術(shù)參考。建議后續(xù)繼續(xù)對上游高壓分離器實現(xiàn)互聯(lián)互通連鎖保護功能進行研究，進一步提升原油處理系統(tǒng)的處理能力及運行穩(wěn)定性。