張寧,趙威,梁波,王繼彬,校衛(wèi)偉,孟凡君
(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)
渤海某油田采用“FPSO+井口平臺”的工程模式進(jìn)行開發(fā)。井口平臺產(chǎn)出原油經(jīng)海管立管匯集到FPSO 進(jìn)行處理,合格原油經(jīng)穿梭油輪輸送到煉油廠,處理合格的生產(chǎn)水通過注水井回注地層。
FPSO 上閉排系統(tǒng)是油氣處理流程中的關(guān)鍵設(shè)備,由一個閉排罐、兩臺雙螺桿泵和閉排管線組成。原油脫水或生產(chǎn)水處理過程中產(chǎn)生的污油水通過閉排管線進(jìn)入閉排罐,經(jīng)過閉排泵加壓后將污油水輸送至工藝水艙內(nèi)重力沉降,最后使用轉(zhuǎn)液泵將工藝水艙中分離出的污油部分可以輸送到原油處理系統(tǒng)進(jìn)行回?zé)捥幚韀1]。
工藝水艙內(nèi)污油水多為O/W 型乳狀含油污水,這種乳狀液狀態(tài)穩(wěn)定,含有各種固體雜質(zhì)、浮油、分散油、乳化油以及溶解油等污染成分[2]。這些污油水受到藥劑、機(jī)械雜質(zhì)、膠質(zhì)瀝青質(zhì)、細(xì)菌、空氣、循環(huán)剪切等因素影響形成乳化狀態(tài)穩(wěn)定的老化油,導(dǎo)致工藝水艙內(nèi)的污油水無法返流程處理。
閉排系統(tǒng)通過閉排罐、閉排泵、閉排管線將生產(chǎn)和公用系統(tǒng)中帶壓排放的氣液棍合物進(jìn)行收集處理,并進(jìn)行氣液分離,分離出的氣體去火炬系統(tǒng),分離出的含水污油通過閉排泵加壓進(jìn)入工藝水艙[3],見圖1。
圖1 閉排系統(tǒng)流程
工藝水艙接收的污油水成分復(fù)雜,包含環(huán)烷酸鹽、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、聚合物、化學(xué)藥劑、污泥等機(jī)械雜質(zhì)[4]。閉排系統(tǒng)產(chǎn)生污油水直接進(jìn)入工藝水艙后,在大風(fēng)天氣引起的晃動下,形成的老化油集中在工藝水艙內(nèi),以油-水中間過渡層等形式存在,打回流程后,占用了分離器、電脫水器等脫水設(shè)備的有效容積,降低了原油脫水設(shè)備的利用率,其次,增大了原油沉降脫水的難度,影響原油電脫水器的安全運(yùn)行及其脫水效果,甚至出現(xiàn)電場不穩(wěn)定和垮電場的現(xiàn)象,使電脫水器無法運(yùn)行[5]。
為了確認(rèn)閉排系統(tǒng)進(jìn)入工藝水艙的污油水是生成老化油的原因之一,分別對閉排泵出口污油水和工藝水艙中的污油水進(jìn)行取樣,模擬在船體搖晃的條件下,觀察乳化的情況[6]。
通過對模擬船體搖晃條件下閉排出口污油水乳化分析,發(fā)現(xiàn)閉排產(chǎn)生的污油水在船體搖晃的情況下乳化基本穩(wěn)定,沒有隨著搖晃時間增加而增加;而對模擬船體搖晃條件下工藝水艙中污油水乳化分析,工藝水艙中的污油水在船體搖晃的情況下,乳化隨著搖晃時間的增加而增加。說明閉排產(chǎn)生的污油水在與其他工藝水艙接收的污油水混合后導(dǎo)致污油水穩(wěn)定性增加,油水難以分離,在大風(fēng)天氣引起晃動下,形成的老化油集中工藝水艙內(nèi),以油-水中間過渡層等形式存在。
表1 模擬船體搖晃條件下閉排出口污油水乳化情況
表2 模擬船體搖晃條件下工藝水艙中污油水乳化情況
根據(jù)以上的分析,可以看出造成工藝水艙污油水難以處理的根本原因是閉排系統(tǒng)產(chǎn)生的污油水和其他工藝水艙接收的污油水混合。接下來就是考慮如何對流程進(jìn)行適當(dāng)改造了,經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際調(diào)研和討論分析,如果把閉排系統(tǒng)污油水直接轉(zhuǎn)至原油處理流程,不僅可以避免各類污油水相互混合產(chǎn)生反應(yīng),還可以減少污油水對艙容空間的占用問題。
為了了解閉排系統(tǒng)產(chǎn)生的污油水直接進(jìn)流程對處理系統(tǒng)造成的影響,需要對其進(jìn)行試驗(yàn)。提前將閉排系統(tǒng)產(chǎn)生的污油水收集到污油罐中,通過臨時泵將污油水打入原油處理流程,測試流程的變化。
表3 閉排系統(tǒng)污油水直接回流程試驗(yàn)
通過試驗(yàn)可以知道原油處理系統(tǒng)在處理污油水量在90 m3·h-1以下時,水相出口含油和油相出口含水都略微上漲,但都在接受范圍內(nèi);處理污油水量達(dá)到90 m3·h-1時,原油處理系統(tǒng)迅速紊亂,電脫水器出現(xiàn)垮電場情況。
FPSO 共兩臺閉排泵,采用一用一備工作模式,泵類型是雙螺桿泵,最大排量70 m3·h-1,出口壓力只有200 kPa。而原油處理流程操作壓力400 kPa,目前的兩臺雙螺桿閉排泵明顯不滿足需求。
針對FPSO 閉排使用工況及其閉排介質(zhì)大多情況為油水混合物及伴生氣,同時閉排系統(tǒng)來液量不穩(wěn)定等特點(diǎn),結(jié)合多級離心泵相關(guān)特性,新增閉排泵可以通過選型使用多級離心泵搭配FV 流量控制閥以滿足閉排系統(tǒng)介質(zhì)輸送的需求。
在以往海洋工程的常規(guī)設(shè)計中,閉排系統(tǒng)一直采用臥式離心泵作為流體外輸?shù)闹饕ぞ撸x心泵具有很好的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性,以及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)[6]。多級離心泵通過利用葉輪的旋轉(zhuǎn),使介質(zhì)產(chǎn)生離心力這個原理進(jìn)行工作的。啟動前的離心泵,泵殼和吸水管捏需要充滿水,在啟動電機(jī)后,使泵軸帶動葉輪做高速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,介質(zhì)由于離心力被甩向葉輪外緣,最終進(jìn)入壓水管路。在葉輪的中心處,由于離心力的作用形成真空,在大氣壓力的作用下吸水池中的介質(zhì)壓入泵殼內(nèi)。不停轉(zhuǎn)動地葉輪使得介質(zhì)在葉輪的作用下不斷地流入與流出,從而達(dá)到了輸送介質(zhì)的目的[7]。
搭配的FV流量控制閥可以控制污油水處理量,根據(jù)原油處理流程的空間及工況,調(diào)節(jié)閥門開度,達(dá)到最大程度減少對原油處理流程的影響[8]。
表4 多級離心泵閉排泵參數(shù)
表5 配套防爆變頻電機(jī)參數(shù)
圖2 多級離心泵性能曲線
在原有閉排泵入口增加一個三通,引出一路管線增加球閥,并在新增第三臺泵入口低點(diǎn)處,增加低點(diǎn)排放閥門[9]。在距離原閉排罐15 m 左右安裝新增的第三臺閉排泵,泵出口一路連接到原油處理流程,另外一路和原來閉排系統(tǒng)去工藝水艙的管線相連[10]。
圖3 閉排流程改造
通過閉排系統(tǒng)改造,成功解決了閉排系統(tǒng)產(chǎn)生污油水進(jìn)入工藝水艙后,導(dǎo)致工藝水艙內(nèi)污油水無法返回流程處理的問題。
1)閉排系統(tǒng)每天產(chǎn)生200 m3左右污油水全部進(jìn)入原油處理流程處理,節(jié)省了工藝水艙艙容,保證了FPSO 艙容安全性。
2)避免了不同來源的污油水在工藝水艙中摻混導(dǎo)致成分復(fù)雜的乳化油的生成,工藝水艙內(nèi)污油水含油量大幅降低,油-水中間過渡層從1 m 降低到0.5 m,產(chǎn)生老化油量大幅減少。
3)并新增了第三臺閉排泵提高了閉排系統(tǒng)的安全可靠性,增加了系統(tǒng)故障冗余程度[11]。