韋曉強(qiáng),莊繼澤,黃國良,孫恪成

(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)

海上油田火炬氣通常具有低壓、組分復(fù)雜、氣量波動(dòng)大、可采年份有限的特點(diǎn),利用常規(guī)技術(shù)和工程模式(如:固定平臺(tái)+海底管道輸送)難以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)回收。中海油所屬采油服務(wù)公司長期致力于海上火炬氣回收研究,目前已研究出適用于海上油田火炬氣回收的小型撬裝天然氣液化裝置方案,可滿足火炬氣處理規(guī)模1～10萬m3/d的回收需要。方案具有小型化,輕量化,撬裝化,低耗能,分散布置,集中控制的特點(diǎn),已獲得中國船級社原則性認(rèn)可證書。為滿足目前不同氣量、不同生產(chǎn)條件需要,以液化天然氣技術(shù)為基礎(chǔ),創(chuàng)新提出5種利用回收火炬氣制取LNG工程方案,并對方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性分析論證。

1 小型撬裝天然氣液化裝置

火炬氣的液化采用小型撬裝天然氣液化裝置(即:小型LNG生產(chǎn)裝置),該裝置適合在油氣生產(chǎn)平臺(tái)有限空間內(nèi)布置,能在海上高溫、高濕、高溫差的惡劣環(huán)境里生產(chǎn),滿足船級社對海工設(shè)備的取證要求,對平臺(tái)生產(chǎn)期間低壓排放的火炬氣具有增壓、凈化、液化的功能。

1.1 液化基本原理

火炬氣首先經(jīng)過凈化(脫水、脫汞、脫重?zé)N、脫酸性氣體)處理,達(dá)到天然氣凈化指標(biāo)后,采用節(jié)流、膨脹和外加冷源制冷的工藝生產(chǎn)出液化天然氣(LNG)和液態(tài)烴類混合物(NGL),流程見圖1。

圖1 工藝流程(圖中數(shù)字為流程順序號)

1.2 凈化、液化工藝選取

小型LNG生產(chǎn)裝置為適應(yīng)海上平臺(tái)復(fù)雜的生產(chǎn)需要,凈化工藝采用MDEA吸收法脫除酸性氣體、分子篩脫水、浸硫活性炭脫汞、及洗滌法脫重?zé)N。液化工藝采用能耗低、設(shè)備數(shù)量少的C3MR(丙烷預(yù)冷混合冷劑)液化流程。

2 工程方案

以安全、合規(guī)為根本原則,保證現(xiàn)役海上生產(chǎn)平臺(tái)正常生產(chǎn)為前提。

2.1 LNG罐箱儲(chǔ)運(yùn)方案

以渤海某現(xiàn)役生產(chǎn)平臺(tái)為研究目標(biāo)。在平臺(tái)空余甲板上加裝日處理火炬氣約1萬m3的小型LNG生產(chǎn)裝置,生產(chǎn)的LNG產(chǎn)品由20 ft近海LNG罐箱儲(chǔ)運(yùn),NGL(液態(tài)烴類混合物)由10 ft近海NGL罐箱儲(chǔ)運(yùn)。采用“現(xiàn)役平臺(tái)改造+小型LNG生產(chǎn)裝置+LNG罐箱”的工程模式[1]。工程方案示意于圖2。

圖2 儲(chǔ)運(yùn)工程方案實(shí)施現(xiàn)場

2.1.1 LNG、NGL儲(chǔ)存周期

平臺(tái)上布置雙層20 ft近海LNG罐箱6個(gè)和10 ftNGL罐箱4個(gè),運(yùn)輸周期為5 d。

2.1.2 LNG、NGL罐箱運(yùn)輸

參照國際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則 (IMDG)及相關(guān)規(guī)定,LNG屬于2.1類危險(xiǎn)貨物,LNG、NGL罐箱海上運(yùn)輸須具有2.1類危險(xiǎn)品載運(yùn)證書資質(zhì)的船舶才可承運(yùn),如:海洋石油230船具有相應(yīng)危險(xiǎn)貨物適裝證書,可在指定區(qū)域裝載罐箱,配貨運(yùn)輸;可裝載5個(gè)LNG罐箱,2個(gè)NGL罐箱,其裝載布置,見圖3。

圖3 罐箱裝載布置示意

2.2 LNG海上加注方案

以渤海油田啟用LNG燃料動(dòng)力船舶作為值班拖輪為契機(jī)。在渤海某平臺(tái)上加裝日處理伴生氣約2萬m3的小型LNG生產(chǎn)裝置和LNG加注系統(tǒng),建立海上固定平臺(tái)LNG加注站。LNG儲(chǔ)存于LNG儲(chǔ)罐,重?zé)NNGL由10 ft近海NGL罐箱儲(chǔ)運(yùn),通過加注系統(tǒng)向LNG動(dòng)力船舶提供燃料加注服務(wù)。采用“現(xiàn)役海上生產(chǎn)平臺(tái)+小型LNG生產(chǎn)、加注裝置+LNG燃料動(dòng)力船”的工程模式。工程方案示意于圖4。

圖4 工程方案示意

2.2.1 LNG、NGL儲(chǔ)存周期

平臺(tái)上布置4個(gè)設(shè)計(jì)容積為39 m3的LNG儲(chǔ)罐和2個(gè)20 ft LNG罐箱;8個(gè)10 ft近海NGL重?zé)N罐箱(或考慮NGL直接回油田生產(chǎn)流程)。可定期(周期約5d)向LNG燃料動(dòng)力PSV提供燃料補(bǔ)給服務(wù)。

2.2.2 LNG加注

參考目前船-船加注,槽車-船加注,岸站-船等加注技術(shù)及現(xiàn)行法規(guī)、規(guī)范,標(biāo)準(zhǔn)、指南要求,固定平臺(tái)對船加注采用受注船兩點(diǎn)系泊或側(cè)靠平臺(tái)的方式進(jìn)行海上LNG加注作業(yè),見圖5。

圖5 船舶側(cè)靠加注作業(yè)示意

2.3 自升式LNG加注簡易平臺(tái)方案

為解決2～5萬m3/d火炬氣回收需求及現(xiàn)役平臺(tái)甲板空間限制問題,借鑒“蜜蜂式”油田開發(fā)經(jīng)驗(yàn)[2],新建1座2萬m3級自升式LNG加注簡易平臺(tái),平臺(tái)具有可移動(dòng)重復(fù)利用,火炬氣回收、液化,LNG儲(chǔ)存、加注等功能,平臺(tái)總布置見圖6。

圖6 平臺(tái)總布置示意

平臺(tái)設(shè)計(jì)使用年限25 a,適應(yīng)4.5～40 m水深的渤海海域,具有在作業(yè)海域50 a一遇環(huán)境條件下的自存能力。布置在現(xiàn)役平臺(tái)旁,水、電、氣等公用系統(tǒng)消耗及人員居住由現(xiàn)役平臺(tái)提供,依靠棧橋與現(xiàn)役平臺(tái)連接,將火炬氣液化成合格LNG,通過加注系統(tǒng)向LNG動(dòng)力船舶提供燃料加注服務(wù)。該方案采用“現(xiàn)役生產(chǎn)平臺(tái)+自升式LNG加注平臺(tái)+LNG燃料動(dòng)力船”的工程模式,平臺(tái)作業(yè)方案示意于見圖7。

圖7 自升式LNG加注簡易平臺(tái)作業(yè)方案示意

2.3.1 LNG、NGL儲(chǔ)存周期

LNG儲(chǔ)存于LNG儲(chǔ)罐,在平臺(tái)上布置2個(gè)設(shè)計(jì)容積為180 m3的LNG儲(chǔ)罐。本方案重?zé)NNGL直接回油田生產(chǎn)流程,也可根據(jù)實(shí)際需要由10 ft近海NGL罐箱儲(chǔ)運(yùn)?？啥ㄆ?周期約5 d)向LNG燃料動(dòng)力PSV提供燃料補(bǔ)給。

2.3.2 LNG加注

加注操作遵循國家主管機(jī)關(guān)法規(guī)、規(guī)范的要求。受注船與平臺(tái)間距不小于20 m,船舶首尾兩點(diǎn)系泊,側(cè)靠加注,見圖8。

圖8 LNG加注作業(yè)示意

2.4 簡易型火炬氣液化回收多功能平臺(tái)方案

以處理火炬氣5萬m3/d為例,通過新建一座簡易型5萬m3級火炬氣液化回收多功能平臺(tái),建立海上小型天然氣液化站。平臺(tái)采用箱型主體結(jié)構(gòu),導(dǎo)管架4樁腿,帶裙板吸力筒形基礎(chǔ)。具有重復(fù)利用,船舶靠泊(靠船墩),一定的抗冰能力,火炬氣回收、液化,LNG罐箱充裝、存放、裝卸,LNG加注等功能;火炬氣處理能力5萬m3/d,其中3萬m3用于罐箱運(yùn)輸,2萬m3用于加注。平臺(tái)總布置示意于圖9。

圖9 平臺(tái)總布置示意

平臺(tái)設(shè)計(jì)使用年限25 a,按渤海灣50 a一遇環(huán)境條件,40 m水深設(shè)計(jì)。不設(shè)置主發(fā)電系統(tǒng)和生活樓,水、電、氣等公用系統(tǒng)消耗及人員居住由現(xiàn)役平臺(tái)提供(可根據(jù)實(shí)際需要選擇公用系統(tǒng)配置),平臺(tái)布置在現(xiàn)役生產(chǎn)平臺(tái)旁,依靠棧橋與平臺(tái)連接。采用“現(xiàn)役生產(chǎn)平臺(tái)+伴生氣回收平臺(tái)+LNG罐箱儲(chǔ)運(yùn)、加注”的工程模式,依靠具有資質(zhì)的PSV(或?qū)Ｓ眠\(yùn)輸船)進(jìn)行LNG、NGL罐箱的周轉(zhuǎn)運(yùn)輸,實(shí)現(xiàn)LNG海陸聯(lián)運(yùn),最終送至陸地終端用戶,和實(shí)現(xiàn)向LNG燃料動(dòng)力PSV加注LNG燃料。工程方案示意,見圖10。

圖10 多功能平臺(tái)作業(yè)工程方案示意

2.4.1 LNG、NGL儲(chǔ)存周期

平臺(tái)上布置雙層20 ft近海LNG罐箱,共16個(gè);布置雙層20 ft近海NGL儲(chǔ)罐2個(gè),運(yùn)輸周期為5d。230 m3臥式LNG儲(chǔ)罐1個(gè),定期為LNG燃料動(dòng)力船提供燃料補(bǔ)給服務(wù)。

2.4.2 LNG罐箱運(yùn)輸及加注

近海LNG、NGL罐箱裝卸運(yùn)輸及加注操作遵循國家主管機(jī)關(guān)法規(guī)、規(guī)范的要求。罐箱運(yùn)輸船或受注船側(cè)靠平臺(tái),兩點(diǎn)系泊輔助,完成罐箱裝卸或LNG加注作業(yè),見圖11。

圖11 船舶靠泊作業(yè)示意

2.5 自升式火炬氣液化回收生產(chǎn)平臺(tái)方案

為滿足油田火炬氣氣量大、開采年限短,需滾動(dòng)開發(fā)、接續(xù)作業(yè),借鑒油田“蜜蜂式”開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。以火炬氣處理規(guī)模10萬m3/d為例,新建一座火炬氣回收液化儲(chǔ)存平臺(tái),平臺(tái)采用自升式平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式,鋼質(zhì)非自航,具有可遷移、升降能力,主要由平臺(tái)主體、升降系統(tǒng)、樁腿等組成,設(shè)有天然氣液化回收裝置、LNG儲(chǔ)存罐箱、公用系統(tǒng)及生活設(shè)施等。

平臺(tái)設(shè)計(jì)使用年限25 a,適應(yīng)4.5～40 m水深的渤海海域,具有在作業(yè)海域50 a一遇環(huán)境條件下的自存能力,站立作業(yè)期間滿足固定平臺(tái)規(guī)范要求。滿足10萬m3/d伴生氣液化裝置要求及液態(tài)產(chǎn)品儲(chǔ)存要求,通過棧橋與現(xiàn)役生產(chǎn)平臺(tái)連接,依靠具有資質(zhì)的PSV(或?qū)Ｓ眠\(yùn)輸船)進(jìn)行LNG罐箱的周轉(zhuǎn)運(yùn)輸。采用“現(xiàn)役生產(chǎn)平臺(tái)+伴生氣回收平臺(tái)+LNG罐箱儲(chǔ)運(yùn)”的工程模式,實(shí)現(xiàn)LNG海陸聯(lián)運(yùn),最終送至陸地終端用戶。作業(yè)方案示意于圖12。

圖12 生產(chǎn)平臺(tái)作業(yè)方案示意

2.5.1 LNG、NGL儲(chǔ)存周期

平臺(tái)上布置雙層20 ft近海LNG罐箱37個(gè)和20 ft NGL罐箱17個(gè),運(yùn)輸周期為5 d。

2.5.2 LNG、NGL罐箱運(yùn)輸

LNG、NGL罐箱吊裝、運(yùn)輸遵循國家主管機(jī)關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。在平臺(tái)一側(cè)設(shè)置柔性靠船樁,專用罐箱運(yùn)輸船借助首部兩點(diǎn)系泊輔助側(cè)靠柔性靠船樁,完成罐箱裝卸作業(yè)。

3 經(jīng)濟(jì)測算及適用范圍

經(jīng)測算,在平臺(tái)為項(xiàng)目提供便利的水、電、氣供應(yīng)及人員居住、罐箱海上運(yùn)輸?shù)臈l件下,各方案均具有收益,見表1。

表1 項(xiàng)目投資、收益表

各工程方案的適用范圍見表2。

表2 方案適用范圍

對于上述工程方案,目前國內(nèi)海事監(jiān)管文件尚無專門的適用條款,建議參照現(xiàn)行法律法規(guī)[3-4],向主管機(jī)關(guān)申請“一事一議”,先試點(diǎn)再推廣。

4 結(jié)論

通過上述分析,表明利用天然氣液化技術(shù)回收海上油田火炬氣的各工程方案作為油田節(jié)能減排、綠色發(fā)展的一種創(chuàng)新模式,可解決海上油田1萬-15萬m3/d火炬氣回收研究中的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)難題。雖然相對常規(guī)油氣田開發(fā)項(xiàng)目,所述各工程方案整體經(jīng)濟(jì)收益不明顯,但具有非常好的環(huán)保和社會(huì)效益,項(xiàng)目各相關(guān)方可通過商務(wù)合作模式的創(chuàng)新,給予項(xiàng)目足夠的資源支持,推動(dòng)項(xiàng)目順利實(shí)施,實(shí)現(xiàn)海上油田火炬氣的“綠色”回收。五種不同的工程方案具有代表性和較廣泛的適用性,可根據(jù)現(xiàn)役生產(chǎn)平臺(tái)的實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化組合,建立新的工程模式滿足開發(fā)需要,具有進(jìn)一步深入研究和推廣的價(jià)值。