梁建斌，楊澤軍，侯辰光，尹旭明，把全龍

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100027；3.中海油能源發(fā)展股份有限公司安全環(huán)保分公司，天津 300450）

1 項目背景及介紹

海上W 油田II 期項目新建4 腿導(dǎo)管架平臺。平臺分為上層甲板、中層甲板和下層甲板，主要設(shè)施有蒸汽熱采配套設(shè)備、油氣生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備、除砂設(shè)備、水源井系統(tǒng)設(shè)備、計量設(shè)施、動力液注入系統(tǒng)、冷放空系統(tǒng)、開閉排系統(tǒng)、電氣房間等。

項目新建平臺及老平臺外輸含水原油在海上平臺E 摻混20%油田F 的原油后，經(jīng)原油加熱器加熱后進(jìn)入靜電聚結(jié)分離器，處理為含水20%的原油。含水原油經(jīng)電脫進(jìn)料泵增壓和電脫入口加熱器加熱后，進(jìn)入電脫水器處理為合格原油。海上平臺E 平臺需要新增1 臺原油加熱器、1 臺電脫入口加熱器、1 臺靜電聚結(jié)分離器，以及對應(yīng)的電脫進(jìn)料泵和生產(chǎn)水增壓泵。

海上油田W 項目的燃料氣引自海上油田E 平臺，主要供熱采鍋爐和熱介質(zhì)鍋爐使用。由于海上油田R 平臺的天然氣管網(wǎng)操作壓力調(diào)整，無法滿足本項目建設(shè)后將天然氣輸送至W 項目新建平臺的要求，需要在海上油田E 平臺增加壓縮機(jī)將天然氣增壓后輸送至W 項目新建平臺。新增設(shè)備包括壓縮機(jī)入口分離器、燃料氣壓縮機(jī)橇、燃料氣緩沖罐，同時需要更換現(xiàn)有氣體發(fā)球筒。

2 燃料氣壓縮機(jī)改造基礎(chǔ)數(shù)據(jù)研究

海上油田W 項目的燃料氣用戶為注汽鍋爐和熱介質(zhì)鍋爐，由于本油田伴生氣產(chǎn)量和熱值較低，無法滿足燃料氣消耗，需要將海上油田R 平臺的天然氣從海上油田E 平臺引到W 項目新建平臺，以滿足海上油田W 項目的燃料氣需求。海上W 油田I期油田開發(fā)項目建設(shè)1 條干氣管道，用于將來自海上油田R 平臺的高壓天然氣送往海上W 油田。R 平臺—W 油田干氣管道設(shè)計年限25 年，設(shè)計腐蝕裕量1.5 mm，輸送介質(zhì)為來自R 平臺經(jīng)TEG 脫水的干氣。海上W 油田I 期項目中，海上油田R 平臺天然氣依靠自身的壓力直接輸往W 油田。

海上油田E 平臺燃料氣平衡。E 平臺接收5 座井口平臺物流，另外來自海上油田T 平臺的返輸氣在降壓后被摻入了來自G 平臺的物流中，進(jìn)入E 平臺的生產(chǎn)系統(tǒng)，隨伴生氣一起進(jìn)入燃料氣系統(tǒng)。目前油田自產(chǎn)伴生氣量約每日13 萬立方米，海上油田T 平臺返輸氣氣量約6 萬立方米/天。E 平臺向透平、油田F 和油田W 供氣，4 臺透平同時運行耗氣量約26 萬立方米/天，油田W 耗氣量約20.6 萬立方米/天，油田F 耗氣量約10 萬立方米/天。E 平臺自產(chǎn)伴生氣和T 平臺返輸氣無法滿足氣量要求，不足部分由來自R 平臺的天然氣提供。

海上W 油田II 期擬建供氣設(shè)施。海上W 油田II 期接入后，外引氣量增加到20.6 萬立方米/天，天然氣外輸壓力上升到3.6 MPa（G）。來自R 平臺的天然氣壓力無法滿足輸送的要求，II期項目新增天然氣壓縮機(jī)增壓輸送。海上W 油田所引氣體全部為來自R 平臺的干氣。E 平臺自產(chǎn)伴生氣和T 平臺返輸氣進(jìn)入E 平臺平臺的燃料氣系統(tǒng)，供透平和油田F 使用。為降低成本，計劃取消海上W 油田II 期在E 平臺新增加天然氣壓縮機(jī)，改為利用E 平臺現(xiàn)有3 臺燃料氣壓縮機(jī)向W 油田供氣[1]。

所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括油田配產(chǎn)和返輸氣量（表1），海上A 油田伴生氣、E 平臺燃料氣、T 平臺返輸氣、R 平臺伴生氣組分[2]（表2）。

表1 E 平臺處理量萬立方米/天

表2 油田氣體組分

E 平臺平臺新增壓縮機(jī)方案中，外引氣的供氣壓力為2.8 MPa（G）。新增壓縮機(jī)使用R 平臺氣體組分。W 油田利用E平臺原燃料氣壓縮機(jī)后，從R平臺外引氣的氣量和壓力滿足透平和F 油田發(fā)電使用。

3 燃料氣壓縮機(jī)改造方案

3.1 壓縮機(jī)取消方案

在3 臺燃料氣壓縮機(jī)與燃料氣儲罐之間新增1 座燃料氣緩沖罐，接收來自燃料氣壓縮機(jī)的壓力為3935 kPa（A）的氣體，由燃料氣緩沖罐向W 油田供氣。當(dāng)燃料氣壓縮機(jī)排量不足W 油田需求量時，R 平臺天然氣補(bǔ)入燃料氣壓縮機(jī)。當(dāng)燃料氣壓縮機(jī)排量超過W 油田需求量時，富裕天然氣經(jīng)節(jié)流降壓后引作透平燃料。流程改造后，E 平臺現(xiàn)有透平的氣源將改為以R 平臺天然氣。

3.1.1 改造工程量

新增1 臺外輸氣滌氣罐橇用于除去氣體中的凝液。隔離現(xiàn)有的燃料氣壓縮機(jī)至燃?xì)鈨薰芫€，將壓縮機(jī)出口管線連接到新增的外輸氣滌氣罐上，并連通新增滌氣罐及現(xiàn)有的燃?xì)鈨蕖Ｐ略鰤毫刂崎y1 臺。

3.1.2 系統(tǒng)校核

取消壓縮機(jī)方案改動E 平臺燃料氣的來源和走向，II 期基設(shè)對燃料氣量/組成、燃料氣壓縮機(jī)、外輸管線進(jìn)行校核：流程改造后，E 平臺燃料氣熱值（36.5 MJ/m3）低于來自R 平臺（38.6 MJ/m3）和T 平臺返輸氣的熱值（39.3 MJ/m3）[3]，W 油田的外引氣量將從20.6 萬立方米/天增加到22.1 萬立方米/天。E 平臺燃料氣為濕氣，且CO2和H2S 含量高于R 平臺（38.6 MJ/m3）和T 平臺返輸氣。

3.1.3 壓縮機(jī)校核

W 油田外引氣量增加到22.1 萬立方米/天，E 平臺—W 油田燃料氣管道的天然氣外輸壓力增加到3735 kPa（A）。根據(jù)原設(shè)計文件及廠家資料，E 平臺燃料氣壓縮機(jī)出口的操作壓力為4250 kPa（G），能夠滿足天然氣外輸?shù)膲毫σ螅? 臺燃?xì)鈮嚎s機(jī)排量均為10 萬立方米/天（單臺），2025—2038 年間有52 個月的外引氣量高于20 萬立方米/天，此時需要啟動全部3 臺壓縮機(jī)才能滿足W 油田的用氣需求，無備用。

E 平臺燃料氣壓縮機(jī)能夠滿足將天然氣輸送到W 油田的排量和壓力要求，但部分月份無備用。經(jīng)校核，燃料氣壓縮機(jī)上游的燃料氣洗滌罐能夠滿足同時運行3 臺燃?xì)鈮嚎s機(jī)（30 萬立方米/天）的要求。

3.1.4 海管防腐校核

E 平臺—W 油田天然氣海管設(shè)計工況為輸送干氣，CO2含量為0.13%，改為輸送E 平臺油田伴生氣后，輸送介質(zhì)變濕氣，且CO2含量增加。在轉(zhuǎn)為濕氣運行情況下管道腐蝕速率較高，考慮85%的緩釋效率，依托年限內(nèi)的腐蝕量為2.21～2.79 mm，超出了原腐蝕裕量1.5 mm；且冬季海管入口內(nèi)外溫差超過40 ℃（海管內(nèi)40 ℃，海管外-21 ℃），存在一定的頂部腐蝕風(fēng)險?？紤]緩蝕劑無法有效作用到頂部，一旦出現(xiàn)頂部腐蝕，腐蝕速率會遠(yuǎn)超設(shè)計值。

3.1.5 海管結(jié)構(gòu)校核

經(jīng)海管結(jié)構(gòu)校核，按照3 mm 腐蝕裕量，W 油田平臺側(cè)的立管膨脹彎經(jīng)過校核，立管底部應(yīng)力過大，UC值為1.1[4]，不滿足要求。

3.2 壓縮機(jī)取消備用方案

W 油田II 期僅在E 平臺設(shè)置1 臺天然氣外輸壓縮機(jī)，由E 平臺原燃料氣壓縮機(jī)作為備用（流程管線改造）。利用R 平臺天然氣海管的壓力直接外輸?shù)妮敋饬磕軌蜻_(dá)到17.4 萬立方米/天（I 期工況）。W 油田外輸壓縮機(jī)的例行維檢修盡量選擇在外輸氣量較低的月份進(jìn)行，可利用R 平臺天然氣海管的壓力直接外輸。高引氣量情況下壓縮機(jī)故障，短期利用E 平臺的燃料氣壓縮機(jī)向W 油田供氣。E 平臺—W 油田的輸氣海管短期濕氣輸送，可有效控制腐蝕情況。

改造工程量包括：①在取消壓縮機(jī)方案的基礎(chǔ)上新增一臺排量為26 萬方/天的外輸天然氣壓縮機(jī)橇以及一座壓縮機(jī)入口滌氣罐橇；②在取消壓縮機(jī)方案的基礎(chǔ)上增加連接新增壓縮機(jī)入口滌氣罐及天然氣外輸壓縮機(jī)的管線；③在取消壓縮機(jī)方案的基礎(chǔ)上增加1 臺關(guān)斷閥。

為滿足本項目的依托，需要對E 平臺中層、下層甲板和工作甲板進(jìn)行改造。在中層甲板西北側(cè)，1 軸與2.1 軸間的位置新增外建17.3 m×6.85 m+8 m×3 m 的甲板，布置新增的靜電聚結(jié)分離器撬及卸貨區(qū)。在原平臺A 軸東南側(cè)，4 軸和4.1 軸之間的位置新增兩個外擴(kuò)甲板分上下層，主要用于開關(guān)間及電氣V.F.D（變頻電機(jī)）間使用。具體尺寸為：下層標(biāo)高25 m 層7.5 m×9 m；上層標(biāo)高29 m 層6.4 m×9 m，空白區(qū)域內(nèi)布置新增的生產(chǎn)水增壓泵和濾器。在下層甲板北側(cè)，2 軸與2.1 軸間的位置新增外擴(kuò)8.15 m×6.85 m 的甲板，布置新增的卸貨區(qū)。工作甲板在原平臺北側(cè)1 軸和3 軸之間新增外擴(kuò)甲板25 m×6.85 m，布置原油加熱器、電脫水器加熱器及卸貨區(qū)。在原平臺2.1 軸至4 軸、A、B軸空白區(qū)域內(nèi)增加22 m×18.9 m 的甲板，安裝新增的2 臺燃?xì)鈮嚎s機(jī)及其附屬設(shè)施。新增電脫水進(jìn)料泵橇及生產(chǎn)水增壓泵橇在燃?xì)鈮嚎s機(jī)安裝在原平臺北側(cè)2.1 軸和3 軸之間的位置。去W 油田平臺的清管球發(fā)射器橇原地?fù)Q新。

新增設(shè)備后，E 平臺的最大應(yīng)急放空量未超過火炬泄放能力，現(xiàn)有的火炬系統(tǒng)滿足要求，平臺開排罐、閉排罐可以滿足本項目接入要求，熱介質(zhì)系統(tǒng)滿足改造后總熱負(fù)荷需求。

4 總結(jié)

綜合考慮E 平臺至W 油田燃料氣管線的腐蝕風(fēng)險、結(jié)構(gòu)校核和備用問題，結(jié)合其投產(chǎn)前實際試壓情況，燃料氣壓縮機(jī)替換方案風(fēng)險較大。推薦采用新增1 臺燃料氣壓縮機(jī)，利用E 平臺原燃料氣作為備用的方案。該方案能夠滿足W 油田熱采鍋爐和熱介質(zhì)鍋爐使用需求，并保證天然氣海管和關(guān)聯(lián)平臺的安全運行。