中国海上油气 第 25 卷 第 5 期 2013 年 10 月 5 Vo l. 25 No. Oc t. 2013 CHINA OFFSHORE OIL AND GAS 海上油气处理工艺设备除砂系统设计与应用 苏幼明1 巩兴广2 秦 宁1 张 辉1 郭国胜1 王 沙1 马 勇1 ( 1.海洋石油工程股份有限公司; 2.渤海钻探泥浆技术服务公司) 摘 要 针对海上平台和浮式生产 储 油 装 置 上 工 艺 设 备 中 的 油 砂,充 分 利 用 To r e的 运 砂 功 能 与 To r eSc rub 的洗砂功能,设计了一套集油砂的分离、输送、清洗等功能为一体的油 砂 综 合 处 理 工 艺 系统。现场应用结果表明,该系统能根据工程实际情况利用含油污水对油砂进行循环清洗 ,充分节 约了海上有限的淡水资源;同时由于 To r e与 To r eSc rub 没有运动机件与砂接触,整个除砂系统没 有严重的腐蚀现象发生,除砂效果显著,具有结构紧凑、高效、节能和环保的特点。 关键词 海上油气处理 除砂系统工程 处理工艺 设计与应用 世界上 70% 的油气都储藏 在 砂 岩 储 层 中,在 开 在调研国内外海上油田除砂工艺技术的基础 采过程中地层出砂是一个始终存在的难点。虽然在 上 [1-7],通过对各种 除 砂 方 法 的 综 合 比 较,结 合 海 上 井下采取了多种防砂措施,但由于原油粘度大(特别 作业难度大、空间 小、水 资 源 少 等 特 殊 条 件,针 对 海 是稠油),不可避免地会使部分细砂进入地面集输系 上油 气 处 理 过 程 中 产 生 的 油 砂,设 计 了 To r e与 统,引起油井的不稳定性、地面设备的腐蚀及油砂需 To r eSc rub 一体化组合除砂工艺。 要处理等各种问题,同时还极大地限制了油气产量。 1. 1 To r e与 To r eS c r ub 一 体 化 组 合 除 砂 工 艺 流 程 另外,含油砂粒如果不经处理直接排放入海,不但会 设计 由于这些砂中的含油得不到回收而造成能源的巨大 海上 平 台 和 浮 式 生 产 储 油 装 置 T o r e与T o r e 浪费,而且还会对环境造成污染。因此,开展海上油 S c r ub一体化组合除砂工艺流程如图 1 所示,具体包 气处理工艺设备除砂系统设计研究具有重要的工程 括油砂的输送、清洗和外输等 3 个独立的连续过程。 和环保意义。本文针对海上平台和浮式生产储油装 1. 1. 1 油砂的输送 油砂的输送分 2 种工况: 置工艺设备里的细砂,灵活地将 To r e与 To r eSc rub 进行一体化组合,充 分 利 用 To r e 的 运 砂 功 能,设 计 1)对 于 一 级 分 离 器,由 于 其 内 部 操 作 压 力 高, 了一套集细砂的分离、输送、清洗等功能为一体的油 被 To r e吸入的油砂可以直接输送至 To r eSc rub 洗 砂综合处理工艺 系 统。 现 场 应 用 表 明,整 个 除 砂 工 砂装置顶部的固液 旋 流 分 离 器,因 此 在 输 送 管 路 中 艺系统具有结构紧凑、高效、节能和环保的特点。 不需要安装射流 泵。 其 输 送 过 程 是:含 油 污 水 以 工 1 海上油气处理工艺设备除砂系统设计 作流体的形式 从 管 线 1、 2 进 入 To r e,流 经 To r e后 产生涡流,使其下方 一 定 区 域 范 围 内 的 沉 积 油 砂 悬 油气田产物一般是油、气、水、砂等四相混合物, 浮并流体 化;流 体 化 的 油 砂 在 To r e涡 流 中 心 负 压 其中天然气比较容易从其他物料中分离出来,剩余物 的作用下被吸入到 To r e的排出管中,经管线 3、 4进 即为油、水、砂等液固混合物。因此,油气集输系统除 入 To r eSc rub 顶部的固液旋流分离器;水砂混合物 砂是一个液固分离过程,即从油水混合物中将砂粒除 在固液旋流分离器 的 作 用 下 实 现 固 液 分 离,含 油 污 掉。另外,海上油气处理过程中除砂工艺应与油气水 水从顶部溢流出,经 管 线 5 进 入 气 浮 罐 做 进 一 步 的 的处理工艺相结合,同时还应考虑海上平台和浮式生 处理,分离出的油砂 从 固 液 旋 流 分 离 器 底 部 排 出 落 产储油装置的面积限制和环境保护因素。 入 To r eSc rub 容器底部的收集室中。 第一作者简介:苏幼明,男, 2008 年毕业于中国石油大学(北京),获硕士学位,现主要从事海洋石油工艺安全方面的设计工作。地址:天 津 市塘沽区丹江路 1078 号 616 信箱(邮编: 300451)。电话 022-66909233。E-ma i l: suym@ma i l. c ooe c. c om. cn。 中 国 海 上 油 气 86 2013 年 14、 12 向 To r e Sc rub 容 器 底 部 的 To r e引入 淡 水 作 为 清 洁 驱 动 动 力 流 体。清洁砂通过 To r e经管线 15 排出 容器进入 砂 固 体 终 端 处 理 系 统,砂 固 体可以根据工程实际情况和相关环境 保护排放标准选择装袋外输或就地排 放处理,这 样 就 可 以 快 速 而 有 效 地 处 理掉油砂。 清 洁 砂 被 排 空 之 后, To r e Sc rub 就 会 重 新 返 回 清 洗 状 态,准 备 处理下一批油砂。 1. 2 系统主要参数确定 1)系统处理砂的最 大 粒 径 限 度。 1—一级分离器; 2—测试分离器; 3—To r e; 4、 5—射流泵; 6—To r eSc r ub; 7—压差控制器; 8—压力控制阀; 9—气浮罐; 对于 油 气 系 统,由 于 砂 粒 小、泥 砂 装 10—砂固体终端处理系统;菱形里的数字为系统管线编号 图 1 海上平台和浮式生产储油装置 To r e与 To r eS c r ub 一体化组合 除砂工艺流程 足 很 多 应 用 要 求。 但 是 为 了 防 止 To r e发 生 堵 塞 ,必 须 给 定 一 个 砂 粒 实 际 最 大 的 粒 径 限 度 ,一 般 为 To r e 2)对于 测 试 分 离 器,由 于 其 内 部 操 作 压 力 低, 被 To r e吸入的油砂无法直接输送至 To r eSc rub 洗 载量低, 4 mm 的 To r e就 能 满 25. 排 出 管 内 径 值 的 1/5[8]。 砂装置顶部的固液 旋 流 分 离 器,因 此 在 输 送 管 路 中 2)To r e尺寸大小的选择。对于 To r e尺寸大小 需要安装射流 泵 对 砂 流 进 行 输 送。 其 输 送 过 程 是: 的选择,主要考虑 2 个 因 素,一 是 砂 粒 的 最 大 粒 径, 含油污水从管线 1、 6 进入 To r e产生涡流,流体化的 二是所要求处理 砂 的 质 量 流 量。 除 此 之 外,还 应 考 油砂在涡流中心负 压 的 作 用 下 被 吸 入 到 To r e的 排 虑 To r e周围系统的 可 利 用 空 间、管 嘴、泵、阀 门、资 出管中,经管线 7 进入射流泵;砂流在射流泵的提升 金和操作费用。 输送下 经 管 线 8、 4 进 入 To r eSc rub 顶 部 的 固 液 旋 流分离器进行水砂 混 合 物 的 固 液 分 离,含 油 污 水 从 3)系 统 砂 流 的 质 量 流 量 要 求。在 保 证 砂 流 输 送 过 程 中 不 发 生 封 堵 危 险 的 情 况 下 ,一 旦 选 定 合 顶部溢流经管线 5 进 入 气 浮 罐 做 进 一 步 的 处 理,分 适 大 小 的 To r e,就 要 对 其 进 行 校 验 ,确 保 它 能 满 足 离出的油砂 从 固 液 旋 流 分 离 器 底 部 排 出 落 入 To r e 实 际 工 程 项 目 中 砂 流 质 量 流 量 的 要求。 Sc rub 容器底部的收集室中。 1. 1. 2 油砂的清洗 4)T o r e 中砂流流速的选择。T o r e 中砂流流速选 择与下游油砂处理工艺管道中砂流流速选择的原则 水砂混合物在固液旋流分离器的作用下实现固 一致。通过 T o r e 和下游管道砂流的流速必须足够大 液分离,分离出的油 砂 不 断 从 固 液 旋 流 分 离 器 底 部 以防止油砂发生沉积,但同时其流速也不能超过冲蚀 排出落入 To r eSc rub 容 器 底 部 的 收 集 室 中。 收 集 速度极限限度,因为冲蚀速度极限水平的砂流流速会 室中油砂一旦充满,除砂工艺系统停止油砂的输送, 导致设计系统使用周期缩短、压力下降增大。 To r eSc rub 就打 开 设 备 底 部 的 阀 门 开 始 运 行 油 砂 5)To r e的进料要求。通常在考虑 To r e进口顶 清洗模式。为了将 油 砂 彻 底 清 洗,利 用 一 条 循 环 管 部管道压降损耗的 情 况 下,含 油 污 水 工 作 流 体 的 压 线(管 线 13、 4)和 安 装 在 To r eSc rub 容 器 底 部 的 力要 比 To r e 安 装 所 在 容 器 的 操 作 压 力 高 出 50 To r e来重新循环收集室中的油砂固体,其中循环 管 线从 T o r eS c r ub 容器底部贯穿到固液旋流分离器的 kPa8 。一般来说,对 于 2. 54cm 的 To r e,其 要 求 3 / 的流体 速 度 在 3~4 m h 之 间; 08cm 的 To r e 5. 进料口,并在循环回路中安装一个射流泵(射流泵 5) 要求的流体速度在 12~16m3/h 之间。 以提升砂浆流体的流动压力。 1. 1. 3 油砂的外输 当油砂 被 清 洗 到 合 格 的 排 放 标 准 后,从 管 线 [] 6)To r e的有效 排 砂 区 及 个 数 计 算。当 油 砂 发 生有效流 体 化 并 进 行 排 运 时,一 个 To r e的 有 效 排 砂区相当于 To r e排出 管 管 口 面 积 的 6 倍。 测 试 分 第 25 卷 第5期 苏幼明等:海上油气处理工艺设备除砂系统设计与应用 87 离器中沉积的油砂 主 要 是 通 过 落 入 To r e的 有 效 排 砂区来完成其清除 运 输,而 剩 下 的 余 砂 数 量 则 取 决 于它们所在地方 对 应 的 角 度。 因 此,对 于 测 试 分 离 器这样的 大 容 器 则 需 要 安 装 多 个 To r e,To r e个 数 [] 由公式( 1)计算 8 ( N = S/( 6D) 1) 式( 1)中: N 为T o r e 个数; S为T o r e 安装所在容器的 2 ; 实际积砂面积, m D为T o r e 排出管管口面积, m2 。 在确定 To r e安装 所 在 一 级 分 离 器 和 测 试 分 离 器的实际有效积砂 面 积 时,要 充 分 考 虑 一 级 分 离 器 和测试分离器内部的结构。 7)射流 泵 的 选 型。 射 流 泵 的 选 型 主 要 考 虑 流 量比和扬程这 2 个参数。在油砂处理系统中,进、出 系统的流体流量要 求 守 恒,因 此 射 流 泵 的 流 量 比 参 数很重要。 2 工程项目应用效果 MODEC PYRENEES FPSO 项 目 是 海 洋 石 油 工程股份有限公司 的 第 1 个 海 外 项 目,该 项 目 由 浮 式生产储油装置和 水 下 油 井 组 成,工 程 地 址 位 于 澳 大利亚海岸 西 北 部,临 近 Ni nga l oo 海 洋 公 园,环 境 要求苛刻,对项目的技术要求极其严格。在项目中, 来自 3 个区块的井口来液汇集到浮式生产储油装置 上进行处理,其 井 口 来 液 总 量 为 19080kg/d,其 中 含砂量为 14. 26×10-3kg/m3 。 浮 式 生 产 储 油 装 置 上的一级分离器、测 试 分 离 器、气 体 洗 涤 器、电 脱 水 聚结器、溶气气浮器 和 低 压 火 炬 分 液 器 等 6 个 工 艺 设备存在积砂,需要处理。 该项目在除砂 系 统 设 计 上 利 用 To r e的 运 砂 功 能,分别在一级分离器、测试分离器、气体洗涤器、电 脱水聚结器、溶气气 浮 器 和 低 压 火 炬 分 液 器 上 安 装 了 To r e,利用 含 油 污 水 处 理 系 统 的 污 水 作 为 To r e 的工作流体,将浮式 生 产 储 油 装 置 上 含 砂 的 6 个 工 艺设备 中 的 积 砂 输 送 至 To r eSc rub 洗 砂 装 置 中 进 行集中油砂清洗,最 后 将 清 洗 完 的 油 砂 进 行 固 化 装 袋 运 回 岸 上 进 行 最 终 的 处 理,取 得 了 良 好 效 果。 MODEC PYRENEESFPSO 项目除砂流程见图 2。 图 2 MODECPYRENEESFPSO 项目除砂流程图 因此除砂系统中流 体 的 冲 蚀 作 用 最 小 化,对 设 备 的 维护要求就更低。 另 外,整 个 除 砂 系 统 处 理 设 备 体 积小、重 量 轻、流 程 短、结 构 紧 凑,循 环 洗 砂 用 水 少、 装置完全橇装化、系 统 运 行 平 稳、安 全,安 装 与 维 修 都很方便,具有高 效、节 能 和 环 保 的 特 点,非 常 适 用 于连续化生产,可以实现较高的自动化水平。 3 结束语 本文所设计的海上油气处理工艺设备除砂系 统,是 一 套 油 砂 综 合 处 理 系 统,该 系 统 将 To r e与 To r eSc rub 进 行 有 机 组 合,充 分 利 用 了 To r e的 运 砂功能和 To r eSc rub 的洗砂功能,能进行油砂的输 送、清洗和装袋外输,并可以利用含油污水对油砂进 行循环清洗,充分节约了海上有限的淡水资源。 与传 统 的 除 砂 技 术 相 比,未 来 的 海 上 除 砂 设 备 必将朝着占地面积小、重量轻、维护费用低的方向发 展,同时还应完全实现自动化,尽可能减小海上环境 因素的影响。在实 际 工 程 应 用 中,不 同 应 用 工 艺 系 统中的除砂技术应相互结合、相互联系,同一除砂工 艺技术(如重力沉降分离和旋流分离)可以在油气系 统的不同场合和生产环节中应用。 参 考 文 献 [ 1] JOHNSON E E, RONNINGSEN H P.Vi s c o s i t fl i ve wa t e r yo i nc r udeo i lemu l s-i on: Expe r imen t a lwo rkandva l i da t i on[ J]. 与传统除砂工 艺 相 比,本 文 设 计 的 海 上 油 气 处 J our na lo fPe t r o l eum Sc i enc eandTe chno l ogy, 2003, 38: 23-36. 理工艺设备除砂系 统 不 仅 处 理 效 果 好,而 且 能 对 油 [ 2] 王玉敏 .旋流分离器在高寒地区的应用与探讨[ J].油气 田 地 面 砂进行快速、高效地 输 送,即 使 To r e被 完 全 掩 埋 于 积砂中也能保持它 的 有 效 性,同 时 整 个 除 砂 系 统 对 浮式生产储油装置摆动不敏感;由于没有运动机件, 工程, 2005, 24( 10): 49. [ 3] 王 金 宏 ,李 东 阳 .油 田 地 面 除 砂 设 备 的 应 用 [ J].科 技 资 讯 , 2007( 27): 35. [ 何银花, 贺红旭, 等. 新型高效除砂装置的研究与应用[ 4] 王万福, J]. 中 国 海 上 油 气 88 油气田环境保护, 2004, 11( 1): 33-35. Ab s t r a c t: Fo rt hes ed imen ti nt he d i spos a lequ i p- [ 5] 谭章龙,司念亭,李贵川,等 .大 斜 度 井 压 裂 充 填 防 砂 工 艺 研 究 与实践:以南堡 35-2 油田 Ax 井为例[ J].中国海上油气, 2011, 23( 1): 46-49. [ 6] 金祥纯,张庆龙,高世臣 .稠 油 油 藏 出 砂 机 理、影 响 因 素 及 防 砂 技术对策:基于辽 河 油 田 稠 油 油 藏 防 砂 实 践 [ J].中 国 海 上 油 气, 2006, 18( 3): 320-324. [ 海上稠油油田含砂原油除砂及含油砂净化工艺探讨[ 7] 李成见 . J]. 中国海上油气, 2007, 19( 4): 263-265. 改回日期: 2013-03-20 (编辑:叶秋敏) Thede s i l i c a t i ono fde s and i ngs s t emf o r gnandapp y o i landga spr o c e s s i ngequ i to f f s ho r e pmen Su Youmi ng1 GongXi ngguang2 1 Qi n Ni ng1 1 Zhang Hu i GuoGuosheng 1 WangSha men to fp l oa t i ng pr t o r age l a t f o rm andf oduc t i on s , &o f f l oad i ngun i t wede s i e to fnewi n t eg r a t- gnas edsys t emt opr i ls and.Thede s and i ngsys- oc e s so t em u t i l i z e st het r anspo r t i ngf unc t i ono f To r eand wa sh i ngf unc t i ono fTo r eSc rub,andc ans epa r a t e, t r anspo r tandc l e ant heo i ls and.F i e l dapp l i c a t i on r e su l t s show t ha tt he sys t em c an us e o i l y [ 8] Me r r oLt d.Me r r oTe chno l ogyDo cumen t-MTD01. 2007. p p 收稿日期: 2012-11-06 2013 年 MaYong1 oc l e an o i ls andsc i r cu l a r l c co rd i ng wa s t ewa t e rt ya c t ua ls i t ua t i ono ft hepr o e c t,ands avet hel im- t oa j i t edf r e sh wa t e rr e sour c e sa ts e af u l l c aus e y.Be To r eandTo r eSc rubhaveno mov i ngpa r t scon t a c- , t i ngs and t hesys t em ha snos e r i ousco r r os i onoc- cur r edandg s and i nge f f e c t.Theen t i r e i ve sgoodde de s and i ngsys t emi scompa c t,h i l f f i c i en t,en- gh ye ( 1. Offs ho r eOi lEngi ne e r i ngCo.Ltd.,Ti anj i n,300452; e rgy-s av i ngandenv i r onmen tf r i end l y. Ke r d s: o f f sho r eo i landga spr oc e s s i ng;pr o e c t j ywo 2. Boha iDr i l l i ng Fl u idsTe chno l ogySe rv i c e o f de s and i ng sys t em;t r e a tmen t pr s i oc e s s;de gn anj i n,300451) Company,Ti andapp l i c a t i on (上接第 63 页) 完井 20 多年,钻井 液 早 已 换 成 清 水,并 且 经 过 多 年 各种仪器的测试,井壁几乎没有泥饼。 表 1 新型扶正器与传统扶正器张力对比试验数据 位置 传统扶正器张力/N 新型扶正器张力/N 井口 7378 7400 套管段 500m 4308 3655 套管段 1500m 4316 3725 裸眼段 2214m 4559 3861 裸眼段 2390m 4590 3817 国外测井技术, 2007, 22( 2): 38-41. [ 3] 王学英,于培志,杜素珍 .完井电缆遇阻分析及对策[ J].钻 井 液 与完井液, 2002, 19( 6): 141-143. 收稿日期: 2012-11-13 (编辑:孙丰成) Thes t r u c t u r a lde s i a f e t l s i sande f f e c t gn,s yana y fanewan t i-s t i ckc en t r a l i z e r e va l ua t i ono Zhou Mi nggao Feng Yong r en cheng DouJ i n’ a i Ni uDe ( COSL,He b e i,065201 ) 4 结论 Ab s t r a c t:A new an t i-s t i ckc en t r a l i z e ri sde s i gned 研制 了 新 型 扶 正 器,该 扶 正 器 结 构 具 有 通 过 径 向旋转将静摩擦力 转 化 为 滚 动 摩 擦 力、通 过 轴 向 旋 i nv i ew o fpr ob l emsex i s t i ng dur i ngt he us i ng o f en t r a l i z e r.Thes a f e t l i s,s imu- t r ad i t i ona lc yana ys 转防止吸附卡以及利用金属连接保证扶正器在井下 l a t edr e s i s t anc et e s ti nl abande f f e c teva l ua t i oni n 作业的可靠性等 特 点。 数 值 模 拟、室 内 模 拟 测 试 及 t e s twe l lhavepr ovedt ha tt hec en t r a l i z e ri ss t ab l e e l i ab l ei ns t ruc t ur e,c anr educ et her e s i s t anc e andr 实验井评价结果表 明,所 研 制 的 新 型 扶 正 器 结 构 可 靠稳定,可降低或避免仪器遇卡的可能,在测井作业 中具有一定的推广应用价值。 参 考 文 献 [ 1] 刘振臣 .侧翼式橡胶扶正器[ J].测井技术, 1987, 11( 2): 70-72. [ 2] 张全恒,李新岐,杨新宏,等 .大斜度井、水平井的测井设计[ J]. subs t an t i a l l n imi z e st hes t i ck i ng pos s i b i l i- yand mi , t ha ti tha sac e r t a i nva l uef o rpr omo t i onand y sot app l i c a t i on. Ke r d s:new an t i-s t i ck c en t r a l i z e r;s t ruc t ur a l y wo ; ; de s i n s a f e t a n a l s i s e f f e c t e v a l u a t i o n g y y
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