渤海油田海上平臺水處理系統(tǒng)標準化設計

楊飛，錢欣，徐念念，蔣藝，路平 (. 海油發(fā)展裝備技術有限公司設計研發(fā)中心，天津 30045；.中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459)

1 標準化研究的背景及意義

近年來，我國海上油氣田開發(fā)技術和進程都有了快速的發(fā)展，截止到2018 年，在渤海油田中已建設并投用了各類型的固定平臺和FPSO 等設施共153 座，這些設施提高了海上油氣的開采、處理、運輸?shù)男剩瑸楦玫亻_發(fā)和利用海洋油氣提供保障[1]。

我國海上平臺設計、建造、安裝的技術經(jīng)過近50 年的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，并且積累了許多寶貴的經(jīng)驗。結(jié)合已有平臺的實際情況，將設計經(jīng)驗總結(jié)為一套標準化的設計成果，就可以在加快設計進度、縮短設計周期的同時，保證設計質(zhì)量。2003 年渤海地區(qū)綏中36 -1 Ⅱ期工程中的井口平臺應用了標準化設計[2]，在主工藝流程、導管架結(jié)構(gòu)等方面都實現(xiàn)了標準化，即通過一套標準設計圖建造多個相同的井口平臺。最終該項目設計周期比以往縮短1/3，工程總投資節(jié)省了10 億元。

本文研究通過收集、整理渤海油田已投產(chǎn)的典型中心平臺和井口平臺的設計資料和生產(chǎn)現(xiàn)狀，開展渤海油田海上平臺水處理系統(tǒng)標準化設計的相關研究；通過分析對比、綜合研究，找出設計規(guī)模、設備選型、操作維護管理中的共同特性，為今后中心平臺、井口平臺上生產(chǎn)水處理能力和流程的標準化設計打下基礎。

2 渤海油田海上平臺生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)分析

渤海油田采出的含油污水一般通過中心平臺或FPSO 等生產(chǎn)中樞的生產(chǎn)污水處理流程進行除油、除懸浮物等處理，處理后的水滿足注水指標后，通過注水泵回注地層，以達到注采平衡的效果。通過分析已有生產(chǎn)污水處理流程，可以總結(jié)歸納出一套具有普適性的處理流程，用于開展標準化設計研究。

2.1 平臺類型分析

渤海地區(qū)在役的153 座生產(chǎn)設施中，固定井口平臺85 座，中心平臺20 座，其余平臺設施如動力平臺、增壓平臺、FPSO 等48 座。通過對全部平臺設施的設計資料、生產(chǎn)現(xiàn)狀進行收集、統(tǒng)計和分析，可以發(fā)現(xiàn)，大部分生產(chǎn)污水處理流程集中在中心平臺和待處理流程的井口平臺。因此，在研究過程中依據(jù)平臺的規(guī)模、類型等特性，最終選取了綏中36-1CEPN/CEPO 等18座典型中心平臺和渤中29-4WHPC 等26 座典型的有人井口平臺進行深入研究。

通過對以上在役平臺流程的統(tǒng)計，可以發(fā)現(xiàn)，中心平臺均設有生產(chǎn)污水處理流程，而三分之二的井口平臺在設計時沒有考慮設置生產(chǎn)污水處理流程，主要采用海管輸送處理合格的水源或水源井水進行回注。

2.2 生產(chǎn)污水處理流程分析

通過對上述44 個平臺生產(chǎn)污水處理流程和能力進行統(tǒng)計、歸納，結(jié)合水處理流程中的關鍵參數(shù)，如：注水水質(zhì)、水中含油量等，進一步開展標準化設計的研究工作。在初期制定油田開發(fā)方案時，會根據(jù)Q/HS 2042—2014 《海上碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標及分析方法》制定注水指標，結(jié)合渤海油田普遍采用的注水指標數(shù)據(jù)，確定采取較嚴格的標準，即水中含油量≤15.0×10-6、懸浮物含量≤5.0×10-6、懸浮物粒徑中值≤3 μm 開展標準化設計。

由于有人井口平臺多數(shù)未設置污水處理流程，因此主要對18 座中心平臺的生產(chǎn)污水處理流程進行了深入分析。通過統(tǒng)計上述中心平臺生產(chǎn)污水處理流程的具體情況可知，超過三分之二的平臺采用了4 級處理才可以使生產(chǎn)污水滿足回注地層的要求，即“斜板除油器→氣浮選機→核桃殼過濾器→注水細濾器(通常為雙介質(zhì)或纖維球過濾器)”。

本文以分析水中含油量為例，作為污水處理流程的關鍵參數(shù)進行研究。通過統(tǒng)計原始設計資料和平臺現(xiàn)場反饋的實際數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，斜板除油器入口含油量較高，普遍在2 000.0×10-6以上，這一指標取決于油田的油品性質(zhì)和分離器處理效果。作為第一級處理設備，斜板除油器的作用極為關鍵，本研究過程中統(tǒng)計的四級處理設備中，斜板除油器的平均除油率范圍在75%～82%，最高可以脫出生產(chǎn)污水中93.3%的污油。其余三級處理設備的除油效率分別可以達到13%～21%、2%～3%、1%左右。其他水質(zhì)指標如懸浮物含量、粒徑中值等，經(jīng)過四級設備的處理，均可以滿足回注要求。

以綏中36-1CEPO 平臺的四級水處理設備的除油效果為例，實際生產(chǎn)過程中，由生產(chǎn)分離器脫出的含油污水含油量超過2 500.0×10-6，高于原始設計2 000.0×10-6的處理能力，但經(jīng)過第一級斜板除油器的處理后，水中含油量降低至200.0×10-6左右，除油效率超過了90%，緩解了后續(xù)流程的處理壓力，確保水質(zhì)滿足回注要求。

2.3 生產(chǎn)污水處理能力分析

對18 座典型中心平臺生產(chǎn)水處理能力進行統(tǒng)計，最大處理能力為84 000 m3/d，最小為4 800 m3/d；在工程設計階段，處理能力和規(guī)模由油藏配產(chǎn)決定，可將單臺設備能力標準化，通過調(diào)整設備臺數(shù)以匹配產(chǎn)量。

根據(jù)平臺的配產(chǎn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)污水處理能力的統(tǒng)計分析，在進行標準化設計研究時，將平臺配產(chǎn)分為A 檔：≤12 000 m3/d，B 檔：24 000 m3/d，C 檔：48 000 m3/d 三檔。

根據(jù)實際配產(chǎn)，選取對應的A/B/C 三檔能力；不同設備根據(jù)處理能力，選取不同的臺/套數(shù)進行組合，以滿足生產(chǎn)水系統(tǒng)的處理需求。如油藏配產(chǎn)中產(chǎn)水量為18 000 m3/d(750 m3/h)，在考慮設計余量后，可以選取B 檔的處理能力進行標準化設計，結(jié)合平臺空間、結(jié)構(gòu)重量等條件的限制，最終確定選擇一套1 000 m3/h的處理流程還是兩套500 m3/h的處理流程更加合理。

3 渤海油田海上平臺生活污水處理系統(tǒng)現(xiàn)狀

海上平臺生活污水處理裝置根據(jù)平臺定員和生活樓設計人數(shù)確定設備能力，需要綜合考慮生活污水的含鹽量、水質(zhì)水量波動、運維周期等因素，根據(jù)中海油和地方環(huán)保的相關要求，由建設單位科學確定處理工藝。目前渤海油田普遍采用的處理工藝為生化法和電解法。結(jié)合統(tǒng)計資料，對生活污水的處理能力進一步開展研究。

3.1 平臺定員人數(shù)統(tǒng)計分析

經(jīng)統(tǒng)計，中心平臺的定員人數(shù)(生活樓設計人數(shù))在80 人以下占比11%，80～120 人占比56%，120 人以上占比33%；有人井口平臺的定員人數(shù)在10～30 人占比56%，30～40 人占比16%，40 人以上占比28%。

因此中心平臺生活污水處理裝置的能力可以按照80～120 人進行標準化設計，井口平臺可以按照10～40 人進行標準化設計，這樣更具有普適性。

3.2 生活污水處理能力分析

生活污水處理裝置的處理能力取決于生活樓設計人數(shù)，不同人數(shù)其對應的處理能力如表1 所示。

由于生活樓定員人數(shù)已形成標準化設計，因此生活污水處理裝置的能力也實現(xiàn)了標準化。

4 結(jié)語

本文研究主要結(jié)合渤海油田在役平臺原始設計情況和目前實際生產(chǎn)現(xiàn)狀，對海上平臺生產(chǎn)污水和生活污水的處理流程和處理能力進行了歸納總結(jié)，通過分析得出以下標準化設計建議：

(1)生產(chǎn)污水和注水流程采用中心平臺處理→海管輸送→井口平臺回注的模式；

(2)中心平臺生產(chǎn)污水處理流程標準化設計采用“斜板除油器→氣浮選機→核桃殼過濾器→注水細濾器”四級處理流程，重點關注斜板除油器的能力和設備選型，確保后續(xù)水處理流程滿足要求；

(3)生產(chǎn)污水處理能力按照500/1 000/2 000 m3/h三檔劃分，工程設計階段結(jié)合油藏配產(chǎn)進行選擇；

(4)生活污水處理能力按照生活樓定員人數(shù)進行標準化設計，處理工藝由建設單位結(jié)合環(huán)保要求和工程可行性、經(jīng)濟性進行合理選擇。

針對渤海油田海上平臺生產(chǎn)和生活污水的標準化設計開展研究，不僅可以為其他工藝系統(tǒng)的標準化設計研究提供參考，更是對今后工程項目的開發(fā)和管理、設備和材料的采辦、平臺的建造和安裝以及油田的生產(chǎn)操作等一系列過程影響重大。標準化設計的實施既可以降低大型海上油田開發(fā)成本，還可以縮短油田工程建設周期，使海上油氣田的開發(fā)更高效、安全、經(jīng)濟。