海上平臺油水分離設備內部積砂清理效率的提升措施

劉偉，張意(.中海石油(中國)有限公司秦皇島3-6作業公司，天津 300459；.中海石油(中國)有限公司秦皇島3-6作業公司，天津 300459)

1 項目背景及存在問題

1.1 項目背景

渤海某平臺屬某油田綜合調整新建平臺，部分油井存在不同程度的出砂的情況，地層砂進入生產流程積砂的問題一直存在，尤其以生產分離器和斜板除油器受到地層砂的影響最為嚴重，處理效果也因其影響而不斷變差。由于原沖排砂流程設計老舊，加之油井產出與原設計存在差異，黏度較大，造成沖排砂不但效果較差，存在一定程度的流程侵擾，且人工時消耗量極大，至2020年其工作耗時已接近生產班組人工時消耗的30%[1]。

1.2 主要存在問題

(1)生產分離器隨內部積砂增多，導致水相出口水質變差。沖砂后水質提升，至下次沖砂前程持續變差趨勢。(2)斜板除油器內部積砂增多，出口水質變差。變化情況與生產分離器情況類似。(3)生產分離器排砂效果差，沖排砂完成后，沖砂口已無明顯含砂，水質有所好轉，但400 mm看窗觀測仍有明顯細砂。

1.3 主要問題原因分析

(1)生產分離器水質影響原因分析。確認生產分離器水質影響因素前，分別對藥劑注入量、收油量等可能導致水質的變化因素做最優化調整。調整完成后使其成為定量，減少其對流程分析的影響。按照改造前沖砂的模式，生產分離器積砂通過管線進入沖砂槽，待槽滿后人工鏟出轉至巖屑箱的鏟砂模式，不僅排砂流量受限，且人工鏟砂的工作效率極低。需要降低人工時，提升沖砂工作效率。目前沖砂工作制度不合理，是造成地層砂對生產分離水質影響大主要原因之一。

(2)生產分離器沖砂完成后仍有積砂原因分析。生產分離器為臥式油水氣三相分離器，原始設計底部設置5個排砂口，其中主要積砂位置(混合室)為3個排砂口，初步分析排砂口波及面積太小，不能有效的進行排砂。按照生產分離器底部結構，底部有閉式排放口5個，為驗證排砂波及面較小的問題。排砂前，排砂后均對閉排進行排放，并取樣。從觀測結果來看，閉排口積砂情況嚴重，沖砂后其積砂未見明顯減少。 生產分離器沖砂排放口設置不足，無法徹底排放，是造成積砂增加、400 mm看窗仍有砂的主要原因[2]。

(3)斜板除油器水質影響原因分析。從導致斜板除油器水質下降的可能原因出發，分別對化學藥劑、水相液位控制等可變因素做優化，確定其最優值，并固定不變。參考2018年斜板清罐內部檢查資料，斜板除油器狀態正常，無結構性影響。主要針對斜板目前沖砂工作模式進行檢驗。進行閥門開關實驗，對斜板除油器排污作業過程中開關排污閥門次數記錄，排污作業過程之時進行取樣化驗。實驗發現，隨著閥門開關次數的增加，出口水質持續變差。在排污作業過程中接收雜質的排污槽體積小，排污槽內雜質需要及時清理，排盡每個排污口處雜質，需要多次開關排污閥門，對罐內流體擾動較大，導致出口水質差。

1.4 排污周期檢驗

對四臺斜板除油器排污作業結束后一周的出口水質進行跟蹤，出口水質會持續下降直至下次排污作業開始。與生產分離器沖砂類似，排污完成后水質前期基本穩定。9～10天開始水質程明顯下降。與生產分離器排砂有所不同，斜板底部沉積物中含有一定量的漏失核桃殼，核桃殼密度較小，排污水的流速對斜板排污效果也有明顯的影響。現場通過臨時連接軟管至巖屑箱的方式，進行大流量實驗。確認隨著流量的增加，斜板排污的排污效果明顯提升。綜上，斜板除油器排污流程設計不合理，造成排污工作效率低下，對排污流量限制是造成斜板除油器水質下降的原因[3]。

2 沖排砂效率提升措施

2.1 整體思路

(1)增加生產分離器排砂口數量，提升排沙效率；(2)改造生產分離器與斜板除油器沖砂流程。擴大生產分離器、斜板除油器沖砂槽容積，設置沖砂總管閥門，沖砂攜液進入開排流程前，增加沉淀、過濾步驟。

2.2 具體改造方案

(1)生產分離器閉式排放做排砂口，增加排放波及面。將單臺生產分離器5個閉排口匯成一根總管，通過改造使閉排總管與沖砂總管相連，實現閉式排放口作為排砂口的功能。將三個生產分離器內積砂直接排至巖屑箱。

(2)生產分離器單罐沖砂總管連接，改變沖砂作業模式制度。將單個生產分離沖砂總管通過改造連接，形成總匯管并增加總閥，連接至下甲板南側吊貨口，并使用多個巖屑箱作為積砂槽，倒換使用，待砂沉淀后利用隔膜泵轉出頂部清水。

(3)斜板除油器沖砂改造。斜板除油器沖砂槽棄用，巖屑箱做沉降罐，增加流速流量，提升排污效果。考慮甲板現場實際空間，斜板初定每兩個為一組。

單臺斜板除油器底部共有三處4英寸(101.6 mm)排污閥門，排污出口是斜板除油器底部排污槽，現場將排污出口至排污槽法蘭連接處插入盲板，底部排污兩根管線彎頭處改造為三通匯總，并增加2道球閥，直接將排污出口連接至巖屑箱。

3 取得效果與總結

3.1 生產分離器改造效果

生產分離器積砂情況改善，水質提升。本次流程改造完成后，在2020年3月10日生產分離器沖砂作業時投入使用，依次打開生產分離器底部排砂口和閉排口逐一排砂，排砂量較改造前有大幅增加。首次使用閉排管線做排砂管線，三個分離器排總量達到23.2 m3，較正常排放砂量增加約21 m3，平均每個分離器清理積砂達到7 m3。按照混合室106.7 m3的有效處理容積計算，減少有效處理損失達到6.55%。而后接連三次排砂均大于之前單次排砂量。分離器底部積砂情況明顯好轉，觀測400 mm取樣看窗，已無明顯含砂。選取兩次沖砂周期的分離器出口水質比對，生產分離器出口總含油從均值2 831×10-6，下降至改造后的均值2 517×10-6。

3.2 斜板除油器改造效果

生產分離器改造完成后，跟蹤一周。觀察到進入斜板的水質出現轉好的趨勢，斜板再改造完成后水質進一步提升。

斜板排污流速流量大幅提升，排污量增加，斜板除油器水質提升明顯。按照排污時進入開排過濾水流量與改造后直接進進入巖屑箱流量核算，極限情況下，流速可提高4倍，流速提升攜污能力大幅提升。開關閥門的減少，整體作業時間的減少。單次排污量較改造前提升50%,出口水質由改造前含油平均173×10-6下降至136×10-6。改造前后懸浮物含量對比圖如圖1所示，改造前后含油量對比圖如圖2所示。

圖1 改造前后懸浮物含量對比圖

圖2 改造前后含油量對比圖

3.3 改造整體效果

通過對兩個設備的改造，流程兩級的水處理效果和排砂效果均得到了明顯提升，隨著生產分離器進入斜板除油器的含油降低，斜板的整體收油量隨即降低，進入污油罐再返回生產分離器的循環污水量也得以降低。生產分離器整體處理負荷得以改善。

經過從4月全部改完的整幾個月運行，生產分離器的水質已趨于穩定，七月化驗平均水相出口含油約2 200×10-6，較改造前2 851×10-6下降22.7%。斜板除油器收油量由均值128.61 m3下降至99.12 m3。因污油泵出口無流量計，通過離心泵功效曲線計算，每日收油總液量下降約500 m3，設備利用率得以進一步提升。

另外，得益于斜板實際處理水質已大幅優于設計值，斜板的處理量在設計的基礎上也有一個提升，經過現場實際驗證，在處理量達到600 m3/h(設計500 m3/h)的情況下斜板處理水質仍然完全達標。為后續體液提供了實驗數據支持。

3.4 直經濟效益

由于兩個改造均增加了巖屑箱沉淀的流程，因此導致地層砂、核桃殼濾料進入開排的情況得以避免。增加總閥和減少閥門開關次數之后，閥門損耗由9個/年下降至4個/年。滿足流程處理要求的情況下，藥劑耗量逐步下調。其中油相清水劑下調7%，水相清水劑下調3%。 每年直接節約人工時成本11.66萬元/年，閥門損耗費用2萬元/年，開排清罐費用約5萬元/年。藥劑綜合節省133萬元/年。

4 結語

本項目采取有效措施，通過對流程全面的排查與分析，從設備結構、作業程序、控制邏輯等多方面入手，以技術分析與現場實驗相結合的論證方式確定解決方案，通過增大排砂波及面，改造排砂流程、優化排砂作業程序等，顯著降低了流程生產分離器、斜板除油器的積砂影響，提升了流程處理效果，并具有明確的經濟效益。