海上油田三相分離器校核實例分析

劉春悅

（中海油能源發展裝備技術有限公司，天津 300452）

1 油田及平臺背景

渤海某油田位于渤海西部海域，油田設施包括一條浮式生產儲油輪（FPSO）、一座單點系泊系統（SPM）、7座井口平臺（WGPA/WHPA/WHPC/WHPD/WHPE/WHPF/WHPK）、2座帶井口的中心處理平臺（CEPI/CEPJ），以及部分海底管線和海底電纜等。

目前油田井口平臺WHPK、WHPE、WHPF、WHPD和CEPI井產物流均輸送到CEPI原油系統進行處理。CEPI原油系統采用一級處理方式，設置2臺三相分離器，對接收的井產物流進行油氣水分離，分離后要求油相出口液體體積含水率低于30%，再經過外輸泵增壓后，通過海管輸送至FPSO處理和儲存。

2 分離器校核基礎

WHPK、WHPE、WHPF、WHPD和CEPI的原油物性見表1～表4。天然氣組分見表5。不同含水率原油黏度與溫度數據見表6。

表1 WHPD/CEPI原油性質

表2 WHPE原油性質

表4 WHPK原油性質

表5 天然氣組分

續表

表6 不同含水率原油黏度與溫度數據

續表

表3 WHPF原油性質

CEPI平臺生產分離器采用油氣水三相分離器，設備設計尺寸和內部規格參見表7和表8。

CEPI分離器設計處理能力（單臺）：1 560m3/d（油），11.16×104Sm3/d（氣），12 720m3/d（液）；設備操作溫度：60～74℃；操作壓力：1 100kPaG；設計液體在混合沉降室停留時間不低于5min。

生產分離器P&ID圖紙見圖1。

圖1 CEPI平臺生產分離器P&ID圖紙

目前油田新增調整井和在役油井增產作業日漸增多，油田產量增速較快，高峰日產量達到2 930m3/d（油），21.65×104Sm3/d（氣），24 980m3/d（液），已經接近兩臺分離器設計資料中原標注的設計處理能力上限。根據油田開發的中遠期規劃，油田生產后期還會新增大量的開發井和調整井，同時繼續開展在役油井增產作業，依托CEPI平臺處理的井產物流量激增，根據油藏專業提供的油田中長期開發配產指標預測數據測算，CEPI原油系統最大處理量達到3 300m3/d（油），31×104Sm3/d（氣），28 000m3/d（液），超過分離器原設計處理能力，分離器處理難度加大，流程存在瓶頸，不能滿足后期生產要求，難以實現油田快速增產的目標。因此需要對分離器進行整體校核，在實際處理量超過原設計最大處理能力的情況下，分離器各項處理指標是否能夠滿足要求。

3 分離器校核分析

3.1 分離器處理效果分析

根據配產數據，單臺分離器需要處理的物流量為1 650m3/d（油），15.5×104Sm3/d（氣），14 000m3/d（液）。根據設備廠家提供的設備橇裝圖標注的尺寸進行計算，單臺分離器的混合沉降區液相有效容積為50.8m3。計算含水原油在沉降區的停留時間為5.2min，根據最新的脫水實驗數據，在60℃條件下，含水80%原油在加注100×10-6的PRD7 103破乳劑后，靜態沉降5min，原油含水降至28.9%，滿足油相出口含水低于30%的要求。分離器氣相出口設置絲網除沫器，考慮絲網安裝位置及規格，根據斯托克斯定律，計算出分離器在處理最大液量情況下，最大處理氣量為23.5×104Sm3/d，滿足處理要求。因此，單臺分離器處理能力經校核，滿足后期預測最大處理量的需求。

3.2 分離器進出口管線及管嘴校核分析

生產分離器進口管道為12寸碳鋼管線，氣相出口管道為6寸碳鋼管線，油相出口管道為6寸碳鋼管線，水相出口管道為10寸碳鋼管線。管道校核參考Q/HS 3053—2018《海上油（氣）田上部設施管道尺寸計算設計規則》相關內容，對于氣液混輸的進口管道，為避免管線沖蝕，管線內介質流速不超過沖蝕流速。經計算，在分離器最大處理量下，管線的沖蝕流速為5.5m/s，介質管內實際流速為4.5m/s，低于沖蝕流速，滿足安全輸送要求。氣相出口管線管內介質流速為9.2m/s，小于單相氣相管道推薦的最高流速18.3m/s，管線百米壓降為4kPa，低于推薦的7～11kPa。油相出口考慮含水30%的原油外輸，最大輸液量2 357m3/d，計算管線管內介質流速為1.47m/s，管線百米壓降為28kPa；水相出口最大輸液量11 643m3/d，計算管線管內介質流速為2.65m/s，管線百米壓降為26kPa，均滿足液相管道的推薦流速1～3m/s的要求，同時管線百米壓降低于推薦值90kPa。因此經校核，分離器進出口管線均滿足輸送要求。

生產分離器進出口管嘴詳細信息參見表7～表8。管嘴校核同樣參考Q/HS 3053-2018《海上油（氣）田上部設施管道尺寸計算設計規則》相關內容，管嘴尺寸需要滿足相應的沖量和流速要求。經計算，入口管嘴沖量為6 782kg/（m·s2），小于分離器進口管嘴推薦最大沖量8 000kg/（m·s2）；氣相出口管嘴沖量為688kg/（m·s2），小于氣相出口管嘴推薦最大沖量4 500kg/（m·s2）；油相出口管嘴流速為0.93m/s，水相出口管嘴流速為0.98m/s，均小于液相出口管嘴推薦流速1m/s，因此經校核，分離器進出口管嘴滿足處理要求。

表7 分離器設計規格參數

表8 分離器內部規格參數

4 結論

通過對生產分離器的整體校核可以看出，在后期生產中，CEPI平臺單臺生產分離器在處理1 650m3/d（油），15.5×104Sm3/d（氣），14 000m3/d（液）時，在加注化學藥劑后，分離器在正常操作工況下，處理效果能夠滿足油相出口含水低于30%的指標要求，同時滿足氣液分離的要求，分離器處理效果達到指標要求。同時對分離器的進出口管線及管嘴進行了校核，根據校核結果可以看出，分離器的進出口管線和管嘴都能滿足最大處理量的要求，但是油相和水相管嘴的實際流速已經接近規范推薦的最大流速，因此在不更換管嘴的情況下，油相和水相的處理能力已經接近極限，建議在后期生產過程中，關注分離器處理原油的含水率變化，同時優化設備操作參數，保證流程的平穩運行。

對分離器的整體校核結論為油田中后期開發提供了技術支持，滿足了油田釋放產能的需求，推動了油田的快速發展，同時對其他油田類似的情況提供了校核依據，具有借鑒意義。