新型SPAR鉆井生產(chǎn)儲油平臺油水置換儲油工藝

宋文路 周鵬 王晉

（1.海洋石油工程股份有限公司，天津300451；2.北京高泰深海技術有限公司，北京100011）

隨著人類石油勘探開發(fā)逐漸向深水領域擴展，涌現(xiàn)了許多新型的適應深海海洋環(huán)境的油氣生產(chǎn)平臺，Spar平臺便是其中之一。Spar平臺特別適宜于深水作業(yè)，在深水環(huán)境中運動性能和穩(wěn)定性好。王晉博士等[1,2]基于多年的深水Spar 平臺設計經(jīng)驗，提出了一種新型深水立柱式Spar 鉆井生產(chǎn)儲卸油(簡稱SDPSO)平臺概念，該平臺能滿足深海能源開發(fā)的實際需求，同時具有較高的靈活度，可使深水邊際油田具有很好的商業(yè)開采價值。本文將對該型平臺的儲油、卸油工況中涉及的油水置換工藝，以及過程中相關的關鍵技術問題，進行闡述。

1 技術原理

海上石油存儲主要有水上、水面和水下儲油三種模式。對應的儲油設施主要有：平臺儲油艙、FPSO/FSO、重力式結構（GBS）沉箱和海底儲油艙等。其中，水上和水面儲油兩種模式較為常見，技術也更為成熟。但是，水上儲油會增加海洋平臺上部設施重量和結構受力，從而增加成本；浮式水面儲油裝置受外部風浪、海流和冰等影響較大。對于深海油氣田以及某些中小型邊際油田開發(fā)，水上和水面兩種儲油模式的經(jīng)濟性較差。水上和水面儲油通常屬于干式儲油方式，與陸地儲油罐類似的存儲方式，原油上部空間充滿惰性保護氣體以消除燃爆的風險。而SDPSO 則采用完全位于水下的SPAR 結構儲油艙，儲油模式屬于濕式模式。儲油結構內(nèi)部始終充滿液體（油和水），原油浮于水面之上，基于油水置換技術實現(xiàn)進油排水和進水排油操作。

油水置換儲油的原理為：油水不相溶，且油的密度低于水。油水置換水下儲油技術目前在國內(nèi)還沒有得到實際應用。國內(nèi)大連理工大學盧佩瓊[3]團隊對油水置換進行了試驗研究，而其它相關的研究大都僅是數(shù)值模擬。

2 原油存儲與外輸工藝方案

原油進艙儲存時置換出的海水通過內(nèi)水管從水沉箱進入到中心井上部的水沉降艙進行油水二次分離，相應流量的海水通過外水管輸送至水沉箱底部以下的出水口排海。外排的海水排放前在水沉降艙內(nèi)由上至下可以進行充分的二次沉降重力分離，分離出的浮油經(jīng)浮油泵排入上部組塊的生產(chǎn)水系統(tǒng)進一步處理。

儲油艙中儲滿原油時，艙內(nèi)原油通過原油外輸泵進行外輸，艙外海水則通過與原油儲存時相反的流程進艙置換出外輸原油，油水置換過程中產(chǎn)生的乳化油則通過乳化油泵定期泵入上部組塊的生產(chǎn)系統(tǒng)中進一步處理。

下面對原油存儲工藝方案和原油外輸工藝方案，分別展開陳述。

2.1 原油存儲工藝方案

SPAR平臺處理合格的原油經(jīng)增壓后，經(jīng)進油管進入SPAR平臺儲油艙進行儲存。當合格原油進入儲油艙時，儲油艙內(nèi)的油水界面將以一定速度下降。界面位移速度與進油量和艙體橫截面積相關。

當合格原油進入儲油艙時，艙內(nèi)海水在壓力作用下置換進入水沉降艙。水沉降艙內(nèi)的海水則在海水靜壓作用下，排入大海。海水被置換到水沉降艙后，具有足夠的停留時間，能給原油提供二次分離的時間，經(jīng)二次分離，使排放的海水達到環(huán)保的要求（一般外海要求排出水中含油量不超過30ppm），確保不造成環(huán)境的污染。

原油儲存方案涉及的主要設備包括原油進料泵、儲油艙、水沉降艙。

SPAR平臺原油儲存和油水置換工藝實現(xiàn)的關鍵是能對儲油艙油水界面實現(xiàn)有效的監(jiān)測和控制。油水界面高度應合理，如果界面過高，將會導致外輸泵將海水外輸至穿梭油輪，從而造成外輸原油不合格；如果界面過低，將會導致原油溢流排海，從而對環(huán)境造成污染。實際操作中，需將油水界面控制在儲油艙內(nèi)大約10%～90%的深度位置，以確保SPAR 平臺的正常工作。

2.2 原油外輸工藝方案

原油外輸方案涉及的主要設備包括原油外輸泵、儲油艙、水沉降艙。在平臺生產(chǎn)期間，合格原油進入儲油艙儲存，油水界面隨之下降，當油水界面接近90%深度時，協(xié)調穿梭油輪及時抵達SPAR 平臺準備外輸卸油作業(yè)，并啟動原油外輸流程進行卸油。原油外輸時，啟動原油外輸泵，經(jīng)計量后進入穿梭油輪。當油水界面達到儲油艙上部10%深度時，關停外輸泵，結束原油外輸流程。

3 結語

文章對SDPSO平臺油水置換工藝進行了初步闡述，該技術的研究，對深水油氣田開發(fā)具有深遠意義。在接下來的小試，中試階段，研究人員將重點關注與實際生產(chǎn)相關的關鍵技術問題，如海生物防治，原油乳化等關鍵技術問題，以跟進一步論證油水置換儲油技術可行性。