海上平臺(tái)油水分離設(shè)備內(nèi)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(yè)公司，天津 300459；.中海石油(中國)有限公司秦皇島3-6作業(yè)公司，天津 300459)

1 項(xiàng)目背景及存在問題

1.1 項(xiàng)目背景

渤海某平臺(tái)屬某油田綜合調(diào)整新建平臺(tái)，部分油井存在不同程度的出砂的情況，地層砂進(jìn)入生產(chǎn)流程積砂的問題一直存在，尤其以生產(chǎn)分離器和斜板除油器受到地層砂的影響最為嚴(yán)重，處理效果也因其影響而不斷變差。由于原沖排砂流程設(shè)計(jì)老舊，加之油井產(chǎn)出與原設(shè)計(jì)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?jǐn)_，且人工時(shí)消耗量極大，至2020年其工作耗時(shí)已接近生產(chǎn)班組人工時(shí)消耗的30%[1]。

1.2 主要存在問題

(1)生產(chǎn)分離器隨內(nèi)部積砂增多，導(dǎo)致水相出口水質(zhì)變差。沖砂后水質(zhì)提升，至下次沖砂前程持續(xù)變差趨勢(shì)。(2)斜板除油器內(nèi)部積砂增多，出口水質(zhì)變差。變化情況與生產(chǎn)分離器情況類似。(3)生產(chǎn)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(zhì)有所好轉(zhuǎn)，但400 mm看窗觀測(cè)仍有明顯細(xì)砂。

1.3 主要問題原因分析

(1)生產(chǎn)分離器水質(zhì)影響原因分析。確認(rèn)生產(chǎn)分離器水質(zhì)影響因素前，分別對(duì)藥劑注入量、收油量等可能導(dǎo)致水質(zhì)的變化因素做最優(yōu)化調(diào)整。調(diào)整完成后使其成為定量，減少其對(duì)流程分析的影響。按照改造前沖砂的模式，生產(chǎn)分離器積砂通過管線進(jìn)入沖砂槽，待槽滿后人工鏟出轉(zhuǎn)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(shí)，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(duì)生產(chǎn)分離水質(zhì)影響大主要原因之一。

(2)生產(chǎn)分離器沖砂完成后仍有積砂原因分析。生產(chǎn)分離器為臥式油水氣三相分離器，原始設(shè)計(jì)底部設(shè)置5個(gè)排砂口，其中主要積砂位置(混合室)為3個(gè)排砂口，初步分析排砂口波及面積太小，不能有效的進(jìn)行排砂。按照生產(chǎn)分離器底部結(jié)構(gòu)，底部有閉式排放口5個(gè)，為驗(yàn)證排砂波及面較小的問題。排砂前，排砂后均對(duì)閉排進(jìn)行排放，并取樣。從觀測(cè)結(jié)果來看，閉排口積砂情況嚴(yán)重，沖砂后其積砂未見明顯減少。 生產(chǎn)分離器沖砂排放口設(shè)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(zhì)影響原因分析。從導(dǎo)致斜板除油器水質(zhì)下降的可能原因出發(fā)，分別對(duì)化學(xué)藥劑、水相液位控制等可變因素做優(yōu)化，確定其最優(yōu)值，并固定不變。參考2018年斜板清罐內(nèi)部檢查資料，斜板除油器狀態(tài)正常，無結(jié)構(gòu)性影響。主要針對(duì)斜板目前沖砂工作模式進(jìn)行檢驗(yàn)。進(jìn)行閥門開關(guān)實(shí)驗(yàn)，對(duì)斜板除油器排污作業(yè)過程中開關(guān)排污閥門次數(shù)記錄，排污作業(yè)過程之時(shí)進(jìn)行取樣化驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著閥門開關(guān)次數(shù)的增加，出口水質(zhì)持續(xù)變差。在排污作業(yè)過程中接收雜質(zhì)的排污槽體積小，排污槽內(nèi)雜質(zhì)需要及時(shí)清理，排盡每個(gè)排污口處雜質(zhì)，需要多次開關(guān)排污閥門，對(duì)罐內(nèi)流體擾動(dòng)較大，導(dǎo)致出口水質(zhì)差。

1.4 排污周期檢驗(yàn)

對(duì)四臺(tái)斜板除油器排污作業(yè)結(jié)束后一周的出口水質(zhì)進(jìn)行跟蹤，出口水質(zhì)會(huì)持續(xù)下降直至下次排污作業(yè)開始。與生產(chǎn)分離器沖砂類似，排污完成后水質(zhì)前期基本穩(wěn)定。9～10天開始水質(zhì)程明顯下降。與生產(chǎn)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(duì)斜板排污效果也有明顯的影響。現(xiàn)場(chǎng)通過臨時(shí)連接軟管至巖屑箱的方式，進(jìn)行大流量實(shí)驗(yàn)。確認(rèn)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(shè)計(jì)不合理，造成排污工作效率低下，對(duì)排污流量限制是造成斜板除油器水質(zhì)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(chǎn)分離器排砂口數(shù)量，提升排沙效率；(2)改造生產(chǎn)分離器與斜板除油器沖砂流程。擴(kuò)大生產(chǎn)分離器、斜板除油器沖砂槽容積，設(shè)置沖砂總管閥門，沖砂攜液進(jìn)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(chǎn)分離器閉式排放做排砂口，增加排放波及面。將單臺(tái)生產(chǎn)分離器5個(gè)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(shí)現(xiàn)閉式排放口作為排砂口的功能。將三個(gè)生產(chǎn)分離器內(nèi)積砂直接排至巖屑箱。

(2)生產(chǎn)分離器單罐沖砂總管連接，改變沖砂作業(yè)模式制度。將單個(gè)生產(chǎn)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(cè)吊貨口，并使用多個(gè)巖屑箱作為積砂槽，倒換使用，待砂沉淀后利用隔膜泵轉(zhuǎn)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?？紤]甲板現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際空間，斜板初定每兩個(gè)為一組。

單臺(tái)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(xiàn)場(chǎng)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(jié)

3.1 生產(chǎn)分離器改造效果

生產(chǎn)分離器積砂情況改善，水質(zhì)提升。本次流程改造完成后，在2020年3月10日生產(chǎn)分離器沖砂作業(yè)時(shí)投入使用，依次打開生產(chǎn)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(gè)分離器排總量達(dá)到23.2 m3，較正常排放砂量增加約21 m3，平均每個(gè)分離器清理積砂達(dá)到7 m3。按照混合室106.7 m3的有效處理容積計(jì)算，減少有效處理損失達(dá)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(zhuǎn)，觀測(cè)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(zhì)比對(duì)，生產(chǎn)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(chǎn)分離器改造完成后，跟蹤一周。觀察到進(jìn)入斜板的水質(zhì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)好的趨勢(shì)，斜板再改造完成后水質(zhì)進(jìn)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(zhì)提升明顯。按照排污時(shí)進(jìn)入開排過濾水流量與改造后直接進(jìn)進(jìn)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(guān)閥門的減少，整體作業(yè)時(shí)間的減少。單次排污量較改造前提升50%,出口水質(zhì)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(duì)比圖如圖1所示，改造前后含油量對(duì)比圖如圖2所示。

圖1 改造前后懸浮物含量對(duì)比圖

圖2 改造前后含油量對(duì)比圖

3.3 改造整體效果

通過對(duì)兩個(gè)設(shè)備的改造，流程兩級(jí)的水處理效果和排砂效果均得到了明顯提升，隨著生產(chǎn)分離器進(jìn)入斜板除油器的含油降低，斜板的整體收油量隨即降低，進(jìn)入污油罐再返回生產(chǎn)分離器的循環(huán)污水量也得以降低。生產(chǎn)分離器整體處理負(fù)荷得以改善。

經(jīng)過從4月全部改完的整幾個(gè)月運(yùn)行，生產(chǎn)分離器的水質(zhì)已趨于穩(wěn)定，七月化驗(yàn)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(jì)，通過離心泵功效曲線計(jì)算，每日收油總液量下降約500 m3，設(shè)備利用率得以進(jìn)一步提升。

另外，得益于斜板實(shí)際處理水質(zhì)已大幅優(yōu)于設(shè)計(jì)值，斜板的處理量在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上也有一個(gè)提升，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際驗(yàn)證，在處理量達(dá)到600 m3/h(設(shè)計(jì)500 m3/h)的情況下斜板處理水質(zhì)仍然完全達(dá)標(biāo)。為后續(xù)體液提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。

3.4 直經(jīng)濟(jì)效益

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

4 結(jié)語

本項(xiàng)目采取有效措施，通過對(duì)流程全面的排查與分析，從設(shè)備結(jié)構(gòu)、作業(yè)程序、控制邏輯等多方面入手，以技術(shù)分析與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)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(yōu)化排砂作業(yè)程序等，顯著降低了流程生產(chǎn)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(jīng)濟(jì)效益。