渤海油田A油田原油集輸系統(tǒng)穩(wěn)定性的提升

王睿，孟國平，丁乾申，王克磊

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

1 概述

A油田位于渤海南部的樞紐位置，自投產(chǎn)初期即負責將A油田群原油外輸至陸地終端。隨著渤海油田的外輸機制進一步優(yōu)化調(diào)整，A油田中心平臺負責將區(qū)域油田群的原油通過原油外輸泵加壓輸送至陸地原油終端。其中A油田中心平臺負責處理和外輸13個油田、30余座平臺共計近600余口油井的產(chǎn)出原油，如圖1所示。高峰期外輸原油總量占1號公司的100%以及2號公司的部分原油外輸。A油田作為外輸中心樞紐，影響范圍廣、關斷損失大，因此提升原油系統(tǒng)集輸穩(wěn)定性和連續(xù)性至關重要[1]，直接影響區(qū)域油田群的正常穩(wěn)定生產(chǎn)。

圖1 油田群原油物流關系簡圖

2 項目背景

A油田自投產(chǎn)至今，發(fā)生多次生產(chǎn)流程關斷，造成原油產(chǎn)量損失較大。同時隨著渤海油田的進一步開發(fā)和校核技術的發(fā)展，A油田的原油外輸海管最大設計值由原設定值逐步提高了40%。盡管外輸海管外輸校核值在滿足安全條件下一再突破新高，但與之而來的是海管運行風險的同樣提升，因此對A油田的原油集輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性和兼容性面臨前所未有的嚴峻挑戰(zhàn)[2]。基于當前的運行工況，同時立足于A油田現(xiàn)有設備，統(tǒng)籌考慮渤海油田的未來發(fā)展趨勢，深度挖潛現(xiàn)有設備潛能，通過對現(xiàn)場流程改造及系統(tǒng)優(yōu)化[3]，采取多維度、多方位的方式，進一步提升A油田的外輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，降低海管高負荷運行帶來的風險系數(shù)。

3 優(yōu)化調(diào)整改造措施

3.1 優(yōu)化A油田原油系統(tǒng)各罐體壓力控制方式

(1)段塞流捕集器補壓流程改造

在原設計中，A油田段塞流捕集器的壓力依靠上游來液中的天然氣彈性能量實現(xiàn)，如圖2所示。但在實際生產(chǎn)中，一旦上游油田輸氣能力減弱或上游油田突然發(fā)生停產(chǎn)時，即會導致段塞流捕集器突然失壓，罐體幾乎無法進行相應的壓力調(diào)節(jié)，如處理不及時會將會導致上游所有油田關停，影響油田群安全穩(wěn)產(chǎn)。

圖2 段塞流捕集器流程示意圖

通過對段塞流捕集器氣相流程進行改造，即連接燃料氣緩沖罐頂部2寸預留口與段塞流捕集器氣相預留口流程，如圖3所示。使段塞流捕集器一直維持穩(wěn)定工況，一旦上游油田輸氣能力減弱或突然發(fā)生停產(chǎn)時，通過燃料氣緩沖罐自有壓力對段塞流捕集器進行補氣，由于燃氣緩沖罐壓力值遠高于段塞流捕集器，實現(xiàn)沖壓時間短、效果極佳，最終達到保持流程壓力平穩(wěn)，實現(xiàn)穩(wěn)定上游來液的目的。

(2)優(yōu)化原油緩沖罐壓力控制方式

原油緩沖罐原壓力控制方式為自力式調(diào)節(jié)閥控制，通過設定自力式調(diào)節(jié)閥彈簧壓力用來調(diào)節(jié)緩沖罐內(nèi)壓力，但由于自力式調(diào)節(jié)閥受制于覆蓋氣供應量，因此對于原油緩沖罐壓力的控制始終沒有達到最優(yōu)狀態(tài)，并且原油緩沖罐壓力高高、低低值觸發(fā)油田群關停，是十分關鍵的邏輯信號。因此，為了保證油田群的穩(wěn)定集輸，如何保證原油緩沖罐運行的穩(wěn)定性顯得至關重要。

經(jīng)過研究分析，A油田決定將自力式調(diào)節(jié)閥進行更替，更換為調(diào)節(jié)精度更為精準、調(diào)節(jié)速度更加迅速、調(diào)節(jié)設定值更為便捷的氣動式調(diào)節(jié)閥。通過更換壓力調(diào)節(jié)閥，目前原油緩沖罐運行穩(wěn)定，壓力波動范圍縮小，實現(xiàn)了削峰填谷的目的，真正做到提升原油緩沖罐運行穩(wěn)定性，為油田群穩(wěn)定集輸?shù)於ɑA。

3.2 完善外輸系統(tǒng)，提升原油外輸能力

(1)增加備用原油外輸泵

根據(jù)渤海油田區(qū)域滾動開發(fā)及FPSO隨著發(fā)展的趨勢終將被淘汰的實際出發(fā)，當前工況下A油田5臺原油外輸泵長期處于4用1備運行狀態(tài)。如單臺設備故障，油田將無備用設備，僅能依靠兩臺應急置換泵進行臨時應急，而一旦兩臺應急置換泵均無法正常啟動或在運行過程中出現(xiàn)故障停機，A油田將面臨關停的處境，同時整個油田群將面臨停產(chǎn)的風險。

綜合考慮A油田原油集輸中心、集輸穩(wěn)定性以及經(jīng)濟效益影響，同時為了油田群后續(xù)區(qū)域開發(fā)的可持續(xù)性。A油田在不停產(chǎn)、不停輸?shù)那疤嵯?，?yōu)化設計通過切換流程實現(xiàn)在A油田在線增加一臺原油外輸泵用于備用設備，如圖4所示。新增加的原油外輸泵型號規(guī)格同原有外輸泵一致，不會發(fā)生由于功率大導致的搶液現(xiàn)象發(fā)生，充分緩解A油田的外輸壓力，為油田群的可持續(xù)發(fā)展提供有力的保障。

圖4 原油外輸泵F改造流程示意圖

(2)外輸濾網(wǎng)精度合理化選擇

A油田外輸濾器使用的為60目濾網(wǎng)，受上游物流物性及雜質影響該規(guī)格濾網(wǎng)清洗頻次很高，而隨著油田群的發(fā)展越來越多的油田被建立，輸往A油田的原油物性也隨之發(fā)生變化，而隨著物流增加濾網(wǎng)的臟堵頻次和清洗難度也隨之增加。在增加現(xiàn)場工作量的同時，由于濾網(wǎng)臟堵導致原油外輸泵停泵的風險也進一步提升。因為一旦因濾器未及時清洗將會導致原油外輸泵入口液量變少造成欠載，導致原油外輸泵運行不穩(wěn)定甚至造成故障停泵，嚴重威脅外輸?shù)姆€(wěn)定性。

為了減緩濾器壓差上升速度，降低濾網(wǎng)堵塞風險，經(jīng)過與外輸泵廠家溝通，確認50目濾網(wǎng)對外輸泵性能無影響，因此實驗性將原有60目濾網(wǎng)升級成50目濾網(wǎng)。通過現(xiàn)場大量的實驗得出原60目濾器清洗頻率為1.5天/次，升級后50目濾器清洗頻率為7天/次，同時試驗期間投用50目濾器的原油外輸泵，結果發(fā)現(xiàn)泵體的震動、軸承溫度均無異常變化，所有外輸泵運行穩(wěn)定。該項目在A油田的順利實施不僅有利于外輸原油的穩(wěn)定與安全，而且能夠大幅度減輕人員工作量。

3.3 提升系統(tǒng)容錯率，進一步鞏固應急能力

(1)應急置換泵入口流程改造

改造前，一旦原油外輸泵因故障意外停泵，現(xiàn)場通過利用原油緩沖罐和閉排罐進行流程緩沖。根據(jù)上游來液情況及兩個罐體容積計算緩沖時間，得出液位從操作液位到高高關斷液位僅為15 min，遠遠小于原油外輸泵恢復正常運行所需的時間。一旦超出15 min外輸系統(tǒng)仍未恢復勢必會產(chǎn)生A油田生產(chǎn)關斷，進而導致油田群關停，造成原油產(chǎn)量的較大損失，嚴重的會造成平臺及海洋環(huán)境污染。

根據(jù)上述情況，通過對現(xiàn)有流程對應急置換泵入口進行改造，使應急置換泵入口直接連接至原油緩沖罐，如圖5所示。一旦發(fā)生應急情況，可臨時使用應急置換泵進行原油外輸，有效提升了A油田原油集輸和應急能力，為平臺安全穩(wěn)輸爭取了寶貴的應急時間。

圖5 應急置換泵代替外輸泵改造示意圖

(2)完善應急置換泵供電方式

A油田設置兩臺應急置換泵，均采用的是柴油機驅動的多級離心泵，正常情況下可保證連續(xù)6次啟機。但由于機組長期運轉使用，內(nèi)部正常電池損耗，以及由于冬季低溫影響，實際啟動次數(shù)小于期望次數(shù)。因此當A油田發(fā)生應急情況需要多頻次啟停應急置換泵時，無法有效實現(xiàn)機組啟動，一旦無法順利啟機，油田群將面臨停產(chǎn)的風險。

經(jīng)過深入探討，確定啟動馬達的供電電源是無法省略的，為了更好、更為順利地為柴油機進行供電，A油田選擇從應急低壓盤選取應急電源，為柴油機新增一路供電電源，如圖6所示。同時經(jīng)過改造實現(xiàn)了應急置換泵在多種供電模式隨時切換且互為備用，為應急置換泵的順利供電提供了有力的保障。同時應急電源除極特殊情況下，均保持為長期有電狀態(tài)，可保證應急置換泵隨時可以處于備用可啟狀態(tài)，進一步提升了油田的應急能力。

圖6 應急置換泵供電模式改造示意圖

3.4 優(yōu)化關斷邏輯，實現(xiàn)本質安全

(1)優(yōu)化流程關鍵關斷信號邏輯

關斷邏輯信號誤動作，對原油外輸穩(wěn)定性和連續(xù)性的危害極大。為了更好地提升儀控設備穩(wěn)定性、可靠性，避免因儀控系統(tǒng)產(chǎn)生誤報警和誤關斷，進一步提升油田群集輸穩(wěn)定性。對A油田流程關鍵關斷信號增加兩個監(jiān)測儀表，即關斷信號由原來的一選一更改為三選二進行表決[4]。以原油緩沖罐液位關斷信號為例，如圖7所示。當涉及關斷時采用表決模式，兩個及以上信號到達關斷設定值時才觸發(fā)關斷，一個信號到達關斷設定值僅觸發(fā)報警信號。此方法從根源上杜絕因為單一信號故障導致的油田生產(chǎn)關斷，真正達到提升儀控系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。同時，當三個檢測儀表中有一個或兩個故障時，不影響設備的安全運行，邏輯表決自動從“三選二”方式切換至“二選一”或“一選一”模式，提高了檢測系統(tǒng)的可靠性和安全性。

圖7 原油緩沖罐液位變送器改造前后示意圖

(2)優(yōu)化確認同一火區(qū)多重旁通

由于A油田中心平臺生產(chǎn)區(qū)域涉及的交叉作業(yè)、熱工作業(yè)比較多，當在平臺同一區(qū)域(戶外大空間)同時開展多項熱工作業(yè)時，同一區(qū)域多次火區(qū)旁通無法顯示當前區(qū)域存在的熱工作業(yè)數(shù)量，一旦操作人員疏忽，極易發(fā)生熱工作業(yè)未全部結束而提前取消火區(qū)旁通的情況，如此時開展熱工作業(yè)，將會觸發(fā)二級關斷，造成油田關停，從而引發(fā)油田群生產(chǎn)關斷。

針對上述問題，A油田創(chuàng)新性提出當同一火區(qū)每存在一項熱工作業(yè)時，此火區(qū)就需要進行一次旁通，同時每進行一次旁通，旁通畫面的次數(shù)及顏色就發(fā)生一次變化，火區(qū)旁通顏色由黃色、紅色、藍色依次變化，3次及以上旁通只發(fā)生旁通次數(shù)的變化，不發(fā)生旁通顏色的變化，如圖8所示。在每一次的信號旁通時，中控畫面會出現(xiàn)二次確認畫面，對操作人員進行提示和警醒。在每一次取消旁通時，中控畫面會再次出現(xiàn)二次確認畫面，同樣對操作人員進行提示和警醒，最大限度降低了因人員誤操作導致的油田關停。

圖8 火區(qū)信號旁通畫面狀態(tài)示意圖

(3)合理化設置生產(chǎn)關斷信號邏輯

海上生產(chǎn)平臺生產(chǎn)關停為ESD三級關斷信號，而A油田如發(fā)生三級生產(chǎn)關斷，將觸發(fā)上游油田群三級關斷?？紤]到上游的I/J/K/L/M油田所產(chǎn)原油均未進入A油田工藝系統(tǒng)處理，而是直接進入原油緩沖罐進行外輸。而A油田自身生產(chǎn)處理系統(tǒng)故障，在不影響外輸?shù)那疤嵯拢遣粦撽P停上游油田群平臺?；谏鲜隹紤]，為了將局部關斷損失降至最小，A油田創(chuàng)新性提出將ESD三級關斷細分為大三級關斷信號和小三級關斷信號。

關斷邏輯信號劃分依據(jù)如下：以原油緩沖罐為節(jié)點，原油緩沖罐之前的流程，即進入A油田生產(chǎn)工藝處理流程三級關斷信號為小三級，僅觸A/B/C/D/E/F/G/H油田生產(chǎn)關斷；原油緩沖罐之后的流程，即不進入A油田生產(chǎn)工藝處理流程三級關斷信號為大三級，觸發(fā)整個油田群生產(chǎn)關斷；高級別關斷觸發(fā)信號以及公共系統(tǒng)三級關斷信號均為大三級關斷，觸發(fā)整個油田群的關斷。通過三級關斷信號的優(yōu)化細分，將關斷的影響面降至最小，實現(xiàn)產(chǎn)量最大化。

A油田三級關斷信號分級完成后，原油處理流程關斷與外輸流程關斷實現(xiàn)邏輯上的分離，A油田原油處理流程關斷后外輸流程仍然維持正常運轉，保證油田群的正常外輸，為整個油田群生產(chǎn)穩(wěn)定性和外輸連續(xù)性提供了保障。

3.5 深度挖潛，優(yōu)化減阻劑注入措施

隨著不斷上漲的外輸需求，對A油田外輸?shù)姆€(wěn)定性提出了更高的要求。當前A油田目前設置6臺排量為220 m3/h的外輸泵，原油外輸能力遠大于海管外輸校核量。而影響外輸能力的除了外輸校核量，最大的因素為原油在海管內(nèi)運行期間的摩擦阻力，因此A油田通過向原油外輸海底管道加注減阻劑，改變外輸原油流動特性，減少原油外輸過程中的摩擦阻力損失，從而達到了在現(xiàn)有條件下增加海底管道外輸能力的效果[5]。但由于減阻劑屬于一種特殊的懸濁液體，且由于多種因素影響導致每批次藥劑效果不一致，為了保證減阻劑達到最優(yōu)的使用效果，A油田采取了一系列措施。

通過在藥劑罐底部設置快拆式減阻劑前置濾器，方便拆卸的同時對減阻劑進行初步過濾，對藥劑進行粗略過濾，減少進入藥劑泵的膠狀物及雜質。將減阻劑泵入口濾器改造為快拆式二級濾器，如圖9所示，對減阻劑進行進一步過濾，極大提升了減阻劑濾網(wǎng)拆檢效率，進一步優(yōu)化了藥劑的加注效率[6]。

圖9 減阻劑雙濾器示意圖

為減少藥劑分層情況，更為順暢的加注化學藥劑，A油田利用工程余料設計制作了專用的減阻劑攪拌器，如圖10所示。攪拌前減阻劑明顯分布不均勻，上部液體較為清澈，下部液體粘稠，且膠狀物較多。經(jīng)實際效果得出下部粘稠液藥劑效果要優(yōu)于上部清澈藥劑。經(jīng)過定期攪拌后，罐內(nèi)藥劑分布十分均勻，下方膠狀物明顯減少，減阻劑注入濃度得到了有效的保證。該裝置的使用使減阻劑分層情況得到了改善。

圖10 減阻劑快拆式二級濾器藥劑攪拌器及效果示意圖

4 應用效果

(1)通過改變工藝流程中的罐體壓力的控制方式，使得A油田罐體運行更加趨于穩(wěn)定，壓力調(diào)節(jié)范圍區(qū)間縮短，壓力調(diào)節(jié)更加精準、迅速，在面對異常工況條件下，可以提供較長的應對時間，進一步提升了油田的應急時間。

(2)通過對原油外輸泵和外輸濾器的升級優(yōu)化，鍛煉了員工的思考深度和廣度，為員工發(fā)展提供了一次寶貴的經(jīng)驗。同時提升A油田原油外輸系統(tǒng)的可靠性，使A油田外輸能力得到極大的提升，更加從容面對油田群后期發(fā)展。

(3)經(jīng)過對油田外輸系統(tǒng)的改造，A油田的應急能力得到顯著提升，為應對突發(fā)事件提供了寶貴的應急時間。同時供電模式的優(yōu)化極大提高了應急設備的可靠性，進一步提升了油田群的穩(wěn)產(chǎn)能力。

(4)通過對儀控設備進行優(yōu)化升級改造，避免了由于儀控邏輯的小問題觸發(fā)大結果，將儀控設備的影響因素降至最低，降低故障關停率，徹底實現(xiàn)油田群生產(chǎn)效益最大化[7]。

(5)優(yōu)化減阻劑注入措施，切實降低了A油田的外輸壓力并使外輸海管壓力始終保持低值運行，使A油田的極限外輸能力得到了明顯提升，A油田的外輸穩(wěn)定性得到進一步增強[8]，同時也為中海油的逐年上產(chǎn)計劃打下堅實基礎。

5 結語

A油田統(tǒng)籌考慮了不同工況下影響原油外輸?shù)囊蛩兀C合考慮了當前的運行工況，同時又兼顧油田群未來發(fā)展趨勢，有針對性地對流程進行升級優(yōu)化，是凸顯中海油“三大工程、一個行動”的有力體現(xiàn)。同時上述方案的有效實施，不僅凸顯出A油田員工獨立思考和解決現(xiàn)場問題的能力，更使A油田的集輸能力得到了極大增強，外輸流程全年運行穩(wěn)定，經(jīng)受住多次流程波動、異常工況以及高負荷運行的嚴苛考驗。