新型SPAR钻井生产储油平台油水置换储油工艺

宋文路 周鹏 王晋

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

随着人类石油勘探开发逐渐向深水领域扩展，涌现了许多新型的适应深海海洋环境的油气生产平台，Spar平台便是其中之一。Spar平台特别适宜于深水作业，在深水环境中运动性能和稳定性好。王晋博士等[1,2]基于多年的深水Spar 平台设计经验，提出了一种新型深水立柱式Spar 钻井生产储卸油(简称SDPSO)平台概念，该平台能满足深海能源开发的实际需求，同时具有较高的灵活度，可使深水边际油田具有很好的商业开采价值。本文将对该型平台的储油、卸油工况中涉及的油水置换工艺，以及过程中相关的关键技术问题，进行阐述。

1 技术原理

海上石油存储主要有水上、水面和水下储油三种模式。对应的储油设施主要有：平台储油舱、FPSO/FSO、重力式结构（GBS）沉箱和海底储油舱等。其中，水上和水面储油两种模式较为常见，技术也更为成熟。但是，水上储油会增加海洋平台上部设施重量和结构受力，从而增加成本；浮式水面储油装置受外部风浪、海流和冰等影响较大。对于深海油气田以及某些中小型边际油田开发，水上和水面两种储油模式的经济性较差。水上和水面储油通常属于干式储油方式，与陆地储油罐类似的存储方式，原油上部空间充满惰性保护气体以消除燃爆的风险。而SDPSO 则采用完全位于水下的SPAR 结构储油舱，储油模式属于湿式模式。储油结构内部始终充满液体（油和水），原油浮于水面之上，基于油水置换技术实现进油排水和进水排油操作。

油水置换储油的原理为：油水不相溶，且油的密度低于水。油水置换水下储油技术目前在国内还没有得到实际应用。国内大连理工大学卢佩琼[3]团队对油水置换进行了试验研究，而其它相关的研究大都仅是数值模拟。

2 原油存储与外输工艺方案

原油进舱储存时置换出的海水通过内水管从水沉箱进入到中心井上部的水沉降舱进行油水二次分离，相应流量的海水通过外水管输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舱内由上至下可以进行充分的二次沉降重力分离，分离出的浮油经浮油泵排入上部组块的生产水系统进一步处理。

储油舱中储满原油时，舱内原油通过原油外输泵进行外输，舱外海水则通过与原油储存时相反的流程进舱置换出外输原油，油水置换过程中产生的乳化油则通过乳化油泵定期泵入上部组块的生产系统中进一步处理。

下面对原油存储工艺方案和原油外输工艺方案，分别展开陈述。

2.1 原油存储工艺方案

SPAR平台处理合格的原油经增压后，经进油管进入SPAR平台储油舱进行储存。当合格原油进入储油舱时，储油舱内的油水界面将以一定速度下降。界面位移速度与进油量和舱体横截面积相关。

当合格原油进入储油舱时，舱内海水在压力作用下置换进入水沉降舱。水沉降舱内的海水则在海水静压作用下，排入大海。海水被置换到水沉降舱后，具有足够的停留时间，能给原油提供二次分离的时间，经二次分离，使排放的海水达到环保的要求（一般外海要求排出水中含油量不超过30ppm），确保不造成环境的污染。

原油储存方案涉及的主要设备包括原油进料泵、储油舱、水沉降舱。

SPAR平台原油储存和油水置换工艺实现的关键是能对储油舱油水界面实现有效的监测和控制。油水界面高度应合理，如果界面过高，将会导致外输泵将海水外输至穿梭油轮，从而造成外输原油不合格；如果界面过低，将会导致原油溢流排海，从而对环境造成污染。实际操作中，需将油水界面控制在储油舱内大约10%～90%的深度位置，以确保SPAR 平台的正常工作。

2.2 原油外输工艺方案

原油外输方案涉及的主要设备包括原油外输泵、储油舱、水沉降舱。在平台生产期间，合格原油进入储油舱储存，油水界面随之下降，当油水界面接近90%深度时，协调穿梭油轮及时抵达SPAR 平台准备外输卸油作业，并启动原油外输流程进行卸油。原油外输时，启动原油外输泵，经计量后进入穿梭油轮。当油水界面达到储油舱上部10%深度时，关停外输泵，结束原油外输流程。

3 结语

文章对SDPSO平台油水置换工艺进行了初步阐述，该技术的研究，对深水油气田开发具有深远意义。在接下来的小试，中试阶段，研究人员将重点关注与实际生产相关的关键技术问题，如海生物防治，原油乳化等关键技术问题，以跟进一步论证油水置换储油技术可行性。