海上无人井口平台工艺系统设计方案研究

罗彭

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）

1 国内外无人井口平台现状

海上平台遍及世界各个油气生产海域，全世界有超过7000座在产海上平台，其中约1600座是无人驻守平台（占比23%），大部分为简易井口平台，井数少、设施简单，只有1～2层甲板，通过远程遥控实现对无人平台的正常生产操作。国外海上无人平台分布情况见表1。

表1 国外海上无人平台分布情况

我国国内无人平台尚未形成区域网络，远程监控、自动化、数字化、智能化水平等方面与国外相比仍有较大差距。国内无人平台多为简易井口平台，上部组块设备少，处理流程简单。目前国内共有在产海上无人平台23座，无人平台数量占比为10.4%，详细分布情况见表2。

表2 国内海上无人平台分布情况

2 工艺方案研究

2.1 设计原则

无人井口平台主流设计原则采用全压设计，即从出流管段一直到海管入口的全部上部组块工艺流程均按照原始地层压力（也称最大关井压力，即油井及地面流程所可能出现的最大压力）的高压数值进行设计，这样可以最大限度地简化平台生产工艺流程，优化超压保护措施。

部分高压油、气平台也有降压设计的工艺流程，即是在多路阀或生产测试管汇下游的生产总管上设置有高低压分界，同时设置有压力安全阀（PSV）、紧急关断阀（SDV）等两级安全保护措施。同时需要配套与之相适应的排放系统。设计原则的选取需要根据油气田生产特点以及经济评价做出综合考虑。

2.2 技术方案

海上无人井口平台工艺系统流程简单，一般不设置油气水分离处理设施。生产井利用电潜泵采油，全部生产井产液接入多路阀汇合后，利用电潜泵余压通过混输海管输送至相邻依托平台，进行进一步处理。单井井流通过多路阀导入计量流程，利用多相流量计进行油气水三相计量，计量后接回生产流程外输。

无人井口平台不设置生产水处理流程，依托周边平台进行处理，合格注水通过海管输至本平台。注水系统只有注水管汇和注水井。采气平台利用地层原始能量衰竭开发，不设置注水系统。

海管入口通常设置有收发球筒，以便于进行海管清管及收发球操作。为简化工艺流程，通过设置清管阀或者清管环路等方案，取消收发球筒、节省设备设施、甲板面积及工程初始投资，同时减少了平台日常生产、操维工作量及费用。

3 常见工艺流程介绍

下面对无人平台常见的两种典型的全压设计工艺流程和一种降压设计工艺流程分别进行介绍。

3.1 典型的全压流程

无人平台常见的全压设计工艺流程是全部生产井产液接入多路阀（或生产管汇）汇合后，利用电潜泵余压输送至下游中心平台进一步处理。在海管入口处设置了清管球发球筒及发球流程，用作海管通球操作，需要人员登临平台完成。对于高凝高黏原油，为保证海管正常输送需求，汇总后的全部井流需要经过生产加热器升温降黏后进入混输海管，或者在生产总管中通过掺入注水提高含水率达到升温、降黏的目的。同时也会根据地层和油井情况考虑在井筒内加入降黏剂等措施，保证平台及海管集输流程正常流动。

单井井流通过多路阀导入计量流程，利用多相流量计进行油气水三相计量，然后接入外输总管。通常单井井口温度低于50℃时，计量井流需先利用电加热器升温至50℃，再进入多相流量计进行计量。详见图1所示。

图1 典型无人平台井口生产系统流程图

3.2 简化收发球系统的全压流程

另一种常见的全压设计工艺流程为简化收发球流程。将相同管径和设计压力的原油混输海管和注水海管在新建平台上利用跨接管线连接形成环路，采用高安全完整性等级（SIL）的远程开关阀进行隔离。收、发球筒设置在依托的有人平台。实际生产中利用依托平台的收、发球筒和新平台上的清管环路，利用依托平台的注水水源实现对两条海管同时通球清管、预热和置换等操作。

该流程与图1所示流程基本一致。在井口温度较高时，可不设置计量加热器。该平台还设置了掺水输送流程，通过流量计控制调节阀实现掺水量控制，保证了在不同生产年份产量变化的情况下，混输海管正常输送。详见图2所示。

图2 简化收发球流程的无人平台生产系统流程图

3.3 典型的降压设计流程

当井流中含有大量的如CO2、H2S等酸性气体时，受下游处理平台的工艺流程、处理规模、设备设施及管线材质的限制，无法处理这些腐蚀性强的伴生气时，需要在井口工艺流程中设置低压分离器，进行气液闪蒸，以实现初步的气液分离，气体进入火炬或冷放空系统释放处理，液相增压进入海管，输送到下游平台进一步处理。

工艺系统降压设计通常是井口出流管段、多路阀（或生产/测试管汇）均按照最大关井压力的高压数值进行设计。之后下游的工艺流程和设备如生产分离器、滤器及外输泵、海管等都可以按照实际需求压力进行低压设计。本例中，井口出流管段、多路阀和计量多相流量计的设计压力为17MPaA，多路阀后生产流程的设计压力为1100kPaA。井口油嘴下游实际操作压力为750kPaA，生产分离器的操作压力为500kPaA，在多路阀出口的生产流程设置了紧急关断阀（SDV），作为高压和低压分界的一级超压保护措施。在生产分离器上设置堵塞工况的压力安全阀（PSV），设定点为1100kPaA，作为低压生产流程的二级超压保护措施。详见图3所示。

图3 复杂无人平台降压设计的生产系统流程图

经过对比分析，降压设计的流程相较于全压设计流程，设备设施、管道阀门、仪表等数量更多，生产控制系统更加复杂，而且对工艺流程安全保护要求更高。因此，降压设计流程有其特定适用条件。

4 总结与展望

本文对国内外海上无人平台的发展现状进行了对比分析，结合目前国内简易无人井口平台常见的工艺系统设计方案，分别就全压设计流程和降压设计流程进行了分析研究，总结了无人平台工艺系统的设计原则。展望未来海上无人平台智能化发展趋势，主要有以下特点：

工艺流程更简化、设备更少，总体布置更优；动设备少、设备选型和可靠性要求更高；自动化、数字化程度高，具备强大的远程监测、预警、操作功能；海管立管作为闭排，冷放空代替火炬；采用虚拟计量，取消计量测试流程；采用脐带缆输送液压、药剂、电力和光纤通信。

随着科学技术的进一步发展，海上无人平台自动化、数字化和智能水平将不断提高，平台设计将越来越先进，大部分生产数据、设备运行状态和视频监控信息都可以传输到远端的控制中心进行集中监控和操作。未来，无人机、机器人、人工智能、大数据、云计算等新技术将在无人平台上得到具体应用。

◆参考文献

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