渤海油田海上平台水处理系统标准化设计

杨飞，钱欣，徐念念，蒋艺，路平 (. 海油发展装备技术有限公司设计研发中心，天津 30045；.中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459)

1 标准化研究的背景及意义

近年来，我国海上油气田开发技术和进程都有了快速的发展，截止到2018 年，在渤海油田中已建设并投用了各类型的固定平台和FPSO 等设施共153 座，这些设施提高了海上油气的开采、处理、运输的效率，为更好地开发和利用海洋油气提供保障[1]。

我国海上平台设计、建造、安装的技术经过近50 年的发展已经非常成熟，并且积累了许多宝贵的经验。结合已有平台的实际情况，将设计经验总结为一套标准化的设计成果，就可以在加快设计进度、缩短设计周期的同时，保证设计质量。2003 年渤海地区绥中36 -1 Ⅱ期工程中的井口平台应用了标准化设计[2]，在主工艺流程、导管架结构等方面都实现了标准化，即通过一套标准设计图建造多个相同的井口平台。最终该项目设计周期比以往缩短1/3，工程总投资节省了10 亿元。

本文研究通过收集、整理渤海油田已投产的典型中心平台和井口平台的设计资料和生产现状，开展渤海油田海上平台水处理系统标准化设计的相关研究；通过分析对比、综合研究，找出设计规模、设备选型、操作维护管理中的共同特性，为今后中心平台、井口平台上生产水处理能力和流程的标准化设计打下基础。

2 渤海油田海上平台生产污水处理系统分析

渤海油田采出的含油污水一般通过中心平台或FPSO 等生产中枢的生产污水处理流程进行除油、除悬浮物等处理，处理后的水满足注水指标后，通过注水泵回注地层，以达到注采平衡的效果。通过分析已有生产污水处理流程，可以总结归纳出一套具有普适性的处理流程，用于开展标准化设计研究。

2.1 平台类型分析

渤海地区在役的153 座生产设施中，固定井口平台85 座，中心平台20 座，其余平台设施如动力平台、增压平台、FPSO 等48 座。通过对全部平台设施的设计资料、生产现状进行收集、统计和分析，可以发现，大部分生产污水处理流程集中在中心平台和待处理流程的井口平台。因此，在研究过程中依据平台的规模、类型等特性，最终选取了绥中36-1CEPN/CEPO 等18座典型中心平台和渤中29-4WHPC 等26 座典型的有人井口平台进行深入研究。

通过对以上在役平台流程的统计，可以发现，中心平台均设有生产污水处理流程，而三分之二的井口平台在设计时没有考虑设置生产污水处理流程，主要采用海管输送处理合格的水源或水源井水进行回注。

2.2 生产污水处理流程分析

通过对上述44 个平台生产污水处理流程和能力进行统计、归纳，结合水处理流程中的关键参数，如：注水水质、水中含油量等，进一步开展标准化设计的研究工作。在初期制定油田开发方案时，会根据Q/HS 2042—2014 《海上碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》制定注水指标，结合渤海油田普遍采用的注水指标数据，确定采取较严格的标准，即水中含油量≤15.0×10-6、悬浮物含量≤5.0×10-6、悬浮物粒径中值≤3 μm 开展标准化设计。

由于有人井口平台多数未设置污水处理流程，因此主要对18 座中心平台的生产污水处理流程进行了深入分析。通过统计上述中心平台生产污水处理流程的具体情况可知，超过三分之二的平台采用了4 级处理才可以使生产污水满足回注地层的要求，即“斜板除油器→气浮选机→核桃壳过滤器→注水细滤器(通常为双介质或纤维球过滤器)”。

本文以分析水中含油量为例，作为污水处理流程的关键参数进行研究。通过统计原始设计资料和平台现场反馈的实际数据可以发现，斜板除油器入口含油量较高，普遍在2 000.0×10-6以上，这一指标取决于油田的油品性质和分离器处理效果。作为第一级处理设备，斜板除油器的作用极为关键，本研究过程中统计的四级处理设备中，斜板除油器的平均除油率范围在75%～82%，最高可以脱出生产污水中93.3%的污油。其余三级处理设备的除油效率分别可以达到13%～21%、2%～3%、1%左右。其他水质指标如悬浮物含量、粒径中值等，经过四级设备的处理，均可以满足回注要求。

以绥中36-1CEPO 平台的四级水处理设备的除油效果为例，实际生产过程中，由生产分离器脱出的含油污水含油量超过2 500.0×10-6，高于原始设计2 000.0×10-6的处理能力，但经过第一级斜板除油器的处理后，水中含油量降低至200.0×10-6左右，除油效率超过了90%，缓解了后续流程的处理压力，确保水质满足回注要求。

2.3 生产污水处理能力分析

对18 座典型中心平台生产水处理能力进行统计，最大处理能力为84 000 m3/d，最小为4 800 m3/d；在工程设计阶段，处理能力和规模由油藏配产决定，可将单台设备能力标准化，通过调整设备台数以匹配产量。

根据平台的配产数据和生产污水处理能力的统计分析，在进行标准化设计研究时，将平台配产分为A 档：≤12 000 m3/d，B 档：24 000 m3/d，C 档：48 000 m3/d 三档。

根据实际配产，选取对应的A/B/C 三档能力；不同设备根据处理能力，选取不同的台/套数进行组合，以满足生产水系统的处理需求。如油藏配产中产水量为18 000 m3/d(750 m3/h)，在考虑设计余量后，可以选取B 档的处理能力进行标准化设计，结合平台空间、结构重量等条件的限制，最终确定选择一套1 000 m3/h的处理流程还是两套500 m3/h的处理流程更加合理。

3 渤海油田海上平台生活污水处理系统现状

海上平台生活污水处理装置根据平台定员和生活楼设计人数确定设备能力，需要综合考虑生活污水的含盐量、水质水量波动、运维周期等因素，根据中海油和地方环保的相关要求，由建设单位科学确定处理工艺。目前渤海油田普遍采用的处理工艺为生化法和电解法。结合统计资料，对生活污水的处理能力进一步开展研究。

3.1 平台定员人数统计分析

经统计，中心平台的定员人数(生活楼设计人数)在80 人以下占比11%，80～120 人占比56%，120 人以上占比33%；有人井口平台的定员人数在10～30 人占比56%，30～40 人占比16%，40 人以上占比28%。

因此中心平台生活污水处理装置的能力可以按照80～120 人进行标准化设计，井口平台可以按照10～40 人进行标准化设计，这样更具有普适性。

3.2 生活污水处理能力分析

生活污水处理装置的处理能力取决于生活楼设计人数，不同人数其对应的处理能力如表1 所示。

由于生活楼定员人数已形成标准化设计，因此生活污水处理装置的能力也实现了标准化。

4 结语

本文研究主要结合渤海油田在役平台原始设计情况和目前实际生产现状，对海上平台生产污水和生活污水的处理流程和处理能力进行了归纳总结，通过分析得出以下标准化设计建议：

(1)生产污水和注水流程采用中心平台处理→海管输送→井口平台回注的模式；

(2)中心平台生产污水处理流程标准化设计采用“斜板除油器→气浮选机→核桃壳过滤器→注水细滤器”四级处理流程，重点关注斜板除油器的能力和设备选型，确保后续水处理流程满足要求；

(3)生产污水处理能力按照500/1 000/2 000 m3/h三档划分，工程设计阶段结合油藏配产进行选择；

(4)生活污水处理能力按照生活楼定员人数进行标准化设计，处理工艺由建设单位结合环保要求和工程可行性、经济性进行合理选择。

针对渤海油田海上平台生产和生活污水的标准化设计开展研究，不仅可以为其他工艺系统的标准化设计研究提供参考，更是对今后工程项目的开发和管理、设备和材料的采办、平台的建造和安装以及油田的生产操作等一系列过程影响重大。标准化设计的实施既可以降低大型海上油田开发成本，还可以缩短油田工程建设周期，使海上油气田的开发更高效、安全、经济。