“玛丽卡”FPSO生产工艺流程介绍

曾 伟 ，赵晟辰，孙丰雷

(1.广州船舶及海洋工程设计研究院,广州510250；2.必维船级社（中国）有限公司,上海200011）

1 概述

“玛丽卡”FPSO是由一艘308 300 DWT VLCC改装而成,改装完成后将用于巴西桑托斯盆地Lula Alto盐下油气田的开发。该FPSO主要用作：原油的生产、储存及外输；生产污水处理；天然气的生产、回注及外输；CO2的回注及海水的注入等。其具有较强的油气水处理能力：储油能力达160万桶；原油处理能力为15万桶/天；天然气产能为600万m3/d；生产污水处理能力为2.1万m3/d，注水能力为3.5万m3/d。

根据系统和功能的不同，油气水生产处理系统被划分成多个模块布置的主甲板上。该FPSO采用多点系泊系统，生活楼布置在尾部，火炬塔布置在首部，共有23个上部模块布置在两者之间，其中左舷13个、右舷10个。左舷主要布置油气水处理模块、火炬及闭排系统模块、管汇处理模块等；右舷主要布置动力模块、化学注入模块、天然气压缩模块、CO2分离及压缩模块、原油外输计量模块等。

2 原油处理工艺流程

原油处理工艺流程是根据油田井流的基础数据，分析研究相关原油处理工艺并对其进行经济性比较，从而确定适宜的工艺流程。原油处理工艺流程，主要由原油汇集、处理、计量外输三大系统组成。

2.1 原油汇集

为节约投资，一般在可以联合开发的海域只设计少量的FPSO，将周边油田、采油平台来液汇集后集中处理。“玛丽卡”FPSO用于开采的Lula Alto油田，属于深海区块盐下层油气田，来自16口油井的井流经由FPSO左舷舷侧的立管平台，进入靠近左舷的4个管汇模块汇集，然后进入油处理模块进行处理。在这4个管汇模块上，布置了16个清管器发射装置和3个清管器接收装置，用于进行油田井口与FPSO上管汇模块之间的海底管道清管作业，从而减少海底管道内壁的腐蚀，提高管道的输送效率和管道寿命。

2.2 原油处理

来自管汇模块的井流混合物是典型的多组分系统，必须经过油、气、水等分离、处理和稳定，才能满足储存、输送或外销的要求。为此，设置了一系列生产设备，其中分离器是最主要的设备，其他还包括换热器、泵、脱水器、稳定装置等设备。

该FPSO原油处理采用三级分离：一级分离设备包括高压三相分离器、原油换热器、原油加热器，来自管汇模块的井液，压力约20 bar、温度20～40 ℃，进入高压三相分离器进行油、气、水三相分离，分离出来的气体进入燃料气处理系统，水进入生产水处理系统，分离出来的原油温度为40 ℃，通过原油/合格原油换热器和原油加热器加热到92 ℃后进入二级分离；二级分离设备主要由IP闪蒸罐和预处理器组成，原油在IP闪蒸罐中脱除气态轻烃，从而降低原油蒸汽压，使原油在常温常压下储存时减少蒸发损失，脱除的气体进入燃料气处理系统。含水原油通过预处理器进行油水分离，分离出来的水进入生产水处理系统，处理后的原油压力1.5 bar、温度75 ℃进行三级分离；三级分离主要由低压脱气器和电脱水器组成，低压脱气器脱除的气体进入燃料气处理系统，含水原油则通过电脱水器进行深度脱水，脱除的水去生产水处理系统，含水<0.5%的合格原油进入原油/合格原油换热器进行冷却，冷却后的原油约55 ℃、压力1.1 bar，进入油舱储存。原油在货油储存舱内进一步沉降分离油水，稳定货油参数，等待外输。

2.3 原油外输

原油外输是将合格原油经过计量后装船外运的过程。储存在货油舱内的合格原油通过集中布置在泵舱的3台外输油泵增压，计量装置计量后经过卸油站卸油至外输油轮。该FPSO首尾各布置了一个卸油站，卸油站内布置输油装置，外输油轮通过系泊缆与FPSO串靠，合格原油经过漂浮软管输送到外输油轮上，漂浮软管的回收和储存是通过软管绞车来完成的。

3 生产污水处理工艺流程

生产水处理是FPSO的一项主要功能，该系统主要是收集来自油气水分离处理罐的污水，由总管汇集后经过除油除气得到排放要求的生产水。

“玛丽卡”FPSO上生产污水处理系统和油处理系统一起布置在油处理模块上，主要由生产水驳运泵、生产水冷却器、电脱水器用泵、水力旋流器、加气浮选器和循环泵组成。井液在原油分离罐中初步处理，得到处理污水，该污水由对应的污水泵输送到污水汇集管汇集，利用生产水冷却器冷却后进入水力旋流器，利用油水密度差进行油水分离，分离出来的水则进入加气浮选器进一步脱油处理，最后达到排放标准的污水排海，不合格的污水排到生产水舱，再次进入生产水处理系统处理，直至合格后再排海。

4 天然气处理工艺流程

天然气处理是FPSO的另一项主要功能，主要是把分离罐中分离出来的天然气进行收集、分离净化、增压至可用水平后供各用户使用。 “玛丽卡”FPSO用于开采伴生气较多的油气田，其天然气经处理后主要有以下几种用途：（1）作为自身的燃料需求，主要是供作为电站、热站、压缩机动力燃料使用；（2）用作油田的气举；（3）通过海底管线输送的井口平台使用；四、余下部分回注油田或作火炬放空和燃烧。

4.1 天然气的回收

在原油处理过程中，原油在容器中要进行加热、缓冲、减压、稳压，伴生有许多可燃气从原油中分离出来，这些气体被统一进行收集利用。

该FPSO天然气回收主要是依据原油三级分离罐中分离气的分离压力，对其进行增压汇集的过程。该处理流程的关键设备是天然气压缩机组，该压缩机组为两系列螺杆式压缩机，共两台一用一备。高压三相分离器分离出来的天然气压力为19 bar、温度40 ℃，直接进入天然气汇集管中汇集；低压脱气器分离气的压力为1.5 bar，经过两系列压缩机一级压缩后与来自IP闪蒸罐的分离气混合，压力达到6.5 bar，再经两系列压缩机二级压缩处理压力达到19.5 bar、温度135 ℃，最后通过天然气回收出口冷却器冷却至40 ℃、压力降为19 bar后，在天然气汇集管中与高压分离器分离出的天然气汇集，进入天然气的脱水处理。另外，原油三级分离罐中的分离气也可以通过压力控制阀流向高低压火炬分液罐，到火炬燃烧放空。

4.2 天然气脱水

天然气中的水可能会在管线中形成水合物，从而引起管线堵塞和腐蚀，因此在天然气生产过程中需要进行脱水处理，使之达到规定的含水汽量指标。天然气脱水常用的方法有溶剂吸收法、固体吸附法、直接冷却法和化学反应法，“玛丽卡”FPSO是采用分子筛脱水和冷剂制冷脱水联合使用来脱水：分子筛脱水是利用多孔性的分子筛吸附剂处理含水气体混合物，使其中水分吸附于分子筛表面上，从而达到分离的目的；冷剂制冷脱水是通过冷剂循环制冷来降低天然气的温度，使气体中部分水蒸气冷凝析出，从而达到分离的目的。

“玛丽卡”FPSO天然气脱水工艺流程如下：来自天然气回收模块的气体，经进口洗涤器脱除小液滴，由压缩机将气体压力提高到58.5bar，压缩后的湿气通过出口冷却器和天然气/脱水气换热器后进入分子筛脱水处理流程，分子筛脱水后的干气通过干气冷却器、制冷单元和低温分离器进一步脱除其中的凝析油和污水，最终的干气通过天然气/脱水气换热器后进入CO2膜分离单元，进行CO2分离操作。

天然气脱水的关键是分子筛脱水工艺流程，主要由进口分离器、进口加热器、分子筛脱水塔、粉尘过滤器、再生气预加热器、再生气电加热器、再生气冷却器、再生气分离器等设备组成。分子筛脱水工艺采用四个脱水塔，其中两塔用于吸附脱水，另外两塔进行吸附剂的再生和冷却，四塔同时进行，然后相互之间切换操作。脱水流程分为脱水吸附和再生循环两部分，首先来自天然气/脱水气换热器的湿气经过进口分离器和进口加热器，除去携带的液滴并加热后进入两个分子筛脱水塔进行脱水吸附操作，脱除水后的干气经粉尘过滤器除去分子筛粉尘后和杂质后分为两部分：一部分进入制冷脱水单元进行深度脱水脱油；另一部分进行分子筛的再生循环操作，再生循环包括分子筛的加热再生和分子筛的冷却。在加热再生期间，再生气通过再生气预加热器和电加热器加热到120 ℃ ～ 230℃后, 进入分子筛脱水塔，进行分子筛再生过程，分子筛脱水塔顶出来的再生气经过再生气冷却器冷却后,进入再生气分离器分离出凝液, 之后再生气返回到压缩机入口。一旦分子筛床层被再生完全后, 再生气将走再生气加热器旁通, 进入分子筛脱水塔使床层冷却下来,当冷吹气流出口温度低于40℃时, 冷却过程即可停止。

4.3 二氧化碳的脱除及注入

天然气中的CO2可能会在管线中形成酸性气体，从而引起管线和设备的腐蚀，同时也降低天然气的热值和输气管道的输送能力，因此天然气需要进行CO2脱除处理。脱除的CO2可回注到油层以提高地层压力，从而提高原油采收率。“玛丽卡”FPSO的天然气在进行脱水处理后，通过天然气/脱水气换热器加热到24.5 ℃、压力约为52.5 bar，然后进入CO2膜分离单元进行CO2分离操作，分离出的CO2气经CO2压缩模块后注入地层；分离出来的天然气（脱碳气）压力为47 bar、温度10 ℃，一部分通过燃料气洗涤器脱除液滴后供用户使用，主要是为电站、热站、CO2压缩机组提供动力燃料及为其它设备提供辅助用气，剩余部分进入气举压缩机进一步压缩。

该流程的关键是CO2膜脱除工艺和CO2压缩工艺流程。CO2膜脱除工艺是以膜两侧气体压力差为驱动力，使得CO2溶解并渗透过膜，从而使天然气组分在膜原料侧浓度降低，而在膜的另一侧CO2达到富集，达到天然气脱除CO2的目的。分离后的CO2渗透气压力为1.5 bar、温度10℃，送到CO2压缩机压缩。选用了两台离心式四级压缩机组，压缩后的CO2压力达到249 bar，压缩后的CO2气与天然气回注气一起经注气压缩机加压至449 bar，通过注入井向油田地层注气，以维持油层压力，提高原油采收率。

4.4 天然气的气举和回注

在油气田开采中，液体(原油)较重，在上千米甚至几千米的井筒中会造成比较大的压力，使地层中的原油无法流到地面，为了解决该问题，气驱采油技术应运而生。目前应用较多是天然气气举采油，它是从地面将天然气注入井筒与油层混合，利用高压天然气的膨胀使井筒中的混合液密度降低，将井内的原油举升到地面的一种采油方式。

另外，油田开采中的天然气，在满足自身用气需要后，可以采用天然气回注技术，把剩余的伴生气回注到地层保留起来，不仅提升了地层压力，提高了原油采收率,而且还可以留待后期开发利用。

“玛丽卡”FPSO的天然气在脱除CO2后，除了部分自身用气需求外，其余的全部送到两级气举压缩机，将气体压力提高到249bar。经气举压缩机压缩的的天然气将分成三部分：一部分通过外输管线输送至井口平台，作为平台用气；一部分通过气举管线进入注入井中用于气驱采油，其到达采油井井底后，成为石油气的组成部分和原油一起被举升到地面，再一次通过油气水分离进入天然气处理流程；其余部分气体经注气压缩机加压至449 bar，通过注入井向油田地层注气，留待后期开发利用。

5 结束语

上文简单介绍了“玛丽卡”FPSO的主要生产工艺系统，该生产工艺系统还包括一些辅助生产工艺系统，如：火炬系统、开排及闭排系统、化学药剂注入系统、海水处理及注水系统等，限于篇幅本文就不再展开。FPSO生产工艺流程设计，不仅是FPSO的核心技术，同时也是油田开发的核心技术之一，希望本文的总结分析对后续FPSO的设计开发有一定促进作用。

[1] 海洋石油工程设计指南[M] .北京：石油工业出版社，2007.

[2] 赵耕贤.浮式生产储油船（FPSO）设计[J] .上海造船，2009.

[3] 秦向东，温铁军，金美芳. 脱除与浓缩二氧化碳的膜分离技术. 膜科学与技术[J].1998，18（6）.