海上油田三相分离器校核实例分析

刘春悦

（中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300452）

1 油田及平台背景

渤海某油田位于渤海西部海域，油田设施包括一条浮式生产储油轮（FPSO）、一座单点系泊系统（SPM）、7座井口平台（WGPA/WHPA/WHPC/WHPD/WHPE/WHPF/WHPK）、2座带井口的中心处理平台（CEPI/CEPJ），以及部分海底管线和海底电缆等。

目前油田井口平台WHPK、WHPE、WHPF、WHPD和CEPI井产物流均输送到CEPI原油系统进行处理。CEPI原油系统采用一级处理方式，设置2台三相分离器，对接收的井产物流进行油气水分离，分离后要求油相出口液体体积含水率低于30%，再经过外输泵增压后，通过海管输送至FPSO处理和储存。

2 分离器校核基础

WHPK、WHPE、WHPF、WHPD和CEPI的原油物性见表1～表4。天然气组分见表5。不同含水率原油黏度与温度数据见表6。

表1 WHPD/CEPI原油性质

表2 WHPE原油性质

表4 WHPK原油性质

表5 天然气组分

续表

表6 不同含水率原油黏度与温度数据

续表

表3 WHPF原油性质

CEPI平台生产分离器采用油气水三相分离器，设备设计尺寸和内部规格参见表7和表8。

CEPI分离器设计处理能力（单台）：1 560m3/d（油），11.16×104Sm3/d（气），12 720m3/d（液）；设备操作温度：60～74℃；操作压力：1 100kPaG；设计液体在混合沉降室停留时间不低于5min。

生产分离器P&ID图纸见图1。

图1 CEPI平台生产分离器P&ID图纸

目前油田新增调整井和在役油井增产作业日渐增多，油田产量增速较快，高峰日产量达到2 930m3/d（油），21.65×104Sm3/d（气），24 980m3/d（液），已经接近两台分离器设计资料中原标注的设计处理能力上限。根据油田开发的中远期规划，油田生产后期还会新增大量的开发井和调整井，同时继续开展在役油井增产作业，依托CEPI平台处理的井产物流量激增，根据油藏专业提供的油田中长期开发配产指标预测数据测算，CEPI原油系统最大处理量达到3 300m3/d（油），31×104Sm3/d（气），28 000m3/d（液），超过分离器原设计处理能力，分离器处理难度加大，流程存在瓶颈，不能满足后期生产要求，难以实现油田快速增产的目标。因此需要对分离器进行整体校核，在实际处理量超过原设计最大处理能力的情况下，分离器各项处理指标是否能够满足要求。

3 分离器校核分析

3.1 分离器处理效果分析

根据配产数据，单台分离器需要处理的物流量为1 650m3/d（油），15.5×104Sm3/d（气），14 000m3/d（液）。根据设备厂家提供的设备橇装图标注的尺寸进行计算，单台分离器的混合沉降区液相有效容积为50.8m3。计算含水原油在沉降区的停留时间为5.2min，根据最新的脱水实验数据，在60℃条件下，含水80%原油在加注100×10-6的PRD7 103破乳剂后，静态沉降5min，原油含水降至28.9%，满足油相出口含水低于30%的要求。分离器气相出口设置丝网除沫器，考虑丝网安装位置及规格，根据斯托克斯定律，计算出分离器在处理最大液量情况下，最大处理气量为23.5×104Sm3/d，满足处理要求。因此，单台分离器处理能力经校核，满足后期预测最大处理量的需求。

3.2 分离器进出口管线及管嘴校核分析

生产分离器进口管道为12寸碳钢管线，气相出口管道为6寸碳钢管线，油相出口管道为6寸碳钢管线，水相出口管道为10寸碳钢管线。管道校核参考Q/HS 3053—2018《海上油（气）田上部设施管道尺寸计算设计规则》相关内容，对于气液混输的进口管道，为避免管线冲蚀，管线内介质流速不超过冲蚀流速。经计算，在分离器最大处理量下，管线的冲蚀流速为5.5m/s，介质管内实际流速为4.5m/s，低于冲蚀流速，满足安全输送要求。气相出口管线管内介质流速为9.2m/s，小于单相气相管道推荐的最高流速18.3m/s，管线百米压降为4kPa，低于推荐的7～11kPa。油相出口考虑含水30%的原油外输，最大输液量2 357m3/d，计算管线管内介质流速为1.47m/s，管线百米压降为28kPa；水相出口最大输液量11 643m3/d，计算管线管内介质流速为2.65m/s，管线百米压降为26kPa，均满足液相管道的推荐流速1～3m/s的要求，同时管线百米压降低于推荐值90kPa。因此经校核，分离器进出口管线均满足输送要求。

生产分离器进出口管嘴详细信息参见表7～表8。管嘴校核同样参考Q/HS 3053-2018《海上油（气）田上部设施管道尺寸计算设计规则》相关内容，管嘴尺寸需要满足相应的冲量和流速要求。经计算，入口管嘴冲量为6 782kg/（m·s2），小于分离器进口管嘴推荐最大冲量8 000kg/（m·s2）；气相出口管嘴冲量为688kg/（m·s2），小于气相出口管嘴推荐最大冲量4 500kg/（m·s2）；油相出口管嘴流速为0.93m/s，水相出口管嘴流速为0.98m/s，均小于液相出口管嘴推荐流速1m/s，因此经校核，分离器进出口管嘴满足处理要求。

表7 分离器设计规格参数

表8 分离器内部规格参数

4 结论

通过对生产分离器的整体校核可以看出，在后期生产中，CEPI平台单台生产分离器在处理1 650m3/d（油），15.5×104Sm3/d（气），14 000m3/d（液）时，在加注化学药剂后，分离器在正常操作工况下，处理效果能够满足油相出口含水低于30%的指标要求，同时满足气液分离的要求，分离器处理效果达到指标要求。同时对分离器的进出口管线及管嘴进行了校核，根据校核结果可以看出，分离器的进出口管线和管嘴都能满足最大处理量的要求，但是油相和水相管嘴的实际流速已经接近规范推荐的最大流速，因此在不更换管嘴的情况下，油相和水相的处理能力已经接近极限，建议在后期生产过程中，关注分离器处理原油的含水率变化，同时优化设备操作参数，保证流程的平稳运行。

对分离器的整体校核结论为油田中后期开发提供了技术支持，满足了油田释放产能的需求，推动了油田的快速发展，同时对其他油田类似的情况提供了校核依据，具有借鉴意义。