海洋油气集输毕业设计

海洋石油生产集输系统

第一节概述

1 海上油田生产集输系统

海上油气田的生产就是将海底油（气）藏中的原油或天然气开采出来，经过采集、油气水初步分离与加工，短期的储存，装船运输或经海管外输的过程。

由于海上油气的生产是在海洋平台上或其它海上生产设施上进行，因而海上油气的生产与集输，有其自身的特点。

2 海上油气生产与集输的特点

1.生产设施应适应恶劣的海况和海洋环境的要求

2.满足安全生产的要求

3.海上生产应满足海洋环境保护的要求

4.平台上的设备更紧凑、自动化程度更高

5.要有可靠、完善的生产生活供应系统

6.独立的发电／配电系统

7.可靠的通讯系统是海上生产和安全的保证

3 油气的开采和汇集

海上油气的开采方式与陆上基本相同，分为自喷和人工举升两种。

目前国内海上常用人工举升方式为电潜泵采油。由于电潜泵井需进行检泵作业，因此平台上需设置可移动式修井机进行修井作业，或用自升式钻井船进行修井。

采出的井液经采油树输送到管汇中，管汇分为生产管汇和测试管汇。

测试管汇分别将每口井的产出井液输送到计量分离器中进行分离并计量。一般情况下，在计量分离器中进行气液两相分离，分出的天然气和液体分别进行计量。液相采用油水分析仪测量含水率，从而测算出单井油气水产量。

生产管汇是将每口油井的液体汇集起来，并输送到油气分离系统中去。第1 页（共21 页）

4 油气处理系统

从生产管汇汇集的井液输送至三相分离器中，三相分离器将油、气、水进行初步分离。分离出的原油因还含有乳化水，往往需要进入电脱水器进一步破乳、脱水，才能使处理后的原油达到合格的外输要求。分离出的原油如果含盐量比较高，会对炼厂加工带来危害，影响原油的售价，因此有些油田还要增加脱盐设备进行脱盐处理。为了将原油中的轻烃组分脱离出来，降低原油在储存和运输过程中的蒸发损耗，需要进行原油稳定，海上油田原油稳定的方法采用级次分离工艺，最多级数不超过三级。

处理合格的原油需要储存。储存的方法一般有两种：

1. 储存在平台建原油储罐。

2. 储存在浮式生产储油轮的油舱中。

储存的合格原油经计量后可以用穿梭油轮输送走，也可以通过长距离海底管线直接输送到陆上。

分离器分离出的天然气进入燃料气系统中，燃料气系统将天然气脱水后分配到各个用户。平台上燃料气系统的用户一般为：燃气透平发电机、热介质加热炉、蒸气炉等。对于某些油田来说，天然气经压缩可供注气或气举使用。低压天然气可以作为密封气使用，也可以用做仪表气。多余的天然气可通过火炬臂上的火炬头烧掉。

分离器分离出的含油污水进入含油污水处理系统中进行处理。

常规的含油污水处理流程为：从分离器分离出来的含油污水进入撇油罐进行油水分离，然后进入水力旋流器处理合格后的污水排海。

5 注水系统

注水系统按照注水的来源不同而分为三类：注海水、注地层水和污水回注。

1.注海水：海水通过海水提升泵抽到平台甲板上，经粗、细过滤器过滤掉悬浮固体，再进入脱氧塔中脱去海水中的氧，脱氧后的海水经增压泵，注水泵注入到地层中去。

2.注地层水：水源井注水是从采水地层，利用深井泵将地层水抽出，经粗、细过滤器滤掉悬浮颗粒达要求后，经注水泵将地层水注入到油层中。精品论文

3.污水回注：经处理后的含油污水也回注到地层中去。

图1 典型的原油处理流程

6 海上油气田生产辅助系统

海上油气田生产辅助设施有别于陆上油田，考虑到海上设施远离陆地，海上运输的困难，需要设置相应生产辅助系统。

海上生产辅助系统包括：安全系统；中央控制系统；发电／配电系统；仪表风／工厂风系统；柴油、海水和淡水系统；供热、空调与通风系统；起重设备；生活住房系统；排放系统；通信系统。

第二节生产主要系统

1 典型的原油处理流程

各生产井的液流经过采油树油嘴流进生产管汇汇合后一起流进生产加热器，然后流进一级分离器进行油、气、水三相分离，分离出的污水去撇油罐，天然气流进天然气洗涤罐，原油经原油外输泵增压，通过外输流量计计量后外输到下游终端或者储油舱。

图2 典型的三相分离器结构

根据生产需要，一旦某一口井需要测试时，就将该井的油流从生产管汇上切换到测试管汇，通过测试加热器，流进测试分离器进行油、气和水三相分离与计量。计量后的原油送往一级分离器，气体计量后经过压缩机压缩进入气体外输管线，生产水计量后去撇油罐。

气体除雾器，防涡器，油水隔板，消波器和冲砂管以及油腔内部的加热盘管等。精品论文来自管汇的井液进入三相分离器通过入口分流器，突然改变流动方向产生初步的

图3 典型的天然气处理系统

气、液分离。分离器的气相经气体除雾器和单流阀送至天然气压缩机涤气罐进入下一级处理，压力控制阀把大于设定点的气体送至火炬系统。生产污水经水液位控制阀去撇油罐。原油经油水隔板流入集油室，再经油液位控制阀控制去二级分离器进行下一级处理。

2 典型的天然气处理系统

来自一级、二级分离器的伴生气进入天然气压缩机进口涤气罐，除去其中夹带的液体，液体通过液位调节阀进入闭排系统，气体则从涤气罐的顶部排出进入天然气压缩机，经过压缩机增压后进入后冷却器，经海水冷却到45℃左右后进TEG-脱水塔的进口涤气罐，对天然气进行气液分离，天然气在从脱水塔的底部进入，从顶部排出，天然气在脱水塔与贫甘醇充分接触，脱去天然气中的水，再进入换热器冷却，之后干燥的天然气经发球器输送到下游终端。第5 页（共21 页）精品论文

3 典型的污水处理流程

从测试分离器、一级分离器、二级分离器分离出来的含油污水汇集进入撇油罐，首先经过煤田，使小油滴变大，另外溶解在水中的溶解气在低压情况下释放出来，携带油滴上浮到污水的表面流到集油槽进入闭式排放罐。污水则进入水力旋流器进一步处理，经水力旋流器处理过后的污水含油浓度小于30PPM，可以直接排海。如果污水含油浓度大于35PPM 时，污水至闭式排放罐的关断阀则自动打开，排海关断阀关闭，污水回流到闭式排放罐。

4 典型的注水处理流程

随着油田的开发，采出量的不断增加，地层的压力将逐渐下降，为了补充亏空的地层以及更合理地开发油田以获得更高的采收率，就需要向地层注入经过处理的合格的海水来维持地层压力。

从海水提升泵过来的海水先通海水有一部分供给其它用户，大部分进入细过滤器。使98直径大于或等于 5 微米的悬浮颗粒被除去。为了提高过滤效果，在细过滤器的入口处注入两种化学药剂：聚合物和杀虫剂。

经细过滤器过滤的海水进入脱氧塔。通过真空泵使脱氧塔形成真空，海水中的游离氧在真空条件下从海水中分离出来，使海水中氧的降低于0.01mg/l。同时，为了提高脱氧塔的脱氧效果，在脱氧塔的进口管线上注入防泡剂，在增压泵到脱氧塔的回流管线上注入脱氧剂，脱氧剂经海水稀释从脱氧塔中部均匀喷撒在塔内。

经脱氧后的海水进入增压泵，被增压到3500KpaG 使海水的压力满足注水泵的吸入压力。为防止海水管线腐蚀，提高注水水质，在增压泵的出口管线注入防腐剂、防垢剂、杀虫剂。最后，海水经注水泵增压至14000KpaG，进入注水管汇，通过注水井，进入地层过粗过滤器，使95直径大于或等于80 微米的悬浮颗粒被祛除。经初步过滤的。

精品论文图4 典型的生产污水处理设备

5 化学药剂系统

化学药剂注入系统是将各种化学药剂注入不同处理点，以有效地处理原油及污水，防止生产设施腐蚀、结垢等等。

化学药剂分连续注入和间歇注入，注入量多少取决于问题的轻重程度，药剂的性质好坏及药剂的类型。

化学药剂注入系统包括两个橇块，油系统处理橇，注水系统处理橇第7 页（共21 页）精品论文

图5 典型的注水处理流程

6 安全消防系统

平台根据不同的实际情况配置了安全系统，配置的情况因平台而异，主要有可燃气体探测系统、火灾探测系统和硫化氢探测系统等，其目的是对含有爆炸、火灾、灼热、烟雾和有

毒气体（含浓烟）的各种潜在危险源进行探测，减少或避免在生产作业、检修过程中，可能出现的人员伤亡，环境污染，设施破坏和财产损失。

安全系统设计原则为能进行安全分析、按火区划分进行防火分隔、具有完善的火气探测／报警、紧急关断、消防、噪声监测、逃生救生。

6.1 火气探测系统

平台上设置的火气探测系统能及时、准确地探测早期火灾／可燃气，通过火灾盘的逻辑分析、处理，实现报警、关断、消防，以消除事故，保护平台操作人员及生产设施的安全。

火气探测系统是全自动系统，能自动完成从探测到消防的全过程，并有现场及中精品论文控室的手动按钮，操作人员可在自动系统未动作的情况下，手动实现系统功能。火气探测系统采用表决逻辑方式判断现场探测器探测到的报警信号，可以准确地辨别出平台实际情况，避免由于个别探测头误动作造成的停产，从而保证系统的高度可靠。

1.可燃气体探测系统

可燃气体探测系统用于探测平台某一区域的可燃气浓度，发出存在可燃气体泄漏的警报信号，启动自动装置消除危险。

天然气探测由可燃气体探测器进行，这些探测器的预报警值为最低爆炸浓度下限（LEL）的20％，危险值为最低爆炸浓度下限的60％。传感器的设计是探测在爆炸下限0-100％范围内的可燃气体。

2.火焰探测系统

火焰探测系统由四种不同类型的探测器进行探测，即紫外线探测器、烟雾探测器、感温探测器和易熔塞。

3.紫外线探测器能有效地探测出火焰而又不受可见光和红外线辐射的影响，特别

适用于火灾初期不产生烟雾的场所；

4.烟雾探测器是一种离子型探测器，对可见和不可见的燃烧产物产生反应；

5.感温探测器用于探测在空气中散发热量的上升速度；

6.易熔塞也用于探测环境温度。

6.2 消防系统

平台上的消防设施具体配置因平台不同而不同，主要根据平台各区域火灾危险类别来配置。主要有以下几类：

生产区域的消防水／泡沫自动喷淋灭火系统，

电气设施房间内的二氧化碳自动灭火系统或FM200 自动灭火系统

生活楼厨房内的湿式化学药剂自动灭火系统，

手动消防炮、消防软管站及各种类型的手提式灭火器。

6.3 救生逃生系统

平台为了保障操作人员的人身安全，设计了海上救生逃生系统，以合理的布局、有效的逃生通道及充足的救生设施为平台操作人员提供逃避危险、安全撤离的手段。

1.逃生方式

平台一般有以下几种逃生方式：借助直升飞机／借助救生艇、救生筏／借助救援船只／借助辅助救生设备。

其中，救生艇是最基本的逃生工具，平台上的逃生路线的方向都是通向救生艇附近的集合区。在接到紧急状况的报警后，人员首先到救生艇集合区集合待命

2.逃生路线和逃生设备

逃生路线是为平台操作人员设计的一条能迅速脱离危险区域，到达安全区域的通道，在平台上的任何一点，都可以从两个不同方向沿逃生路线到达安全救生设备。

逃生通道分为主逃生通道及辅助逃生通道。主逃生通道沿平台外围形成环路，并连接平台各主要区域，辅助逃生通道从设备操作地点通向主逃生通道。

逃生设备分为主要和辅助逃生设备

主要逃生设备救生艇、救生筏辅助救生设备包括救生圈、救生衣、抛绳设备、遇险信号、急救设施和逃生用具等

7 中央控制系统

随着海洋采油平台开采规模的扩大，海上平台的结构也越来越庞大，所有的油气生产、处理和人员起居都集中在一个平台结构上，要求生产和管理的自动化程度较高，趋势是应用分布式过程控制系统。

在生产过程中主要采集和控制的参数有：压力、流量、温度、界面、泵状态、泵精品论文的启／停、阀门开度、阀门开关等。

海上油田中央控制系统主要有以下系统组成：过程控制系统PLC、集散控制系统DCS、应急关断ESD、系统现场控制盘

7.1 过程控制系统（PLC）

PLC 系统通常被设计成分布式控制系统，在此系统中控制和管理功能分布在整个系统中；

PLC 系统具有过程监视和控制能力，还可以对实际过程和自身的硬件与软件进行错误诊断和故障查找

。PLC 的功能概括为：

A、顺序／控制、逻辑、定时、记数；

B、模拟控制功能，PID；

C、算术运算、信息处理、计算机接口。

PLC 的应用：

原油生产过程监视与控制；

天然气初加工过程监视与控制；注水系统过程监视和控制；

公用系统监视和控制；

火气探测和安全系统等

。PLC 的组成

一般由中央处理单元、输入输出模块、操作站、通讯模块、报警系统、人机接口等组成

7.2 集散控制系统（DCS）

DCS 系统具有人机界面好，便于集中操作、监视和管理大型现代化工业生产设施，能与计算机及常规仪表相兼容，系统构成方便灵活，不仅易于扩展，且维护

简单等优点。

集散型过程控制系统多采用ROSEMOUNT SYSTEM。系统包括硬件和软件，真正突出了危险分散化，可以自由地配置系统，以适应油田生产过程的需要。

该系统具有多种故障自诊断功能，并可在线修理和随时更换故障电路板，从而大大减少故障造成的停机情况。

7.3 应急关断（ESD）系统

设置应急关断（ESD）系统是为了保护人员安全、保护平台工艺设备和防止环境污染。ESD 系统控制安全关断阀、井下安全阀、地面安全阀和放空阀在不超过工艺管线操作极限的状态下，实施平台的安全关断。

ESD 系统主要由三部分组成：

PLC 系统；声光报警盘；与PLC 系统或DCS 系统的通讯。

ESD 系统的关断等级

海上油田ESD 系统关断等级总体可归纳为以下四种：

一级关断

是海上油田的最高等级的关断，实施此级关断，必须是在平台上工艺区发生火灾或大量可燃气体泄漏，以及发生不可抗拒的自然灾害等最恶劣危险的情况下；

二级关断

二级关断为火灾关断，主要由火气探测系统探测到的可燃气体泄漏、发生火灾或一些重要公用系统发生故障（如仪表风压力低低或电力系统故障）时出现。

三级关断又称作生产关断，

三级关断由下列信号引起：手动按钮；/仪表风故障/火炬系统故障/闭式排放罐液位高高/主发电机故障/分离器液位高高等。根据信号来源不同，三级关断又分为3A 级别、3B 级别和3C 级别（台风状态）。

四级关断

又称作单元关断，由单个设备上的异常信号。如压力低低、高高，液位低低、高高等引起的单个设备的关断，7.4 现场控制盘在海上平台油气生产集输系统，包含有多个子系统，如注水系统、分子筛干燥再生系统、热油炉供热系统、丙烷制冷系统、三甘醇脱水及再生系统等。这些子系统规模较小，控制简单且相对独立，这些子系统的控制因此也常常采用现场控制PLC 来实现子系统的控制，子控制系统PLC 经过通讯方式与主控制系统相连，把它的数据信息传递给主控制系统，主控制系统又可将ESD 信号通过硬线送到就地控制盘，实精品论文施对就地盘的关断，从而实现整个控制系统的集中管理与监视。也实现了平台控制系统的控制分散和危险分散的概念。

第三节生产辅助系统

1 发电/配电系统

电力系统是海洋石油平台的心脏，它发出的电能供全船用电设备使用，是平台安全和正常生产的前提和基础。

海上采油平台都配备有主电源和应急电源

主电源在正常生产时为平台所有用电设备提供电能，选用功率较大的燃气轮机发电机组或柴油发电机组

应急电源只是在平台黑启动时为透平附机提供电源和应急状态下为一些安全设备提供电源，一般都选用启动迅速的柴油发电机组。

应急机的负荷分为两部分：一部分是在平台应急状态下所有应急设备的负荷，包括有关消防的负荷、应急灯等。

另一部分是在正常运行时的负荷，如平台黑启动时，第一台燃气轮机发电机组启动的所有辅机的负荷，必须由应急发电机提供。因此，应急发电机的功率选择必须满足这两种工况的要求。

2 仪表风/工厂风系统

1系统组成

由空气压缩机组、后冷却器、过滤分离器、压缩空气储罐、前过滤器、干燥器、后过滤器、仪表风储罐及配气管网。

2系统工作流程

空气经入口过滤器进入压缩机经过压缩之后再经冷却器和过滤分离器后进入空气储罐，分出两路，一路去公用系统用气分配系统，另一路经前过滤器进入干燥器干燥再经后过滤器进入仪表风罐，然后去仪表风分配系统。

第13 页（共21 页）精品论文图6 仪表风/工厂风系统

3 柴油系统

1系统主要用户

以柴油作燃料的发电机组、热锅炉、柴油动力吊机、应急柴油发电机、修井机、柴油消防泵、化学药剂系统。

2系统组成

柴油定期由供应船从陆地送到平台，通过供油软管输入到系统内的柴油储罐，再由柴油输送泵送到各个用户柴油系统一般由柴油储罐（或者平台桩腿、浮式平台柴油舱）、柴油发电机日用罐、应急发电机日用罐、柴油输送泵、过滤器及加油软管组成。

精品论文图7 柴油系统

4 海水供应系统

1系统组成一般由海水提升泵、海水粗过滤器和次氯酸钠发生装置（或电解铜离子处理装置）组成。

2系统工作流程

海水提升泵将海水提升到平台，在泵出口处加入具有扼杀海洋微生物作用的次氯酸钠溶液，经粗过滤器进行过滤后再送到各用户。多余的海水经系统中的压力控

制阀调节排回海中。

第15 页（共21 页）精品论文图8 海水供应系统

5 淡水系统

1系统用户除为平台工作人员提供生活用水外，还为平台消防系统、化学注入系统、热介质系统、空调系统、实验室、工作间、修井机及平台上的各处设备冲洗处提供淡水。淡水来源除运输船定期从陆上送来外，还可使用平台上的淡水制造装置来制造。

2系统组成

系统一般由淡水储存罐、饮用水罐、淡水泵、淡水压力罐、热水加热罐、热水循环泵和淡水制造装置组成。

6 供热、空调和通风系统

1供热系统

精品论文通过一个热介质系统向平台提供必要的热能，以满足生产和生活的

需要。有几种方案可供选择：

图9 淡水系统

一是电加热电加热一般都用于电器设备的空间加热器和一些管线的伴热等，很少以电加热作为平台的公用热源。

二是水蒸气锅炉加热传统的水蒸气锅炉因受各方面的条件限制，已很难适应海上平台的需要。

三是热介质炉加热热介质锅炉供热系统具备操作方便、安全可靠、无腐蚀性、

维护量少、经济性好等优势成为石油化工行业的首选供热系统。