1、 34 天 津 科 技第 50 卷 第 2 期第 50 卷 第 2 期2023 年 2 月Vol.50 No.2Feb.2023天 津 科 技 TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY 应用技术海上平台水源井伴生气的脱气工艺优选与实施周久立（中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津 300450）摘 要：海上某平台水源井在开采的过程中携带大量伴生气，平台水源井水处理系统未设置脱气装置，当水源井高负荷运行时，大量伴生气涌入下游生产设备。现场设置的斜板撇油器无法满足气体处理排放要求，造成现场部分地漏和开排呼吸口天然气外溢，给安全生产带来严重隐患，同时也制约了水源井的供水效率，因此，亟需
2、对平台水源井水处理流程进行研究，以探索海上平台水源井高含气解决办法。通过分析该水源井脱气特点，结合平台现有条件，设计了一套高效、可靠的水源井水脱气装置，实现了水源井供水水源的净化和伴生天然气的回收，为海上平台安全稳定运行提供了技术支持，同时，对水源井伴生气的有效回收，也为平台创造了附加价值。关键词：水源井 伴生气 脱气装置 水源净化中图分类号：TE95 文献标志码：A 文章编号：1006-8945（2023）02-0034-04Optimization and Implementation of Degassing Process for Associated Gas in Water Sou
3、rce Wells on Offshore Platforms ZHOU Jiuli（Tianjin Branch，CNOOC Co.，Ltd.，Tianjin 300450，China）Abstract：The water source well of an offshore platform carries a large amount of associated gas during the production process.Since the water treatment system of the platform water source well is not equipp
4、ed with a degassing device，when the water source well operates at a high frequency，a large amount of associated gas flows into the downstream production equipment.The on-site inclined plate oil skimmer cannot meet the gas treatment and discharge requirements，resulting in partial floor leakage and na
5、tural gas overflow from the open-drain breathing port，which brings serious hidden dangers to safety production and also restricts the water supply efficiency of the water source well.It is urgent to study the water treatment process to explore solutions to high gas content in water source wells on o
6、ffshore platforms.By analyzing the degassing characteristics of the water source well，combined with the existing conditions of the platform，a set of efficient and reliable water source well water degassing device is designed，which realizes the purification of the water source and the recovery of ass
7、ociated natural gas，which provides technical support for the safe and stable operation of the offshore platform.At the same time，the associated gas from the water source well is effectively recovered，creating additional value for the platform.Key words：water source well；associated gas；degassing devi
8、ce；water purification收稿日期：2023-01-05某海上平台在油气开发过程中需水源井采水作为注水补充，但随着平台生产不断推进，现场发现水源井开采过程中携带大量天然气，对平台现有生产流程造成了极大冲击，严重威胁生产安全。水源井作为油气开采过程中的重要设施，安全稳定运行直接关系平台油气产量1，水源井脱气不及时会导致海上平台油气下游处理系统剧烈波动，严重时可造成平台生产关断，甚至会出现安全事故，如何治理水源井高含气问题成为了海上平台亟待解决的问题。对于低含气水源井，多利用水处理系统中的斜板除油器进行处理，高含气水源井则直接通过除气罐进行处理2。但少数水源井在海上平台投产初期含气
9、量极少，并随油气不断开发含气量逐步增加，甚至含气量远超斜板除油器的天然气处理能力，相关建造设计者并未考虑到这一情况，使平台后期稳定生产受到较大影响。针对此类情况多选择加装气液分离器，但海上油气生产平台设计建造情况各不相同，如何选择适用于本平台类型的气液分离器需要进行系统性研究。DOI:10.14099/ki.tjkj.2023.02.006 35 2023 年 2 月1 水源井脱气工艺介绍1.1 水源井系统海上油气生产平台地层天然能量较弱，随着油气不断开发储层能量大幅降低，平台产量出现较大波动，为稳定油田生产，采取注水补充地层能量的方式进行治理3。注水来源主要为处理合格的生产水，但随着注水需求
10、量不断增加，已采取利用水源井供水满足平台注水的要求。水源井是利用井下电潜泵做功将地层中的水源提升至平台，采出的地下水经过冷却后便可进入平台污水处理系统，经过处理水质达标后可注入地层。图 1 为水源井处理系统示意图。图 1 水源井处理系统示意图Fig.1 Schematic diagram of water source well treatment system1.2 水源井脱气工艺水源井含气量远低于油井，但不排除钻遇油气储层造成含气量过高的可能性，海上平台水源井含气量较低时，会将水源井水引入斜板除油器进行处理，当污水处理系统超负荷时，则需要进行项目改造，以提高水源井脱气能力满足注水要求。此外
11、，水源井水经过斜板除油器进行分离后，天然气多是直接通过冷放空排放，在碳中和大背景下，严重影响公司节能减排任务。因此，实施水源井脱气处理再回收不仅满足了注水需求，同时也解决了天然气放空造成的二氧化碳排放量增大问题，为实现碳中和目标贡献了一份力量。当前海上平台水源井脱气工艺主要采取增加气液分离器的方式，水源井气液分离器包括卧式脱气撬、T型管式脱气撬、GLCC气液分离器4、旋流脱气装置，这 4 种脱气设备各有优点，选择脱气设备则需结合平台现场实际情况加以分析论证。2 高含气水源井脱气工艺优选2.1 水源井脱气工艺分析平台建设初期并未考虑水源井高含气问题，水源井处理系统缺少专业气液分离器，目前该平台水
12、源井脱气具有以下几个特点：气液比较大；温度较高（85），水源井水进入污水处理系统后挥发出大量水蒸气；存在段鉴于塞流。鉴于平台水源井含有大量伴生气的特点，对于水源井脱气系统处理工艺而言，设计和工艺的选用需要满足以下条件：满足水量变化的情况，适用于任何已经存在的水处理工艺，并且需要在设计工艺上能够拥有抗水力冲击负荷能力，以适应较大的水量波动；高气量脱除能力，水源井伴生气气量较大，进入脱气系统的气液比达到近 41，对设备气液分离能力有较高的要求；处理设施运行可靠、稳定，操作管理简便，处理过程安全；考虑到现场安全要求，设备需整体满足防爆要求。根据平台气液混合物特点和平台现状，前期已对现有气液分离技术及
13、现状进行了工艺比对，GLCC及旋流脱气 2 套方案设备的高度超过平台安装空间允许高度，不推荐。T型管式脱气橇分离负荷范围较窄，不适应本工况，且应用案例较少，不推荐。本方案选择传统的卧式气液两相分离器，见图 2。2.2 卧式气液两相分离系统介绍通过各项参数分析，由表 1 可知，卧式气液两相分离器最符合该平台实际需求。其作为油气田气液两相分离设备，应用广泛且技术成熟可靠。图 2 卧式气液两相分离器示意图Fig.2 Schematic diagram of horizontal gas-liquid two-phase separator卧式气液两相分离器内部结构：采用两阶段设计可去除 99%大于
14、10 m的所有颗粒，适用于要求极细夹带物的去除。第一级是一个离心分离器，确保流体以理想的方式进入分离装置，提高分离效率和稳定性。第二阶段使用叶片分离，从气体中去除几乎所 周久立：海上平台水源井伴生气的脱气工艺优选与实施 36 天 津 科 技第 50 卷 第 2 期有剩余的液滴和小至 0.3 m的颗粒。卧式气液两相分离器优势主要表现在以下几个方面：不受限于产量衰减；高段塞流处理能力；脱气率99%；不易损坏内件；可拆卸移动式分离组件；系统运行灵活，启动快，维护方便；自动化程度高，操作简单。确定采用卧式气液两相分离器为脱气设备后，针对该平台水源井实际情况进行设计。水源井采出的气液混合流体进入分离器内
15、进行水气分离，分离出的水进入原流程板式换热器，冷却后的水源进入污水处理系统，分离出的天然气进入天然气冷却器进行冷却后与油井产气汇合进入天然气处理系统。分离器入口设置超压紧急切断装置，分离器上设置 1 个就地液位指示仪表和 2 个液位远传仪表。两路液位信号：一路上传至 PCS 系统作为分离器液位控制信号和天然气出口流量调节信号，另一路液位信号上传至 ESD 系统作为紧急切断信号；分离器上设置压力变送器监控分离器内压力；天然气出口设置压力调节阀和流量计监控出口天然气流量；排液出口设置液位控制调节阀控制分离器液位和出液量。图 3 为卧式气液两相分离器流程图。图 3 卧式气液两相分离器流程图Fig.3
16、 Flow chart of horizontal gas-liquid two-phase separator3 高含气水源井脱气方案实施3.1 水源井脱气系统改造脱气装置设置在水源井出口管道和板式换热器之间，分离后的水源井水经板式换热器冷却后进入污水处理系统，天然气进入天然气冷却器，之后进入天然气过滤器与油井产气汇合。脱气系统排污进入闭排系统，紧急放空天然气进入冷放空系统管线。图 4为脱气系统改造流程图。图 4 脱气系统改造流程示意图Fig.4 Schematic diagram of degassing system transformation process3.2 水源井脱气效果分析通过增加卧式气液两相分离器，经历了一系列水源井处理系统改造工程，验收通过后正常生产，成功实现了水源井高效脱气，降低了斜板除油器脱气负荷，能够充分满足该油气田注水要求。水源井在加装卧式气液两相分离后极大地缓解了平台水处理系统压力，加装前为保证不超过斜板除油器脱气设计能力，水源井电潜泵只能维持低频率运行，日供水量仅为约 1 800 t，加装脱气系统后水源井产能得到了充分表 1 不同类别脱气装置参数Ta
