海上油气开采工程与生产系统Word下载.docx
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一般情况，在勘探部分提交储量陈诉后，才进人前期研究阶段。
前期研究阶段主要完成预可行性研究、可行性研究和总体开发方案（ODP）。
前期研究阶段也将决定油气田开发底子，方案的优化是最能提高油气田经济效益的手段。
因此，在可行性研究和总体开发方案（ODP）上都要组织专家进行审查，并得到石油公司高级治理层的批准。
工程建立阶段：
在工程建立阶段，油藏、钻完井和海洋工程方面的主要事情是创建各自的项目组，创建有效的组织结构和治理体系，组织根本设计编写并实施，对工程质量、进度、用度、宁静进行全历程的治理和控制，使之到达方案的要求。
油藏项目组主要进行随钻阐发和井位、井数等方面调解；
钻完井项目组密切与油藏项目组配合进行钻井、完井方案的实施；
海洋工程项目组负海上生产设施的制作；
生产方面的人员也会提前介入，并进行投产方面的准备。
生产阶段：
生产阶段在油气田开发历程中延续的时间最长，从油气田投产开始，直至油气井废弃为止。
该阶段由于平台随处有油、气的存在，操纵人员除进行正常的设施操纵和维护外还需要经常配合钻完井方面人员进行钻井、完井、修井等方面的作业，有时还要配合地面工程设施的改革，因此，宁静事情尤为重要。
弃置阶段：
海上油气生产设施的退役和拆除是海上油气田开发的组成部分和最后一个事情环节。
设施废弃处理，不但涉及拆除技能、用度，并且涉及海洋情况的掩护。
油气田设施弃置不但要遵守海内有关执法、法例，并且需要履行国际条约所负担的义务。
三、海上油气开采工程系统组成
海洋石油工程建立的目的是为油气田生产提供须要的生产设施，主要有海上生产设施、油气储运设施及陆地终端三个部分。
1.海上生产设施
海上生产设施是指创建在海上的修建物。
由于海上设施是用于海底油气开采事情，加上海洋水深及海况的差别、油气藏类型和储量的差别、开采年限不一，因此海上生产平台类型众多。
根本上可分为海上牢固式生产设施（导管架式平台、重力式平台和人工岛以及顺应塔型平台）、浮式生产设施（潜式平台、TLP、SPAR及FPSO等）、水下生产设施等三大类。
2.油气储运设施
海上油田原油的储存和运输，根本上有两种：
储油设施安装在海上，接纳运输油轮将原油直接运往用户；
或利用安装海底输油管道将原油从海上输送到岸上的中转储油库，然后再用其他运输方法运往用户。
海上气田的气一般接纳海底长输管线进行外输到岸上终端，然后再用其他运输方法运往用户。
3.陆地终端
陆上终端是制作在陆地上，通过海底管线吸收和处理惩罚海上油气田或油气田群开采出来的油、气、水或其混淆物的油气初加工场，是海上终端的延伸。
它一般设有原油或轻油脱水与稳定、天然气脱水、轻烃接纳和污水处理惩罚以及原油、轻油、液化石油气储运等生产设施，并有供热、供排水、供变电、通讯等配套的帮助设施与生活设施。
因此它具有大范围会合处理惩罚和储存油气，险些不受气候影响的优点。
第二章海上油气生产系统
海上油气田开发具有高投入、高风险、高科技、高收益等特点，选择符合的生产设施和生产技能是淘汰海上油气生产投入的要害。
为此，世界各大石油公司研制开发了适合差别海疆、差别海况和差别产量的海上生产系统。
本章主要就海上油气生产系统的模式、平台型式、上部组块、水下生产系统和油气输送系统进行论述，对海上油气生产系统的总体表面进行介绍。
第一节开发模式
要进行海上油气的开发，必须有井口系统、生产、帮助系统，还必须有钻井、宁静和生活方面的系统，如何公道部署这些系统就要凭据油气田的特性、范围、地理位置和海洋情况的具体情况而定，一般部署可分为全海式和半海半陆式两大类。
一、全海式海上油气田开产生产模式
全海式就是将开采和生产处理惩罚的全历程都在海上完成，经处理惩罚的及格原油由海上用穿梭油轮外输或管道外输。
牢固式生产设施、浮式生产设施和水下生产设施的差别组合形成了海上油气田全海式生产模式。
海内全海式油气田的几种组合形式：
1.井口平台+中心处理惩罚平台+储油平台及输油码头（渤海的第一个海上油田－埕北油田）
2.井口平台+浮式生产储油轮（FPSO），由海底管线和电缆相连（涠州10-3，绥中36-1，惠州油田群等油田）
3.水下井口+浮式生产系统由海底管线相连（如南海流花11-1油田，陆丰22-1油田）
4.自升式平台+漂浮软管+两点系泊的FSO
二、半海半陆式海上油气田的开产生产模式
半海半陆模式由海上生产设施、陆上处理惩罚设施（陆上终端）和连接它们的海底管线组成。
在海上平台（井口平台、中心处理惩罚平台）上，将井流物在平台上计量并作简朴处理惩罚后，用海底管线将油气会合输送到陆上终端做进一步的处理惩罚。
陆上终端对原油进行处理惩罚、储存和外输。
天然气和伴生气疏散成为干气和其他深加工原料（如液化气和轻油），再经管线或汽、火车向外运输（如锦州20-2油气田）。
接纳此形式开采的油气田一般距海岸较近，尤其是气田的开发及在具有较多的伴生气可以利用时。
由于气体的净化、疏散等设施较庞大，占地面积多，且危险性也比力大，在海上建气体处理惩罚平台造价远高于海管的铺设和在陆上建处理惩罚厂，所以从经济和宁静的考虑，半海半陆式是最符合的模式。
第二节主要平台形式
海洋平台主要是用于海洋石油勘探、开发，由于海洋水深和其他海况相差悬殊，因此海洋平台也设计成许多种，以更好的适应具体情况。
依据其结构形式的差别，将其分为：
导管架平台、重力式平台、顺应塔式平台、自升式平台、半潜式平台、张力腿平台、浮式柱状海洋平台（以下称为SPAR）以及FPSO等八种，如上图所示。
一、导管架平台
导管架平台是通过打桩的要领将钢质导管架式平台牢固于海底的一种牢固式平台。
导管架平台是最早使用的，也是目前技能最成熟的一种海上平台。
迄今为止世界上建成的大、中型导管架式海洋平台已凌驾2000座。
导管架平台主要由三部分组成：
上部模块、导管架和桩底子。
导管架平台的技能特点：
1）导管架平台主要由杆件组成。
各杆件相交处形成了杆结点结构，由于结点的多少形状庞大并受焊接影响，故其应力会合系数很高，容易产生种种形式的破坏。
对杆节点的校核是导管架阐发的重要环节，API等范例对管节点的设计都有明确要求。
2）导管架是刚性结构，是靠自身的结构刚性来抵抗外部载荷的，一般要求导管架不能随着波浪的打击而大幅摆动。
所以当水深越深时，要到达结构要求的刚性，必须增加质料，以致本钱会成多少级数增长。
所以，导管架结构不适合在较深的海疆。
3）随着工程技能水平的生长，导管架形式越来越多。
4）导管架平台的阐发盘算一般包罗就位、装船、运输、吊装、地动、疲劳等，需凭据这一系列工况的阐发和盘算，最终确定结构形式及构件尺寸。
5）导管架的形式很大水平上取决于本地的运输及海上安装能力及设备。
如海上吊装能力足够大，则导管架设计成吊装下水形式；
如吊装能力不敷，则导管架必须设计成滑移下水形式，需要专用的带滑道的下水驳船。
导管架平台的优点：
1）技能成熟、可靠；
2）在浅海和中深海区使用较为经济，尤其在浅海的边际油田，导管架平台有较强的本钱优势；
3）海上作业平稳、宁静。
导管架平台的缺点：
1）随着水深的增加，导管架平台的造价成指数级增长，所以不能继承向深水生长，一般适用于水深200米以内的油气田；
2）海上安装事情量大，制造和安装周期长；
3）当油田预测产量产生变革时，对油田开发方案调解的灵活性较差。
二、半潜式平台
半潜式生产平台是用于深海钻井及采油的一种平台型式，最初由半潜式钻井平台改革而成，由于其非常适合深水开发，现在的半潜式生产平台一般为新建平台，主要会合在墨西哥湾、北海和巴西海疆，最深水深将到达2414米。
半潜式平台一般选择适用的水下生产系统，并利用FPSO觧决原油的贮运问题。
除通例的动力系统和公用系统外，半潜式生产平台包罗：
船体和甲板系统、锚泊定位系统、生产系统和立管等，综合生产平台可能另有钻完井系统。
三、张力腿平台
张力腿平台是一种垂直系泊的顺应式张力腿平台方案。
1984年，Conoco公司在北海148米水深的Hutton油田安装了世界上第一座张力腿平台。
在今后20多年中，张力腿平台得到飞速生长，在建和在役的张力腿平台共有23座，大部分在墨西哥湾，最深事情水深达1425米。
张力腿平台通常简称TLP，它由上部设施、甲板、柱型船体、浮筒、张力腿组成，船体通过由钢管组成的张力腿与牢固于海底的锚桩相连。
船体的浮力使得张力腿始终处于张紧状态，从而使平台保持垂直偏向的稳定。
凭据张力腿平台结构形式进化的阶段，大抵可以将它们分为第一代张力腿平台和第二代张力腿平台。
第一代张力腿平台又称为传统类型的张力腿平台，这种平台一般由4～6根立柱和连接立柱的浮筒组成。
张力腿与立柱的数量干系一般是一一对应的，每条张力腿由2至4根张力筋腱组成，上端牢固在平台本体上，下端与海底基座模板相连，或是直接接连在桩基顶端。
第二代张力腿平台出现于20世纪90年代初期，它在保持了传统类型张力腿平台优良的稳定性和良好的经济效益同时，同时又低落了制作本钱，使张力腿平台更适合于深海情况。
可分为三大系列：
-Atlantia公司的SeaStar系列单柱式张力腿平台；
-MODEC公司的Moses系列张力腿平台；
-ABB公司的延伸式张力腿平台（ETLP）。
虽然张力腿平台种类、形式繁多，但总体上仍可将其按结构分成五部分：
平台上部结构、立柱（含横撑、斜撑）、浮体（含沉箱）、张力腿、锚固底子。
平台上部结构是指TLP底甲板以上的部分，其上设有生产、生活设备和设施。
张力腿平台的系泊方法一般接纳垂直系泊的张力腿系统。
张力腿系泊系统不但控制着平台与井口的相对位置，还对其宁静性起着决定性的作用。
张力腿平台的系泊系统主要由两部分组成：
-张力腿（Tendon）：
张力腿一般是由空心钢管组成，直径从610毫米到1100毫米不等，厚度在20毫米到35毫米。
-锚固底子（Anchorfoundation）：
锚固底子是张力腿平台的另一个重要部分，起着牢固平台、精确定位的作用。
其类型主要有打入桩底子、重力式底子、吸力锚底子等三种形式。
其中打入桩底子是目前使用最遍及最具可靠性的底子形式。
张力腿平台的优点：
1）可接纳干式采油树，钻井、完井、修井等作业和井口操纵简朴，且便于维修；
2）就位状态稳定，浮体险些没有升沉、横摇和纵摇运动；
3）完全在水面以上作业，采油操纵用度低；
4）简化了钢制悬链式立管的连接，可同时接纳张紧式立管和刚性悬链立管；
5）技能成熟，可应用于大型和小型油气田，水深从几百米到二千米左右。
张力腿平台的缺点：
1）无储油功效，需海底管线或FPSO配套；
2）对上部结构的重量非常敏感。
载重的增加需要排水量增加，因此又会增加张力腿的预张力和尺寸；
3）整个系统刚度较强，对高频颠簸力比力敏感；
4）由于张力腿长度与水深成线性干系，而张力腿用度较高，水深一般限制在2000米内。
四、SPAR平台
1987年，EdwardEHorton首先提出一种专门用于深海钻井和采油的浮式圆柱形R平台（SPAR）并得到专利。
1996年，第一座SPAR深海采油平台建成投产，事情水深588米，取得了良好的经济效益。
目前，全世界共有13座SPAR平台，继张力腿平台之后，SPAR已经成为当今世界上深海油气开采的第二大主力平台类型。
目前世界上最深的SPAR平台是位于墨西哥湾的DevilsTrussSPAR平台，水深1710米，它是桁架式单柱平台。
其生长的时间顺序，SPAR平台可分为四代，分别是传统SPAR（ClassicSPAR）、桁架式SPAR（TrussSPAR）、蜂巢式SPAR（CellSPAR）以及属于第四代的最新设计的湿式采油树式SPAR（WettreeSPAR）。
SPAR平台主要由浮体、上部组块和系泊系统组成，浮在水面的浮体支撑上部甲板结构，并通过具有张力的系泊系统牢固在海底。
这种平台的上部甲板由一根或多根的圆筒形柱体结构支撑，柱体下方用垂直的或斜向张力索系泊定位，具有很好的稳定性。
并通过底部压载使浮心高于平台重心，形成不倒翁的浮体性能。
浮体也称主体，是SPAR平台的重要组成部分。
传统式SPAR（ClassicSPAR）平台，其主体为关闭式单柱圆筒结构，主体长度一般在200米以上，直径在20米以上。
主体主要由三个舱组成，从上向下依次为：
硬舱、中段、软舱。
桁架式SPAR平台：
上部浮力系统和下部压载系统与传统式相似。
中段为开放式的框架结构，接纳垂荡板，分为数层。
桁架部分是一个类似于导管架结构的空间钢架,比传统SPAR平台的中段结构,可以节省约莫50%的钢材，同时也淘汰了水流阻力。
蜂巢式SPAR平台（又称多柱式SPAR）：
主体结构是由几个直径较小的筒体（约6～7米）组成，形成一个大浮筒支撑上部结构，再由许多在它们空隙间的水平的和垂直的结构单位将整个结构连接起来。
湿式采油树SPAR平台：
与桁架式SPAR平台差别，接纳湿式采油树，可以适应更恶劣的海洋情况，目前这种SPAR仍然在研究和设计历程中。
SPAR平台的系泊系统，其作用是把平台锚泊在海底的桩底子上，使平台在情况力作用下的运动控制在允许范畴内，SPAR的系泊缆是在一定的预张力作用下形成了一种半张紧半松弛的状态，因此能够在其自身重力作用下自然悬垂形成悬链线形，下桩点在水平距离上远离平台主体，由多条系泊索组成的缆索系统笼罩了很宽阔的区域。
平台的定位力主要由各条系泊缆索的位能宁静台主体的惯性力来提供。
SPAR平台的优点：
1）具有可迁移性；
2）对上部重量不敏感；
通常主体结构的增加会导致主体部分的增加。
但对锚固系统的影响不敏感；
3）可同时接纳张紧式立管和刚性悬链式立管；
4）升沉运动和张力腿式平台比力要大的多，但和半潜式平台比力仍然很小。
5）与TLP平台相比在更深水域开发投资用度低；
6）由于其浮心高于重心，因此能包管无条件稳定；
7）立管等钻井设备能装置在SPAR内部，从而得到有效的掩护；
8）机动性较大。
通过调治系泊系统可在一定范畴内移动进行钻井，重新定位比力容易9）可支持水上干式采油树，直接进行井口作业，便于维修。
SPAR平台的缺点：
1）顶端张紧立管（TTR）和支撑以及筒体底部的立管容易产生疲劳；
2）筒体易产生涡激振动，使浮筒、立管和系泊系统产生疲劳。
五、浮式生产储卸油装置（FPSO）
浮式生产储卸油装置（FPSO），随着水下井口的出现，上世纪70年代后期，FPSO最先由Shell和Petrobras公司用于近海油田开发。
1994年起，FPSO的数量开始快速增长，目前已凌驾148艘，占所有浮式生产系统总和的一半以上，被遍及应用于北海、巴西沿海、中国沿海、东南亚海疆、地中海、澳大利亚沿海和非洲西海岸等世界各大海疆，成为海上浮式油气生产的主流设施。
FPSO主要是由上部模块、船体和系泊系统三部分组成。
1.上部模块：
FPSO的上部模块由生产模块和生活模块组成，设在主甲板之上。
一般上甲板尾部部署用于穿梭油船串靠的系泊设备及卸油系统。
生活模块部署在上甲板首部或尾部。
在上甲板上部署生产工艺、热介质、计量、发电、变压器室和控制室模块。
在上甲板或顶层甲板上设置一定高度的火把塔。
2.船体：
典范的FPSO外壳是船型的，也有建成圆形浮筒式或平板驳等形式FPSO的船体很大部分舱室是用来储存经处理惩罚及格的原油，其储油能力一般由油田的产量和穿梭邮轮的往返周期决定。
其他另有压载水舱、燃油舱、淡水舱、机泵舱、工艺舱室等。
3.系泊系统：
FPSO的设计要害问题之一就是如何选择经济有效的系泊系统来满足特定的操纵要求，尤其是深水和超深水。
主要考虑以下几点因素：
最大波高、风速和流速、船体尺寸、水深、立管系统对船体运动的要求。
现有的FPSO系泊系统有牢固系泊系统（使用锚和锚链）和动力定位系统（借助推进器、卫星和GPS等定位技能）两大类。
牢固系泊系统可以分为可解脱系统和永久系泊系统。
目前，大多数FPSO接纳的是永久系泊方法，设计成可以抵抗在服役期间可能出现的种种情况工况。
牢固系泊系统通常又被分为多点锚泊系统（SpreadMooring）和单点系泊系统（SinglePointMooring）。
多点系泊系统允许FPSO系泊在牢固位置，与单点系泊相比，该系统的系泊和立管系统不是一个整体，而是各自独立的。
系泊链直接与FPSO相连，立管则通常悬挂在船体舷侧与管汇连接。
该种系泊方案不具有完全风向标效应，即围着系泊做360°
旋转，但可以通过对锚链的张紧和放松控制形成一定角度的风标效应。
多点锚泊系统主要用于情况条件温和、风波偏向比力牢固的海疆，例如西非和东南亚，而在情况条件比力恶劣的海疆，如北海、西设得兰群岛、中国南海，都接纳单点系泊的FPSO来淘汰情况因素产生的荷载。
单点系泊就是允许FPSO绕着某一个基点产生风标效应而旋转，允许旋转360°
，使船体受力到达最小。
单点系泊装置（简称“单点”）作为浮式储油装置的系泊点具有双重作用：
其一是包管浮式生产储油装置围绕单点360度自由转动；
其二是作为浮式生产储油装置油、气、水进出的通道。
FPSO具有项目进展快、可接纳旧油轮改革（初始投资低）、可储油、可海上卸油（不需要海底管线）等优点。
FPSO的缺点：
1）目前只能使用于油田，用于气田开发的LNGFPSO现在处于论证阶段；
2）必须是湿式采油树，修井作业用度高；
3）某些海疆旋转塔投资用度高。
第三节上部组块
一、上部组块概述
海上油气开发中的上部组块是指结构支撑的上部油气生产设施，将海底油（气）藏中的原油或天然气开采出来，经过收罗、油气水开端疏散与加工，短期的储存，装船运输或经海管外输。
海上上部组块的特点：
1.上部组块的设备宁静可靠性要求高，要包管操纵人员的宁静、包管生产设备的正常运行和维护。
2.海上油气生产设施应设置污水处理惩罚设备，还应备有原油泄漏的处理惩罚设施。
3.平台上的设备尺寸要小，效率高，结构要紧凑，自动化水平高，一般都设置中央控制系统来对海上油气集输和公用设施运行进行会合监控。
4.要有可靠、完善的生产生活供给系统。
一般情况下，海上生产帮助设施应有7～10天的自持能力，以包管正常的生产运行和人员生活。
5.海上油田一般接纳平台自发电会合供电的形式。
一般情况下，海上平台利用燃气透平驱动发电机发电，平台间的供电是通过海底电缆实现的。
6.海上生产和宁静的包管通讯系统对付海上宁静生产是必不可少的。
二、上部组块的模块的系统组成
（一）生产系统
海上油气田的生产系统要凭据采油方法、油品性质以及投资接纳等因素来确定，下面介绍几种主要的系统。
1.油气的开采和搜集
油气的开采和搜集分为自喷和人工举升两种。
目前海内海上常用人工举升方法为电潜泵采油。
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疏散器中进行疏散井计量。
一般情况下，在计量疏散器中进行气液两相疏散，分出的天然气和液体分别进行计量。
液相接纳油水阐发仪丈量含水率，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搜集起来，并输送到油气疏散系统中去，也可以通过多路阀进行。
2.油气处理惩罚系统
从生产管汇搜集的井液输送至三相疏散器中，三相疏散器将油、气、水进行开端疏散。
疏散出的原油因还含有乳化水，往往需要进人电脱水器进一步破乳、脱水，才气使处理惩罚后的原油到达及格的外输要求。
疏散出的原油如果含盐量比力高，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惩罚。
为了将原油中的轻烃组分脱离出来，低落原油在储存和运输历程中的蒸发损耗，需要进行原油稳定，海上油田原油稳定的要领接纳级次疏散工艺，最多级数不凌驾三级。
处理惩罚及格的原油需要储存。
储存的要领一般有两种：
一是在平台设原油储罐，另一种是在浮式储油轮的油舱中储存。
一般情况下，海上原油的储存周期为7天。
储存的及格原油经计量后可以用穿梭油轮输送走，也可以建长距离海底管线直接输送到陆上。
疏散器疏散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派到各个用户。
平台上的用户一般为：
燃气透平发电机、热介质加热炉、蒸气炉等。
对付某些油田来说，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。
多余的天然气可通偏激炬臂上的火把头烧掉。
疏散器疏散出的含油污水进人含油污水处理惩罚系统中进行处理惩罚。
3.生产水处理惩罚系统
水处理惩罚系统包罗含油污水处理惩罚系统和注水系统。
（1）含油污水处理惩罚系统
海上油田污水来源于在油气生产历程中所产出的地层伴生水；
为得到及格的油、气产物，需将伴生水与油气进行疏散，疏散后的伴生水中，含有一定量的原油及其他杂质，这些含有一定量原油和其他杂质的伴生水称之为含油污水。
含油污水一般偏碱性，硬度较低，含铁少，矿化度高、含油污水中含有以下有害物质疏散油、乳化油、溶解油、某些阴阳离子、溶解有害气体（O2、CO2、H2S等）、细菌等杂质。
含油污水经过处理惩罚后，要进行排放大概作为油田回注水、人工举升井动力液等：
处理惩罚含油污水的目的是要求排放水或回注水到达相应的排放或回注尺度，同时应充实考虑防备系统内腐化。
含油污水处理惩罚要领有物理要领和化学要领，但在生产实践历程中两种要领往往结合应用。
（2）注水系统
注水系统从注水的来源差别而分为三类：
注海水、注地层水和污水回注。
海水注水系统是海洋石油生产的一大特色。
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，注水泵注人到地层中去。
近年来由于情况掩护的要求，经处理惩罚后的含油污水也回注到地层中去。
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。
（二）海上生产帮助系统
海上油气田生产帮助设施是平台维持正常的生产运动和人员生存所必须，并且为平台其它设备所共用，包罗
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