海上油气田工艺设计总则.docx

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海上油气田工艺设计总则

第二篇海上油气田工艺设计

第一章海上油气田工艺设计总则

第一节工艺专业的范围及其设计原则

一、工艺专业的范围

在海洋石油工程设计领域，工艺专业的范围不仅与陆上石油有着显著的不同之处，而且与其自身机构的设置也有很大关系。

海洋石油设计领域的工艺专业具体包括：

工艺、辅助工艺、总图、配管、海底管道工艺等专业。

由于不同的专业有着各自的专业特点，所采用的设计标准和规范，设计的内容，设计深度及设计原则也各不相同，因此，本章所谈到的海上油气田工艺设计总则主要针对工艺、辅助工艺等专业，配管和总图专业的设计总则分别涵盖在各自的章节中（详见第二篇第七章、第八章和第九章），海底管道工艺的设计总则详见第六篇第一章的描述。

二、工艺专业的设计原则

1.符合相关的标准、规范和设计；

2.满足油（气）田自身近期开发规模、产品种类、产品质量的要求，兼顾到远期自身增（减）产、产品种类（质量）变化、附近油（气）田共同开发等方面的需求；

3.积极采用国内外先进、成熟的工艺和技术，降低工程投资；

4.工艺方案的制定要考虑一定的设计余量或适应能力；

5.在满足设计要求的前提下，要尽量降低工艺能耗，控制工艺设备的尺寸和重量；

6.对于采用天然能量开采的油（气）藏，要充分利用其井口压力高的特点进行平台、管道的工艺方案设计，避免能量的无谓消耗；

7.对于含有酸性介质（如CO2、H2S）的油（气）田，在制定工艺方案时要充分重视腐蚀对平台设备、管线、海底管道等造成的破坏，并采取相应的解决措施；

8.要考虑生产、操作和维修的要求。

第二节设计基础资料

设计基础资料是工艺专业开展设计的基本依据，缺少设计基础资料或是基础资料不准确，都将对工艺设计或整个项目设计产生严重的影响，甚至会涉及整个项目实施的成败。

因此，在确定设计基础资料时，一定要力求准确、全面。

设计基础资料一旦提交或确认，不能随意进行更改，如有变更，需要按照正常的程序提出，并要求变更方提供正式的书面通知。

工艺专业的设计基础资料主要包括以下五个方面：

●环境资料

●上序专业（油藏、钻采等）提出的基础资料

●原油和天然气（伴生气）实验数据

●下序专业（机械、仪表、电气、结构等）反馈回来的资料

●产品要求

●业主的一些特殊要求

下面就针对这五方面逐一进行介绍。

一、环境资料

1.油（气）田地理位置

2.油（气）田所在海域的气候概况

3.水深

4.温度设计参数

1）气温（月平均最高、月平均最低、极端最高、极端最低）

2）表层水温（最高、最低、平均）

3）底层水温（最高、最低、平均）

5.海水性质

1）水型

2）PH值

3）阳离子分析（K+，Na+，Mg2+，Ca2+，Ba2+，Fe2+，Fe3+，Sr2+）

4）阴离子分析（CL-，SO42-，CO32-，HCO3-，OH-）

5）H2S分析

6）溶解O2

7）溶解CO2

8）总矿化度

9）总含盐量

10）比重

11）电阻率（ohm.M.20℃）

二、上序专业（油藏、钻采等）提出的基础资料

1.井数（包括总井数、油井数、气井数、注水井数、预留井数等）

2.开采方式

3.调整井要求

4.生产天数

5.平台位置

6.平台、FPSO的自持能力

7.平台、FPSO的定员人数（常住人数）

8.油（气）田生产预测指标

1）生产期内全油（气）田逐年年产量及累计产量（油、气、水、液）

2）生产期内全油（气）田逐年注水量

3）生产期内全油（气）田逐年气油比

4）生产期内全油（气）田逐年含水率

5）生产期内各平台逐年年产量及累计产量（油、气、水、液）

6）生产期内各平台逐年注水量、气油比、含水率

9.油（气）田单井生产预测指标

1）生产期内单井逐年年产量及累计产量（油、气、水、液）

2）生产期内单井逐年注水量

3）生产期内单井逐年气油比（地面）

4）生产期内单井逐年含水率

10.油（气）田生产规模

1）全油（气）田最大产油量（年、日）

2）全油（气）田最大产气量（年、日）

3）全油（气）田最大产液量（年、日）

4）全油（气）田最大产水量（年、日）

11.油（气）田井口压力和井口温度数据

1）生产期内单井逐年井口压力预测值

2）生产期内单井逐年井口温度预测值

3）生产期内单井最大关井压力

4）生产期内注水井逐年注水压力预测值

12.地面原油（凝析油）基本性质

1）标准密度（20℃）或比重

2）相对分子量

3）特性因数K

4）粘度（20℃、50℃）

5）凝固点或倾点

6）析蜡点

7）含硫量

8）含蜡量

9）沥青含量

10）胶质含量

11）含盐量

12）酸值

13）残炭含量

14）灰分含量

15）沉淀物含量

16）机械杂质含量

13.地面原油其它性质

1）元素分析（C、H、N、S）

2）微量元素分析（Fe、Cu、Ni、V）

3）沉淀物分析

4）闪点（开口）

5）比热

6）导热系数

7）导电率

8）指定温度下的屈服值

14.天然气（伴生气）基本性质

1）天然气（伴生气）组分

可以以摩尔分率、体积分率或重量分率的形式表示天然气的全组分。

需要注意的是，在提供组分时应标明测定或模拟该组分的分离条件（温度、压力）。

2）天然气（伴生气）的重组分性质

标准沸点（NBP）、分子量、液体标准密度、临界温度、临界压力、临界比容、偏心因子等。

3）硫化物分析（活性硫、硫化氢、硫醇）

4）颗粒杂质粒度分布

15.生产水性质

1）水型

2）PH值

3）阳离子分析（K+，Na+，Mg2+，Ca2+，Ba2+，Sr2+、）

4）阴离子分析（Cl-，SO42+，CO32-，HCO3-）

5）总矿化度

6）总含盐量

7）悬浮物

8）比重

9）电阻率（ohm.M.20℃）

三、原油和天然气（伴生气）实验数据

原油和天然气（伴生气）实验数据是工艺专业进行方案设计的基础。

一般要求在项目前期研究阶段提供。

此类数据分主要数据和次要数据两类，前者是开展工艺设计的基础，必须提供；后者是制定工艺方案的有利依据，在项目条件允许的情况下，应该提供。

1.主要数据

1）地面原油（凝析油）实验室蒸馏数据

2）凝析油全组分（可以以摩尔分率、体积分率或重量分率的形式表示）

3）凝析油重组分性质

如：

标准沸点（NBP）、分子量、液体标准密度、临界温度、临界压力、临界比容、偏心因子等。

4）油水乳状液实验数据

（1）油水乳状液在不同含水率下的流变性及粘温关系

（2）油水乳状液静态沉降脱水实验数据

（3）油水乳状液电脱水实验数据

2.次要数据

1）地面原油（凝析油）馏分分析

2）地面原油（凝析油）轻质烃馏分数据

3）天然气（凝析气）实验数据

（1）等组成（恒质）膨胀实验

用于确定降压过程中流体体积随压力的变化规律，包括相对体积、偏差系数、体积系数，同时确定与压力对应的凝析油析出量。

（2）油气体系等容衰竭实验

等容衰竭实验是模拟凝析气藏在等温条件下凝析体系在压力和组成不断变化的过程中，烃类物质的反凝析量以及井流物的组成和性质如何变化的实验。

四、下序专业（机械、仪表、电气、结构、总图等）反馈回来的资料

如：

1.热介质和加热系统

加热介质的压力、加热温度、加热流量、持续时间等。

2.冷却系统

冷却介质的压力、冷却温度、冷却流量、持续时间等。

3.仪表和公用空气系统

各用户所需仪表和公用空气的规格、温度、压力、流量、持续时间、露点等。

4.蒸气系统

各用户所需蒸气的规格、温度、流量、持续时间等。

5.柴油系统

各用户所需柴油的规格、用途、流量、压力、杂质含量、持续时间等。

6.化学药剂注入系统

各用户所需化学药剂的名称、用途、流量、压力、持续时间、注入点等。

7.燃料气系统

各用户所需燃料气的规格、用途、流量、烃露点、水露点、高热值、低热值等。

8.海水系统

各用户提出的冷却水量

9.淡水系统

各用户提出的饮用淡水量和生产用淡水量

10.平台立面图、各层甲板的总平面布置图及FPSO上部模块平面布置图等

五、业主的一些特殊要求

这部分是指业主对设计的一些特殊要求而使得工艺的设计条件或基础可能发生变化，如产品质量、设备选用等，但在设计中，一般要求业主对特殊要求要提供书面文件。

第三节工艺专业遵循的标准、规范和技术规定

一、国家法律法规

●《海洋石油作业安全管理规定》（1986年12月24日）中华人民共和国石油工业部颁发

●《海上油（气）生产设施安全调查和技术监督》（1989年1号令）中华人民共和国能源

部颁发

●《海上移动式钻井平台和油（气）生产设施一般安全管理规划》（1989年11月17日）能源部石油作业安全办公室颁发

●《海上固定平台安全规则》（2000年9月29日）中华人民共和国国家经济贸易委员会颁发

●《海洋石油开发工业含油污水排放标准》GB4914-85（1985年1月18日）国家环境保护局颁布

●《生活饮用水卫生标准》GB5749-85（1985年8月16日发布）中华人民共和国国家标准

●《二氧化碳灭火系统设计规范》GB50193-93（1993年12月21日发布）国家技术监督局、中华人民共和国建设部联合发布

二、中国海洋石油行业标准及海洋石油总公司企业标准

●SY/T4805－92《海上结构物上部生产设施的推荐作法》（等同采用APIRP2G）

●SY/T10006－2000《海上井口地面安全阀和水下安全阀规范》（等同采用APIRP14D）

●SY/T10033－2000《海上生产平台基本上部设施安全系统的分析、设计、安装和测试的推荐作法》（等同采用APIRP14C）

●SY/T10042－2002《海上生产平台管道系统的设计和安装的推荐作法》（等同采用APIRP14E）

●SY/T4810-92《敞开式海上生产平台防火与消防的推荐作法》（等同采用APIRP14G）

●SY/T10043－2002《泄压和减压系统指南》（等同采用APIRP521）

●SY/T10044－2002《炼油厂泄放装置的尺寸确定、选择和安装的推荐作法》（等同采用APIRP520）

●SY/T10036－2001《海洋石油工程设计文件编制规程》

●SY/T10028-2002《海洋石油工程制图标准》

●SY/T10011-1997《海上油田总体开发方案编制指南》

●Q/HS3006-2003《油气分离器设计制造规范》

●Q/HS3001-2003《渤海海域井口平台工艺设计规定》

●Q/HS7011-1993《立式和卧式乳化液处理器规范》

●《海上油田开发项目可行性研究技术编制规定》（即将发布）

三、国外石油行业标准及企业标准

●APIRP14C《RecommendedPracticeforAnalysis,DesignInstallationandTestingofBasicSurfaceSystemonOffshoreProductionPlatforms》

●APIRP14D《SpecificationforWellheadSurfaceSafetyValvesandUnderwaterSafetyValvesforOffshoreService》

●APIRP14E《RecommendedPracticeforDesignandInstallationofOffshoreProductionPlatformPipingSystem》

●APIRP14G《RecommendedPracticeforFirePreventionandControlonOpenTypeOffshoreProductionPlatform》；

●APIRP14J《RecommendedPracticeforDesignandHazardsAnalysisforOffshoreProductionFacilities》

●APIRP505《RecommendedPracticeforClassificationofLocationsforElectricalInstallationatPetroleumFacilitiesClassifiedasClass1,Zone0,Zone1,andZone2》

●APIRP520《DesignandInstallationofPressureRelievingSystems》

●APIRP521《GuideforPressureReliefandDepressurizingSystems》

●API2000《VentedAtmosphericandLowPressureStorageTanks》

●API650《AtmosphericStorageTanks》

●API1101《SpecificationforMeasurementofPetroleumHydrocarbonLiquid》

●API660《ShellandTubeHeatExchangersforGeneralRefineryServices》

●API661《AirCooledHeatExchangersforGeneralsRefineryServices》

●APIRP610《CentrifugalPumpsforGeneralRefineryServices》

●APIRP618《ReciprocatingCompressors》

●NFPA10《StandardforPortableFireExtinguishers》

●NFPA11《LowExpansionFoamandCombinedAgentSystems》

●NFPA12《StandardonCarbonDioxideExtinguishingSystems》

●NFPA13《InstallationofSprinklerSystems》

●NFPA15《WaterSprayFixedSystemforFireProtection》

●NFPA16《StandardfortheInstallationofDelugeFoam-WaterSprinklerandFoam-WaterSpraySystems》

●NFPA17《DryChemicalExtinguishersSystems》

●NFPA20《StandardfortheInstallationofStationaryPumpsforFireProtection》

●NFPA69《StandardonExplosionPreventionSystem》

●NFPA72《NationalFireAlarmCode》

●InternationalConventionfortheSafetyofLifeatSea（SOLAS）

ConsolidatedTextoftheInternationalConventionfortheSafetyoflifeatSea1974,anditsprotocolof1988:

Articles,AnnexesandCertificatesIncorporatingallAmendmentsinEffectfrom1stJanuary2001

第四节工艺专业在各阶段设计文件的编制内容和深度

根据我国海洋石油自身的行业特点，海上油（气）田开发工程一般分为三个阶段：

项目前期研究阶段、项目确定阶段和项目实施阶段。

项目的前期研究阶段，系指海上油（气）田总体开发方案批准前的全部工作内容，其中的设计工作包含了工程设施的预可行性研究、可行性研究、概念设计、以及配合工程项目组确定整个油（气）田的工程开发方案，判断地质油藏基础数据在整个系统中是否合理并提出调整意见，编制总体开发方案（ODP）等工作；项目的确定阶段，系指海上油（气）田总体开发方案批准到基本设计完成的全部过程，其中的设计工作主要是工程设施的基本设计；项目的实施阶段系指海洋石油总公司批准基本设计直到油（气）田投产的全过程，其设计工作的主要内容包括详细设计和工程后期技术服务两部分工作。

一、工艺专业在各设计阶段的作用和任务

1.预可行性研究、可行性研究、概念设计和总体开发方案（ODP）阶段

预可行性研究、可行性研究、概念设计和总体开发方案（ODP）是在油（气）田开发地质、油藏工程研究成果的基础上进行的，其目的是对开发该油（气）田可能采用的各种工程方案的技术、经济、适用性、安全性、环境影响等重要方面进行对比。

根据目前所完成的项目看，在预可行性研究和可行性研究阶段，主要工作是对各工程方案进行研究和比选，工艺专业在此前提下配合各工程方案分别提出切实可行的工艺方案，绘制工艺流程框图、工艺系统流程图（PFD）和辅助工艺系统流程图（UFD），完成各工艺方案主要工艺设备的估算和工艺流程的模拟。

由于本阶段尚不能确定最终的工程方案，因此一般不需要做各工程方案下的工艺方案比选。

在概念设计和总体开发方案（ODP）阶段，工艺专业的主要任务是根据前阶段确定的工程方案，制定本专业设计原则，提出2～3个以上切实可行的工艺方案，绘制工艺系统流程图（PFD）和辅助工艺系统流程图（UFD），对各工艺方案从技术上和经济上分别进行初步的比较和筛选，从中推荐较优的工艺方案并针对此方案完成主要工艺设备的计算和工艺流程的模拟，推荐消防系统方案，估算辅助工艺系统的消耗量（海水、淡水、燃料、化学药剂等），对条件具备的项目可进行典型年份的工艺物料平衡计算，为下序专业提供设计基础资料，同时对油（气）田在开发过程中出现的有关工艺专业的关键技术或难题进行专题研究，协助经济专业完成投资估算和经济评价，为工程项目下一步的实施奠定良好的基础。

2.基本设计阶段

基本设计是根据批准的油（气）田总体开发方案要求，就开发工程设施的内容进行加深和优化，使其技术性和经济性更加合理。

工艺专业在此阶段要对上一阶段设计成果的内容和深度进行确认，在此基础上加深研究内容，进一步优化工艺流程，进行工艺流程模拟计算和系统描述，绘制工艺系统流程图（PFD）、工艺管线及仪表图（P&ID）、辅助工艺系统流程图（UFD）、管线及仪表图（P&ID）、危险区划分图、火区划分图、逃生路线图、手提式和移动式灭火器具布置图，进行工艺系统/设备的安全分析，编制工艺设备表，协助设备专业完成设备数据表，编制工艺系统及其相关设备计算书、安全规格书和设计说明书，为下序专业提供其所需的设计基础和资料；在基本设计的后期，一般还要根据业主要求，协助业主完成主要工艺设施（撬）的采办技术文件编制和技术支持。

3.详细设计阶段

工艺专业在详细设计阶段的主要任务是对基本设计成果的内容和深度进行确认，并在基本设计的基础上使工艺设计内容具体化，为工艺设施的加工设计、制造和操作提供所需要的工艺专业全部图纸及技术文件，编制工艺系统管线表和辅助工艺系统管线表；同时还将对工艺专业详细设计的图纸和技术文件进行交底，协助相关设备的采办。

二、工艺专业在预可行性研究阶段设计文件的编制内容和深度

在预可行性研究阶段，工艺专业的设计工作主要是在上序专业（地质、油藏、钻采）研究成果的基础上进行的，其设计成果主要体现在专业设计报告、专题研究报告、工艺系统流程图（PFD）和工艺设备表中。

1.专业设计报告

其目的是通过对工艺系统的描述，提出配合不同的工程方案而采用的切实可行的工艺方案，并按工程方案比选的要求提出各工艺方案的优缺点。

编制专业设计报告的准备工作包括：

●研究、分析设计基础资料是否准备齐全、准确，如不能满足研究要求，应以书面的形式反馈到项目组

●研究可能存在的各种工艺方案

工艺专业设计报告的内容包括：

●现阶段工艺设计原则

●工艺系统描述

●辅助工艺系统描述

●各方案主要工艺设备相关参数估算

●各工艺方案的优缺点分析（结合工程方案的比选）

●对下阶段工艺专业工作的建议

2.专题研究报告（针对各工艺方案中的关键技术或难题）

3.工艺系统流程图（PFD）

4.辅助工艺系统流程图UFD（主要系统）

5.工艺设备表（协助机械专业）

应包括工艺专业和辅助工艺专业的主要设备，其描述内容为：

设备编号、设备名称、设备总数量及备用数量、操作条件规格、电负荷和热负荷、设备尺寸等。

6.向下序专业提供的设计中间资料

三、工艺专业在可行性研究阶段设计文件的编制内容和深度

在可行性研究阶段，工艺专业的设计工作主要是在预可行性研究成果的基础上，根据上序专业提供的更加详细的设计基础资料，对各工艺方案进行优化研究，本阶段的设计文件主要为：

1.专业设计报告

编制专业设计报告的准备工作包括：

●研究、分析设计基础资料是否准备齐全、准确，如不能满足研究要求，应以书面的形式反馈到项目组

●优化预可行性研究阶段提出的各种工艺方案

●在设计基础资料充分的情况下，进行主要工艺方案在典型年份的工艺流程模拟

工艺专业设计报告的内容包括：

●现阶段工艺设计原则

●工艺系统描述（包括各工艺方案）

●辅助工艺系统描述

●推荐方案典型年份工艺模拟结果及分析

●主要工艺设备相关参数的简介

●辅助工艺系统消耗量估算（水、燃料、化学药剂等）

●对下阶段工艺专业工作的建议

2.专题研究报告（针对各工艺方案中的关键技术或难题）

3.工艺设备表（协助机械专业）

应包括工艺专业和辅助工艺专业的主要设备，其描述内容为：

设备编号、设备名称、设备总数量及备用数量、操作条件规格及技术参数、电负荷和热负荷、设备尺寸、备注等，此外，成撬设备还应标注成撬范围。

4.工艺系统流程图（PFD）

5.辅助工艺系统流程图UFD（主要系统）

6.向下序专业提供的设计中间资料

四、工艺专业在概念设计和总体开发方案（ODP）阶段设计文件的编制内容和深度

在概念设计和总体开发方案（ODP）阶段，工艺专业的设计工作主要是在可行性研究成果的基础上，针对其推荐的工艺方案进行优化研究，本阶段的设计文件主要为：

1.专业设计报告

编制专业设计报告的准备工作包括：

●研究、分析设计基础资料是否准备齐全、准确，如不能满足研究要求，应以书面的形式反馈到项目组

●优化可行性研究阶段推荐的工艺方案

●进行典型年份的工艺模拟计算

工艺专业设计报告的内容包括：

●现阶段工艺设计原则

●工艺系统描述

●辅助工艺系统描述

●安全分析报告

●环境影响评估报告（详见第xx篇……）

●主要工艺设备相关参数介绍

●辅助工艺系统消耗量简介

●典型年份工艺模拟结果分析

●对下阶段工艺专业工作的建议

2.专题研究报告

3.工艺设备表（协助机械专业）

在可行性研究阶段的基础上，应增加设备型式。

4.工艺系统流程图（PFD）

比如：

●油气处理系统

●天然气处理系统