Байков Н.М., Позднышев Г.Н., Мансуров Р.И. Сбор и промысловая подготовка нефти, газа и воды
Подождите немного. Документ загружается.
цессов значительное количество конденсата может выпадать
в газопроводе и снижать его производительность. Поэтому не
обходимо подготавливать газ не только для снижения содержа
ния влаги, но также и для предотвращения выпадения в газо
проводе конденсата. Применяемые для этих целей на суше
процессы низкотемпературной сепарации потребовали бы уста
новки дополнительных компрессоров, что не всегда возможно
в условиях морских эксплуатационных платформ. Поэтому во
многих случаях для морских месторождений целесообразно
применять одноступенчатую абсорбцию, причем абсорбентом
служит товарная нефть. Для этой цели около 10 % товарной
нефти по объему возвращается насосом 14 в поток газа первой
ступени сепарации, где смешивается с газом последующих сту
пеней сепарации и охлаждается. В сепараторе газ отделяется
от нефти и поступает на осушку в контактную колонну, а оттуда
в магистральный газопровод или закачивается в пласт для
поддержания пластового давления. Нефть вместе с абсорбиро
вавшимися в ней легкими углеводородами после охлаждения
поступает в сепаратор IO1 где происходит повторная сепарация
уже при пониженном давлении. Отделившийся в этом сепара
торе газ используют в качестве топливного газа для привода
компрессоров, электростанции и других целей, а нефть вместе
с конденсатом поступает на выкид магистрального насоса.
Такая технологическая схема подготовки газа требует мень
шего количества оборудования, что особенно важно при компо
новке технологического оборудования на морских эксплуата
ционных платформах. Если в продукции скважин морских
месторождений содержится песок, то это накладывает опреде
ленные требования как к выбору соответствующего технологи
ческого оборудования, так и к технологическим схемам отде
ления песка и дальнейшей его очистки.
Песок отделяют от продукции скважин в циклонных сепара
торах, монтируемых непосредственно после фонтанной арма
туры, или в резервуарах-осадителях после отделения нефти от
газа.
В технологической, схеме сбора нефти и газа на морском
нефтесборном пункте, куда поступает продукция нефтяных
скважин, содержащих песок (рис. 58), в качестве сепараторов
первой и второй ступеней применены вертикальные аппараты,
которые легче очищать от накопившегося песка, чем горизон
тальные сепараторы. Отделившийся газ из сепараторов посту
пает на прием компрессоров, а жидкость вместе с песком —
в динамический отстойник. В качестве динамического отстой
ника используют атмосферную вертикальную емкость с кониче
ским днищем. Отделившийся в отстойнике песок вместе с во
дой в виде пульпы поршневым насосом откачивают на выкид
центробежного насоса, обвязанного для откачки пластовой
водой, отделившейся в вертикальном отстойнике, который обвя-
210
Рис. 58.
Схема морского нефтесборного пункта:
I — газожидкостная смесь (продукция скважин); I I— нефтяной газ на компрессорную
станцию; / / / — водонефтяная смесь; IV — товарная нефть в буферную емкость; V —
нефть; VI — пластовая вода к центробежному насосу; VII — песчаная пульпа к поршне
вому насосу; VIII — песчано-водяная смесь на установку очистки воды (УОВ) и уста
новку гидроциклонной очистки песка (УГОП); I — сепаратор первой ступени; 2 — сепа
ратор второй ступени (концевой); 3 — динамический отстойник; 4 — вертикальный отстой
ник; 5 — буферная емкость для нефти; 6 — центробежный нефтяной насос; 7 — центро
бежный водяной насос; 8 — поршневой насос для откачки пульпы
зан с динамическим отстойником как сообщающийся сосуд и по
нефти, и по воде. Из вертикального отстойника нефть через
буферную емкость поступает на прием насоса и откачивается
в магистральный нефтепровод.
Пластовая вода вместе с песком по линии VIII поступает
на дальнейшую обработку в две ступени на гидроциклонную
установку. Перед первой ступенью в поток дозируется ПАВ для
улучшения очистки от нефтяных пленок поверхности песчинок
и других мехпримесей. Отделившийся песок после первой сту
пени гидроциклонов смешивают с водой и подают на вторую
ступень гидроциклона, где песок отделяется от воды. Очищен
ный от нефти и промытый от ПАВ песок сбрасывают в море,
не нанося вреда флоре и фауне. Сточную воду, отделившуюся
на гидроциклонной установке, закачивают в нагнетательные
скважины.
СРЕДСТВА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОЙ РАБОТЫ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ
ПЛАТФОРМЫ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
При разработке технологических схем, применяехмых на экс
плуатационных платформах, возникают проблемы обеспечения
безопасных условий для обслуживающего персонала, надлежа
щей охраны окружающей среды и надежной работы эксплуата
ционного оборудования. На эксплуатационных платформах
14*
211
основная угроза безопасной работы всего технологического ком
плекса может быть вызвана внезапной или постепенной утечкой
углеводородов. Поэтому при компоновке технологических схем
оборудованием необходимо исключить все дефекты, которые
могут вызвать утечку углеводородов [6, 69, 83, 87, 88, 89]. Для
этого следует иметь: оборудование и системы, полностью пред-
отвращающие утечки или переполнения аппарата; оборудование
по сбору разлитой нефти и рассеянию высвобожденных газов;
средства по предотвращению воспламенения высвободившихся
углеводородов; возможность остановить технологический про
цесс в случае пожара и устранить нежелательные дефекты, ко
торые могут вызвать утечку углеводородов из оборудования,
находящегося за пределами аварийной площадки.
Аварийные состояния, которые возникли вне технологиче
ского процесса, не могут распространиться сами по себе, если
они в той или иной степени не связаны с технологией или не
вызвали пожар. При аварии на технологической цепочке си
стема безопасности должна остановить весь технологический
процесс или часть его. При пожаре система безопасности дол
жна обеспечить остановку всего оборудования и прекращение
всех видов работ, за исключением работ, связанных- с тушением
пожара* Такие ситуации могут быть вызваны природнььми
явлениями, столкновением с судном или аварией вертолета,
неисправностью инструмента или оборудования, а также ошиб
ками, допускаемыми обслуживающим персоналом.
Такие аварийные ситуации могут быть предотвращены или
сведены к минимуму при использовании совершенных конструк
ций инструмента и оборудования, безопасных приемов труда и
высокой профессиональной подготовки обслуживающего персо
нала. Для обеспечения надежной работы технологического обо
рудования при проектировании морских платформ необходимо
учитывать основные положения.
L Основным критерием выбора технологического оборудова
ния должна быть возможность обеспечения безопасной работы
и привязки его на высоком техническом уровне. Площадки под
оборудование различного назначения необходимо выбирать
из расчета наибольшего спрямления технологического по
тока, чтобы упростить прокладку межплощадочных трубо
проводов.
2. Для предотвращения или сведения к минимуму возмож
ных последствий, связанных с аварией оборудования.
Системы, обеспечивающие безопасную работу его, должны
иметь два уровня защиты. Уровни защиты должны быть неза
висимыми друг от друга с использованием разных функцио
нальных элементов.
3. Каждый отдельный вид оборудования должен быть обес-
1ечен надежными средствами безопасности, исходя из наиболее
неблагоприятных условий его работы.
Я2
Любые нарушения технологического режима могут быть об
наружены по отклонениям тех или иных параметров от нормы.
Эти отклонения улавливаются соответствующими датчиками,
и дается команда на исполнительный механизм на отключение
данного оборудования. Каждую аварийную ситуацию необхо
димо рассматривать последовательно: причина, последствия и
признаки обнаружения, основная и вторичная защита по пред
отвращению опасной ситуации.
Избыточное давление в аппарате может возникнуть от
источника на входе в аппарат, когда объем поступления в него
превышает объем отходящей продукции. Это может произойти
при отказе регулятора расхода потока до входа в аппарат или
сужении поперечного сечения выкидной линии в результате от
ложений парафина, солей и т. д., при переполнении жидкостью
предшествующего аппарата или прорыва газа из него, термиче
ском расширении жидкости при дополнительном подогреве ее,
когда на приемных и выкидных линиях закрыта запорная арма
тура и т. д.
В результате избыточного давления может произойти про
рыв и утечка углеводородов. При повышении давления основ
ная защита оборудования должна быть осуществлена по
команде датчика высокого давления на закрытие запорного
механизма на приемной линии. Если аппарат подогревается, то
по команде датчика высокого давления должна быть закрыта
линия поступления топлива или источника теплоты. Атмосфер
ные емкости защищены соответствующей дыхательной арма
турой.
Вторичная защита аппаратов — предохранительные клапаны.
В атмосферных емкостях в качестве вторичной защиты должен
быть предусмотрен дополнительно независимый от основного
дыхательный, гидравлический или предохранительный клапан.
Утечка. Под утечкой понимают аварийный прорыв жидкости
или газа из аппарата в атмосферу.
Утечки могут быть вызваны коррозией, эрозией, механиче
скими повреждениями оборудования, повышением температуры,
давления или случайными повреждениями от воздействия
внешних сил. Появление утечки может быть обнаружено по сни
жению давления и уровня в аппаратах или системе, а также по.
наличию обратного потока.
Основная защита от значительных утечек, создающих ненор
мальные условия работы, — это закрытие запорного крана на
приеме аппарата и обратного клапана на выкиде аппарата для
сведения к минимуму обратного потока. При небольших утечках
газа, появляющихся в недостаточно вентилируемых помещениях
и не улавливаемых датчиками на технологических аппаратах,
основная роль по их обнаружению отводится газоанализаторам.
Во всех случаях даже при небольших выделениях газа в не
достаточно вентилируемых помещениях (площадках) должна
213
быть осуществлена система аварийной остановки платформы
в целом. Вторичная защита от небольших утечек жидкости дол
жна обеспечиваться по команде датчика верхнего уровня
в зумпфе на закрытие всех видов оборудования, от которых при
утечках жидкость поступает в зумпф.
Переполнение аппаратов. При переполнении аппаратов жид
кость поступает в газовый коллектор. Переполнение происходит
при превышении объема поступающей жидкости по сравнению
с объемом сброса ее из аппарата. Это происходит при отказе
регулятора расхода на приемной линии аппарата, выходе из
строя регулятора уровня или закупорке выкидной линии.
Основная защита при переполнении аппарата должна быть
осуществлена закрытием запорного органа на приеме по
команде датчика аварийного уровня. Вторичная защита при
переполнении аппарата жидкостью и попадании ее в атмо
сферу должна осуществляться системой аварийной остановки
платформы в целом.
Прорыв газа. Под прорывом газа понимают сброс газа из.
аппарата по выкидной линии для жидкости. Прорыв газа может
произойти при нарушении системы регулирования уровня в ап
парате (низкий уровень) или случайном открытии байпасной за
движки клапана регулятора уровня на выкидной линии. При
прорыве газа может повыситься давление в следующем аппарате.
Для защиты от прорыва газа закрывают исполнительный
механизм входной или выходной линии по команде датчика
нижнего аварийного уровня. Вторичная защита прорыва газа
в последующее оборудование должна быть осуществлена соот
ветствующими средствами этого же оборудования.
Повышенное разрежение ниже расчетного на смятие аппа
рата может быть вызвано большим оттоком жидкости из аппа
рата по сравнению с ее поступлением в результате выхода из
строя запорных клапанов на приеме или выкиде аппарата, заку
порки приемной линии при разрежении или уменьшении объема
жидкости от изменения температуры при закрытых задвижках
на приеме и выкиде сосуда. При разрежении может произойти
смятие аппарата с утечкой жидкости.
В аппаратах под атмосферным давлением для защиты уста
навливают дыхательные клапаны. В аппаратах под давлением
разрежение может быть устранено применением газоуравнитель
ной системы. При необходимости для вторичной защиты емко
сти, работающей под атмосферным давлением, устанавливают
дополнительный дыхательный клапан, независимый от основ
ного, или устанавливают предохранительный клапан. В емко
стях под давлением вторичную защиту осуществляют закрытием
запорных органов на приемной и выкидной линиях по команде
от датчика низкого давления.
При повышении температуры (в аппаратах с прямым подо
гревом) выше расчетной для нормальной эксплуатации обору
214
дования растет температура теплоносителя, технологической
жидкости или отходящих газов в дымовой трубе.
Повышение техмпературы теплоносителя или технологической
жидкости может происходить из-за поступления избыточного
топлива при неисправности регулятора расхода или байпасиро-
вании его, поступления топлива по линии подачи воздуха на
горелки, появления течи в жаровой трубе, недостаточного объ
ема циркуляции нагреваемой жидкости в трубах, размещаемых
в камерах сгорания или при снижении уровня жидкости в от
секах с затопленными жаровыми трубами. Повышение темпе
ратуры в дымовых трубах может произойти по любой из пере
численных причин или из-за недостаточной передачи теплоты,
из-за отложения накипи, солей на стенках жаровых труб или
змеевиков.
Повышение температуры теплоносителя или рабочей жид
кости может привести к снижению рабочего давления с появле
нием течи или разрушения трубы. В закрытых же системах
при отсутствии циркуляции повышение температуры может вы
звать увеличение давления. Рост температуры отходящих газов
в дымовой трубе может стать источником воспламенения взры
воопасной среды при соприкосновении с поверхностью дымовой
трубы. Таким образом, характерными признаками для обнару
жения повышения температуры могут служить высокая темпе
ратура среды, низкий уровень жидкости и низкие расходы по
тока в системе.
При повышении температуры из-за снижения уровня в то
почном отсеке аварийный и температурный датчики выдают ко
манды на закрытие поступления топлива или горючей смеси
в линию подачи воздуха, а в нагревателях прямого подогрева
эти же датчики дают команду на закрытие линии поступления
продукции в аппарат. Если температура растет в нагреватель
ных аппаратах с теплоносителем, подверженным разложению,
то закрытие поступления топлива должно быть предусмотрено
по команде от датчика расхода. При повышении температуры
дымовых газов температурный датчик, установленный на ды
мовой трубе, дает команду на закрытие поступления топлива на
горелки, а в нагревателях прямого подогрева и на закрытие
поступления продукции в аппарат.
Вторичная защита оборудования осуществляется по команде
от температурного датчика, установленного на дымовой трубе,
а при снижении расхода — температурного датчика теплоноси
теля и дымовой трубы. Эти датчики дают команды на те же
исполнительные запорные органы, как и при основной защите.
При вторичной защите срабатывает система аварийной
остановки платформы в целом по команде температурного
датчика.
Источники прямого воспламенения — это может быть откры
тое пламя или искра и т. д. Непосредственное воспламенение
215
может произойти при появлении пламени в местах поступления
воздуха на горелку при использовании несоответствующего топ-
лива (например, при захвате жидкого топлива вместе с газом
в газовую горелку), обратном хлопке в инжекционных горелках
с естественной тягой, при поступлении посторонних горючих ве
ществ на горелку вместе с воздухом. Воспламенение может про
изойти от чрезмерно нагретых поверхностей или от искр, выбра
сываемых дымовой трубой. При контакте источника прямого
воспламенения с горючими веществами может произойти взрыв
или пожар. Возможность появления источника прямого воспла
менения может быть обнаружена по высокой температуре
с уменьшением расхода воздуха (только в горелках с принуди
тельной подачей воздуха).
Для защиты горелок с естественной подачей воздуха от воз
можного появления пламени устанавливают огневые прегради-
тели, удерживающие пламя в топочном пространстве. Для
защиты горелок с принудительной подачей воздуха устанавли
вают датчик низкого давления для обнаружения пониженного
расхода водуха, который подает команду закрытия линий по
дачи топлива и воздуха. Огнепреградитель на дымовой трубе
служит защитой от искр. Температурные датчики (для теплоно
сителя или рабочей жидкости) защищают от чрезмерно нагре
тых поверхностей дымовой трубы. Эти датчики должны дать
команду на закрытие поступления топлива или горючих мате
риалов и в нагревателях прямого подогрева закрыть поступле
ние рабочей жидкости в аппарат.
Вторичная защита при появлении пламени в местах поступ
ления воздуха в горелках с естественной подачей воздуха дол
жна осуществляться температурным датчиком. При повышении
температуры по команде, поступающей от температурного дат
чика, закрывается линия поступления топлива или горючих ве
ществ в месте забора воздуха, а в аппаратах прямого подо
грева закрывается и линия поступления рабочей жидкости.
Вторичная защита при появлении пламени в воздушной ли
нии в горелках с принудительной подачей воздуха должна быть
осуществлена блокирующим устройством в электромоторе для
обнаружения его неисправности и выдачи команды на закры
тие линий поступления топлива и воздуха. Вторичная защита
от искр в дымовой трубе и горячих поверхностей должна быть
связана с системой аварийной остановки платформы в делом.
Места установки огневых преградителей на линии поступле
ния воздуха к горелкам и искрогасителей на дымовых трубах
предусматривают при проектировании. Огневые преградители
и искрогасители должны быть доступны для осмотра и чистки.
Температурный датчик на воздушной линии в горелках с есте
ственной подачей воздуха устанавливают непосредственно за
огневым преградителем. Температурные датчики для теплоно
сителя, рабочей жидкости и дымовых газов располагают в тер-
216
мокарманах, что облегчает работы по их извлечению и калиб
ровке. Температурные датчики в горелках с предварительным
смещением смеси размещают непосредственно перед соплом
горелки.
Датчики низкого давления на линии принудительной подачи
воздуха на горелку устанавливают после лопастей вентиля
тора. Пусковое устройство электродвигателя блокируется с дат
чиком низкого давления.
Избыток газа (паров топлива) в камерах горения — превы
шение объема газа (паров топлива) для нормального розжига
пилотной или основной горелки — может произойти из-за не
исправности приборов на линиях подачи топлива и воздуха,
а также из-за применения неправильных приемов розжига*
Избыток топлива в камере горения может вызвать при воспла
менении взрыв и разрушение аппарата. Признаками попадания
избыточного топлива в камеру горения являются отсутствие
воспламенения топлива при розжиге, высокое или низкое давле
ние в топливной линии, поступление недостаточного объема
воздуха, а также неисправность вентилятора в горелках с при
нудительной подачей воздуха.
Основная защита от поступления избыточного топлива в ка
меру горения из-за неисправности приборов топливной системы
должна осуществляться датчиком гашения пламени. Этот дат
чик при недостаточном образовании пламени для воспламенения
поступающего газа дает команду на закрытие поступления топ
лива. Датчик гашения пламени может иметь чувствительный
элемент к свету (например, к ультрафиолетовому спектру) или
к температуре. Вторичная защита срабатывает по команде дат
чиков высокого и низкого давления на топливной линии. В го
релках с принудительной подачей воздуха на воздушной линии
устанавливают датчик нижнего предельного давления, а пуско
вое устройство вентилятора блокируется с электродвигателем,
что позволяет при недостаточном поступлении воздуха прекра
тить подачу топлива и воздуха в камеру горения. Возможна
также установка на линии подачи воздуха датчика расхода
вместо датчика нижнего предельного давления. Кроме перечис
ленных датчиков при розжиге пилотной и основной горелок
обслуживающим персоналом не должны нарушаться правила
розжига горелок.
ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ КОМПОНОВКИ ОБОРУДОВАНИЯ
ПО ОТДЕЛЬНЫМ ПЛОЩАДКАМ
Площадка устья скважин, выкидных линий и распредели
тельной гребенки. Устье скважин служит для обеспечения кон
троля (автоматического или ручного) за работой скважины и
направления продукции скважины в выкидные линии. Одновре
менно через устье ведут работы по текущему и капитальному
217
Рис. 59.
Принципиальная схема сбора продукции скважин от устья до сепарационного
оборудования:
I — скважина; 2 — клапан-отсекатель; 3 — датчик давления; 4 — штуцер; 5 — датчик пре
дельного давления; € — предохранительный клапан; 7 — обратный клапан; 8 — задвижка
ремонту скважин. Выкидные линии служат для транспортиро
вания продукции скважин от устья до распределительной гре
бенки, в которую поступает продукция двух и более скважин
и направляется в зависимости от технологической схемы в се
параторы высокого, среднего, низкого давления и в замерный
сепаратор (рис. 59).
Непосредственно за первой боковой задвижкой фонтанной
арматуры на устье скважины обязательна установка клапана-
отсекателя. Клапан-отсекатель срабатывает от датчиков давле
ния, устанавливаемых на выкидных линиях, общей системы
аварийной остановки платформы в целом, от плавких датчиков
в системе пожаротушения и от датчиков, установленных на
технологическом оборудовании.
Выкидные линии для установки надлежащих средств защиты
делят на участки в зависимости от расчетного давления, под
держиваемого в них. Начальный участок выкидной линии от
фонтанной арматуры до штуцера — первый участок, после шту
цера до распределительной гребенки — второй, если на нем не
установлены дополнительные редуцирующие устройства. Датчик
высокого давления всегда устанавливают на последнем участке
выкидной линии и на любом из участков, где расчетное рабочее
давление ниже давления на устье при закрытой скважине.
Установка датчика нижнего предельного давления обязательна
на всех участках выкидной линии, за исключением первого,
218
если длина его не превышает 3 м от клапана-отсекателя до
первого штуцера. Предохранительный клапан на участках вы
кидных линий не предусматривают, если расчетное рабочее
давление этих участков превышает давление на устье при за
крытой скважине.
Обратные клапаны на выкидных линиях всегда устанавли
вают в конце последнего участка для предотвращения обрат
ного потока жидкости из технологического оборудования.
Непосредственно вблизи от устья могут быть предусмотрены
патрубки для отбора проб или подачи химических реагентов
в скважину.
Число штуцеров на выкидной линии зависит от уровня сни
жения давления, дебита скважины и наличия механических
примесей. Если предусмотрен один штуцер, то его монтируют
ближе к фонтанной арматуре. Дополнительные штуцеры могут
быть расположены ближе к распределительной гребенке, перед
входом в -низкотемпературный сепаратор, в нагревателях.
Число отводящих линий на распределительных гребенках
зависит от потребности разделения продукции скважин высо
кого, среднего и низкого давления, их должно быть не менее
трех, включая линию сброса с предохранительных клапанов
(см. рис. 59).
Основными нежелательными ситуациями в распределитель
ной гребенке могут быть появления избыточного давления. Для
обнаружения этого на каждый из отводящих трубопроводов
гребенок устанавливают датчики предельного высокого и низ
кого давлений, однако их можно не ставить, если каждая под
водящая выкидная линия уже защищена этими датчиками.
He устанавливают датчик предельно высокого давления при
условии защиты распределительной гребенки аналогичным дат
чиком, расположенным в последующих технологических аппа
ратах. Все предусмотренные датчики давления в аварийной
ситуации выдают команду на клапаны-отсекатели скважин,
и поступление продукции в гребенку прекращается.
Емкости под давлением используют для сепарации нефти,
газа, воды и в качестве буферных емкостей. Несмотря на раз
личные назначения емкостей под давлением обычно обвязка их
по поступающей и отходящей продукции особых различий не
имеет (рис. 60). Емкости под давлением, куда поступает про
дукция от скважин, оборудованы датчиками предельного вы
сокого и низкого давлений 2, которые дают команду запорному
механизму на прекращение поступления продукции в аппарат
в случае превышения давления выше предельного или утечки
жидкости из аппарата в таких объемах, которые могут вызвать
снижение давления ниже предельного. В емкостях, работающих
в пределах атмосферного давления, датчик нижнего предель
ного давления не устанавливают, так как усложнилось бы под
держание в нормальном рабочем состоянии оборудования из-за
219