1、 中国石油大学（华东）毕业论文 深水油气分离概念化设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 2009 年 6 月 15 日 中国石油大学（华东）本科毕业论文 摘要 本文综述了世界海洋油气资源 储量、分布和开发状况，并对我国的海洋油气资源状况以及我国深水油气开发所面临的挑战进行了介绍。论文同时介绍了深水系统的发展历史、现状和趋势，并对深水系统所具有的优势 和 开发深水系统所面临的挑战 进行了分析。 论文针对各种不同的紧凑型气 -液和液 -液分离器，详述了其原理、结构和优缺点， 并分析了这些系统应用于海底的可能性、所能带来的效益和可能面临的问题。同时，论文描述了海底水处理和海底砂处理的方
2、法、好处和必要性，介绍了几种正在应用的海底水处理和砂处理的技术。 最后，论文简要介绍了深水系统的设计制造标准和成撬技术。 关键词 ：深水 ； 海底 ； 紧凑型分离器 ； 水处理 ； 砂处理 中国石油大学（华东）本科毕业论文 ABSTRACT This presented paper summarizes the worlds marine reserves of oil and gas resources, distribution and development, and it gives us an overview of our countrys marine reserves of o
3、il and gas resources as well as the challenges facing to develop these resources. Meanwhile, the paper introduces the exploit history, the presented situation and the tendency of subsea production system. It also analyzes the advantage of subsea system and the challenge of developing subsea system.
4、This paper gives detail information about the principles, structures, advantages and disadvantages of different kinds of compact gas-liquid and liquid-liquid separator, furthermore, it analyzes the possibilities of them being used in seabed, the benefits brought and the problem may faced. Meanwhile,
5、 the paper describes the methods, benefits and the necessity of subsea produced water management and subsea sand management. The paper also introduces several kinds of subsea produced water and subsea sand management technology. Finally, the paper outlines the standards of designing and manufacturin
6、g subsea production system, Also, it briefly introduces the modular technology of the subsea system. Keywords: Deepwater; Subsea; Compact separator; water management; sand management 中国石油大学（华东）本科毕业论文 目 录 第 1 章 前 言 . 1 1.1 课题研究的目的和意义 . 1 1.2 世界海洋油气资源及开发 . 1 1.2.1 世界海洋油气资源分布 . 1 1.2.2 世界海洋油气资源开发历史 . 2
7、 1.2.3 世界海洋油气产量 . 3 1.3 我国海洋油气资源 . 4 1.3.1 我国海洋油气资源分布 . 4 1.3.2 我国海洋油气资源的开发 . 5 1.4 开发我国深水资源的意义 . 5 第 2 章 深水系统 . 8 2.1 深水系统的组成 . 9 2.2 深水系统的发展史 . 10 2.2.1 海底分离技术的 发展 . 10 2.2.2 海底多相增压泵的发展 . 11 2.3 深水系统的优势 . 11 2.4 深水系统面临的挑战 . 12 第 3 章 紧凑型分离设备 . 14 3.1 海底增压和注水站 . 15 3.1.1 海底增压注水站的结构与原理 . 15 3.1.2 SSB
8、I 站的优势 . 17 3.2 垂直环形分离泵送系统 . 17 3.2.1 VASPS 的结构与原理 . 17 3.2.2 VASPS 系统的优势 . 20 中国石油大学（华东）本科毕业论文 3.3 管式分离器 . 20 3.3.1 管式分离器的结构和原理 . 21 3.3.2 管式分离器的优势 . 24 3.4 超音速气 -液分离器 . 24 3.4.1 超音速气 -液分离器简介 . 24 3.4.2 超音速气 -液分离器的原理 . 25 3.4.3 超音速气 -液分离器的结构 . 26 3.4.4 超音速气 -液分离器的优势 . 27 3.5 旋流紧凑式分离器 . 28 3.5.1 水力旋
9、流分离的原理 . 28 3.5.2 水力旋流分离器的优势 . 29 3.5.3 旋流分离系统 . 30 3.5.4 Aker Kvaerner 的气 -液旋流分离器 . 31 3.6 静电聚结器 . 32 3.6.1 静电预聚结理论 . 33 3.6.2 紧凑型静电预聚结器 (CEC) . 34 3.6.3 VIEC 和 LOWACC . 35 3.6.4 静电聚结器的优势和劣势 . 36 3.7 井下分离技术 . 37 3.7.1 以旋流为基础的 DOWS 系统 . 37 3.7.2 以重力为基础的 DOWS 系统 . 38 3.7.3 薄膜井下分离系统 . 39 3.7.4 井下分离的优势
10、与劣势 . 40 第 4 章 紧凑型水处理设备 . 42 4.1 水力旋流器 . 42 4.1.1 水力旋流器的结构 . 42 中国石油大学（华东）本科毕业论文 4.1.2 水力旋流器的工 作原理 . 43 4.1.3 水力旋流器分离性能的决定因素 . 43 4.1.4 水力旋流器的优点 . 45 4.2 Epcon 紧凑浮式处理 装置 . 46 4.3 MaresTail 系统 . 47 第 5 章 深水砂处理技术 . 49 5.1 砂产生引起的危害 . 49 5.2 砂产生的监测 . 49 5.3 砂清除 . 50 5.3.1 分离器的上游 . 50 5.3.2 分离器的下游 . 51 5
11、.4 砂处理 . 52 第 6 章 深水分离系统设计制造标准和成撬技术 . 54 6.1 深水分离系统的设计制造标准 . 54 6.2 深水分离系统的成撬技术 . 54 第 7 章 结 论 . 57 致谢 . 58 参考文献 . 58 第 1 章 前 言 1 第 1 章 前 言 1.1 课题研究的目的和意义 随着全球 经济的进一步发展，石油的消费需求进一步增加，能源危机已经成为一个世界性的难题。近 10 年来，陆上油气勘探程度较高，发现油气田的规模较小，新增储量对世界油气储量增长的贡献降低。相比之下，世界海洋油气勘探开发迅 速发展，尤其是勘探程度相对较低的深海地区，不断获得重大发现，所发现油气
12、田规模大、产能高，其油气产量占世界总产量的比例不断增加。因此， 海洋油气资源无论对整个世界石油工业，还是对未来世界经济的发展，都有非常重要的意义。 虽然不同时期、不同国家和地区对浅海和深海的划分方法不尽相同，但当前国际上盛行的划分方法是：水深小于 500m 为浅海，大于 500m 为深海，1500m 以上为超深海。 1在如此深的海底进行深水油气开发面临着许多环境上和技术上的困难，但是深水油气资源对世界又有着巨大的诱惑力，因此越来越多的国家和公司投入 巨大的人力物力来研究深水开发技术，如挪威的Demo 2000、巴西国家石油公司等。 深水开发技术经历了从无到有的过程，虽然已经出现了商业化运作的深
13、水生产系统，但是深水开发技术在很多方面还不成熟，仍然就有很大的提升空间。深水分离系统作为深水开发系统的重中之重更是需要我们将其紧凑性、稳定性和高效性提高到一个 新 的档次。本课题着重研究各种紧凑型海底分离设备的原理、结构和优缺点，以期在横向 和纵向的对比中获得海底紧凑型 分离器设计的最新理念。 1.2 世界海洋油气资源及开发 1.2.1 世界海洋油气资源分布 全球海洋油气 资源丰富。据估计，海洋石油资源量约占全球石油资源总量的 34，累计获探明储量约 400 亿吨，探明率 30左右，尚处于勘探早第 1 章 前 言 2 期阶段。据美国地质调查局 (USGS)评估，世界 (不含美国 )海洋待发现石
14、油资源量 (含凝析油 )548 亿吨，待发现天然气资源量 78.5 万亿立方米，分别占世界待发现资源量的 47和 46。因此，全球海洋油气资源潜力巨大，勘探前景良好，为今后世界油气勘探开发的重要领域。 研究和实践表明，海洋油气资源主要分布在大陆架，约占全球海洋油气资源的 60，但大陆坡的深水、超深水域的油气资源潜力可观，约占 30。从区域看，海上石油勘探开发形成三湾、两海、两湖的格局。“三湾”即波斯湾、墨西哥湾和几内亚湾；“两海”即北海和南海；“两湖”即里海和马拉开波湖。其中，波斯湾的沙特、塔尔和阿联酋，里海沿岸的哈萨克斯坦、阿塞拜疆和伊朗，北海沿岸的英国和挪威，还有美国、墨西哥、委内瑞拉、尼
15、日利亚等，都是世界重要的海上油气勘探开发国。世界主要深水区油气储量见表 1-1。 2 表 1-1 世界主要深海区油气资源量 国家 海域 油气储量（亿吨当量） 石油（亿吨） 天然气（亿立方米） 美国 墨西哥湾北部 21 15 6000 巴西 东南部海域 27.8 23.2 4100 西非 三角洲、下刚果 28.6 24.5 4100 澳大利亚 南北陆架 13.6 0.5 13100 东南亚 婆罗洲 5.3 2 3300 挪威 挪威海 5.1 1.1 4000 埃及 尼罗三角洲 4.8 4800 中国 南海北部 1 1000 印度 东部海域 1.6 1600 1.2.2 世界海洋油气资源开发历 史
16、 在陆地油气开发的高潮过去之后，海洋油气的勘探开成为世界关注的焦第 1 章 前 言 3 点，它经历了一个由浅水到深海、由简易到复杂的发展过程。 1887 年，在美国加利福尼亚海岸数米深的海域钻探了世界上第一口海上探井，这是海洋石油工业开始的标志。上世纪 40 年代之前，海洋石油勘探开发处于初始阶段，主要采用土木工程技术建造木结构平台和人工岛，只能在近岸的海边和内湖开发石油资源，作业水深低于 10m。 50-60 年代，随着世界经济复苏，海洋油气勘探开发迅速发展，出现了移动式钻井装置、浮式生产系统及海底生产系统，作业海域范围不断扩大，水深不断加大，至 60 年代末，作业水深已超过 200m，勘探
17、开发领域开始向大陆架深水区延伸。 70-80 年代，随着平台和钻井技术的发展，海 洋油气勘探开发水域范围进一步扩大，作业水深超过 500m，成功开发了北海和墨西哥湾大陆架深水区油气资源。 90 年代，成功解决了温带海域油气开采面临的钻井、采油、集输和存储等技术问题，而且高寒水域的平台和管线技术难题也取得重大突破，海洋油气勘探开发取得巨大进步，作业水深不断刷新， 1999 年已近 2000m，作业范围已从北海、墨西哥湾等传统地区扩展到西非、南美及澳大利亚大陆架等海域。 1.2.3 世界海洋油气产量 随着海上石油勘探开发向大陆架和深水区发展，海上油气生产不断扩大，产量不断增加。 20 世纪 40
18、年代末，海上石 油产量仅 4000 万吨，占世界石油总产量的 7。 50 年代末，海上石油产量突破亿吨，达 1.1 亿吨，占世界石油总产量的 10。 60 年代末，达 3.29 亿吨，占世界总产量的 14.6，20 年增加了 8 倍。 1980 年达 6.5 亿吨，占总产量的 21.8， 1990 年 8.7亿吨，占总产量的 26.0。近年来，在高油价的驱动下，世界海洋油气开采飞速发展，石油产量快速增长，在全球石油产量中所占比例不断上升。 1995年海上石油产量 10.5 亿吨， 2004 年则增至 13.4 亿吨约占世界石油产量的 34，年均增长 2.7，远高于全球石油产 量年均 1.5的增
19、长速率，如图 1-1 所示。 3 第 1 章 前 言 4 0481216亿吨1950 1960 1970 1980 1990 2003 2004 （年）图 1-1 半个世纪以来的世界海洋石油产量 据英国道格拉斯统计，到 2015 年海上石油与天然气的产量分别占总产量的 39%和 34%。 1.3 我国海洋油气资源 1.3.1 我国海洋油气资源分布 我国海岸线长度、大陆架和 200 海里专属经济区面积均在世界前 10 位，管辖海域总面积近 300 万平方公里。在 135.7 万平方公里的大陆架上查明含油气盆地面积近 70 万平方公里，已圈定大中型新生代油气盆地 16 个。这些盆地石 油资源量为
20、150 亿 -200 亿吨，天然气资源量约 6.264 万亿立方米。 经初步估计，整个南海的石油地质储量大致在 230 亿 -300 亿吨之间，约占中国总资源量的三分之一，属于世界四大海洋油气聚集中心之一，有“第二个波斯湾”之称，仅在曾母盆地、沙巴盆地、万安盆地的石油总储量就将近 200 亿吨，是世界上尚待开发的大型油藏之一，其中有一半以上的储量分布在中国海域。在我国南海已勘探的 16 万平方公里海域中，发现的石油储量有 55.2 亿吨，天然气储量有 12 万亿立方米。南海油气资源在未来 20 年内只要开发 30，每年可为中国 GDP 增 长贡献 1-2 个百分点。 4 1966 年联合国亚洲及远东经济委员会 经过对包括钓鱼岛列岛在内的我国东部海底资源的勘查，得出的结论是： 东海大陆架可能是世界上最丰富的
