石油工程设计大赛一等奖作品答辩课件

第六届中国石油工程设计大赛

全国总决赛团队编号：16185055汇报提纲REPORTOUTLINE基础数据分析1方案设计内容3方案特色与创新4方案设计思路2总结5基础数据分析01基础数据分析设计基础条件油田概述区块面积：5.5km2（1858m×2980m）区域水深：1350~1525m离岸距离：120海里（222公里）井口数量：15口生产井原油产量：20.37×104m3/a天然气产量：25.5×104m3/d油田定性：边际油田开采方式：油气合采新技术新设备非常规经济安全高效基础数据分析设计基础条件设计要求难点分析产能规模液120t/d、气17000m3/d原油、天然气、污水处理开发环境深海1350~1525m、浅海区水下生产系统、浅海平台原油组分轻烃含量较多，含盐，含蜡量7.7%，综合含水率达70%蜡沉积、脱盐、脱水、稳定凝析气组分重烃含量较多，含饱和水，不含硫，含碳2.94%凝液回收、脱水、脱CO2、防水合物井口参数3MPa、22℃管网布局、增压系统、管道设计、稳定性分析、防腐蚀设计开发年限35年方案可行性与长期性气象条件海区最低水温2℃水合物温度预测、防治，保温设计方案设计思路02方案设计思路方案设计思路水下生产系统管网布局；流动保障；水下计量；海底增压。陆地终端基础参数；装卸流程；终端布置；辅助系统。海上平台平台选型；平台布置；处理工艺；辅助系统。开发方案比选HSE管理和经济评价方案设计内容03方案设计内容开发方案比选拟选模式1：水下生产系统回接浮式储油平台（全海式开发）拟选模式2：水下生产系统回接浅海平台（半海半陆式开发）拟选模式3：水下生产系统回接陆地终端（全陆式开发）常用浮式平台：FPSO水下生产系统浅水中心平台陆上终端处理深水海管浅水海管SPARSEMI-FPS方案设计内容开发方案比选两种方案比选

FPSO浅海回接前期投资海上部分约3.5亿美元约3亿美元陆地终端约5000万美元约1亿美元施工周期较短较长施工难度较简单较难维护难度较简单较难拆迁难度较简单较难对气象条件的适应性较差较好流动安全性较好较差再利用性较好较差注：50~100m水深导管架平台造价约0.5亿美元，小型FPSO每艘造价约1.5亿美元

深海管道以每公里120万美元计，浅海管道以每公里80万美元计方案设计内容水下生产系统设计总体工艺思路工艺流程01管网布局；管道保温；管道运行参数；管道强度校核；管道稳定性校核。计量方案比选；多相流量计选型。增压方式比选；增压设备选型。立管结构；立管保温；清管；水合物防治；段塞流分析。02海底管道03水下计量04海底增压05深海立管方案设计内容水下生产系统设计水下生产系统工艺流程丛式井管汇+管汇倒井计量+水驱多相增压水下湿式井口水下采油树海底管汇及跨接管脐带缆水驱多相增压泵

螺旋轴流式多相泵+水力透平

出口压力：11.34MPa控制监测设备生产立管充分利用回注水的静压能；简化海底用电设备方案设计内容水下生产系统设计海底管道系统海底管网布局缺点：随机性高、主观性强、综合性差常规的海底管网布局拟选方式方案设计内容水下生产系统设计海底管道系统海底管网布局常规的海底管网布局拟选方式缺点：随机性高、主观性强、综合性差方案设计内容水下生产系统设计海底管道系统海底管网布局遗传算法原理：二进制编码选择、交叉、变异管汇个数管汇位置平台位置连接方式“基因序列”最终的管网布局方式程序特点：快速、可靠、可扩展性强方案设计内容水下生产系统设计海底管道系统海底管网布局遗传算法原理：二进制编码选择、交叉、变异管汇个数管汇位置平台位置连接方式“基因序列”最终的管网布局方式程序特点：快速、可靠、可扩展性强方案设计内容水下生产系统设计海底管道系统海底管网布局FPSO管网总长度：4430m脐带缆长度：4430m管汇个数：4个FPSO坐标：（321604,2483368）方案设计内容水下生产系统设计海底管道系统海底管道结构设计双层保温管结构示意图防腐：外防腐——5mm三层PE

内防腐——低碳钢+缓蚀剂管道材质：X65钢材管道保温：双层保温管

15mm聚氨酯泡沫管径选取：气液流速在5~10m/s之间强度校核：环向应力

轴向应力

合成应力稳定性校核：横向稳定性

竖向稳定性管段编号管道内径(in)内管壁厚(mm)外管壁厚(mm)16″72126″72136″72146″72158″82466″72176″72186″72198″824方案设计内容水下生产系统设计海底管道系统海底管道运行工艺参数利用PipeSim软件对海底管道运行工艺参数进行了模拟：管段编号出口温度℃最大压力MPa主要流型121.063.08间歇流218.913.10间歇流320.513.07间歇流419.333.10过渡流518.783.10过渡流621.023.14过渡流720.053.13间歇流821.063.13间歇流917.953.14波浪流方案设计内容水下生产系统设计水下计量系统计量方案：利用水下管汇进行单井计量流量计安装位置：一级管汇处水下多相流量计台数：3台GVF/%0~98含水率/%0~100含水率测量精度/%±5液体测量精度/%±5气体测量精度/%±8设计水深/m0~3000重量/kg1500~3500功率/W30左右管汇计量流程示意图减少了水下流量计的数目方案设计内容水下生产系统设计深水立管系统本设计对比了顶张紧式立管、钢悬链式立管、柔性立管、复合立管，最终优选了HR复合立管。一方面相比全部采用柔性立管减少了投资，另一方面在浅水部分采用柔性立管可更好地适应浅水处高海流速度带来的冲击和涡激振荡。柔性立管长度：400m刚性立管长度：1100m方案设计内容水下生产系统设计深水立管系统由于立管段压力波动明显、流动温度最低以及气液流量最大，因此本设计中主要以立管段的结蜡、段塞流和水合物生成分析为基础，指导设计相应的清管周期、段塞流捕集器和水合物抑制剂的使用。流动安全保障！方案设计内容水下生产系统设计深水立管系统结蜡及清管设计根据PipeSim的管道结蜡分析结果，确定了清管周期为60~90d。清管周期：清管方式：（注水管线+油气混输管线）海底混合回路方案设计内容水下生产系统设计深水立管系统段塞分析及捕集器选型设计压力(kPa)1850设计温度(℃)95操作压力(kPa)1537处理能力(Sm3/d)液947气127240操作温度(℃)13.3入口介质油、气、水焊缝系数0.85罐壁厚(mm)18.33主要材质Q345R尺寸(m)2.4×7.2清管段塞：最大排泄体积为1809.95m³/d

最大缓冲体积为137.68m³容器式捕集器的规格参数（2台）方案设计内容水下生产系统设计深水立管系统水合物分析在运行工况下未产生水合物，生产线温度高于水合物生成温度约6℃，因此没有考虑注入水合物抑制剂。水合物生产曲线运行工况曲线方案设计内容FPSO平台及处理工艺设计FPSO平台设计FPSO船型比选船形FPSO圆形FPSO单点系泊系统多点系泊系统方案设计内容FPSO平台及处理工艺设计FPSO平台设计FPSO船型比选船形FPSO圆形FPSO单点系泊系统多点系泊系统方案设计内容FPSO平台及处理工艺设计FPSO平台设计FPSO船型比选单点系泊系统多点系泊系统船形FPSO圆形FPSO建设难度难简单建设投资1.2亿美元0.4亿美元水动力性能差好建造难度简单难应用实例有有两者对比：方案设计内容FPSO平台及处理工艺设计FPSO平台设计FPSO相关设计直径60m型深27m吃水18m吨位船体8500~9000t上部模块2500t储油21588t总计32588t~33088t货油舱舱容25398m3原油储量约16万桶卸油周期12天穿梭油轮吨位1万吨3组12根系泊缆多点系泊示意图方案设计内容FPSO平台及处理工艺设计FPSO平台设计FPSO总体布置和舱室布置方案设计内容FPSO平台及处理工艺设计FPSO平台设计在两组系泊缆之间布置穿梭油轮，使用三点系泊，船首一点与圆形FPSO连接，系泊缆长度约为50~60m，船首设置两点，并通过浮筒与系泊腿连接与海底，海底固定点使用吸力锚或桩锚，两条尾系泊缆长度约为50~60m。穿梭油轮系泊系统方案设计内容FPSO平台及处理工艺设计FPSO生产工艺系统三级油气水分离引入GLCC分离器实现高效分离三级压缩+冷却三级油水分离重力沉降+水力旋流+核桃壳过滤含水率70%含盐量110ppm油气混输含水率0.5%含盐量50ppm以下油气分离原油稳定油凝析气日产量25万方燃气透平发电火炬燃烧放空凝析油外输气含油污水处理量1260m3/d污水回注水方案设计内容FPSO平台及处理工艺设计FPSO生产工艺系统三级油气水分离引入GLCC分离器实现高效分离三级压缩+冷却三级油水分离重力沉降+水力旋流+核桃壳过滤含水率70%含盐量110ppm油气混输含水率0.5%含盐量50ppm以下油气分离原油稳定油凝析气日产量25万方燃气透平发电火炬燃烧放空凝析油外输气含油污水处理量1260m3/d污水回注水方案设计内容FPSO平台及处理工艺设计FPSO生产工艺系统本设计中外输产品只有原油和凝析油，天然气部分平台每日自用约17×104m3，其余通过火炬燃烧放空。井流油气处理系统火炬开闭排原油储存和外输系统天然气处理系统生产水处理系统热炉回注燃料气系统方案设计内容油气处理工艺系统登平台压力：1.5MPa温度：13℃含水率：40%含水率：20%HYSYS模拟PFD图含水率0.4%饱和蒸气压0.02MPa含盐量11ppm处理后的原油指标方案设计内容天然气处理工艺系统燃料气系统方案设计内容HYSYS模拟PFD日产量饱和蒸汽压含水率

20℃密度1.98t0.06MPa0.1%774kg/m3凝析油性质方案设计内容生产水处理系统污水回注系统方案设计内容原油储存和外输系统货舱总数单个货油舱设计舱容舱容系数单个货油舱有效舱容总有效舱容12个2000~2300m395%1900~2185m324128m3方案设计内容FPSO平台及处理工艺设计FPSO电力系统仪表/公用空气系统、热介质系统、惰气发生系统、淡水系统、防海生物系统、通风系统、空气及冷藏系统FPSO公用系统3台5500kW透平燃气发电机组，1台1100kW的柴油应急发电机组FPSO消防系统水消防系统、泡沫灭火系统、二氧化碳灭火系统、化学干粉灭火系统FPSO通信系统无线电与信息传输系统、内部通信与信号装置、导航系统方案设计内容陆地终端设计工程设计规模根据穿梭油轮的载重量（1万吨）和卸油周期，以及终端的储备天数（原油20天，凝析油10天）可确定陆地终端的库容和油罐输量，结果如下：库容：原油12763m3，凝析油24m3，属于三级油库油罐：5000m3拱顶罐3个，凝析油储罐可灵活选择。方案设计内容总平面布置及装卸油流程图（1）日常进罐流程从码头送来的原油，经计量后通过直接进罐阀进入储罐。（2）码头外输流程储罐原油可通过两条新增外输小泵或一台外输大泵，经一条计量管线外输至码头装船。（3）储罐切水流程原油装卸油作业出现故障会造成部分高含水原油进入储罐，这时需要对储罐进行切水作业。切水主要是通过原油外输小泵经计量撬后回流到事故油罐。方案设计内容HSE管理HSE管理FPSO平台HSE管理安全保障节能陆地终端HSE管理环境保护安全保障节能环境保护项目生产期2016201720182019202020212022202320242025生产负荷(%)000100100100100100100100油价(美元)35384258546270727478现金流入（万美元）0.00.00.07353.26849.27857.28865.29117.29369.29873.2现金流出（万美元）固定资产投资8208.09849.69849.61641.61641.61641.61641.61641.61641.61641.6还贷款0.03217.53125.63033.72941.72849.82757.92666.02574.02482.1经营成本0.00.00.0872.6872.6872.6872.6872.6872.6872.6流转税0.00.00.0367.7342.5392.9443.3455.9468.5493.7所得税0.00.00.00.00.0559.8631.6649.61335.11406.9流出小计8208.013067.112975.25915.55798.46316.76347.06285.66891.86896.9净现金流值（万美元）-8208.0-13067.1-12975.21437.71050.81540.62518.32831.62477.52976.4方案设计内容经济评价钻完井及采油投资：40000万美元建设投资：42080万美元开采成本：30540万美元银行还款年利率：5.65%等额本金还款总利息：57916万美元35年销售收入预测：409300万美元企业所得税：15%流转税：5%矿区使用税：0%组成投资费用（万美元）FPSO平台建设船体建造15000系泊系统4000拖拽1000穿梭油轮5000其他2000总计27000生产设备油气处理模块1500污水处理模块