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[摘 要]以渤海某油田新建中心处理平台为例，使用Flaresim软件，模拟和计算了不同钻井平台就位作业方式下，平台火炬的尺寸，分析和研究了钻井平台就位作业方式对火炬设计的影响。结果表明，钻井平台二次就位作业方式对火炬工艺设计存在影响，在进行海上生产平台火炬工艺设计时，应充分考虑油气田开发生产全生命周期内生产平台的钻完井方式，选定合理的火炬计算检查点，以确保火炬工艺设计结果能够满足平台安全生产要求。
[关键词]钻完井方式；二次就位；火炬设计
中图分类号：TE951 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0277-02
自升式钻井平台是一种可移动式钻井平台，一般无自航能力。在海洋油气资源开发过程中，自升式钻井平台主要用于打探油气井，生产井及进行修井作业。由于季节、工期、钻井平台作业能力、开发方案和规划等原因，部分海上生产平台需要钻井平台进行二次就位完成作业任务。海上平台的火炬一般布置在平台主导风向的下风向，且远离人员居住区[1]，因此对于带井口中心处理平台，火炬往往布置在井口区附近。对于钻井平台一次就位作业方式，通常是在海上平台投产前，钻井平台在导管架就位一次完成平台所有井口的钻完井作业，相应的海上生产平台火炬设计一般只考虑火炬对平台生产的影响。而对于需要考虑钻井平台二次就位作业方式的海上平台，当钻井平台进行二次就位作业时海上平台往往已经投产，因此在进行火炬的设计时，除了要分析火炬对中心处理平台的影响，还需要进行钻井平台就位作业期间，火炬燃烧泄对钻井作业中的设备与人员影响的分析，以确保在钻井平台作业期间人员及设备的安全。
1 火炬工艺计算方法
火炬的设计主要包括火炬头内径和火炬臂长度的计算。目前，国内外大多采用的火炬工艺计算方法主要为美国石油协会的标准API STD 521[2]，即根据泄放量、马赫数、热辐射强度限制和噪音限制，确定火炬头尺寸和火炬臂长度和布置。对于海上平台，还可结合美国雪夫龙公司《海上油气工程设计实用手册》[3]中推荐的方法。雪夫龙公司设计手册中推荐的火炬计算方法，以API STD 521为基础，增加了海上平台火炬设计的经验和推荐作法，更适用于海上平台火炬系统设计。
1.1 火炬头尺寸的计算
大量的实验资料报道说明，火炬的燃烧情况同燃料气在火炬出口出的气速有关[1]。马赫数是火炬出口气速与声波在此燃料气中的传播速度之比，因此火炬头的尺寸可通过对马赫数的计算和校核获得。
由表3～4和图1～2可知，由于正常生产时的去往火炬的连续泄放量很小，火炬计算的控制工况为紧急放空工况。由火炬臂长度计算结果可知，按钻井平台一次就位作业计算得到的火炬臂长度为28m，但若考虑钻井平台的二次就位，火炬臂长度需增加至33m才能满足热辐射强度限制要求。
通过对比不同钻井方式下各检查点的热辐射强度可知，对于新建中心处理平台，当火炬臂设计未考虑钻井平台二次就位作业，而在油田生产过程中实施二次就位钻完井作业时，钻井平台司钻台处的热辐射值可达到6.251 kW/m2，远远大于4.73 kW/m2的热辐射强度限定值。这说明对于按钻井平台一次就位作业进行火炬工艺设计的中心处理平台，因其火炬臂长度限制，可能无法实施钻井平台二次就位作业，或者在钻井平台实施二次就位作业期间，需对中心处理平台实施停产或减产，对热辐射强度不满足要求区域进行遮蔽防护并限制人员进入等措施，这不仅大大影响了油田的效益及生产，还给平台带来了安全隐患。因此，在进行火炬的工艺设计计算校核时，需充分考虑油田开发的钻完井方式，使火炬的尺寸能够尽可能满足油田全生命周期内的开发生产安全需求。
3 结论及建议
（1）火炬是还是海上平台生产的重要的安全设备，由于海上油气田生产的特殊性，平台火炬后期改造的难度和费用以及对油气田生产的影响十分巨大。因此在火炬工艺设计过程中，应充分分析油气田开发生产全生命周期内平台生产的各种工况，合理选择计算校核检查点，以确保计算所得的火炬头及火炬臂尺寸能够满足平台生产要求。
（2）由于油气田开发过程的不确定性，对于最初设定钻完井一次就位作业的海上平台实施钻井平台二次就位作业的现象十分常见，因此，为了增强平台火炬的适应性，确保油田开发生产及作业人员的人身安全及油田效益，建议在火炬工艺设计时，增加钻井平台二次就位作业工况的分析和校核，尽可能避免因火炬尺寸不足而引起的平台生产的调整及火炬系统的改造。
参考文献
[1] 《海洋石油工程设计指南》编委会，海洋石油工程设计概论与工艺设计[M].北京：石油工业出版社，2007.229-246.
[2] ANSI/APISTANDARD 521. Pressure-relieving and Depressuring Systems[S].5th Edition，2007.76-95.
[3] 美国雪夫龙公司，海上油气工程设计实用手册（第十分册）[M].李志军，等，译，北京：中国海洋石油总公司，1992.196-226.
[4] 中华人民共和国国家职业卫生标准.GBZ/T 189.8-2007工作场所物理因素测量.第8部分：噪声[S].中华人民共和国卫生部，2007.
作者简介
杨天宇（1978—），女，工学博士，现就职于中海油研究总院，主要从事油气处理与加工方面的研究设计工作。
[关键词]钻完井方式；二次就位；火炬设计
中图分类号：TE951 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0277-02
自升式钻井平台是一种可移动式钻井平台，一般无自航能力。在海洋油气资源开发过程中，自升式钻井平台主要用于打探油气井，生产井及进行修井作业。由于季节、工期、钻井平台作业能力、开发方案和规划等原因，部分海上生产平台需要钻井平台进行二次就位完成作业任务。海上平台的火炬一般布置在平台主导风向的下风向，且远离人员居住区[1]，因此对于带井口中心处理平台，火炬往往布置在井口区附近。对于钻井平台一次就位作业方式，通常是在海上平台投产前，钻井平台在导管架就位一次完成平台所有井口的钻完井作业，相应的海上生产平台火炬设计一般只考虑火炬对平台生产的影响。而对于需要考虑钻井平台二次就位作业方式的海上平台，当钻井平台进行二次就位作业时海上平台往往已经投产，因此在进行火炬的设计时，除了要分析火炬对中心处理平台的影响，还需要进行钻井平台就位作业期间，火炬燃烧泄对钻井作业中的设备与人员影响的分析，以确保在钻井平台作业期间人员及设备的安全。
1 火炬工艺计算方法
火炬的设计主要包括火炬头内径和火炬臂长度的计算。目前，国内外大多采用的火炬工艺计算方法主要为美国石油协会的标准API STD 521[2]，即根据泄放量、马赫数、热辐射强度限制和噪音限制，确定火炬头尺寸和火炬臂长度和布置。对于海上平台，还可结合美国雪夫龙公司《海上油气工程设计实用手册》[3]中推荐的方法。雪夫龙公司设计手册中推荐的火炬计算方法，以API STD 521为基础，增加了海上平台火炬设计的经验和推荐作法，更适用于海上平台火炬系统设计。
1.1 火炬头尺寸的计算
大量的实验资料报道说明，火炬的燃烧情况同燃料气在火炬出口出的气速有关[1]。马赫数是火炬出口气速与声波在此燃料气中的传播速度之比，因此火炬头的尺寸可通过对马赫数的计算和校核获得。
由表3～4和图1～2可知，由于正常生产时的去往火炬的连续泄放量很小，火炬计算的控制工况为紧急放空工况。由火炬臂长度计算结果可知，按钻井平台一次就位作业计算得到的火炬臂长度为28m，但若考虑钻井平台的二次就位，火炬臂长度需增加至33m才能满足热辐射强度限制要求。
通过对比不同钻井方式下各检查点的热辐射强度可知，对于新建中心处理平台，当火炬臂设计未考虑钻井平台二次就位作业，而在油田生产过程中实施二次就位钻完井作业时，钻井平台司钻台处的热辐射值可达到6.251 kW/m2，远远大于4.73 kW/m2的热辐射强度限定值。这说明对于按钻井平台一次就位作业进行火炬工艺设计的中心处理平台，因其火炬臂长度限制，可能无法实施钻井平台二次就位作业，或者在钻井平台实施二次就位作业期间，需对中心处理平台实施停产或减产，对热辐射强度不满足要求区域进行遮蔽防护并限制人员进入等措施，这不仅大大影响了油田的效益及生产，还给平台带来了安全隐患。因此，在进行火炬的工艺设计计算校核时，需充分考虑油田开发的钻完井方式，使火炬的尺寸能够尽可能满足油田全生命周期内的开发生产安全需求。
3 结论及建议
（1）火炬是还是海上平台生产的重要的安全设备，由于海上油气田生产的特殊性，平台火炬后期改造的难度和费用以及对油气田生产的影响十分巨大。因此在火炬工艺设计过程中，应充分分析油气田开发生产全生命周期内平台生产的各种工况，合理选择计算校核检查点，以确保计算所得的火炬头及火炬臂尺寸能够满足平台生产要求。
（2）由于油气田开发过程的不确定性，对于最初设定钻完井一次就位作业的海上平台实施钻井平台二次就位作业的现象十分常见，因此，为了增强平台火炬的适应性，确保油田开发生产及作业人员的人身安全及油田效益，建议在火炬工艺设计时，增加钻井平台二次就位作业工况的分析和校核，尽可能避免因火炬尺寸不足而引起的平台生产的调整及火炬系统的改造。
参考文献
[1] 《海洋石油工程设计指南》编委会，海洋石油工程设计概论与工艺设计[M].北京：石油工业出版社，2007.229-246.
[2] ANSI/APISTANDARD 521. Pressure-relieving and Depressuring Systems[S].5th Edition，2007.76-95.
[3] 美国雪夫龙公司，海上油气工程设计实用手册（第十分册）[M].李志军，等，译，北京：中国海洋石油总公司，1992.196-226.
[4] 中华人民共和国国家职业卫生标准.GBZ/T 189.8-2007工作场所物理因素测量.第8部分：噪声[S].中华人民共和国卫生部，2007.
作者简介
杨天宇（1978—），女，工学博士，现就职于中海油研究总院，主要从事油气处理与加工方面的研究设计工作。