Loading article…
石油生産プラントとは、油井から産出される生産流体を処理し、主要成分を分離して輸出用に準備する施設です。典型的な油井生産流体は、石油、ガス、および生産水の混合物です。石油生産プラントは、処理施設を持たない石油貯蔵施設とは異なります。
石油生産プラントは、陸上または海上の油田に関連している場合がある。
多くの恒久的な洋上設備には、完全な石油生産設備が備わっています。[ 1 ] [ 2 ]小型プラットフォームや海底油井は、生産流体を最寄りの生産施設（近隣の洋上処理施設または陸上ターミナル）に輸出します。生産された石油は、安定化（蒸留の一種）されることがあり、これにより蒸気圧が低下し、硫化水素を除去することで「サワー」原油が甘くなり、貯蔵や輸送に適した状態になります。洋上設備は石油とガスを陸上ターミナルに供給し、そこで販売または製油所への配送前に流体をさらに処理する場合があります。
陸上石油生産施設の構成は、油田の規模によって異なります。単一の井戸または数個の井戸からなる単純な油田では、石油貯蔵タンクで十分な場合があります。タンクは定期的に道路タンカーで空にされ、石油精製所に移送されます。生産量が多い場合は、鉄道タンカーによる移送施設が適切である場合があります。[ 3 ]大規模な油田では、完全な三相処理施設が必要です。三相分離器は、井戸流体を石油、ガス、生産水の 3 つの構成相に分離します。石油は、道路または鉄道タンカー、またはパイプラインで石油精製所に移送できます。ガスは、現場でガスエンジンを稼働させて発電するために使用することも、地元のユーザーにパイプラインで送ることもできます。[ 3 ]余剰ガスは、地上フレアで燃焼されます。生産水は、貯留層に再注入することができます。小規模な油田では、気密タンクなどの可搬式統合パッケージを使用できます。
例えば、ウィッチファームを参照。
生産された石油の処理方法にはさまざまな選択肢があります。生産されたすべての流体を陸上施設に送る最小限のオフショア処理から、陸上での追加処理なしで販売または使用に適した仕様の製品を作るための完全なオフショア処理まで、さまざまな選択肢があります。どのような施設を提供するかの決定は、いくつかの要因に依存します。[ 4 ]
メキシコ湾と北海は、設備の提供に関して異なるアプローチをとってきた成熟した生産地域です。これらは次の表にまとめられています。[ 5 ]
石油・ガスの輸出オプションと世界各地への展開状況は以下のとおりです。
ガスの処分は、以下の経路の 1 つまたは複数を通る可能性があります。[ 5 ]
北海中央部および北部では、ガスは少数の大口径（36インチ、91.4cm ）ガスパイプラインによってセントファーガスまたはティーズサイドのターミナルに供給されます。これらのパイプラインは、臨界圧力を超える高密度相で1600～2500psig（110～172bar）の圧力で稼働します。高密度相での運転には、次のような利点があります。
これらの利点は、追加の圧縮が必要となることと、より厚肉で高価なパイプラインが必要となることによって相殺される。[ 4 ]
さらに考慮すべき点は、分離トレインの数と分離ステージの数です。プロセス設備のトレインは並列に稼働し、ステージは順次稼働します。トレインの数は、流量、プラントの稼働状況、および利用可能な敷地面積によって決まります。単一のトレインは、1 日あたり 150,000 ～ 200,000 バレルの石油 (23,847 ～ 31,797 m 3 /日) を処理できます。容器のサイズは、直径が最大14 ～ 19 フィート (4.3 ～ 5.8 m) 、長さが最大30 フィート (9.1 m)になります。メキシコ湾の深海設備の容器は、直径が12 ～ 14 フィート (3.7 ～ 4.3 m) 、長さが60 ～ 70 フィート (18 ～ 21 m)です。[ 4 ]
分離の段階数は、以下の要因によって決まります。
メキシコ湾の第一段階分離器は通常 1500 ～ 1800 psi (103.4 ～ 124.1 bar) で稼働し、液体の滞留時間が 1 ～ 2 分である 2 相液体および蒸気分離器として機能します。生産水は低圧 (LP) 3 相分離器で除去されます。これは 150 ～ 250 psi (10.3 ～ 17.2 bar) で稼働します。[ 4 ]
北海では、第1段階の分離器は一般的に750 psi（51.72 bar）未満で運転されます。これらは3相（蒸気、油、水）分離器として運転され、液体の滞留時間が3～5分になるように設計されます。圧力は、可能な限り高い圧力でガス分離を最大化するように設定されます。メキシコ湾では最大5段階の分離が一般的であり、北海のプラットフォームでは最大4段階の分離が一般的です。[ 4 ]
表には、さまざまな過去のオフショア設備の処理量、列車の数、分離段数、および第1段分離器の圧力が示されています。[ 3 ] [ 6 ]
石油処理プラントにはさまざまな構造材料が使用されています。炭素鋼は安価であるため広く使用されています。しかし、腐食性環境では不向きであり、多くの耐腐食性合金やその他の材料が必要となります。表は、酸性流体を処理するプラントで使用される典型的な材料を示しています。[ 7 ]
生産プラントは、油井クリスマスツリーの生産ウィングバルブの後から始まると考えられます。各油井からの貯留層流体は、フローラインを通ってチョークバルブに送られ、そこで流量が調整され、流体の圧力が低下します。[ 2 ]各油井からのフローラインは、1 つ以上の入口マニホールドに集められます。これらは、各トレイン用に用意されているか、さまざまな分離器の圧力に合わせて、異なる圧力で動作します。高圧マニホールドは、3 つの流体相を分離する第 1 段分離器にルーティングされます。最も密度の高い相である生産水は分離器の底に沈降し、油は生産水相の上に浮上し、ガスは分離器の上部を占めます。[ 8 ]分離器は、北海で生産される軽質原油 (>35° API) に十分な 3 ～ 5 分の液体滞留時間を提供するようにサイズが決められています。メキシコ湾では、第一段階の分離器は二相（気体と液体）容器として機能し、液体の滞留時間が1～2分となるように設計されている。
貯留層からの砂やその他の固形物は、分離器の底部に沈殿する傾向があります。固形物が蓄積すると、油・ガス・水の分離に利用できる容積が減少し、効率が低下します。分離器を停止して排水し、固形物を手作業で掘り出す方法があります。または、分離器底部に設置されたウォータースパージングパイプを使用して砂を流動化させ、底部の排水バルブから排水することもできます。
第1段階分離器からの油は、さらなる分離を促進するために熱交換器で冷却または加熱されることがあります。北海油田は高温で操業する傾向があるため、加熱は不要な場合があります。メキシコ湾油田は低温で操業する傾向があるため、輸出蒸気およびBS&W仕様を満たすために加熱が必要です。一般的な操業温度は140～160 °F（60～71 °C）です。[ 4 ]
石油はその後、第1段階よりも低い圧力で動作する第2段階分離器に送られ、石油/ガス/水をさらに分離するか、または凝集器に送られてさらに水が除去されます。[ 8 ]段階的に低い圧力で動作する複数の分離段階は、溶解ガスの量を減らし、それによって石油の引火点を下げて輸出石油の仕様を満たすことを目的としています。[ 9 ]石油流量が多い場合は、流量を処理し、ターンダウン機能を提供するために、並列の分離器列が必要になる場合があります。[ 2 ]分離の最終段階は静電凝集器である場合があります。これらは体積比で0.5%の水分含有量を達成でき、典型的な設計流量は200 bopd/ft 2のオーダーです。[ 4 ]
テストセパレーター（図参照）を用いることで、個々の油井の性能を判定できます。個々の油井はテストヘッダーに接続され、そこから流体がテストセパレーターへと送られます。油、蒸気、生産水の3相分離が行われます。これらの相の流量は、流体がオイルトレイン内の低圧点へと流れる際に正確に測定されます。この流量によって、油井の最大流量、ガス油比、および流体の含水率といった観点から、油井の性能が判断されます。
一部の油田は、二酸化炭素（CO₂ ）と硫化水素（H₂S ）の濃度が高いサワー油田です。高温での分離操作により、これらのガスは気相に移行します。しかし、原油には、一般的な原油中のH₂Sの規格限界値である<10 ppmwを超えるサワー化合物が依然として含まれている可能性があります。トレイ式カラムが使用され、サワー原油はカラムの上部から供給され、ストリッピングガスはカラムの下部から導入されます。[ 4 ]
分離の最終段階、または凝集器から、輸出仕様を満たすため、または石油輸出ライザーの熱応力を制限するために、石油が冷却される場合があります。石油は流量を正確に測定するために計量され[ 10 ] 、パイプラインを介して陸上ターミナルにポンプで送られます。コンクリート重力ベース構造や浮体式生産貯蔵積出設備（FPSO）などの一部の設備には、石油が継続的に充填され、定期的に石油タンカーに排出される一体型の石油貯蔵タンクがあります。
分離器および凝集器からの生産水は、大気圧に近い圧力で運転される生産水脱気装置に送られ、水から溶存ガスが除去されます。オフショア産業の初期には、平行平板分離器ユニットが、船外廃棄前に生産水を浄化するために使用されていました。よりコンパクトなハイドロサイクロンは、1980年代に導入されました。[ 1 ]ハイドロサイクロンは、生産水から同伴油と固形物を除去し、生産水は脱気装置に送られ、その後、貯留層に再注入されるか、船外に投棄されます。ハイドロサイクロン/脱気装置プラントが水中油分仕様を満たせない場合は、誘導ガス浮上プラントが使用されます。船外廃棄の場合、水の油分含有量は水中油分が約30 ppm未満である必要があります。 [ 11 ]北海の設備では、運転温度が高いため、水中油分濃度が20 ppmwを超える場合があります。[ 4 ]
分離器の上部から発生する随伴ガスは、水と液体炭化水素で飽和しているため、フラッシュガスまたは湿性ガスとも呼ばれます。ガスは通常、スクラバー、コンプレッサー、クーラーを経由して、ガスの圧力を上げて液体を除去します。[ 2 ]スクラバーは、ガス流から液体を除去して分離できる垂直容器です。クーラーは、圧縮熱を除去するためにコンプレッサーの後に配置されます。遠心式コンプレッサーは、オフショアでよく使用されます。往復動式コンプレッサーよりもコンパクトで軽量であり、メンテナンスコストも少なくて済みます。後者は、少量のガスしか処理しない場合に使用されます。遠心式コンプレッサーは、ガスタービンまたは電気モーターで駆動できます。[ 4 ]
乾燥ガスは、輸出、ガスリフトへの利用、フレア燃焼、設備の発電機の燃料としての利用、またはさらに圧縮して貯留層に再注入される。輸出ガスは、ガスパイプラインを介して陸上ターミナルに送られる前に、流量を正確に測定するために計量される。その他の処理プロセスが必要となる場合もある。
ガスは、販売仕様を満たすために水分含有量を減らすため、パイプライン内での水の凝縮やスラグの形成を防ぐため、または輸出パイプライン内での水和物の形成を避けるために乾燥されることがあります。ガスは、グリコール脱水塔内でトリエチレングリコールと向流接触させることによって乾燥されます。 [ 12 ]通常、乾燥ガスの水分含有量は 2.5 ～ 7ポンド/MMSCF です。グリコール接触器は一般的に 1100 ～ 1200 psi (75 ～ 83 bar) で運転されます。[ 4 ]水分の多いグリコールは、加熱して水分を除去することによって再生されます。再生性能を向上させるために、 DRIZO またはColdfingerを使用した強化再生が行われます。 [ 4 ]接触器塔は以前はバブルキャップトレイで構成されていましたが、1980 年代以降は構造化充填材が使用されており、水分含有量を <4 lb/MMSCF にするために必要な理論上のトレイ 3 ～ 4 枚分に相当します。[ 4 ]
輸出炭化水素露点仕様（通常5 ℃で100 barg [ 13 ]）は、ガスを冷却して高アルカン（ブタン、ペンタンなど）を除去することによって満たすことができます。これは、冷凍システムを使用するか、ガスをジュール・トムソン弁に通すか、ターボエキスパンダーに通して液体を凝縮・分離することによって行うことができます。生産された天然ガス液（NGL）は、蒸気圧の高い流体が輸出される石油輸出流体に添加することができます。[ 1 ]あるいは、NGL分留塔を使用して、別々に輸出するための流体を生産することもできます。NGL分留塔は、西アフリカのンコッサとインドネシアのアルジュナに設置されています。[ 4 ]
乾燥ガスは、輸出ガスの仕様を満たすためにさらに処理されることがあります。[ 13 ]過剰な二酸化炭素（CO2 ）は、アミンガス処理プロセス（例えばセレクソル）で処理することにより除去できます。このプロセスでは、 CO2は接触塔内のアミンの向流に優先的に溶解されます。硫化水素も、アミンを使用するか、酸化亜鉛吸収剤のベッドにガスを通すことによって除去できます。
陸上石油ターミナルは、海上施設から原油を受け入れ、それを処理して販売用製品や、製油所などでのさらなる加工用製品を生産します。陸上ターミナルには通常、加熱炉、分離器、凝集器が備えられており、原油を安定化させ、海上施設で分離されなかった水や軽質炭化水素を除去します。陸上の分離器は海上施設の分離器よりも低い圧力で運転される傾向があるため、より多くのガスが発生します。随伴ガスは通常、圧縮され、露点調整された後、専用パイプラインで輸出されます。ガスの輸出が経済的に成り立たない場合は、燃焼処理されることがあります。陸上ターミナルには、輸出ルートが利用できなくなった場合に海上生産を継続できるように、大型の原油貯蔵タンクが備えられていることがよくあります。製油所への輸出は、パイプラインまたはタンカーで行われます。
陸上ガスターミナルには、流入するガス流から液体を除去する設備が備えられている場合がある。ガス処理工程には、グリコール脱水、ガス脱硫、炭化水素露点制御、ガス圧縮などが含まれ、これらはガスをユーザーに供給する前に実施される。
生産およびガス・石油処理システムに加えて、洋上設備の生産および稼働をサポートするために、さまざまな補助システム、サポートシステム、ユーティリティシステムが提供されます。システムには以下が含まれます。[ 1 ] [ 14 ]
加熱媒体は一般的に、発電用ガスタービンの排気からの廃熱回収によって加熱されます。必要な温度は通常400 °F（204 °C）以下で、鉱物油ベースの流体が使用されます。[ 4 ]加圧温水、蒸気、グリコール/水混合物も使用されますが、温度は通常300 °F（149 °C）未満に制限されます。小規模な設備では、電気ヒーターが流体加熱に最も適した選択肢となる場合があります。[ 4 ]
プロセス冷却は、空気、海水（直接冷却として知られています）、または30%グリコール（TEG）/水混合物からなる冷却媒体（間接冷却として知られています）を使用して行うことができます。[ 4 ]北海の設備は一般的に非常に混雑しており、空冷式熱交換器に必要な広大な敷地面積を確保するスペースがありません。水冷式熱交換器は比較的小さな敷地面積を占めます。北海の設備には、多くの場合、水注入設備が備えられています。これには大量の海水を汲み上げる必要があります。したがって、冷却に海水を使用することによる追加コストは大幅に削減されます。さらに、温水への空気の溶解度が低いことは、注入水から空気をストリッピングする必要があるため利点となります。北海の冷たい水温は、熱交換器のサイズを小さくします。間接冷却媒体による冷却は、銅合金、チタン、インコネルなどのより高価な金属を必要とする可能性のある直接海水冷却よりも腐食の問題が発生する可能性が低くなります。冷却媒体システムはCAPEXが低くなります。清浄な流体により、スペースと重量を節約できるプリント回路式熱交換器を使用できます。[ 4 ]