單螺桿泵混輸降壓技術(shù)

新疆油田公司石西油田作業(yè)區(qū)

單螺桿泵混輸降壓技術(shù)

馬玉華 申亮 趙雄 徐景山新疆油田公司石西油田作業(yè)區(qū)

石西油田作業(yè)區(qū)莫北轉(zhuǎn)油站混輸泵于2009年試運(yùn)行，針對(duì)混輸泵試投用達(dá)不到預(yù)期的效果，嚴(yán)重影響莫109的外輸量這一問題，石西油田作業(yè)區(qū)通過對(duì)混輸泵能力校核和合理優(yōu)化集油干線，以及對(duì)集油干線工藝改造，合理利用莫北單螺桿混輸泵，達(dá)到了擴(kuò)大集輸半徑，降低井口和計(jì)量站回壓的目的。

單螺桿泵；油氣混輸；能力校核；工藝改造；計(jì)量站

1 集輸現(xiàn)狀

石西油田作業(yè)區(qū)莫北轉(zhuǎn)油站混輸泵站主要包括混輸泵1臺(tái)，能力（排量）170m3/h、揚(yáng)程240m、出口最大壓力3.1～3.4MPa、轉(zhuǎn)速236 r/min，變頻運(yùn)行?；燧敱糜?009年試運(yùn)行，主要負(fù)責(zé)油區(qū)16#、17#計(jì)量站液相、部分氣相及莫109輸液管線液體的轉(zhuǎn)輸。16#、17#計(jì)量站油氣水、莫109輸液管線液體經(jīng)混輸泵提升后由莫109轉(zhuǎn)輸線輸至莫北轉(zhuǎn)油站處理?；燧敱迷囃队眠_(dá)不到預(yù)期的效果，嚴(yán)重影響莫109的外輸量。主要原因是16#、17#計(jì)量站氣量（5.3×104～5.9×104m3/d）遠(yuǎn)超過原設(shè)計(jì)氣量（2.0×104～2.8×104m3/d），泵能力嚴(yán)重不足?；燧敱靡恢碧幱谕Ｓ脿顟B(tài)。

16#、17#計(jì)量站油氣水和莫109輸液管線的液體經(jīng)混輸泵提升后由莫109轉(zhuǎn)輸線輸至莫北轉(zhuǎn)油站處理。因?yàn)榛燧敱媚芰Σ蛔?，試投用達(dá)不到預(yù)期的效果，16#、17#計(jì)量站系統(tǒng)壓力在混輸泵試投用前后沒有明顯的變化。于是將流程切換為原流程：莫109來液和16#、17#計(jì)量站油氣水不經(jīng)過混輸泵增壓，莫109液通過莫109～莫北輸液管線輸送至莫北轉(zhuǎn)油站，16#、17#計(jì)量站油氣水通過站場(chǎng)集油干線輸送至莫北轉(zhuǎn)油站（17#—16#—15#—12#—莫北轉(zhuǎn)油站）。2011年莫北遠(yuǎn)端計(jì)量站15#、16#、17#計(jì)量站系統(tǒng)壓力升高，嚴(yán)重影響油區(qū)正常生產(chǎn)，最遠(yuǎn)端計(jì)量站系統(tǒng)壓力達(dá)到2.9MPa，超過管線運(yùn)行的安全壓力，而且因?yàn)閴毫Ω咴斐闪擞?jì)量站計(jì)量分離器的停用，影響了單井的計(jì)量和地質(zhì)動(dòng)態(tài)分析。根據(jù)這種現(xiàn)狀，石西油田作業(yè)區(qū)提出充分利用閑置已停用混輸泵，采用混輸泵降壓技術(shù)達(dá)到降低15#、16#、17#計(jì)量站系統(tǒng)壓力，擴(kuò)大集輸半徑的目的。

2 混輸泵降壓技術(shù)研究與應(yīng)用

2.1混輸泵降壓技術(shù)原理

油田開發(fā)過程中，需要對(duì)從油井直接采出的含有油、氣、水及各種雜質(zhì)的多相混合物進(jìn)行集輸。這種混合物的氣液比已經(jīng)超過了普通的泵和壓縮機(jī)的工作范圍，因而在集輸時(shí)泵和壓縮機(jī)的效率大幅降低。雖然采用油氣分輸可以解決這些油田中遇到的問題，但是建設(shè)分離器和油、氣管線會(huì)加大投資和運(yùn)營(yíng)管理，采用油氣多相混輸技術(shù)就可以解決這個(gè)難題，而油氣混輸泵是油氣混輸技術(shù)的核心。油井生產(chǎn)中往往伴隨著一定量的天然氣、水和固體顆粒。為實(shí)現(xiàn)降低井口回壓、增加原油產(chǎn)量、提高開發(fā)效益及達(dá)到油氣密閉輸送目的，必須采用油氣多相混輸泵對(duì)油氣等多相混合介質(zhì)增壓輸送，以達(dá)到利用混輸泵能量降低流程前端系統(tǒng)壓力的作用。

單螺桿泵可以輸送氣、液、固多相介質(zhì)，并可以在短時(shí)間內(nèi)輸送純氣體介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)多相混輸?shù)哪康?。工作原理：?jiǎn)温輻U泵是一種內(nèi)嚙合偏心回轉(zhuǎn)的容積泵，泵的主要構(gòu)件：一根單頭螺旋的轉(zhuǎn)子和一個(gè)通常用彈性材料制造的具有雙關(guān)螺旋的定子。當(dāng)轉(zhuǎn)子在定于型腔內(nèi)繞定子的軸線做行星回轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)、定子之間形成的密閉腕就沿轉(zhuǎn)子螺線產(chǎn)生位移；就將介質(zhì)連續(xù)、勻速而且容積恒定地從吸入口送到壓出端，從而達(dá)到降低混輸泵前端壓力目的。

單螺桿式油氣混輸泵采用橡膠定子，它與轉(zhuǎn)子嚙合需要一定的過盈量，使其產(chǎn)生可靠的密封性。當(dāng)泵工作時(shí)密封線可有效阻止氣體通過，從而達(dá)到輸送氣體的目的。當(dāng)介質(zhì)含有固體顆粒時(shí)，固定顆粒則擠在密封線中間，此時(shí)定子橡膠表面被壓縮，當(dāng)固體顆粒越過密封線，定子橡膠回彈恢復(fù)至原形，便形成輸送含有微量固體顆粒介質(zhì)的能力。單螺桿式油氣混輸泵適合腐蝕性介質(zhì)、含氣介質(zhì)、含泥砂固體顆粒介質(zhì)和高黏度介質(zhì)的輸送。含氣量可達(dá)95%，介質(zhì)黏度可達(dá)50 000mPa·s，含固量可達(dá)60%，允許固定顆粒直徑＜3.5～32mm，流量與轉(zhuǎn)速成正比，在低轉(zhuǎn)速、低流量下可保持壓力的穩(wěn)定，具有良好的調(diào)節(jié)性能，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

2.2混輸泵能力校核

要成功投用混輸泵，解決莫北油區(qū)計(jì)量站系統(tǒng)壓力高的問題，必須根據(jù)15#、16#、17#計(jì)量站生產(chǎn)參數(shù)對(duì)混輸泵能力進(jìn)行校核。能力校核，相當(dāng)于把氣相體積折合到入口壓力和溫度條件下的體積再和液相體積相加，來驗(yàn)證泵的排量是否滿足。同時(shí)為了保障螺桿泵的正常運(yùn)行，能夠使螺桿泵定子的溫度不過高，對(duì)進(jìn)液率也有要求，進(jìn)液率是指進(jìn)泵時(shí)，液相成分的體積量占體積流量的百分比，基本能反映泵的運(yùn)行狀況。根據(jù)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析確認(rèn)，進(jìn)液率不小于5%，單螺桿泵就能正常工作。5%的液體就能把轉(zhuǎn)子與定子相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦熱帶走，也能對(duì)轉(zhuǎn)子和定子嚙合面起到潤(rùn)滑作用，確保螺桿泵正常運(yùn)行。

表1為12#、15#、16#、17#計(jì)量站生產(chǎn)參數(shù)。由表1可以看出，最遠(yuǎn)端計(jì)量站17#站系統(tǒng)壓力已達(dá)到2.9MPa，超過計(jì)量分離器設(shè)計(jì)壓力，且集油干線所用閘門承壓等級(jí)都是2.5MPa，存在重大的生產(chǎn)安全隱患。通過混輸泵廠家提供的計(jì)算軟件計(jì)算結(jié)果，在混輸泵入口壓力設(shè)定為1MPa時(shí)，溫度為28℃時(shí)，折算進(jìn)口流量為134 m3/h，進(jìn)液率為12%，混輸泵排量能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)要求；當(dāng)混輸泵入口壓力設(shè)定為0.7 MPa時(shí)，排量基本能滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。

表1 12#、15#、16#、17#計(jì)量站生產(chǎn)參數(shù)

2.3集輸干線工藝優(yōu)化

根據(jù)各計(jì)量站產(chǎn)液量及管線規(guī)格，在混輸泵排量進(jìn)行校核后，優(yōu)化遠(yuǎn)端計(jì)量站集輸干線，維持目前混輸泵位置不變，將泵出口調(diào)整至16#站至15#站集油管道上，莫109轉(zhuǎn)油站出液仍利用莫109至莫北轉(zhuǎn)液管道，新建15#站集油干線旁通管線，將15#站油氣水也改入混輸泵，通過混輸泵對(duì)15#、16#、17#計(jì)量站油氣水增壓，利用Pipephase模擬軟件對(duì)模型進(jìn)行計(jì)算。通過水力計(jì)算結(jié)果可知，將15#、16#、16#計(jì)量站油氣水改入混輸泵進(jìn)口，將混輸泵出口改至16#—15#—12#—莫北轉(zhuǎn)油站集油干線，可以滿足降低遠(yuǎn)端計(jì)量站回壓的目的。

3 應(yīng)用效果分析

石西油田作業(yè)區(qū)在通過對(duì)混輸泵能力校核、合理優(yōu)化集油干線以及對(duì)集油干線工藝改造后，混輸泵于2012年8月15日投用成功，設(shè)定混輸泵入口壓力為0.7 MPa?；燧敱贸晒ν队煤?，混輸泵啟用后系統(tǒng)壓力變低，最遠(yuǎn)端計(jì)量站系統(tǒng)壓力從2.9 MPa降到1.3 MPa，而且混輸泵后端計(jì)量站（12#站）壓力保持穩(wěn)定。因系統(tǒng)壓力高關(guān)井的開井?dāng)?shù)7口，增油量4.4 t/d。

4 結(jié)論

莫北轉(zhuǎn)油站通過對(duì)混輸泵能力校核和集油管網(wǎng)優(yōu)化改造，可大大降低莫北遠(yuǎn)端計(jì)量站系統(tǒng)壓力，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)安全平穩(wěn)運(yùn)行，能對(duì)單井油氣水產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)量，達(dá)到增儲(chǔ)上產(chǎn)的目的。

混輸泵在莫北轉(zhuǎn)油站的成功應(yīng)用得到了如下認(rèn)識(shí)：①降低泵輸入端壓力，即降低了各井的油壓，從而提高了各井的油氣產(chǎn)量；②擴(kuò)大轉(zhuǎn)油站至采油站的集輸輻射半徑，從而降低地面基礎(chǔ)建設(shè)投入；③降低井口壓力，從而降低了單井機(jī)械設(shè)備的能耗；④降低支線管路壓力，從而延長(zhǎng)支線管道的壽命，降低穿孔造成的損失。

混輸泵在莫北轉(zhuǎn)油站運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)的問題：①混輸泵建于混輸泵棚內(nèi)，沙漠自然氣候惡劣，橡膠件易老化，單螺桿泵定子更換周期較短，維護(hù)費(fèi)用較高；②混輸泵正常運(yùn)行，要保障泵入口壓力變送器、定子溫度變送器傳輸信號(hào)的穩(wěn)定與準(zhǔn)確性，否則，易出現(xiàn)泵頻率過高或過低和泵的保護(hù)性停機(jī)。

根據(jù)混輸泵在莫北區(qū)塊的應(yīng)用情況，提出如下建議：①加強(qiáng)對(duì)混輸泵的維護(hù)和保養(yǎng)工作，保障混輸泵正常運(yùn)行；②新建1臺(tái)混輸泵，2臺(tái)混輸泵一用一備；③根據(jù)油區(qū)的具體情況，綜合分析油氣混輸量、油氣產(chǎn)量、油氣比、采油回壓，優(yōu)化混輸泵運(yùn)行參數(shù)。

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.026