渤中34-1油田原油外輸泵選型

張 斌

(中海油能源發(fā)展邊際油田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目組 天津 300452)

0 引 言

渤中 34-1油田將進(jìn)行 2、3井區(qū)的油藏調(diào)整，通過(guò)增加生產(chǎn)井?dāng)?shù)來(lái)提高原油產(chǎn)量，油田的中心處理平臺(tái)(CEPA)需做適應(yīng)性改造。該油田的 CEPA平臺(tái)具有典型的海上三級(jí)原油處理系統(tǒng)，處理合格的原油(含水小于 0.5%)將經(jīng)過(guò)海管送至“友誼號(hào)”FPSU進(jìn)行儲(chǔ)存和外輸。由于產(chǎn)量增加，導(dǎo)致原油處理系統(tǒng)中各工藝設(shè)備處理余量不足，原油外輸泵是其中之一。海管入口液量增加導(dǎo)致海管外輸壓力增大，本文將結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)外輸泵的選型及水平中分式離心泵在本次改造中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

1 外輸泵選型方案

1.1 油田概況

如圖 1所示，渤中 34-1油田開(kāi)發(fā)是依托“友誼號(hào)”FPSU，即渤中34-1井口平臺(tái)WHPB、渤中34-1油田CEPA平臺(tái)、渤中34-2/4平臺(tái)中34-3及34-5平臺(tái)所產(chǎn)物流通過(guò)海底管線輸送到渤中 34-1油田中心平臺(tái) CEPA上進(jìn)行脫氣脫水處理，處理后的合格原油通過(guò) 22,km 長(zhǎng)的海底管線輸送到“友誼號(hào)”FPSU。

1.2 渤中34-1油田CEPA平臺(tái)原油處理流程

如圖2所示，渤中34-1油田CEPA平臺(tái)現(xiàn)有流程為三級(jí)脫水流程。依據(jù)原油脫水實(shí)驗(yàn)報(bào)告，原油經(jīng)一級(jí)分離器、二級(jí)分離器及電脫水器脫水后進(jìn)外輸泵前的原油含水率小于0.5%，合格原油經(jīng)外輸泵增壓后通過(guò)海管外輸至“友誼號(hào)”FPSU。

圖1 渤中34-1油田布置圖Fig.1 Arrangement plan of BZ34-1 Oil Field

圖2 CEPA平臺(tái)原油處理流程圖Fig.2 Flow chart of crude oil processing in CEPA Platform

1.3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.3.1 油田配產(chǎn)數(shù)據(jù)

渤中 34-1油田 2、3井區(qū)開(kāi)發(fā)調(diào)整后整個(gè)油田增產(chǎn)，高峰年產(chǎn)油 17.0×104,m3，比調(diào)整前增油 12.9×104,m3，采油速度2.1%，生產(chǎn)至2025年，將累計(jì)產(chǎn)油151.7×104,m3，比調(diào)整前增油 120.2×104,m3，采出 19.2%。

1.3.2 原油物理性質(zhì)(見(jiàn)表1)

表1 原油物理性質(zhì)Tab.1 Physical properties of crude oil

1.3.3 原油外輸泵進(jìn)出口操作條件

如圖 3所示，外輸泵液量來(lái)自緩沖罐(CEPA-V-2004)，緩沖罐的操作壓力為50,kPaG，操作溫度為60～70,℃；海管外輸出口壓力不低于200,kPaG，出口溫度不低于32,℃。

圖3 外輸泵流程圖Fig.3 Flow chart of the crude oil shipping pump

1.4 計(jì)算并選擇泵的流量和揚(yáng)程

1.4.1 原外輸泵校核

原設(shè)計(jì)參數(shù)為原平臺(tái)設(shè)兩臺(tái)外輸泵，均為多級(jí)離心泵(一用一備)，單臺(tái)排量為2,760,m3/d，出口壓力為2,200,kPaG。調(diào)整增產(chǎn)后的輸量如表2所示。由表 2可知，原平臺(tái)一臺(tái)外輸泵無(wú)法滿足外輸液量要求，需更換外輸泵。改造方案為增加 3臺(tái)外輸泵，兩用一備，替換原有兩臺(tái)外輸泵。

1.4.2 泵排量、揚(yáng)程的選擇由表 2可知，外輸泵最大輸送液量為 3,752,m3/d，外輸泵總排量的選擇應(yīng)采取適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，一般取Q=(1 .05～1.10) QP(QP為泵的正常排量)。以下是當(dāng)泵排量取不同余量時(shí)壓力的計(jì)算。

表2 I期調(diào)整后外輸泵進(jìn)液量Tab.2 Flux measurement of the crude oil shipping pump after Phase I adjustment

①海管外輸壓力計(jì)算，渤中34-1CEPA至“友誼號(hào)”單點(diǎn)原油外輸海底管線全長(zhǎng)約 22,km，管徑 20.32,cm。海管路由如4圖所示。

圖4 海管路由Fig.4 Route of subsea pipelines

應(yīng)用 HYSYS中的 PIPESYS進(jìn)行海管計(jì)算，規(guī)定海管起輸溫度為 60,℃、出口壓力為 200,kPaG，海管輸量為156.3,m3/h，計(jì)算結(jié)果為海管入口壓力為 3,186,kPaG，出口溫度為40.89,℃，如圖5所示。

圖5 海管計(jì)算結(jié)果Fig.5 Calculation results of subsea pipelines

②外輸泵出口壓力計(jì)算，如圖 6所示，緩沖罐(CEPA-V-2004)位于平臺(tái)中層甲板，外輸泵位于下層甲板緩沖罐的下方，層高為8,m，入口管徑為20.32,cm；外輸泵至發(fā)球筒的距離為52,m，管徑為15.24,cm。

應(yīng)用 HYSYS中的 PIPE進(jìn)行泵出口壓力計(jì)算，由海管計(jì)算結(jié)果可知，海管入口壓力為 3,186,kPaG，溫度為 60,℃，液量為156.3,m3/h時(shí)，反算泵出口壓力為3,207,kPaG，如圖7所示。

圖6 外輸泵管道示意圖Fig.6 Schematic diagram of pipelines comected to the efflux pump

圖7 泵出口壓力計(jì)算Fig.7 Calculation of pump discharge pressure

因此，要保證在海管輸量為 3,752,m3/d(156.3,m3/h)時(shí)，“友誼號(hào)”FPSU接收壓力為200,kPaG，溫度為40,℃，同時(shí)考慮到平臺(tái)上管路摩阻損失，外輸泵的外輸壓力為3,207,kPaG。

③計(jì)算結(jié)果對(duì)比，對(duì)排量取 3種余量分別進(jìn)行壓力計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 計(jì)算結(jié)果Tab.3 Calculation results

由表 3可知，當(dāng)在最大輸送液量的基礎(chǔ)上取 1.1倍余量時(shí)，外輸泵出口壓力為 3,723,kPaG，因此本次改造外輸泵揚(yáng)程為3,750,kPaG。

1.4.3 泵排量方案的優(yōu)化

①方案一，根據(jù)推薦值，設(shè)計(jì)排量取最大輸送液量的1.1倍，即 4,127.2,m3/d，單臺(tái)泵排量為 86,m3/h，揚(yáng)程為3,750,kPaG，兩用一備。

②方案二，首先，本次改造為渤中34-1油田2、3井區(qū)I期調(diào)整，后續(xù)還有II期調(diào)整，油藏配產(chǎn)量會(huì)有所變化；其次，外輸泵輸送原油含水率小于 0.5%是一個(gè)理想狀態(tài)，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中可能存在脫水效果不好的情況。因此，單臺(tái)外輸泵的排量取100,m3/h，揚(yáng)程為3,750,kPaG，兩用一備。

應(yīng)用 HYSYS軟件生成泵揚(yáng)程-排量特性曲線，進(jìn)行兩種方案的對(duì)比(見(jiàn)圖8)。

如圖 8所示，在相同排量下，方案二的揚(yáng)程要高于方案一，而且方案二中泵的工作范圍更廣，能夠滿足增產(chǎn)液量增大的需求，因此，外輸泵改造選擇方案二。

圖8 兩種方案對(duì)比Fig.8 Comparison of two schemes

1.4.4 核算泵的性能

在實(shí)際生產(chǎn)中，為了保證泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)，防止氣蝕發(fā)生，要根據(jù)流程圖的布置，計(jì)算出最困難條件下泵入口裝置的有效氣蝕余量Δha。

①泵入口管路摩阻，緩沖罐出口壓力為50,kPaG，經(jīng)計(jì)算，至泵入口壓力為115.3,kPaG，摩阻為-65.3,kPa，如圖9所示。

圖9 泵入口管線壓降Fig.9 Pressure drop of pump source line

②有效凈氣蝕余量

Δ ha= hP+ hS- hf-hVPA

hP——泵進(jìn)口液體表面絕對(duì)壓力，m；

hS——泵基準(zhǔn)點(diǎn)以上靜液柱高度，m；

hf——泵進(jìn)口接管的摩擦損失和進(jìn)口壓頭損失，如果不用進(jìn)口接管，hf＝0,m；

hVPA——泵工作壓力下的蒸汽壓力(絕壓)，m。

對(duì)于容器與泵相聯(lián)的這種形式，hP=hVPA

因此，Δha=hS-hf=8-0.092=7.91m

經(jīng)查泵廠家資料，氣蝕余量符合要求。

1.5 設(shè)備形式選擇

多級(jí)離心泵有兩種形式，分別為中分式多級(jí)離心泵和多段式多級(jí)離心泵。

1.5.1 兩種泵形式介紹

①中分式多級(jí)離心泵為軸向剖分多級(jí)兩端支承式泵，如圖10所示。殼體沿軸向剖分，殼體流道多為蝸殼結(jié)構(gòu)，多級(jí)葉輪對(duì)稱或近似對(duì)稱布置。主要組成零部件包括上殼體、下殼體、泵軸、葉輪、中間套、軸承、軸封等。

圖10 中分式多級(jí)離心泵Fig.10 Center divided multistage centrifugal pump

②多段式多級(jí)離心泵為單殼徑向剖分多級(jí)兩端支承式泵，如圖 11所示。泵殼沿徑向剖分，泵殼流道多為導(dǎo)葉式，多級(jí)葉輪按順序排列，方向一致。主要組成零部件有壓出段、吸入段、中段、導(dǎo)葉、葉輪、泵軸、軸承、軸封、平衡裝置等。

圖11 多段式多級(jí)離心泵Fig.11 Multistage centrifugal pump

1.5.2 兩種泵型對(duì)比(見(jiàn)表4)

表4 中分式和多段式多級(jí)離心泵對(duì)比Tab.4 Comparison between center-divided and multi-segmented multistage centrifugal pumps

1.5.3 方案選擇

經(jīng)過(guò)以上的分析可以看出，中分式多級(jí)離心泵總體受力情況好，操作范圍寬，維修方便，能更好的適應(yīng)海上平臺(tái)使用環(huán)境的要求和使用習(xí)慣，因此，本次改造選擇中分式多級(jí)離心泵。

2 結(jié) 論

外輸泵的選型在改造項(xiàng)目中至關(guān)重要，其影響上游外輸和下游的接收。外輸泵排量的選擇要綜合考慮油田配產(chǎn)數(shù)據(jù)和上游脫水效果，同時(shí)也要考慮合理地增加余量，從而滿足后期改造增產(chǎn)需求。外輸泵的揚(yáng)程需根據(jù)海管校核數(shù)據(jù)和平臺(tái)管路摩阻損失來(lái)選擇，并合理地增加余量，從而滿足在生產(chǎn)條件變化時(shí)能夠順利外輸。中分式多級(jí)離心泵各項(xiàng)條件均適合在海洋平臺(tái)上應(yīng)用，可在今后項(xiàng)目中推廣?！?/p>

［1］錢錫俊，陳弘.泵和壓縮機(jī)[M].山東：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2001.

［2］海洋石油工程設(shè)計(jì)指南編委會(huì).海洋石油工程海底管道設(shè)計(jì)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007.

［3］美國(guó)雪夫龍公司.海上油氣工程設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)(第一冊(cè))[M].天津：渤海石油工程設(shè)計(jì)公司翻譯出版，1992.