WZ11-4NB油田混輸泵運行穩(wěn)定性研究

， (中海石油(中國)有限公司 湛江分公司， 廣東 湛江 524057)

WZ11-4NB油田混輸泵運行穩(wěn)定性研究

陳可營，李泳志
(中海石油(中國)有限公司 湛江分公司， 廣東 湛江 524057)

新開發(fā)的WZ11-4NB油田設計采用混輸泵作為增壓泵進行油氣外輸，混輸泵為南海西部油田首次應用，其運行穩(wěn)定性有待研究。通過對國內(nèi)混輸泵使用情況和使用經(jīng)驗的調(diào)研，總結(jié)了混輸泵使用中普遍存在的油氣比不穩(wěn)定、進口壓力波動導致停機、泵對流量適應性差、進液不均易造成螺桿燒壞等問題，提出了解決問題的思路。結(jié)合WZ11-4NB油田的實際情況，提出了提高混輸泵運行穩(wěn)定性的改造意見，通過增加回流補液控制及直管段，混輸泵最終成功投入使用，即便在嚴重段塞流工況下，混輸泵仍能維持穩(wěn)定工作，目前已穩(wěn)定運行超過1 a。

混輸泵； 段塞流； 油氣比； 回流控制； 穩(wěn)定性

WZ11-4NB油田為新開發(fā)的海上油田，有1個中心平臺WZ11-4NB平臺以及2座井口平臺WZ11-4NA、WZ11-4NC，其中WZ11-4NC通過棧橋與已建的WZ11-4NA平臺相連。WZ11-4NB平臺作為中轉(zhuǎn)平臺，還接收從上游WZ11-1油田的來液(由WZ11-1RP平臺輸送)，與平臺自身的料液混合后，直接進入WZ11-4NB平臺的外輸海管。WZ11-4NB平臺自身不設置油、氣、水分離設施，生產(chǎn)料液經(jīng)過油嘴節(jié)流之后，與生產(chǎn)管匯各入口相連，需測試的生產(chǎn)料液(定期)經(jīng)測試管匯進入測試流量計進行油、氣、水三相測試。生產(chǎn)管匯匯合各生產(chǎn)井產(chǎn)出物后，與計量后的單井流體以及閉式排放系統(tǒng)收集的流體混合，直接進入外輸海管。WZ11-4NC平臺本身不參與生產(chǎn)，只作為中轉(zhuǎn)平臺，WZ11-4NA平臺的料液經(jīng)棧橋輸送到WZ11-4NC平臺，再經(jīng)海管混輸至WZ11-4NB平臺，料液經(jīng)混輸泵增壓后進入WZ11-4NB平臺的外輸海管，混輸至下游WZ12-2A平臺。設計中用于輸送WZ11-4NA平臺所來料液的泵采用的是2臺德國雷士L4MG-200/75-AHOKR-G型混輸泵，其對高含氣率、高凝固點、高黏度多相流體均有較好的增壓效果。WZ11-4NB油田為首次使用混輸泵的南海西部油田，混輸泵的安全穩(wěn)定運行有待研究。

1 混輸泵工作原理

WZ11-4NB油田所用的混輸泵為雙螺桿混輸泵，其結(jié)構(gòu)緊湊，對液相表現(xiàn)為泵的性質(zhì)，對氣相表現(xiàn)為壓縮機的性質(zhì)，但總體是以泵的特性出現(xiàn)?；燧敱脼橥鈬Ш系穆輻U泵，利用相互嚙合的主從螺桿抽送液體，主動螺桿由電機驅(qū)動，從動螺桿通過同步齒輪由主動螺桿帶動。2個螺桿相互不接觸，并且具有不同旋向的螺紋。通過螺桿間的嚙合以及螺桿和泵體孔的配合，在泵體中形成多個密封腔，運轉(zhuǎn)過程中，這些密封腔連續(xù)向前移動，推動密封腔中的液體從出口排出[1]。

當雙螺桿泵輸送氣液兩相流時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)帶動介質(zhì)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使氣體集中于旋轉(zhuǎn)中心，液體被甩向外緣的環(huán)帶[2]。在每一級密封腔中，橫斷面上的壓力分布是由中心向外緣逐漸增高的，當混合物從排出室泄漏到含有氣體的前一級密封腔時，因中心部位壓力相對較低，同時氣體又具有可壓縮性，故不足以使液體泄漏到更前一級密封腔中。正是由于利用了氣體的可壓縮性，當混輸流體中含氣率在雙螺桿泵推薦的合理含氣率范圍內(nèi)時，泵只會泄漏少量的液體，從而具有較低的內(nèi)泄漏率，提高了泵的容積效率[3]。

2 混輸泵存在問題及解決措施

2.1 存在問題

在WZ11-4NB油田開發(fā)階段，為確保首次應用的混輸泵能夠安全穩(wěn)定運行，對國內(nèi)混輸泵使用情況進行了充分的前期調(diào)研，混輸泵使用情況及存在問題見表1。

表1 國內(nèi)混輸泵使用情況

根據(jù)調(diào)研情況了解到，混輸泵在運行過程中普遍存在油氣比不穩(wěn)定，進口壓力波動導致停機的情況。泵對流量適應性差，進液不均易造成螺桿燒壞[6]。結(jié)合WZ11-4NB油田的混輸泵設計文件，推斷本油田混輸泵可能存在以下問題：①德國雷士混輸泵操作條件較苛刻，要求進口壓力穩(wěn)定在1 200～1 500 kPa，壓力低于800 kPa會導致停泵，而現(xiàn)場實際操作會出現(xiàn)多種引起混輸泵進口壓力低而停泵的情況，如設備故障或者電潛泵停機等原因會導致WZ11-4NA平臺部分生產(chǎn)井關(guān)停，產(chǎn)量變化等均可能導致混輸泵進口壓力低而關(guān)停。②油氣比不穩(wěn)定時，混輸泵工作在交變載荷下，長時間干轉(zhuǎn)將導致雙螺桿泵的嚙合螺桿過熱，降低混輸泵的使用壽命和工作效率，同時降低軸承和密封的使用壽命，導致密封失效，引發(fā)泄漏[7]。③該混輸泵的最低體積流量需1 584 m3/d，但WZ11-4NA平臺初始啟動階段海管沒有壓力和流量，混輸泵無法啟動，需增加混輸泵回流控制系統(tǒng)[8]。④設計混輸泵時沒有考慮段塞流影響。實際生產(chǎn)中每月需對海管進行一次在線通球，而在線清管會產(chǎn)生段塞流，導致混輸泵進口壓力降低，引起混輸泵停機，影響WZ11-4NA平臺生產(chǎn)。

2.2 解決措施

針對調(diào)研中混輸泵所存在的共性問題，根據(jù)WZ11-4NB油田混輸泵可能存在問題的分析，結(jié)合各地方對混輸泵的使用經(jīng)驗，提出了對應的解決措施，見表2。

表2 混輸泵共性問題解決措施

針對表2措施，對項目各方代表提出了要求，要求工程方增加混輸泵進口壓力控制閥、回流控制系統(tǒng)、直管段和進口濾器。要求廠家提供準確的基本參數(shù)，將泵的滑油濾器和密封油濾器由單聯(lián)過濾器改為雙聯(lián)過濾器[6]，進出口增加SDV閥，防止泵突然關(guān)停時，液體對泵造成沖擊。要求上游WZ11-1油田提供準確的物料參數(shù)，特別是估計油井全部啟動后的參數(shù)，考慮回流控制[10-14]。要求生產(chǎn)部準確估算油井提液后的各參數(shù)，特別是氣油比等參數(shù)。要求設計方修改設計圖樣，增加回流控制，WZ11-4NB油田混輸泵流程見圖1。

為解決WZ11-4NB油田混輸泵運行穩(wěn)定性問題，新增設了管線及閥門(圖1中虛線部分)。考慮液量少時泵后液體溫度較高，回流時泵會做較多無用功，進一步增高液體溫度，發(fā)生惡性循環(huán)[15]。因此改變了從泵后進行回流的模式，通過新增控制閥，利用上游油田(WZ11-1RP平臺)來液充當回流液體，減少了施工工作量，同時避免了泵做較多無用功[16]。針對增加緩沖罐的問題，根據(jù)實際情況，提出由圖1中的單向閥1到混輸泵前的管線來代替緩沖罐[17]，此段為254 mm(10″)管線，直管段較長，可以滿足緩沖要求，進一步降低投資。同時，增加單向閥后也可以防止WZ11-4NC平臺到WZ11-4NB平臺海管出現(xiàn)段塞流時，從WZ11-1RP平臺補充的回流液倒灌入此海管。

圖1 WZ11-4NB油田混輸泵流程示圖

3 結(jié)語

在混輸泵調(diào)試之前，設計、工程、廠家及施工等各方均完成了相應的工作，混輸泵按期完成調(diào)試。從WZ11-4NB油田投產(chǎn)到目前，混輸泵已穩(wěn)定運行超過1 a，2臺泵一用一備，補液控制閥PV-2010自動控制，運行平穩(wěn)，補液時開度30%左右，運轉(zhuǎn)的混輸泵進口壓力設點為1 050 kPa、轉(zhuǎn)速2 500 r/min、出口溫度約75 ℃，滑油及各輔助系統(tǒng)均正常，未發(fā)生過由于油氣比不穩(wěn)、進液不均等引起的關(guān)停及泵螺桿損壞問題。在WZ11-4NA平臺海管每月例行通球所形成的嚴重段塞流工況下，混輸泵仍能維持穩(wěn)定工作，說明文中所述解決措施非常有效，對選擇使用混輸泵外輸?shù)挠蜌馓镉薪梃b和指導意義。

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StudyonStabilityofMultiphasePumpinWZ11-4NBOilfield

CHENKe-ying，LIYong-zhi
(CNOOC China Limited Zhanjiang Company， Zhanjiang 524057， China)

In the newly developed WZ11-4NB oil field，the multiphase pump is designed as the booster pump to carry out the oil and gas. However，for it is the first time such technology is used in the westen South China Sea oilfield， its operational stability is still to be studied. This essay，based on research of domestic application of multiphase pump，sorts out common problems such as unstable oil-steam ratio，closing down resulted from inlet pressure fluctuation， poor adaptability to flow variation and screw burning resulted from uneven fluid entry，and proposes solutions. According to the site condition of WZ11-4N，improvement suggestions to set up the back-flow control and straight pipe are adopted to increase pump stability，and finally the multiphase pump is put into use successfully，and has been in stable use over a year in spite of certain extreme conditions such as slug flow.

multiphase pump； slug flow； oil gas ratio； feedback control； stability

1000-7466(2017)06-0069-04

2017-06-10

陳可營(1986-)，男，山東泰安人，工程師，雙學士，從事海上原油與天然氣開采與集輸工作。

TQ051.2； TE964

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.06.0013

(張編)