海洋石油平臺注水泵工藝選型研究

李 潔，張?zhí)K飛，程新宇，方 堃，沈志恒

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

1 前言

海洋石油開發(fā)過程中，通過注入處理合格的生產水維持地層壓力，是目前提高采油速度和采收率的重要途徑。注水泵作為平臺注水系統的關鍵設備，具有排壓高、排量大及能耗高的特點，據統計注水泵的耗電量占整個平臺的耗電量約40%[1-3]。在油田生產過程中，隨著逐年油氣產量的不同，平臺的注水量和注水壓力波動較大，為了保證注水泵一直處于高效區(qū)，注水泵的工藝選型至關重要。文章以渤海某油田為例，從初始投資、設備占地、運行能耗及維修等方面探討注水泵的工藝選型。

2 注水泵工藝選型

目前渤海平臺采用的注水流程大都采用常規(guī)的四級生產水處理流程，即斜板+氣浮+核桃殼+雙介質，處理合格的生產水進入到注水緩沖罐，然后通過注水泵打入到注水管匯，通過注水井口最終注入到地層。注水泵作為平臺的主要動設備，耗電量大，設備占地大，維修工作量大。由于注水泵在平臺上的特殊地位，不同文獻對注水泵的選型進行了不同的研究，如侯永賓[4]等主要從分壓注水節(jié)能方面進行研究，王文祥[3]等主要從大功率的注水泵調速方面進行研究，徐海波[2]等主要從注水泵驅動方式進行研究，李雙勝[5]等則是從注水泵及其管線布置方面進行了研究。

2.1 設計基礎

渤海某開發(fā)油田采用注水方式開發(fā)，油田分為A、B兩個區(qū)塊，兩個區(qū)塊的注水壓力和逐年注水量需求見表1。

根據表1可知，A、B兩個區(qū)塊注水量隨著年份變化，A區(qū)塊最大注水量為793.2 m3/h，B區(qū)塊最大注水量為128.4 m3/h，因為海洋平臺注水泵排壓的配置一般是按照區(qū)塊進行，不考慮區(qū)塊內單井注入壓力的差異，所以A區(qū)塊注水壓力統一按照10.8 MPaA考慮；B區(qū)塊注水壓力統一按照14.2 MPaA考慮。

2.2 注水泵工藝參數選擇

海洋石油平臺注水泵的工藝選型一般按如下原則考慮：注水泵的排量按照最大注水量的1.1倍選??；注水泵的排壓按照最大的注入壓力，并考慮注水泵至注水井口的沿程流動阻力；注水泵連續(xù)運行，需要考慮設置備用，且備用臺數不超過2臺。

根據以上原則，同時考慮國產注水泵在海洋石油平臺的應用實例，渤海某油田注水泵的工藝選型方案如下。

方案1。整體注水泵配置方案。根據表1逐年注水量和注水壓力表可知，A、B兩個區(qū)塊的高峰注水年為2035年，此年份最大注水量為920.4 m3/h，考慮1.1倍系數，則注水泵的總排量為1 012.44 m3/h，考慮設置5臺注水泵，4用1備，則每臺注水泵的排量為255 m3/h。由于A、B區(qū)塊是以共用注水泵，故注水泵的排壓按照高壓力設置，并考慮0.2 MPa沿程阻力，則注水泵的排壓為14.4 MPaA，具體配置：流量255 m3/h，排壓14.4 MPaA，數量5臺。

方案2。分壓分區(qū)注水泵配置方案?？紤]到A、B兩個區(qū)塊注水壓力不同，且注水壓力相差較大，為了保證能量的充分利用和泵處于高效運行的狀態(tài)，對A、B兩個區(qū)塊分別配置排出壓力不同的注水泵。A區(qū)塊的最大注水量為793.2 m3/h，考慮1.1倍系數，則A區(qū)塊注水泵的總排量為872.5 m3/h，考慮設置4臺注水泵，3用1備，則每臺泵的排量為290 m3/h。B區(qū)塊的最大注水量為128.4 m3/h，考慮1.1倍系數，注水泵的總排量為141.2 m3/h，選用2臺注水泵，1用1備，泵的排量為145 m3/h。A、B兩個區(qū)塊的注水泵至注水井口的沿程阻力損失按照0.2 MPa考慮。方案2注水泵的具體配置：流量145 m3/h，排壓14.4 MPaA，數量2臺；流量290 m3/h，排壓11.0 MPaA，數量4臺。

方案3。共用注水泵配置方案。方案采用兩臺145 m3/h注水泵作為290 m3/h注水泵備用泵，這樣可以降低低壓注水泵備用泵的排量。如其中一臺290 m3/h注水泵發(fā)生故障，則采用一臺排量145 m3/h，排壓11.0 MPaA和一臺排量145 m3/h，排壓14.4 MPaA的注水泵作為備用。此方案中排量145 m3/h，排壓14.4 MPaA的泵需要考慮降壓措施。方案3注水泵的具體配置:流量145 m3/h，排壓14.4 MPaA，數量2臺；流量290 m3/h，排壓11.0 MPaA，數量3臺；流量145 m3/h，排壓11.0 MPaA，數量1臺。

3 方案比選

對于海洋平臺注水泵的工藝選型，需要考慮初始投資、設備占地、運行能耗及維修等方面的因素，三個方案的詳細比較見表2。

表2 方案對比分析Tab.2 Comparative analysis of schemes

根據表2可知，方案1具有占地面積小，維修費用低的優(yōu)點；方案2項目生命周期耗電量最低；方案3初始設備投資費用最低。

綜合考慮注水泵初始投資、全周期運行、平臺甲板面積占用及維修費用，同時考慮資金的時間價值，把后期發(fā)生的費用全部折現至初期，最終各方案的費用為：方案1總費用為6 200萬元，方案2總費用為5 600萬元，方案3的總費用為5 550萬元，經綜合費用比較，方案3總費用最低，因此平臺注水方案選擇方案3。

4 結論

注水泵作為海洋石油平臺關鍵設備，對平臺的設備投資及節(jié)能降耗有著至關重要的作用，注水泵的工藝選型在項目執(zhí)行初期須高度重視，文章以渤海某油田為例，通過初始投資、設備占地、運行能耗及維修等方面的因素綜合考慮，并采用綜合費用的比較方法，最終推薦出綜合費用最低的方案作為油田的注水泵方案，為以后海洋平臺注水泵的工藝選型提供了經驗。