海上石油平台多相混输泵选型优化方案分析对比.pdf

39 2023 年 8 月第 50 卷 第 8 期2023 年 8 月Vol.50 No.8Aug.2023天 津 科 技 TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY收稿日期：2023-08-030 引 言渤海某油气田位于渤海北部辽东湾内，油气田以天然气生产为主，同时还有原油产出，需要将天然气混同含水原油一起输往原有老平台。常规的输送方案是“压缩机+原油外输泵”方案，即对油、气分别处理及加压，达到要求后混合进入海管外输。若输送方案采用多相混输泵，则可以将油、气、水同时进行外输，免去了油、气、水分离设施，相对于“压缩机+原油外输泵”方案减少了工艺流程和设备，节省了平台的甲板面积，同时降低了设备的日常操作和维护保养的作业量1-4，因此，有必要对多相混输泵在油田的应用稳定性做进一步探讨5-6。1 混输基础数据1.1 混输工况油气田开发工程包括 BOP、WHPA、WHPB 3 座平台，根据油气田开发总体规划，WHPB 平台需要通过评估井才能确定是否具体实施。若评估结果欠佳，则 WHPB 平台不进入实施，WHPB 区域的油气通过从 WHPA 平台打一口斜井的方法开采。根据工程计划，混输泵是长线采购设备，采办周期不允许等待评价结果，因此，混输工况应考虑 WHPB 平台是否实施的问题。由于存在 WHPB 平台根据评价井确认实施问题，所以混输泵根据 2 个工况进行选型：工况一 WHPA一口斜井；工况二 WHPAWHPB。具体混输量详见表 1。应用技术海上石油平台多相混输泵选型优化方案分析对比况 昕，陈 希，侯辰光，林洞峰，冀光峰（中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津 300451）摘 要：结合渤海某油气田混输泵设计选型，介绍了混输泵选型的主要技术参数；通过对比具体工程选型实例，介绍了混输泵选型优化的过程与方法。同时，归纳整理了泵的操作维修问题和管路滤器的选用原则，为无人平台简化泵操作维修提供了参考。关键词：混输 参数 稳定性中图分类号：TE41 文献标志码：A 文章编号：1006-8945（2023）08-0039-04Analysis and Comparison of Optimal Selection Schemes for Multiphase Mixed Transportation Pumps on Offshore Oil Platform KUANG Xin，CHEN Xi，HOU Chenguang，LIN Dongfeng，JI Guangfeng（Tianjin Branch，CNOOC Co.，Ltd.，Tianjin 300451，China）Abstract：Based on the design and selection of a mixed transportation pump in an oil and gas field in Bohai，the main technical parameters considered for the selection of mixed transportation pumps are introduced.By comparing specific engineering selection examples，the process and methods of optimizing the selection of mixed transportation pumps are introduced.At the same time，the problems of pump operation and maintenance and the selection principle of pipeline filter are summarized，which provides a reference for how to simplify pump operation and maintenance on unmanned platform.Key words：mixed transportation；parameters；stability 40 天 津 科 技第 50 卷 第 8 期1.2 逐年工艺参数根据工艺流程，各年份泵进口压力均为38.5 bar，但进口温度与出口压力每年份各不相同。因现阶段工艺模拟参数尚不齐全，故按以下几个典型年份的泵出口压力、进口温度、进口压力进行选型，见表 2。表 1 逐年混输量Tab.1 Annual mixed transportation volume时间（年）工况一：WHPA 一口斜井multiphase pump Min.工况二：WHPA WHPB multiphase pump Max.日产量日产量气油水气油比气油水气油比第 1 年10.2152.1066813.4646.10207.2第 2 年8.2148.20552.511.3610.00184.5第 3 年7.7146.80527.410.4562.010.6185.6第 4 年7.7133.80.1572.59.3463.482.9201.1第 5 年7.2111.10.1645.98.4372.1 138.2226.3第 6 年6.994.70.2730.18.0322.1 178.7249.0第 7 年6.6760.5864.97.6281.1 211.4269.7第 8 年5.463.30.9851.36.2250.5 242.1249.4第 9 年4.455.31.2797.25.3227.8 270.8230.6第10年3.949.71.7783.24.6205.8 298.9224.2第11年3.445.82.07373.9181.3 317.8217.8第12年1.841.22.2437.82.2159.2 334.0141.3第13年1.837.82.5477.42.2142.4 347.8151.2第14年1.735.92.8484.82.0127.7 363.0157.1第15年1.733.53.1510.71.9117.3 368.1163.2第16年1.731.43.3525.21.8109.0 373.4165.5第17年1.630.53.7531.21.7101.8 378.3170.1第18年1.628.74.0553.81.795.8384.2173.9第19年1.628.04.3556.71.689.7387.5178.2第20年1.426.44.6541.51.584.5391.5181.9第21年1.07.91.31269.61.579.9395.3185.0表 2 泵运行参数Tab.2 Pump operating parameters时间（年）进口压力（bar）出口压力（bar）进口温度（）第 1 年38.576.033.98第 2 年38.572.532.10第 6 年38.566.029.14第 14 年38.556.627.19第 21 年38.556.627.19注：1 bar=0.1 MPa。2 混输泵应用稳定性分析针对混输工况，对 2 家生产多相混输泵的厂家（Bornemann 公司与 Lestritz 公司）进行了选型咨询，这2 家公司都是知名的多相泵生产厂家，具备丰富的制造经验和海洋工程应用业绩。经咨询确认后，2 家公司都表示在混输工况下可以采用多相混输泵进行外输作业，可应用于无人平台，2 家公司都有相关的使用业绩。2.1 Bornemann公司产品选型根据厂家泵型样本选择 2 种泵型：2100%大泵方案与 250%小泵方案。大泵电机功率约为450 kW，小泵电机功率约为 280 kW。下面就 2 种外输工况进行分析。2.1.1 产品选型分析从表 3、4 可以看出，第 2 年起，一台小泵即可满足外输要求，另外一台自动转为备用，即除第 1 年外，其余年份小泵均有备用。表 3 工况 1 汇总表Tab.3 Summary of case I of Bornemann2100%1 台轴功率（kW）电机功率电机运行负载率kWkW第 1 年1 台半载运行232 450 51%第 2 年1 台低载运行180 40%第 6 年1 台低载运行12127%第 14 年1 台低载运行35 7%第 21 年1 台低载运行25 6%250%1 台轴功率电机功率电机运行负载率kWkW第 1 年1 台运行224 280 80%第 2 年1 台低载运行174 62%第 6 年1 台低载运行115 41%第 14 年1 台低载运行29 10%第 21 年1 台低载运行20 7%说明：该工况下，2 种泵型在开发期内均只需使用 1 台；该工况下，1台小泵仅第1年处于高载运行，其余年份均处于低载运行；该工况下，1 台大泵逐年处于低载运行，经济性极差。表 4 工况 2 汇总表Tab.4 Summary of case II of Bornemann2100%1 台轴功率（kW）电机功率电机运行负载率kWkW第 1 年1 台运行342 450 76%第 2 年1 台运行272 60%第 6 年1 台低载运行168 37%第 14 年1 台低载运行5713%第 21 年1 台低载运行54 12%250%2 台轴功率（kW）电机功率电机运行负载率kWkW第 1 年2 台运行18728067%第 2 年1 台运行26996%第 6 年1 台运行16158%第 14 年1 台低载运行5018%第 21 年1 台低载运行4717%说明：在此工况下，分2个方案进行分析，即1台100和2台50泵型分析；选用 1 台 100泵满足全部年份，泵型为大泵，选用 2 台泵满足全部年份，泵型为小泵；综合对比 2 种泵型，小泵较大泵有优势。2.1.2 泵运行指标及要求 在外输工况下，最大允许进口温度（典型年 41 2023 年 8 月 况昕等：海上石油平台多相混输泵选型优化方案分析对比份）：泵出口温度的升高取决于GVF和压差及压缩比。在不附加任何辅助系统的情况下，上述 2 种工况的泵进口温度都可以达到 5580。GVF（含气量）范围：在连续运行状态下，多相泵平均能输送 99%的气体，但同时也要考虑其他参数，如压差、温度、介质的汽化压力等。输送高的GVF值需要介质温度较低，泵的内部循环系统的设计能处理气阻现象。滤器的要求：泵橇上滤器孔目尺寸为34 mm，不需要额外配备滤器。如果在设备之前有其他任何设备先行处理介质，则要确保该设备不收集并积存固体，不然积存的砂子会有可能进入泵体，进而导致泵损坏。一般调试时选用精度较高的入口滤器，正常运转时孔目尺寸为 34 mm即可。需要的回流或加水量：根据油井参数，泵不需要任何附加液体循环系统，这些都在泵内部自行完成，即有 2%3%的流量在内部自动循环。泵功率的计算方法：按 100%的液体流量计算功率，同时设计增加 10%15%的系数。2.1.3 总结根据上述年份及泵运行分析，总结如下。1 台大泵，在WHPAWHPB工况下，最经济年份只在前 2 年，其他年份运行极不经济。而在WHPA斜井工况下，大泵在所有年份均处于低载运行。同时，在选型时要考虑备用，否则浪费更为严重。2台小泵，在WHPAWHPB工况下，仅在第1年需 2 台泵同时运转，从第 2 年后只需开启一台泵即可满足要求，另外一台可以作为备用泵。2.2 Lestritz公司产品选型根据厂家泵型样本选择 2 种泵型：2100%大泵型和250%小泵型。大泵电机功率约为 700 kW，小泵电机功率约为 375 kW。下面就 2 种外输工况做分析。2.2.1 产品选型分析从表 5、6 可以看出，若该年份大泵运行需要的最小液量超过了该年份的液量，则需采用出口回流或另注水；若该年份小泵运行需要的最小液量超过了该年份的液量，则需采用出口回流或另注水。2.2.2 泵运行指标及要求在外输工况下，最大允许进口温度（典型年份）：外输工况下，最大允许进口温度为 80。GVF（含气量）范围：GVF范围 095%，泵可运行至第 20 年，直到第 21 年，流量低于 5%时（含气率 97%），需要以回流或另行加水来补足这 2%的液量。滤器的要求：调试过程中，泵的入口滤器精度表 5 工况 1 汇总表Tab.5 Summary of case I of Lestritz2100%1 台轴功率电机功率电机运行负载率kWkW第 1 年1 台运行455 700 65%第 2 年1 台运行387 55%第 6 年1 台低载运行280 40%第 14 年1 台低载运行131 19%第 20 年1 台低载运行126 18%第 21 年1 台低载运行120（注 1）17%250%1 台轴功率电机功率电机运行负载率kWkW第 1 年1 台运行256 375 68%第 2 年1 台运行215 57%第 6 年1 台低载运行159 42%第 14 年1 台低载运行81 22%第 20 年1 台低载运行79 21%第 21 年1 台低载运行76（注 2）20%说明：在此工况下，2 个泵型在工程开发期内均只需使用 1 台；该工况下，1 台小泵仅在第 1 年处于高载运行，其余年份均处于低载运行，且运行经济性较大泵要好。表 6 工况 2 汇总表Tab.6 Summary of case II of Lestritz2100%1 台轴功率（kW）电机功率电机运行负载率kWkW第 1 年1 台运行545 700 78%第 2 年1 台运行444 63%第 6 年1 台低载运行308 44%第 9 年1 台低载运行20529%第 10 年1 台低载运行17825%第 14 年1 台低载运行14521%第 21 年1 台低载运行13820%250%2 台轴功率（kW）电机功率电机运行负载率kWkW第 1 年2 台运行290 375 78%第 2 年2 台运行247 66%第 3 年1 台运行320 85%第 4 年1 台运行304 82%第 6 年1 台运行225 60%第 14 年1 台低载运行98 26%第 21 年1 台低载运行94 25%说明：在此工况下，分2个方案进行分析，即1台100和2台50泵型分析；1 台大泵满足全部年份运行，1 台小泵，前 2 年需 2 台运行，其他年份 1 台运行满足输量要求，1 台备用；综合对比 2 种泵型，小泵较大泵有优势。为 80 目；泵正常运行时，滤器精度为 10 目。电机的确定原则：根据工艺流程的最大流量点，辅以内置式安全阀，设定压力值全开时的电机功率，再加安全系数 10%。2.2.3 总结 根据上述年份及泵运行分析，总结如下 2 条。42 天 津 科 技第 50 卷 第 8 期 1 台小泵的状况要好。因为即使在WHPAWHPB情况下，1 台大泵最经济年份只在前 5 年，其他年份运行极不经济，同时在选型时要考虑备用，否则浪费比较严重。小泵只在前 2 年需 2 台同时运转，以满足全部工况要求，从第 3 年开始开启 1 台泵即可满足要求。3 方案投资比较2 种方案的投资比较见表 7。表 7 投资比较Tab.7 Investment comparison 方案内容 2100%250%本体2 台混输泵、一用一备2 台混输泵、个别年份都投入使用，其他年份一用一备控制系统高压变频低压变频初始投资约 140 万美元/台约 90 万美元/台总投资280 万美元180 万美元4 操作维修要求根据厂商经验，对于多相泵，通常不需要大修周期，只需定期加注润滑油。易损件为轴承和机械密封，更换泵轴承及机械密封用时大约为 4 h。平台上的工人经过培训上参考文献凌国平.国内外油气混输泵技术的研究和发展 J .华东船舶工业学院学报，2000，14（5）：83-87.许志寿，段全德.宝浪转油站降回压工艺设计方案及气液混输泵的应用研究 J .石油知识，2006（6）：12-13.李新凯.气液混输泵优化设计及其数值模拟 D .兰州：兰州理工大学，2012.蒋成银，张云，王志刚，等.苏里格气田气液混输工艺研究及应用 J .石油化工应用，2021，40（8）：53-57.付运金.安塞油田油气混输撬装设备设计及输送性能研究 D .荆州：长江大学，2020.曹学文，冯叔初.多相混输技术研究现状及发展趋势 J .中国海上油气（工程），1995（3）：61-66.123456岗，完全有能力进行上述更换工作。泵头更换时间约需要 24 h。5 结 论基于油田开发参数和开发工况，通过以上 2 个厂家所提供的泵型分析，从一次性投资、运行稳定性和将来WHPB平台具体实施问题方面考虑，采用 2 台 50%外输量的混输泵具有较大优势。因此，建议采用 2 台50%外输量的混输泵。910 11 12 13 14 15 顾晓喻，谢吉明，彭孝谦，等.再生粗骨料制作隔音混凝土墙体的研究 J .科技创新导报，2015（23）：18-19.刘岩岩.人造环保隔音板的材料配比、板厚和形态对隔音板性能的影响 J .产业与科技论坛，2018，17（8）：59-60.王燮阳，马驰，纪汉锋，等.具有压电特性的泡孔聚氨酯阻尼隔音板的制备 J .建材与装饰，2020（8）：49-50.陈继浩，崔琪，侯国艳.秸秆复合墙板耐火性能试验研究 J .新型建筑材料，2018，45（11）：101-103，130.陈继浩，冀志江，王静.秸秆复合墙体隔声性能计算机模拟及试验研究 J .噪声与振动控制，2017，37（5）：185-188.谭昌建.一种中空隔音墙 P .CN203129365U，2013.张卷舒，金虹.轻质保温隔墙板隔声性能的研究 J .16 17 181920低温建筑技术，2006（3）：3-5.明志茂，杨静，赵可沦，等.基于寿命特征分析的橡胶减振垫加速寿命试验研究 J .环境技术，2021（4）：74-78.李聪聪，魏小强，郑富家，等.楼板隔声减振技术在珠海长隆宿舍工程中的应用 J .建筑施工，2022（1）：92-94.何鉴辞，王平，唐剑，等.聚氨酯减振垫与橡胶减振垫浮置板轨道振动控制效果分析 J .铁道标准设计，2018，62（2）：57-61.李应新.新疆体育中心体育馆中心区吸音体安装施工技术 J .施工技术，2010（S1）：363-365.章奎生，杨志刚.宁波市体育中心雅戈尔体育馆音质改建设计 J .声学技术，2001，20（2）：52-55.上接第 38 页