渤中34-1油田原油外輸泵選型

張 斌

(中海油能源發展邊際油田開發項目組 天津 300452)

0 引 言

渤中 34-1油田將進行 2、3井區的油藏調整，通過增加生產井數來提高原油產量，油田的中心處理平臺(CEPA)需做適應性改造。該油田的 CEPA平臺具有典型的海上三級原油處理系統，處理合格的原油(含水小于 0.5%)將經過海管送至“友誼號”FPSU進行儲存和外輸。由于產量增加，導致原油處理系統中各工藝設備處理余量不足，原油外輸泵是其中之一。海管入口液量增加導致海管外輸壓力增大，本文將結合實際生產情況，對外輸泵的選型及水平中分式離心泵在本次改造中的應用進行詳細說明。

1 外輸泵選型方案

1.1 油田概況

如圖 1所示，渤中 34-1油田開發是依托“友誼號”FPSU，即渤中34-1井口平臺WHPB、渤中34-1油田CEPA平臺、渤中34-2/4平臺中34-3及34-5平臺所產物流通過海底管線輸送到渤中 34-1油田中心平臺 CEPA上進行脫氣脫水處理，處理后的合格原油通過 22,km 長的海底管線輸送到“友誼號”FPSU。

1.2 渤中34-1油田CEPA平臺原油處理流程

如圖2所示，渤中34-1油田CEPA平臺現有流程為三級脫水流程。依據原油脫水實驗報告，原油經一級分離器、二級分離器及電脫水器脫水后進外輸泵前的原油含水率小于0.5%，合格原油經外輸泵增壓后通過海管外輸至“友誼號”FPSU。

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

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

1.3 基礎數據

1.3.1 油田配產數據

渤中 34-1油田 2、3井區開發調整后整個油田增產，高峰年產油 17.0×104,m3，比調整前增油 12.9×104,m3，采油速度2.1%，生產至2025年，將累計產油151.7×104,m3，比調整前增油 120.2×104,m3，采出 19.2%。

1.3.2 原油物理性質(見表1)

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

1.3.3 原油外輸泵進出口操作條件

如圖 3所示，外輸泵液量來自緩沖罐(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 計算并選擇泵的流量和揚程

1.4.1 原外輸泵校核

原設計參數為原平臺設兩臺外輸泵，均為多級離心泵(一用一備)，單臺排量為2,760,m3/d，出口壓力為2,200,kPaG。調整增產后的輸量如表2所示。由表 2可知，原平臺一臺外輸泵無法滿足外輸液量要求，需更換外輸泵。改造方案為增加 3臺外輸泵，兩用一備，替換原有兩臺外輸泵。

1.4.2 泵排量、揚程的選擇由表 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采取適當的安全系數，一般取Q=(1 .05～1.10) QP(QP為泵的正常排量)。以下是當泵排量取不同余量時壓力的計算。

表2 I期調整后外輸泵進液量Tab.2 Flux measurement of the crude oil shipping pump after Phase I adjustment

①海管外輸壓力計算，渤中34-1CEPA至“友誼號”單點原油外輸海底管線全長約 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

應用 HYSYS中的 PIPESYS進行海管計算，規定海管起輸溫度為 60,℃、出口壓力為 200,kPaG，海管輸量為156.3,m3/h，計算結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 海管計算結果Fig.5 Calculation results of subsea pipelines

②外輸泵出口壓力計算，如圖 6所示，緩沖罐(CEPA-V-2004)位于平臺中層甲板，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；外輸泵至發球筒的距離為52,m，管徑為15.24,cm。

應用 HYSYS中的 PIPE進行泵出口壓力計算，由海管計算結果可知，海管入口壓力為 3,186,kPaG，溫度為 60,℃，液量為156.3,m3/h時，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，“友誼號”FPSU接收壓力為200,kPaG，溫度為40,℃，同時考慮到平臺上管路摩阻損失，外輸泵的外輸壓力為3,207,kPaG。

③計算結果對比，對排量取 3種余量分別進行壓力計算，計算結果如表3所示。

表3 計算結果Tab.3 Calculation results

由表 3可知，當在最大輸送液量的基礎上取 1.1倍余量時，外輸泵出口壓力為 3,723,kPaG，因此本次改造外輸泵揚程為3,750,kPaG。

1.4.3 泵排量方案的優化

①方案一，根據推薦值，設計排量取最大輸送液量的1.1倍，即 4,127.2,m3/d，單臺泵排量為 86,m3/h，揚程為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I期調整，后續還有II期調整，油藏配產量會有所變化；其次，外輸泵輸送原油含水率小于 0.5%是一個理想狀態，實際生產過程中可能存在脫水效果不好的情況。因此，單臺外輸泵的排量取100,m3/h，揚程為3,750,kPaG，兩用一備。

應用 HYSYS軟件生成泵揚程-排量特性曲線，進行兩種方案的對比(見圖8)。

如圖 8所示，在相同排量下，方案二的揚程要高于方案一，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 兩種方案對比Fig.8 Comparison of two schemes

1.4.4 核算泵的性能

在實際生產中，為了保證泵正常運轉，防止氣蝕發生，要根據流程圖的布置，計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，經計算，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——泵進口液體表面絕對壓力，m；

hS——泵基準點以上靜液柱高度，m；

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

hVPA——泵工作壓力下的蒸汽壓力(絕壓)，m。

對于容器與泵相聯的這種形式，hP=hVPA

因此，Δha=hS-hf=8-0.092=7.91m

經查泵廠家資料，氣蝕余量符合要求。

1.5 設備形式選擇

多級離心泵有兩種形式，分別為中分式多級離心泵和多段式多級離心泵。

1.5.1 兩種泵形式介紹

①中分式多級離心泵為軸向剖分多級兩端支承式泵，如圖10所示。殼體沿軸向剖分，殼體流道多為蝸殼結構，多級葉輪對稱或近似對稱布置。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 中分式多級離心泵Fig.10 Center divided multistage centrifugal pump

②多段式多級離心泵為單殼徑向剖分多級兩端支承式泵，如圖 11所示。泵殼沿徑向剖分，泵殼流道多為導葉式，多級葉輪按順序排列，方向一致。主要組成零部件有壓出段、吸入段、中段、導葉、葉輪、泵軸、軸承、軸封、平衡裝置等。

圖11 多段式多級離心泵Fig.11 Multistage centrifugal pump

1.5.2 兩種泵型對比(見表4)

表4 中分式和多段式多級離心泵對比Tab.4 Comparison between center-divided and multi-segmented multistage centrifugal pumps

1.5.3 方案選擇

經過以上的分析可以看出，中分式多級離心泵總體受力情況好，操作范圍寬，維修方便，能更好的適應海上平臺使用環境的要求和使用習慣，因此，本次改造選擇中分式多級離心泵。

2 結 論

外輸泵的選型在改造項目中至關重要，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數據和上游脫水效果，同時也要考慮合理地增加余量，從而滿足后期改造增產需求。外輸泵的揚程需根據海管校核數據和平臺管路摩阻損失來選擇，并合理地增加余量，從而滿足在生產條件變化時能夠順利外輸。中分式多級離心泵各項條件均適合在海洋平臺上應用，可在今后項目中推廣。■

［1］錢錫俊，陳弘.泵和壓縮機[M].山東：中國石油大學出版社，2001.

［2］海洋石油工程設計指南編委會.海洋石油工程海底管道設計[M].北京：石油工業出版社，2007.

［3］美國雪夫龍公司.海上油氣工程設計實用手冊(第一冊)[M].天津：渤海石油工程設計公司翻譯出版，1992.