綏中36-1油田聚合物驅設備布置研究

杜志勝，徐錦錦，馬 超，張 發

(1. 中海油能源發展裝備技術有限公司工程設計研發中心，天津 300452；2. 海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

綏中36-1油田聚合物驅設備布置研究

杜志勝1，徐錦錦2，馬 超1，張 發1

(1. 中海油能源發展裝備技術有限公司工程設計研發中心，天津 300452；2. 海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

聚合物驅在海上平臺的應用已超過10年，聚合物驅配套技術已經非常成熟。但是，在工程實施階段聚合物驅設備規劃及與生產設備配伍等方面尚存在問題。根據綏中36-1油田開展的聚合物驅工程，研究出適用于井口平臺的聚合物驅設備布置方案，提出增加甲板面積的不同方案,并提出了聚合物驅設備布置的優化方向。

海上平臺；聚合物驅；設備布置；甲板面積

0 引 言

聚合物驅是在水驅開發基礎上進行的技術，是一種向油藏中注入水溶性聚合物溶液的驅油方法[1]。2003年中國海洋石油總公司在綏中36-1油田成功開展了我國首次海上油田聚合物驅提高采收率單井試驗，增油降水效果明顯[2]。2005年開始，在綏中36-1油田開展井組礦場試驗；2008年7月綏中36-1油田開始實施井組擴大注聚；2010年啟動綏中36-1油田一期全面注聚工程。截止到目前，綏中36-1油田二期全面注聚工程也已經實施完畢。

目前海上聚合物驅形成了比較成熟的聚合物驅油技術[3]。但是，聚合物驅設備布置使用平臺剩余空間時缺乏規劃性，還不能充分利用平臺資源，未能將聚合物驅設施與生產設施高效匹配。為了提高聚合物驅技術工程應用效果，減少聚合物驅工程實施成本，需對聚合物驅設備布置進行系統、充分的研究。本文通過分析現有井口平臺，根據海上聚合物驅工藝流程及設備構成，提出不同聚合物驅規模的設備布置方案，并對設備布置的前提條件、限制因素及優化方向進行了論述。

1 聚合物驅工藝流程

海上聚合物驅工藝流程如圖1所示。

圖1 海上聚合物驅工藝流程圖Fig.1 Flow diagram of polymer flooding process on offshore platform

中海油能源發展股份有限公司采油技術服務分公司對其工藝優化作出了重要貢獻[4-5]。優化后的聚合物驅工藝流程精簡為一套熟化流程，采用一泵對多井的泵注方式，聚合物溶解時間縮短為40 min，聚合物設備總重減少20%，設備占地面積減少20%。

2 井口平臺布局

如圖2所示， 井口平臺上層甲板主要布置井口區、修井機、管子堆場、高壓泥漿泵、泥漿罐、柴油罐、鉆修井值班室、材料間、吊機、吊機休息臂、卸貨區和冷放空管。

圖2 井口平臺上層甲板布置圖Fig.2 General arrangement for upper deck of wellhead platform

井口平臺中層甲板主要布置各電氣間、空調室外機(HVAC)、公用系統設備(如空壓機、制氮機等)和卸貨區。

井口平臺中層甲板除井口區外均可布置房間、設備等。通常中層甲板設有二層甲板，將電氣房間分兩層設計。

井口平臺下層甲板通常設有采油樹、生產計量管匯、生產計量加熱器、計量分離器、注水管匯、注水泵、井口控制盤等設備。

井口平臺工作甲板主要布置開排罐、開排泵、閉排罐、閉排泵、消防泵、海水提升泵、收發球筒等。

3 聚合物驅設備構成及布置方案

根據綏中36-1 油田近些年來實施的聚合物驅工程，可以將海上聚合物驅分為單井聚合物驅及井組聚合物驅。

單井聚合物驅系統主要由分散溶解系統、熟化系統、注入系統、自動化控制系統等4個系統構成[6]。所有設備模塊基本按照集裝箱式成橇，非常利于設備的運輸、維修及搬遷，如圖3所示。

圖3 單井聚合物驅設備Fig.3 Equipment of single well polymer flooding

單井配注的集裝箱式設備在布置時可首先選擇在注聚目標井口平臺上布置。聚合物驅設備在布置時應考慮平臺的導管架樁腿受力情況。如綏中36-1油田標準化井口平臺之一的WHPC平臺，其四條樁腿的受力情況如表1所示。平臺兩條樁腿(0001樁、0005樁)的荷載受壓安全系數已接近有關規范[7]要求的安全極限值，在布置聚合物驅設備時，應盡量避開這兩條樁腿。 井組聚合物驅主要設備如表2所示。

表1 WHPC四條樁腿的受力校核結果Table 1 Result of force analysis for WHPC jacket legs

表2 聚合物驅主要設備清單Table 2 Main equipment list of polymer flooding

井組聚合物驅設備的布置方案如圖4所示：移動儲料罐和熟化罐布置在上層甲板；固定儲料罐和溶解計量系統布置在下層甲板；電氣間及控制間布置在下層甲板；空壓機及制氮機可布置在上層或下層甲板。

圖4 井組聚合物驅設備布置方案示意圖Fig.4 Equipment arrangement of grouped polymer flooding

4 增加設備布置甲板面積的方法

值得指出的是，對于油田有實際增產意義的是井組聚合物驅，單井聚合物驅作為先驅試驗，為井組聚合物驅的實施提供前期數據。而增加足夠的甲板面積是井組聚合物驅實施的前提，增加甲板面積有效的方法如下。

(1) 井口平臺外擴甲板方案。

對于圖2所示的井口平臺，如不考慮日后增加調整井，且修井作業依靠平臺自身配置的修井設備，則在平臺南側上層及下層甲板可外擴甲板面積約205 m2(31.5 m×6.5 m)，中層外擴甲板面積約為84.5 m2(13 m×6.5 m)，共計增加甲板面積289.5 m2。外擴前平臺上層甲板剩余面積110 m2，如注水系統設備可以拆除，下層甲板剩余面積110 m2。因此，用于布置聚合物驅設備的累計面積將達到509.5 m2，基本滿足了井組聚合物驅主要設備占地面積要求，可以按照圖4示意的方案進行設備的布置。

由于外擴甲板后聚合物驅設備布置的位置超出了平臺吊機的起吊能力和覆蓋范圍，聚合物驅設備的安裝將無法由平臺吊機完成，需考慮浮吊或其他方法。

另外，對于結構承重能力余量較小的井口平臺，如綏中36-1油田WHPC平臺，由于外擴甲板及注聚設備均集中在平臺南側，將導致平臺A1樁腿(西南側樁腿)的荷載安全系數超標。

(2) 依托通過棧橋與目標平臺連接的新建平臺，利用新建平臺剩余甲板面積。

以綏中36-1油田WHPB平臺實施的聚合物驅為例，WHPL平臺是新建井口平臺。WHPL平臺與聚合物驅目標WHPB平臺通過棧橋連接。WHPB平臺的聚合物驅設備布置需要利用新建WHPL平臺的剩余甲板。聚合物驅設備布置如下：移動儲罐布置在WHPL平臺上層甲板靠近泥漿罐處(與下層甲板固定儲罐位置垂直對應)；儲料及溶解系統布置在WHPL平臺下層甲板B軸以北；母液輸送泵也布置在WHPL平臺下層甲板，靠近儲料及溶解系統；熟化罐布置在WHPL平臺上層甲板2軸東側且靠近B軸位置；喂入增壓泵布置在WHPL平臺上層甲板熟化罐東側；高壓注聚泵布置在WHPL平臺上層甲板，與熟化罐相鄰；高壓配注混合管匯布置在聚合物驅目標平臺WHPB平臺上層甲板；空氣壓縮機布置在WHPL平臺下層甲板固定儲罐附近；制氮機布置在WHPL平臺下層甲板溶解系統設備附近；電儀設備及房間布置在WHPL平臺電氣房間附近。

5 設備布置限制因素及優化方向

無論是單井聚合物驅工程還是井組聚合物驅工程，作為獨立于生產之外且晚于生產實施的增產工程，必然導致聚合物驅設備布置受某些因素限制。分析如下。

(1) 單井聚合物驅設備布置限制因素。

單井聚合物驅設備由于只能使用平臺吊機完成其吊裝、安裝就位等工作，平臺吊機能力成為單井聚合物驅設備布置的最大影響因素。綏中36-1油田各井口平臺吊機最大起吊能力一般為15 t。因此，單井聚合物驅設備的重量應控制在10 t左右。

(2) 井組聚合物驅設備布置限制因素。

井組聚合物驅設備布置受限于平臺剩余空間。根據2009年以來的井組聚合物驅工程實施經驗，對于8口井以上井組注聚規模的聚合物驅設備，占地面積一般不小于400 m2。另外，值得注意的是聚合物驅工程目標平臺的導管架樁腿承載能力和平臺主結構的承載能力。對于設計和建造時未考慮后期增加聚合物驅設備的井口平臺，其導管架樁腿承載能力和平臺主結構的承載能力基本無法承受總重在500 t以上的井組聚合物驅設備。

依托新建平臺的布置方案，平臺的吊機能力并不影響聚合物驅設備的安裝。因為在新增平臺的建造階段，可以將聚合物驅設備提前放置在平臺上，隨平臺一起拖航并完成海上吊裝，而且由于新建平臺在設計階段考慮了聚合物驅設備的重量，不會存在平臺結構和導管架樁腿的承載能力問題。但是，使用新建平臺剩余甲板的前提條件需要聚合物驅目標油田進行開發調整，且新建平臺必須與聚合物驅目標平臺通過棧橋相連。因此，依托新建平臺的方案最大的缺點是工程實施時機難以把握。

根據對聚合物驅設備布置不同方案的研究與分析，建議朝以下方向優化聚合物驅實施及設備布置：

(1) 盡量減少聚合物驅設備數量，如空壓機組、制氮機、電氣間、控制室等設備及房間可與平臺共用。

(2) 盡量減小設備的外形尺寸及重量，如優化熟化罐、攪拌器、分配器、高壓混合管匯等，如較復雜的大型設備，需考慮將其拆裝后吊裝。

(3) 聚合物驅工程實施盡量與油田開發調整時間一致，充分利用油田開發建設資源。

(4) 盡早向平臺提出聚合物驅工程需求，要求預留合理的平臺空間。

6 結 語

海上聚合物驅技術的不同工藝造成聚合物驅設備存在差異。一般而言，隨著聚合物驅規模的不斷擴大，聚合物驅設備呈現構成單元增多、占地面積增大、設備重量增大等趨勢。

對于單井配注的集裝箱式設備，在布置時可首先選擇在注聚目標井口平臺上布置。聚合物驅設備在布置上應考慮整個平臺的導管架樁腿受力情況，不得超過樁腿承重的極限值。

對于井組配注的聚合物驅，需要增加足夠的甲板面積用于布置聚合物驅設備。井口平臺外擴甲板方案受設備安裝、平臺樁腿承載能力及開發經濟指標限制，基本不可行。依托新建平臺的方案仍然主要利用井口平臺和新建平臺上層甲板的剩余空間，如果條件允許，可充分利用新建平臺下層或中層剩余甲板布置聚合物驅儲料及溶解系統裝置，通過合理利用平臺層高度空間，緩解聚合物驅設備占地面積的需求。

[1] 趙福麟. EOR原理 [M]. 東營：石油大學出版社,2001.65-87.

[2] 周守為, 韓明, 向問陶, 等. 渤海油田聚合物驅提高采收率技術研究及應用 [J]. 中國海上油氣,2006,18(6):386.

[3] 劉宗昭，劉福海，易飛，等. 海上油田聚合物驅配套技術研究[J]. 中國工程科學,2011,13(5):50.

[4] 鄒明華, 劉敏, 程心平, 等. 渤海油田井組注聚配注系統優化[J]. 石油鉆采工藝,2012,34(S1):88.

[5] 鄒明華, 劉敏, 王瑤, 等. 渤海油田聚合物驅配注工藝及系統的改進與應用[J]. 中國海上油氣,2013,25(3):57.

[6] 劉敏, 鄒明華, 吳華曉, 等. 渤海油田聚合物驅平臺配注工藝技術 [J]. 中國海上油氣,2010,22(4):259.

[7] American Petroleum Institute. API RP 2A-WSD-2014. Recommended practice for planning, designing and constructing fixed offshore platforms：working stress design [S].2014.

ResearchonPolymerFloodingEquipmentArrangementofSZ36-1Oilfield

DU Zhi-sheng1，XU Jin-jin2, MA Chao1, ZHANG Fa1

(1.CNOOCEnerTechEquipmentTechnologyResearch&DesignCenter,Tianjin300452,China;2.OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.,Tianjin300461,China)

Polymer flooding has been applied to offshore platform for more than 10 years. Polymer flooding technology has been very mature by now. However, there are still some problems in polymer flooding equipment planning and compatibility for production equipment etc. According to the development of SZ 36-1 Oilfield polymer flooding project, we propose different equipment arrangement plans for varied scales of polymer flooding, including the schemes for increasing the deck area, and put forward the optimization directions of polymer flooding equipment arrangement.

offshore platform; polymer flooding; equipment arrangement; deck area

2015-03-26

杜志勝(1982—)，男，工程師，主要從事海洋工程設計工作。

TE42

A

2095-7297(2015)03-0163-05