WZ11-4NB油田混輸泵運(yùn)行穩(wěn)定性研究

， (中海石油(中國(guó))有限公司 湛江分公司， 廣東 湛江 524057)

WZ11-4NB油田混輸泵運(yùn)行穩(wěn)定性研究

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

新開發(fā)的WZ11-4NB油田設(shè)計(jì)采用混輸泵作為增壓泵進(jìn)行油氣外輸，混輸泵為南海西部油田首次應(yīng)用，其運(yùn)行穩(wěn)定性有待研究。通過對(duì)國(guó)內(nèi)混輸泵使用情況和使用經(jīng)驗(yàn)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(jìn)口壓力波動(dòng)導(dǎo)致停機(jī)、泵對(duì)流量適應(yīng)性差、進(jìn)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(shí)際情況，提出了提高混輸泵運(yùn)行穩(wěn)定性的改造意見，通過增加回流補(bǔ)液控制及直管段，混輸泵最終成功投入使用，即便在嚴(yán)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(yùn)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(gè)中心平臺(tái)WZ11-4NB平臺(tái)以及2座井口平臺(tái)WZ11-4NA、WZ11-4NC，其中WZ11-4NC通過棧橋與已建的WZ11-4NA平臺(tái)相連。WZ11-4NB平臺(tái)作為中轉(zhuǎn)平臺(tái)，還接收從上游WZ11-1油田的來液(由WZ11-1RP平臺(tái)輸送)，與平臺(tái)自身的料液混合后，直接進(jìn)入WZ11-4NB平臺(tái)的外輸海管。WZ11-4NB平臺(tái)自身不設(shè)置油、氣、水分離設(shè)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(cè)試的生產(chǎn)料液(定期)經(jīng)測(cè)試管匯進(jìn)入測(cè)試流量計(jì)進(jìn)行油、氣、水三相測(cè)試。生產(chǎn)管匯匯合各生產(chǎn)井產(chǎn)出物后，與計(jì)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(jìn)入外輸海管。WZ11-4NC平臺(tái)本身不參與生產(chǎn)，只作為中轉(zhuǎn)平臺(tái)，WZ11-4NA平臺(tái)的料液經(jīng)棧橋輸送到WZ11-4NC平臺(tái)，再經(jīng)海管混輸至WZ11-4NB平臺(tái)，料液經(jīng)混輸泵增壓后進(jìn)入WZ11-4NB平臺(tái)的外輸海管，混輸至下游WZ12-2A平臺(tái)。設(shè)計(jì)中用于輸送WZ11-4NA平臺(tái)所來料液的泵采用的是2臺(tái)德國(guó)雷士L4MG-200/75-AHOKR-G型混輸泵，其對(duì)高含氣率、高凝固點(diǎn)、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(yùn)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(duì)液相表現(xiàn)為泵的性質(zhì)，對(duì)氣相表現(xiàn)為壓縮機(jī)的性質(zhì)，但總體是以泵的特性出現(xiàn)。混輸泵為外嚙合的螺桿泵，利用相互嚙合的主從螺桿抽送液體，主動(dòng)螺桿由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從動(dòng)螺桿通過同步齒輪由主動(dòng)螺桿帶動(dòng)。2個(gè)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(gè)密封腔，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，這些密封腔連續(xù)向前移動(dòng)，推動(dòng)密封腔中的液體從出口排出[1]。

當(dāng)雙螺桿泵輸送氣液兩相流時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)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(jí)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(dāng)混合物從排出室泄漏到含有氣體的前一級(jí)密封腔時(shí)，因中心部位壓力相對(duì)較低，同時(shí)氣體又具有可壓縮性，故不足以使液體泄漏到更前一級(jí)密封腔中。正是由于利用了氣體的可壓縮性，當(dāng)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(shí)，泵只會(huì)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(yīng)用的混輸泵能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)國(guó)內(nèi)混輸泵使用情況進(jìn)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(guó)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(yùn)行過程中普遍存在油氣比不穩(wěn)定，進(jìn)口壓力波動(dòng)導(dǎo)致停機(jī)的情況。泵對(duì)流量適應(yīng)性差，進(jìn)液不均易造成螺桿燒壞[6]。結(jié)合WZ11-4NB油田的混輸泵設(shè)計(jì)文件，推斷本油田混輸泵可能存在以下問題：①德國(guó)雷士混輸泵操作條件較苛刻，要求進(jìn)口壓力穩(wěn)定在1 200～1 500 kPa，壓力低于800 kPa會(huì)導(dǎo)致停泵，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作會(huì)出現(xiàn)多種引起混輸泵進(jìn)口壓力低而停泵的情況，如設(shè)備故障或者電潛泵停機(jī)等原因會(huì)導(dǎo)致WZ11-4NA平臺(tái)部分生產(chǎn)井關(guān)停，產(chǎn)量變化等均可能導(dǎo)致混輸泵進(jìn)口壓力低而關(guān)停。②油氣比不穩(wěn)定時(shí)，混輸泵工作在交變載荷下，長(zhǎng)時(shí)間干轉(zhuǎn)將導(dǎo)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(shí)降低軸承和密封的使用壽命，導(dǎo)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(tái)初始啟動(dòng)階段海管沒有壓力和流量，混輸泵無法啟動(dòng)，需增加混輸泵回流控制系統(tǒng)[8]。④設(shè)計(jì)混輸泵時(shí)沒有考慮段塞流影響。實(shí)際生產(chǎn)中每月需對(duì)海管進(jìn)行一次在線通球，而在線清管會(huì)產(chǎn)生段塞流，導(dǎo)致混輸泵進(jìn)口壓力降低，引起混輸泵停機(jī)，影響WZ11-4NA平臺(tái)生產(chǎn)。

2.2 解決措施

針對(duì)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(duì)混輸泵的使用經(jīng)驗(yàn)，提出了對(duì)應(yīng)的解決措施，見表2。

表2 混輸泵共性問題解決措施

針對(duì)表2措施，對(duì)項(xiàng)目各方代表提出了要求，要求工程方增加混輸泵進(jìn)口壓力控制閥、回流控制系統(tǒng)、直管段和進(jìn)口濾器。要求廠家提供準(zhǔn)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(jìn)出口增加SDV閥，防止泵突然關(guān)停時(shí)，液體對(duì)泵造成沖擊。要求上游WZ11-1油田提供準(zhǔn)確的物料參數(shù)，特別是估計(jì)油井全部啟動(dòng)后的參數(shù)，考慮回流控制[10-14]。要求生產(chǎn)部準(zhǔn)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(shè)計(jì)方修改設(shè)計(jì)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(yùn)行穩(wěn)定性問題，新增設(shè)了管線及閥門(圖1中虛線部分)。考慮液量少時(shí)泵后液體溫度較高，回流時(shí)泵會(huì)做較多無用功，進(jìn)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(jìn)行回流的模式，通過新增控制閥，利用上游油田(WZ11-1RP平臺(tái))來液充當(dāng)回流液體，減少了施工工作量，同時(shí)避免了泵做較多無用功[16]。針對(duì)增加緩沖罐的問題，根據(jù)實(shí)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(zhǎng)，可以滿足緩沖要求，進(jìn)一步降低投資。同時(shí)，增加單向閥后也可以防止WZ11-4NC平臺(tái)到WZ11-4NB平臺(tái)海管出現(xiàn)段塞流時(shí)，從WZ11-1RP平臺(tái)補(bǔ)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(yǔ)

在混輸泵調(diào)試之前，設(shè)計(jì)、工程、廠家及施工等各方均完成了相應(yīng)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(yùn)行超過1 a，2臺(tái)泵一用一備，補(bǔ)液控制閥PV-2010自動(dòng)控制，運(yùn)行平穩(wěn)，補(bǔ)液時(shí)開度30%左右，運(yùn)轉(zhuǎn)的混輸泵進(jìn)口壓力設(shè)點(diǎn)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(jìn)液不均等引起的關(guān)停及泵螺桿損壞問題。在WZ11-4NA平臺(tái)海管每月例行通球所形成的嚴(yán)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(duì)選擇使用混輸泵外輸?shù)挠蜌馓镉薪梃b和指導(dǎo)意義。

[1] 曹鋒，束鵬程，邢子文.雙螺桿多相混輸泵技術(shù)及研究進(jìn)展[J].石油機(jī)械，1999(3)：49-52.

(CAO Feng，SHU Peng-cheng，XING Zi-wen. Advance in Study of Twin-screw Type Multiphase Pump[J].China Petroleum Machinery，1999(3)：49-52.)

[2] 詹建東.油氣混輸泵降壓技術(shù)在油田油氣集輸系統(tǒng)的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工，2006，32(4)：106-108.

(ZHAN Jian-dong. Application of Multiphase Pump in Oil and Gas Gathering and Transferring System[J].Inner Mongolia Petrochemical Industry，2006，32(4)：106-108.)

[3] 田書斌.塔河油田油氣混輸泵機(jī)械密封選型分析[J].化學(xué)工程與裝備，2014(2)：123-126.

(TIAN Shu-bin. The Selection of Mechanical Seal for Multiphase Pump in Tahe-oilfield[J]. Chemical Engineering & Equipment，2014(2)：123-126.)

[4] 王銀周.邊遠(yuǎn)小斷塊油田油氣混輸泵降壓集輸[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，24(3)：72-73.

(WANG Yin-zhou. Combined Oil and Gas Delivery Pump Depressuring Gathering in Remote Small Fault Block Oilfield[J].Journal of Jianghan Petroleum Institute，2002，24(3)：72-73.)

[5] 羊東明.新疆沙漠邊緣油田生產(chǎn)及運(yùn)行管理[J].油氣田地面工程，2001，20(4)：89.

(YANG Dong-ming. Production and Operation Management in Xinjiang Desert Periphery Oilfield [J].Oil-gas Field Surface Engineering，2001，20(4)：89.)

[6] 于邦廷，王文祥，徐海波，等.影響海上平臺(tái)混輸泵應(yīng)用的關(guān)鍵因素分析[J].水泵技術(shù)，2015(2)：1-5.

(YU Bang-ting，WANG Wen-xiang，XU Hai-bo，et al. Analysis of the Key Factors Affecting Application of Multiphase Pump at Offshore Platform[J].Pump Technology，2015(2)：1-5.)

[7] 張建利.油氣混輸泵工藝設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].工業(yè)，2016(8)：00038.

(ZHANG Jian-li. Design and Application of Oil and Gas Multiphase Pump[J].Industry，2016(8)：00038.)

[8] D F DalPorto，宋益瑩，孫青峰，等.多相混輸泵的應(yīng)用[J].石油石化節(jié)能，1999(1)：23-24.

(D F DalPorto，SONG Yi-ying，SUN Qing-feng，et al. Application of Multiphase Pump[J]. Petroleum and Petrochemical Energy Saving，1999(1)：23-24.)

[9] 王勝，劉海.渤西油田混輸泵應(yīng)用中存在問題及對(duì)策[J].中國(guó)海上油氣(工程)，2000，12(5)：48-51.

(WANG Sheng，LIU Hai. Problems Occurred in Application of Multiphase Pump in Boxi Oil Field and Suggestion for Improvement[J]. China Offshore Oil and Gas(Engineering)，2000，12(5)：48-51.)

[10] 屈建紅.潿洲11-4NB油田多相混輸增壓與常規(guī)分離增壓比選[J].工業(yè)，2016(11)：00295.

(QU Jian-hong.The Comparison of Supercharging and Conventional Separation Pressure Ratio of Multiphase Pump in WZ11-4NB Oilfield[J].Industry，2016(11)：00295.)

[11] 馬希金，郭俊杰，吳蓓.CFD法設(shè)計(jì)軸流式油氣混輸泵初探[J].流體機(jī)械，2004，32(7)：15-18.

(MA Xi-jin，GUO Jun-jie，WU Bei. A New Way to Design Axial Oil-gas Transport Pump with CFD[J].Fluid Machinery，2004，32(7)：15-18.)

[12] 馬希金，王宏亮，吳蓓.油氣混輸泵進(jìn)口氣液混合器的設(shè)計(jì)[J].化工機(jī)械，2004，31(5)：269-271.

(MA Xi-jin，WANG Hong-liang，WU bei. Design of the Inlets of Gas-liquid Mixers of Oil-gas Multiphase Pumps[J]. Chemical Engineering & Machinery，2004，31(5)：269-271.)

[13] 馬希金，王宏亮，趙學(xué).軸流式油氣混輸泵壓縮級(jí)流場(chǎng)CFD模擬分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2006，37(2)：41-44.

(MA Xi-jin，WANG Hong-liang，ZHAO Xue. CFD Numerical Simulation of Flow in the Stage of Axial Gas-oil Multiphase Pump[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2006，37(2)：41-44.)

[14] 馬希金，董建，趙杰.油氣混輸泵復(fù)合式靜葉的數(shù)值模擬[J].西華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，29(5)：19-21.

(MA Xi-jin，DONG Jian，ZHAO Jie. Numerical Simulation of the Compound Impeller in Oil-gas Multiphase Pump[J].Journal of Xihua University(Natural Science Edition)，2010，29(5)：19-21.)

[15] 王潤(rùn)軒，王路，鄭朋.油氣混輸泵的研究現(xiàn)狀[J].化工管理，2017(6)：5.

(WANG Run-xuan，WANG Lu，ZHENG Peng. Research Status of Oil and Gas Multiphase Pump[J].Chemical Enterprise Management，2017(6)：5.)

[16] 余義全.雙螺桿油氣混輸泵國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀[J].化學(xué)工程與裝備，2016(4)：91-93.

(YU Yi-quan. Development Status of Twin Screw Oil and Gas Mixed Pump at Home and Abroad [J].Chemical Engineering & Equipment，2016(4)：91-93.)

[17] 王屹，劉浩，惠寧.雙螺桿多相混輸泵在海洋石油平臺(tái)上的應(yīng)用[J].水泵技術(shù)，2016(4)：35-37.

(WANG Yi，LIU Hao，HUI Ning. Application of Twin-screw Multiphase Mixed-transporting Pump to Sea Offshore Platform[J].Pump Technology，2016(4)：35-37.)

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(yíng)(1986-)，男，山東泰安人，工程師，雙學(xué)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)