海上油田項(xiàng)目海水過濾系統(tǒng)堵塞原因及解決方法

胡冠濤，劉富有

中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450

某海上油田項(xiàng)目共新建3座平臺(tái)，包括2座井口平臺(tái)和1座中心平臺(tái)，這3座平臺(tái)的海水系統(tǒng)均配置了常規(guī)的過濾系統(tǒng)。項(xiàng)目投產(chǎn)后，操作人員多次反映海水過濾器出現(xiàn)堵塞工況，鉆機(jī)模塊柴油發(fā)電機(jī)組因此多次出現(xiàn)冷卻水不足并險(xiǎn)些停機(jī)的狀況。結(jié)合海上作業(yè)方描述，并參考組塊設(shè)計(jì)方和鉆機(jī)模塊設(shè)計(jì)方出具的設(shè)計(jì)圖紙，文章通過對(duì)組塊設(shè)計(jì)參數(shù)的分析，采取現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)等措施，破解了項(xiàng)目海水過濾系統(tǒng)堵塞的原因，并提出了有效的解決方法。

1 組塊的設(shè)計(jì)規(guī)格分析

1.1 海水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)

該項(xiàng)目新建的2座井口平臺(tái)及后續(xù)平臺(tái)均為標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，海水系統(tǒng)主要設(shè)備如下。

（1）海水提升泵（工頻運(yùn)行）：數(shù)量為3臺(tái)，其中P-4001流量為360m3/h，P-4002A/B流量為180m3/h，共計(jì)720m3/h。

（2）電動(dòng)消防泵：數(shù)量為1臺(tái)，作為備用，流量為600m3/h。

（3）海水系統(tǒng)過濾設(shè)備：包括1臺(tái)自動(dòng)反沖洗粗過濾器F-4001A，處理能力為360m3/h；1臺(tái)籃式濾器F-4001B，作為備用，處理能力為360m3/h。

1.2 海水系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量

該海上油田項(xiàng)目中2座井口平臺(tái)海水系統(tǒng)用戶主要包括生活污水處理裝置、消防系統(tǒng)、供應(yīng)站、鉆機(jī)模塊方及電解銅鋁裝置等，各用戶需求量及設(shè)計(jì)工況如表1所示。

表1 兩井口平臺(tái)海水系統(tǒng)主要用戶

由表1可知，組塊主要的海水需求方為鉆機(jī)模塊，且該模塊對(duì)海水系統(tǒng)的需求量隨其工況變化而變化。

2 鉆機(jī)模塊的設(shè)計(jì)規(guī)格

中心平臺(tái)鉆機(jī)模塊設(shè)計(jì)方的PID水量需求如表2所示。

表2 中心平臺(tái)水量需求

鉆機(jī)模塊主要海水用戶為柴油發(fā)電機(jī)、泥漿罐、固井單元和空壓機(jī)，具體需求量其PID中沒有更詳細(xì)的描述。其海水系統(tǒng)的控制元件僅在空壓機(jī)換熱器下游設(shè)置了TV閥門對(duì)海水換熱溫度進(jìn)行控制，在柴油發(fā)電機(jī)上游設(shè)置了PV閥對(duì)海水入口壓力進(jìn)行控制。其他如泥漿罐及固井單元因?qū)Ｋ臏囟葔毫Φ葏?shù)無具體要求，未對(duì)海水系統(tǒng)進(jìn)行任何自動(dòng)控制。

3 海水過濾器堵塞的現(xiàn)狀

該過濾系統(tǒng)工作過程中的主要異常癥狀為自動(dòng)反沖洗濾器出現(xiàn)高壓差，反沖洗模式啟動(dòng)，且由于壓差一直保持較高狀態(tài)，最高時(shí)竟達(dá)300kPa，自動(dòng)反沖洗濾器頻繁進(jìn)行反沖洗，但濾器壓差始終保持在300kPa左右，時(shí)間一度長達(dá)十多分鐘。由于鉆井發(fā)電機(jī)冷卻水（海水）失壓，發(fā)電機(jī)溫度迅速升高。當(dāng)現(xiàn)場人員迅速打開粗濾器，自動(dòng)反沖洗濾器的壓差開始緩慢下降，鉆井發(fā)電機(jī)冷卻水（海水）壓力逐步恢復(fù)正常，發(fā)電機(jī)溫度開始下降恢復(fù)平穩(wěn)。不久，自動(dòng)反沖洗濾器又開始出現(xiàn)高壓差開始頻繁反沖洗，但是壓差依舊保持在300kPa，現(xiàn)場粗濾器壓差也高達(dá)300kPa，這導(dǎo)致鉆井發(fā)電機(jī)再次出現(xiàn)溫度上升現(xiàn)象。

現(xiàn)場多次排查流程無誤后發(fā)現(xiàn)，鉆井正在使用海水配泥漿，造成海水使用量增大，過濾器過濾效果變得很差。該用戶暫時(shí)停用海水，隨后海水濾器恢復(fù)正常，鉆井發(fā)電機(jī)冷卻水（海水）壓力恢復(fù)正常。

根據(jù)上述問題，經(jīng)過研究，初步判斷可能是粗濾器堵塞造成壓差過高。技術(shù)人員對(duì)粗濾器進(jìn)行拆卸后發(fā)現(xiàn)，濾器并沒有堵塞，濾網(wǎng)很干凈，進(jìn)而判斷是濾網(wǎng)目數(shù)太大引起。為了驗(yàn)證，對(duì)其進(jìn)行回裝，將粗濾器進(jìn)行投用，隔離自動(dòng)反沖洗濾器，發(fā)現(xiàn)使用半小時(shí)后濾器再次出現(xiàn)高壓差，鉆井發(fā)電機(jī)冷卻水（海水）壓力下降，發(fā)電機(jī)溫度升高。

由此判斷，造成壓差過高的原因是濾網(wǎng)目數(shù)太大，過濾效果不能滿足平臺(tái)海水用戶的使用需求。此后發(fā)現(xiàn)每次鉆井使用海水配泥漿時(shí)，多次發(fā)生這種情況。因?yàn)殂@井發(fā)電機(jī)缺少冷水（海水）會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)在幾分鐘內(nèi)因高溫而自動(dòng)停機(jī)，所以鉆井發(fā)電機(jī)一旦停機(jī)失去供電動(dòng)力就會(huì)引起卡鉆，從而造成重大事故。

4 海水過濾器堵塞原因

根據(jù)作業(yè)方的反饋，項(xiàng)目組和設(shè)計(jì)方對(duì)其描述的內(nèi)容進(jìn)行了細(xì)致的分析，初步判斷為鉆機(jī)方使用海水配置泥漿時(shí)并未告知組塊方啟動(dòng)相應(yīng)的海水泵，導(dǎo)致鉆機(jī)模塊各系統(tǒng)內(nèi)海水需求未按設(shè)備重要性進(jìn)行分配，最終使柴油發(fā)電機(jī)因冷卻水不足而發(fā)出高溫警報(bào)。

同時(shí)，結(jié)合作業(yè)方的記錄文件，鉆井期間有一大一小2臺(tái)海水泵共計(jì)540m3/h水量連續(xù)供應(yīng)到整個(gè)平臺(tái)的海水管網(wǎng)系統(tǒng)。但此時(shí)540m3/h的海水量已經(jīng)超過海水濾器（單臺(tái)）單臺(tái)360m3/h的設(shè)計(jì)處理能力，也同時(shí)超過了海水濾器（單臺(tái)）要求的20%額外的過流面積，即單臺(tái)理論上的最大處理能力為432m3/h，這個(gè)流量也遠(yuǎn)低于一大一小2臺(tái)海水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)即540m3/h的流量。

海水濾器的管線及其設(shè)備能力對(duì)輸送至海水系統(tǒng)下游的流量帶來了一定的影響，與之相對(duì)應(yīng)的，海水濾器對(duì)上游海水泵起到了憋壓的作用，即提升了一定的背壓。因井口平臺(tái)的海水泵為非變頻離心泵，結(jié)合離心泵的特性，其Q-H性能曲線為泵所固有并不受外界影響。泵出口壓力提高會(huì)導(dǎo)致其流量降低，海水系統(tǒng)的壓力也會(huì)相應(yīng)提高。海水系統(tǒng)的PV閥門為了穩(wěn)定海水系統(tǒng)的壓力（PV閥門布置在濾器和海水泵之間）會(huì)排出更多的海水來穩(wěn)定系統(tǒng)。如此周而復(fù)始，會(huì)導(dǎo)致海水系統(tǒng)的流量和壓力長時(shí)間處于波動(dòng)狀態(tài)，水量不平衡加劇后，濾器壓差越大，通過PV閥排海的水量越多，進(jìn)入海水系統(tǒng)下游的水量越少，若此時(shí)自動(dòng)反沖洗濾器頻繁反洗，則進(jìn)入下游需求用戶的海水量會(huì)更少，進(jìn)而惡性循環(huán)。

綜上分析，造成該項(xiàng)目海水濾器堵塞及下游水量不夠的根本原因是供給量、過濾裝置、下游需求用戶三個(gè)單元的實(shí)際作業(yè)能力不匹配，即海水供給量（上游）、海水濾器過濾量（通路）、鉆機(jī)模塊海水需求量（下游）三者未匹配，一旦中間出現(xiàn)瓶頸就會(huì)造成惡性循環(huán)最終影響整個(gè)海水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5 海水濾器堵塞的解決方法

若無法使海水水量和過流面積相匹配，即使調(diào)整濾芯的目數(shù)也不能完全解決頻繁堵塞的工況。在此情況下，解決此種類型海水濾器堵塞的方法如下：（1）根據(jù)自然環(huán)境條件（如大浪、潮汐波峰波谷期間）和下游需求情況，優(yōu)化自動(dòng)反沖洗的反洗周期及設(shè)定條件；（2）建議鉆機(jī)方配置泥漿時(shí)隨即啟動(dòng)另一臺(tái)180m3/h的海水泵，并打開備用的濾器；（3）待泥漿配備完成后，再關(guān)閉備用濾器并根據(jù)壓差情況清洗濾芯。

為驗(yàn)證該解決方案的有效性，項(xiàng)目組對(duì)該整體系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行了流程優(yōu)化，對(duì)自動(dòng)反沖洗周期及條件進(jìn)行了按需設(shè)置，同時(shí)建議鉆井方按照工作實(shí)際，采取增加設(shè)備、啟動(dòng)備用泵等多種措施，對(duì)海水泵和海水濾器進(jìn)行一對(duì)一的配置，使水量和過流面積相匹配。調(diào)整后，經(jīng)過10d的試運(yùn)行，從后臺(tái)發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的自動(dòng)反沖洗壓差統(tǒng)計(jì)未見異常，也未出現(xiàn)井口平臺(tái)頻繁堵塞的工況。

6 結(jié)論

綜上所述，在研究中筆者發(fā)現(xiàn)海水供給量、海水濾器過濾量、鉆機(jī)模塊海水需求量這三個(gè)單元存在較為復(fù)雜且動(dòng)態(tài)的、相互匹配的關(guān)系。這三者無法在實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施中得到充分平衡，這是導(dǎo)致該項(xiàng)目海水過濾系統(tǒng)阻塞的主要原因。同時(shí)，海洋環(huán)境水體的不確定性也為尋求具體癥結(jié)造成了一定困難。在現(xiàn)場實(shí)際操作過程中，需要以全面系統(tǒng)的眼光對(duì)多方需求進(jìn)行靈活辨識(shí)和調(diào)整，從而避免海水濾器阻塞的情況發(fā)生同時(shí)，保障各作業(yè)單元設(shè)備的良好運(yùn)行。