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【本周专题:深水】多级泵回接技术缓解低油价深水开发之痛(一)

多级泵回接技术有效缓解低油价深水开发之痛(一)

海底增压是一种新兴的深水回接开发系统,也是现存最有效、最经济、最可持续的深水油藏开发手段。然而,现存的回接技术还很不成熟,还需要特殊的安装方案和新技术来补充,相较于海底增压系统处于明显劣势。

来自 | World oil
编译 | 张德凯

在油价处于高位时,为了优化深水油气开采,开发商对多种方案进行了对比,包括水驱、气驱及其他EOR/IOR方案。在这些方案展现出提高采收率潜力的同时,也伴随着高成本、高技术风险等问题,这些问题在高油价时期并没有引起足够的注意。随着油价下跌,开发商逐渐意识到不同开发方案对最终受益的影响,对比之后发现回接方案是唯一能够满足当今市场状况的开发方式。

回接是一种低成本的深水开发替代方案,以目前的油价水平来说,开发商通常不会选择建造新的FPSO、平台或TLP,而回接作业可以降低大量开发成本。只有对于储量巨大或是没有适合回接设施的情况,开发商才会做出上述投资,所以在大多数油藏开发中,开发商首先会选择利用现有设施,降低开发成本。

回接作业通常由多级泵来完成,称为多级泵回接(简称MPTB),该技术能够降低作业成本,提高最终采收率,目前来看应用潜力极大。从另一个角度来看,MPTB是一种非常有效的常规开采手段(钻一口新井等)替代方案。MPTB能够降低井口压力,其成本要比常规手段低得多。采用MPTB替代常规方案,是一种无需额外动力、只需使用裸管即可完成的作业,效率极高。事实上,MPTB更近似于一种介于常规开发方案和裸管连接技术中的回接方案。

使用多相泵进行回接作业的效益非常诱人,能够保持产能的同时提高最终采收率。近期,墨西哥湾的一些井安装了单相泵进行回接作业,由于该地区的GOR(含气量)和泡点太高,应用效果并不理想。此外,为了适应低BHP(井底低压),提高产率和采收率,井口压力要尽量低。事实证明,多相泵是更理想的选。多相泵还帮助降低了油管尺寸,开采作业的稳定性较大直径油管有所提高,段塞流现象明显减弱,提高了井筒的开采寿命。

多相泵采的应用

深水泵采已经是一种非常成熟、可靠、得到广泛应用的海洋油气开发人工举升方式,常规的泵采系统可以进行单相、多相开采,马力范围覆盖1~6.4MW。目前主要有三种海洋油气开采多相泵:转子动力泵、双螺旋泵以及由转子泵演变来的电潜泵。

多级转子动力泵是目前应用最为广泛的深水泵系统,也是本文对于新型低成本回接技术讨论的重点。水下泵在多种作业中都得到了应用,从最初的单井泵系统到多相ESP系统,最终逐渐发展为集成多级泵系统。

转子动力泵系统

新型泵系统包括HPHT(高温高压)级深水泵和高扬程举升系统,泵可耐压15000psi,目前已经投入商业应用,泵/保护器/马达可耐高温350℉,这为高气含量、高温高压的墨西哥油田开采带来了新的机遇。Petrobras公司的Barracuda项目采用了新一代的多相高扬程泵系统,在GOV为60%时的实际举升压力为2350psi。目前已有多家服务公司可提供此类产品,且都经过了相关认证。

多级泵回接技术有效缓解低油价深水开发之痛(一)

图1.Julia泵系统在水深7200ft的深水中取得应用,提高了产率和最终采收率

在过去的一年中,多种采用集成配置的深水泵采系统投入了实际应用。在墨西哥湾,Exxon Mobil在Julia油田使用了两套OneSubsea公司的单相泵系统(图1),Chevron公司在JSM项目中采用了三套相同的设备(图2)。在2016年12月,深水开发联盟宣布世界上最长的MPTB项目正式开启,该项目在墨西哥湾Murphy E&P公司的Dalmatian油田进行,回接作业跨度达22英里,联结至Chevron的Petronius平台。据估计,此次回接作业的成功与否将直接影响到未来十年墨西哥湾油气开采的进程。同时,该地区还将采用新型降本技术进行其他七个小项目的开发。

多级泵回接技术有效缓解低油价深水开发之痛(一)

图2.Julia油田采用的功率3MW单相泵系统,可承载压力13500psi,有效输送距离15英里,目的地为Chevron 的JSM平台

基于电潜泵的深水泵系统

深水举升作业中使用的ESP系统与常规的深水开采ESP系统基本相同,深水回接作业中使用的ESP为撬装式,通过短的沉箱进行安装。Petrobras公司墨西哥湾的Cascade-Chinook油田已经进行了撬装式ESP的安装。相比于常规方式安装的ESP,撬装式ESP的人工干预成本更低,但目前用的沉箱体积过大,限制了该技术的发展。一般来说,大直径的沉箱可在水深为200~300ft的范围内为大马力ESP提供保护。当沉箱用于气体分离时,沉箱的多余空间还能提高设备的分离能力。沉箱还可以设计为敞开式,此时所有的液体均由ESP泵输,在此种情况下,沉箱的调节能力有助于泵系统稳定性的提高。目前采用的沉箱式ESP系统也存在着缺点,那就是维保成本太高,此外,在一些苛刻条件下,ESP的稳定性、分离器的效率都会受到影响。

近几年,ESP系统在高气含量井开采中的能力提升显著,深水油气开采随即带入多相泵时代。相关人员进行了大规模的性能测试,结果显示,即使GVF高达60%,将ESP气体处理器置于泵吸入口可以有效防止气锁问题的发生,当气含量处于0~40%时,ESP依旧能保持较高的输送效率。对于回接作业来说,ESP能够大幅优化顶端设备配置,ESP无需防护或是保护设备,能够降低作业成本。然而在MPTB作业中,ESP的运行寿命只能维持1~3年,远远低于转子泵,这是限制ESP在回接作业中应用的主要因素。

双螺杆泵

在实际的回接作业中,双螺杆泵(TSP)的应用率也较高。TSP在输送重油方面有着与生俱来的优势。此外TSP还擅长输送高GVF流体,目前在陆地输送系统中应用非常广泛。一些近期的研究显示,当GVF高达95%、且存在液体冷凝&回流时,TSP的输送效率依旧非常高。

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