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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(三)

多级泵回接技术缓解低油价深水开发之痛(三)

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。

液压防护替代系统

ESP型海床泵输系统

ESP能够平衡机械密封内外压差,无需液压防护系统,也就避免了顶端设备及液压管线的使用,这是ESP相对于常规设备的一大优势,可显著降低相关成本。但深水ESP泵、马达发生故障的几率较大,通常运行寿命只有2~3年,远远低于常规的海床泵系统。深水ESP最常见的故障之一是马达、保护器水浸,造成马达、动力电缆电力故障,无法正常运转。近日,有研究显示,ESP技术取得了一定进展,通过使用压力密封技术,其深水应用寿命有望延长。

EagleBurgmann公司推出了压力增强器/蓄压器—ESPro,可以保持ESP马达内部保持30psi的正压,防止井下液体进入马达,ESP的密封性更强。ESPro的内部防护油可以持续工作多年,所以也无需使用液压防护系统,无需相应的顶端设备。传统的ESP系统的橡胶胶囊、金属波纹管、单向阀以及冗余机械轴承密封压力平衡技术有望被ESPro技术取代。

多级泵回接技术缓解低油价深水开发之痛(三)

图3.POWERJump系统,采用气体处理叶轮,880系列马达,产率15000~30000bpd

Aker和贝克休斯联合推出了一款新型ESP系统—POWERJump。该系统采用高气体处理能力的叶轮以及880系列马达,液体产量15000~30000bpd。POWERJump是单井、双井回接作业的绝佳选择,其设备结构都经过优化,安装更加简便,安装成本和前期成本更低(图3)。此外,POWERJump的密封结构也得到了改善,已经通过TRL4认证,该系统有望在2017年上半年投入商业应用。

封闭马达系统

通常来说,封闭马达只在极端苛刻条件的ESP应用中出现,以保持ESP系统的运行稳定性。在此类应用中,ESP的运行寿命甚至达到30年。Petrobras公司安装了世界上第一套封闭马达/泵(CMP)系统,将其用于深水油气开发中,采用了多相TSP泵。

Petrobras还安装了顶端CMP设备,封闭马达可以完美的保持马达不被各种液体污染,定子、转子以及机械密封都能够长时间的保持良好状态(图4)。CMP不需要机械轴密封,避免了转子泵的轴封装置、防护油系统使用,可以大幅降低MPTB作业成本。但同时,由于产液要高速流过马达,马达的轴承也需要产液润滑,所以马达的冷却及润滑故障发生几率也会有所增加。

多级泵回接技术缓解低油价深水开发之痛(三)

图4.高稳定性的封闭马达实例

针对此问题,本文作者建立了一个新的联合研究课题,主要考察多相泵的轴承润滑性能,量化故障发生几率,并制定相关解决方案。目前,CMP的工作压力载荷已达到5000psi,由于马达内是密封状态,其内部只有一个大气压的压力,其余的产液压力都要由防护罩平衡。将CMP压力载荷提升至10000~15000psi的研究已经展开,该设计采用压力补偿技术,有望在1~2年内投入应用。同时,CMP既可以采用撬体式配置,也能采用常规ESP垂直布置的方式应用。

速率控制

在海床举升操作中,泵速的控制通常由安装在海平面的变速控制器VFD完成。此外,在泵启动阶段,还需使用循环量控制泵速,但总的来说VFD是主要的变速装置。VFD的安装需要耗费大量的工程和时间成本,其体积和重量还会对生产设施(FPSO等)造成额外的负担,目前主要存在两种替代方案。

VFD性能优异,在回接作业中能发挥巨大作用。以往来说,只有功率高于6MW的水下压缩器才能使用VFD;而现在低压VFD已经问世,可在1~4MW范围内工作,可用于MPTB作业。

还有一些将VFD置于密闭壳体中的设计,将其与所处环境隔离,但根据以往的应用经验,VFD的稳定性可能会降低,这是该方案的主要限制因素。据估计,在未来两年内,将会有至少两种此类产品投入商业应用,当然这还要取决于VFD厂家、水下密闭设备设计以及深水开发商的合作情况。

扭矩转换器(TC)

液压速度控制器也是一种VFD替代方案,但目前还没有在深水作业中广泛应用。TC是一种马达和泵之间的液压离合器,通过导流叶片将马达的动能以一定比例传送至泵,目前已经有TC与TSPs、转子动力泵联合使用的实例。由于TC位于马达和泵之间,这就避免了VFD的使用。相比于VFD,TC除了可以在水下完成泵速控制,还具有一些非常明显的优势,如TC允许马达在空载及额定载荷两倍的状态下启动。

此外,TC还能保持马达在恒定速率下转动,吸收泵吸入口GVF变化引起的振动,系统工作性能更稳定。在回接作业中,只需一根压力或电力管线即可控制泵速,TC为马达提供的软启动模式也是众多开发商追求的目标之一,所以有TC即可避免使用地面软启动设备,降低成本。

结论

MPTB是一种新兴、低成本的深水开发方案,与常规裸管回接等技术相比,MPTB能够显著提高深水油藏产量和最终采收率。MPTB还大大降低了海床举升设备的成本和复杂程度,包括简化顶端设备和深水设备的要求、配置,可整体降低成本30~50%。

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