侯莉,付劍波,石磊,趙瑞云,何鑫

（海洋石油工程股份有限公司，天津塘沽，300451）

1 概述

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，世界各國對油氣資源的需求越來越大。水下生產(chǎn)系統(tǒng)以其技術(shù)優(yōu)勢、可觀的經(jīng)濟效益得到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。使用水下生產(chǎn)技術(shù)可以避免建造昂貴的海上平臺，從而節(jié)省大量投資。水下生產(chǎn)系統(tǒng)適用于邊際油田和深水油氣田開發(fā)。

水下生產(chǎn)系統(tǒng)通常依靠自身壓力進行開采。而對于某些少數(shù)水下生產(chǎn)系統(tǒng)，需要借助注水/注氣或采用水下增壓泵以保持系統(tǒng)壓力。開發(fā)某些水下生產(chǎn)系統(tǒng)，其存在水深較深、重稠油、油藏儲量小、儲量不明或低采收率、流體低壓/極高壓、流動保障要求、回接距離遠、一期增壓泵成熟使用等情況，可考慮采用放置在海床上的水下增壓泵進行開發(fā)。

采用水下增壓泵進行油氣開發(fā)，可有效增加采收率，促進生產(chǎn)，簡化上部平臺等基礎(chǔ)設(shè)施。如下圖所示：

圖1 利用水下增壓泵增加采收率示意圖

2 水下增壓泵在水下生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

某油田水下生產(chǎn)系統(tǒng)包括3口水下采油樹，水深約500米，油氣產(chǎn)出物回接至某上部海上平臺。采用水下生產(chǎn)系統(tǒng)開發(fā)方案，采用水下增壓泵舉升的采油方式，可實現(xiàn)油田的高速高效開發(fā)，提高采收率。某油田地質(zhì)油藏特征表明，砂巖油藏物性好、產(chǎn)能高、地層能量充沛，利用地層能量將流體舉升至海底，再利用增壓泵進行開采。

2.1 水下增壓泵總體要求：

水下增壓泵系統(tǒng)包括集成在水下管匯上的水下增壓泵模塊、布置在上部平臺上的增壓泵的相關(guān)動力和控制設(shè)備，包括MCS,EPU,VFD,HPU，BPU(隔離液單元)等。以及臍帶纜中與增壓泵相關(guān)的組成部分，增壓泵操作、安裝、回收專用工具等。

水下增壓泵模塊集成在水下管匯上，水下增壓泵模塊設(shè)計為可回收形式，可提升至水面上進行維修，并使用ROV進行連接和解脫。水下增壓泵應(yīng)設(shè)計適應(yīng)水深。根據(jù)某油田現(xiàn)在油藏配產(chǎn)和操作條件，增壓泵輸送過程中不會出現(xiàn)氣體，水下增壓泵采用單相泵。單相泵能夠適應(yīng)的GVF（gas volume fraction）范圍為0～10%。

在水下增壓泵維護方面，應(yīng)了解增壓泵的水下維護空間、安裝維修工具等需求，將在設(shè)計中予以體現(xiàn)。

2.2 水下增壓泵模塊設(shè)計：

某油田增壓泵模塊的尺寸約為4mX3.5mX6m，重量約為50噸。水下整個增壓泵模塊包括泵體、馬達箱、泵工藝管線接口、控制接口/隔離液接口/HIGH VOLTAGE接口的ROV操作面板的模塊結(jié)構(gòu)。

水下增壓泵采用立式泵，泵軸和馬達豎直安裝，馬達箱位于泵體上方。馬達配置上部組塊上的VFD，以滿足水下增壓泵設(shè)計年限內(nèi)的各種工況。

水下增壓泵的工藝進出口管線接口位于泵體正下方，增壓泵進出口管線采用水下垂直連接器與管匯上管線接口進行快速精準(zhǔn)連接，同時方便提升水下增壓泵時與管匯上管線解脫。

水下增壓泵ROV操作面板全部設(shè)置同一面上，以方便ROV水下連接及操作。操作面板包括控制電飛線、液壓飛線（包括液壓/化學(xué)藥劑）、隔離液飛線、HIGH VOLTAGE飛線等接口。

水下增壓泵ROV操作面板一側(cè)的管匯保護罩為敞開式設(shè)計，而其它3面均可設(shè)計為用保護罩進行保護，以最大限度地保護管匯內(nèi)部設(shè)施和泵體。增壓泵設(shè)置ROV操作抓手，ROV操作面板應(yīng)方便ROV連接及操作，應(yīng)位于1.5米泥線以上，并且需要考慮ROV操作空間。

水下增壓泵頂部設(shè)有吊耳，由于水下增壓泵維修時需要提升，應(yīng)在泵體上方的管匯保護罩上設(shè)置頂部開門，實現(xiàn)泵體提升及保護泵體的作用。水下增壓泵模塊設(shè)置導(dǎo)向桿。

2.3 水下增壓泵性能要求：

水下增壓泵在一定水深揚程范圍內(nèi)日趨成熟。某油田水下生產(chǎn)系統(tǒng)管匯上地水下增壓泵采用API 610多級單相離心泵，配有變頻裝置。泵軸功率在各工況下保持在75%以上，泵氣NPSH小于允許NPSH至少1m。泵曲線穩(wěn)定。若初期生產(chǎn)時存在明顯的流量較少時，水下增壓泵還要有流量回流的功能要求。

圖2 水下增壓泵示意圖

圖3 水下增壓泵工藝管線進出口示意圖

水下增壓泵的轉(zhuǎn)速、流量、揚程、級數(shù)等參數(shù)按照油田的流體壓力、溫度、流量、油氣組分進行確定。

某油田水下增壓泵電機電壓為6.6KV ，馬達配置上部平臺組塊上的VFD，以滿足水下增壓泵設(shè)計年限內(nèi)的各種工況。水下增壓泵控制系統(tǒng)與水下生產(chǎn)系統(tǒng)集成在一起，與水下管匯共用同一個SCM。

水下增壓泵使用隔離液系統(tǒng)的主要作用為，保護馬達避免進入海水或生產(chǎn)流體；為增壓泵提供冷卻液；為軸承和機械密封提供潔凈的潤滑液。隔離液管線采用雙相不銹鋼或更好的材料。系統(tǒng)中需要布置濾器，隔離液清潔等級按照SAE AS 4059 class 6B-F或更高。隔離液系統(tǒng)需布置蓄能器，其工作壓力、供給/回流流量、冷卻增壓泵用量需經(jīng)過計算滿足使用要求。隔離液系統(tǒng)可在上部平臺遠程監(jiān)控。隔離液的選擇需要對環(huán)境友好、高效技術(shù)成熟的產(chǎn)品。

2.4 水下增壓泵的材料、密封、防腐及標(biāo)識：

水下增壓泵是水下生產(chǎn)系統(tǒng)的重要設(shè)備，材料選擇應(yīng)與內(nèi)部油氣介質(zhì)相適應(yīng)，材料選擇要求較高。某油田水下增壓泵泵體選用超級雙相不銹鋼，葉輪、殼體耐磨環(huán)、軸承、軸套選用超級雙相不銹鋼帶碳化鎢涂層，泵軸選用inconel625。

水下增壓泵密封采用機械密封，與環(huán)境的密封采用金屬密封。

水下增壓泵模塊應(yīng)進行水下防腐設(shè)計，設(shè)計防腐涂層和布置陽極，并保證所有組成部件的電連續(xù)性。防腐設(shè)計應(yīng)滿足20年自保護。

水下增壓泵要有明顯的標(biāo)識，字高及顏色滿足ISO13628-8的要求。標(biāo)識要在設(shè)計年限內(nèi)保持清晰可見并考慮潛在的海生物影響。

2.5 水下增壓泵振動要求：

水下增壓泵是垂直懸掛泵，其振動由廠家考慮，以滿足泵和電機的振動要求。增壓泵的平衡設(shè)計通過單獨的葉輪平衡、相對葉輪布置或采用平衡活塞。在水下增壓泵的工廠測試期間，在軸承箱或附近的壓力套管上測量，對于整個工作范圍內(nèi)的垂直懸掛泵，按照API610要求其泵振動速度不得超過5.0mm/s，按照API541要求馬達振動速度不得超過2.8mm/s，使用加速計對增壓泵進行振動監(jiān)測。同時，建議在增壓泵底部支撐上設(shè)置緩沖裝置，也可減少泵的振動對水下管匯的影響，以保護水下管匯上的設(shè)備設(shè)施。

2.6 水下增壓泵的備用方式：

水下增壓系統(tǒng)重要性高，水下增壓泵需要配置為一用一備。需要考慮合理的備用原則，某油田對四種備用方式進行比選：

方式4不設(shè)初始備用，模塊故障后，新購模塊投用初始投資 高 較高 無 無初始采購周期 約20個月 備用模塊延后備用方式 方式1備用水下增壓模塊整體方式2備用水下增壓模塊核心部件方式3不設(shè)初始備用，模塊故障后回收、維修、再投用約20個月 約20個月 約20個月第一套模塊故障后，水下增壓模塊再投用耗時 0.5個月 3～7個月 19個月 22個月以往項目情況 多 極少 無 無

綜合以上條件進行比選，某油田推薦使用備用水下增壓模塊整體的備用方式。

2.7水下增壓泵的安裝：

水下增壓泵通常體積較大，重量較重。若與管匯一起安裝，則整體重量非常重，可選擇安裝船舶的資源受限。因此，某油田水下增壓泵單獨安裝下放。水下增壓泵應(yīng)設(shè)計安裝工具框架，及導(dǎo)向裝置。

3 結(jié)語

本文通過水下增壓泵在某項目中的應(yīng)用，闡明了水下增壓泵的用途，總結(jié)了水下增壓泵的總體要求、水下增壓泵模塊在水下管匯上的布置、水下增壓泵的技術(shù)要求、水下增壓泵的材料、密封、防腐及標(biāo)識、水下增壓泵的振動要求、水下增壓泵的備用方式、水下增壓泵的安裝等方面的技術(shù)要求，對需要用水下增壓泵的水下生產(chǎn)系統(tǒng)的提供了設(shè)計思路。