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生命不息 更新不止 海底氣體壓縮系統升級再升級!

生命不息 更新不止 海底氣體壓縮系統升級再升級!

傳統型氣體壓縮裝置一般部署在平臺或岸基,Statoil聯合GE打破技術壁壘,成功在挪威海聯機運營全球首個海底氣體壓縮裝置,該項創新技術為深水和遠離海岸的海域開辟了新機遇,具有里程碑式的意義。

來自 | Upstream
編譯 | 姚園

經過多年研究,全球首套海底天然氣壓縮裝置正式在挪威海的Asgard氣田投入使用。數月后,又在挪威Gullfaks氣田部署了一套濕氣壓縮裝置。

Statoil(挪威國家石油公司)相關人員表示,在海底靠近生產井的位置部署氣體壓縮裝置,不僅提高了氣田采收率,而且平臺上部模塊也無需再裝配氣體壓縮模塊,降本增效作用顯著。

Ormen Lange氣田是挪威大陸架第一個使用該系統的。早在2006年,挪威Hydro公司執掌該氣田時就曾希望GE公司能夠提供海底干氣壓縮系統,以便和位于Nyhamna的陸上天然氣處理廠建立連接。2007年12月1日,殼牌從Hydro公司手中接管了Ormen Lange天然氣田。在2009年,GE公司推出了Blue-C海底壓縮裝置,一款可部署在深水的氣體壓縮系統(立式安裝)。在2011年,通過搭載海底動力配電設備,Blue-C裝置在Nyhamna海域開展了首次測試工作。

然而,在2014年,海底氣體壓縮系統試點項目推進到一半時,殼牌公司與Ormen Lange氣田其它合作商決意暫停甚至放棄這個極具創意的工業項目,這無疑是對有望徹底改變海上天然氣生產技術的沉重打擊。

Odin Estensen是該試點項目的管理委員會主席,他表示:“Ormen Lange運營團隊均對海底氣體壓縮技術的發展懷抱憧憬,堅信這項技術對于改變Ormen Lange氣田未來的生產方式具有里程碑意義,甚至對挪威大陸架上氣田的有效開發有極大的推動作用?!?/span>

注:海底氣體壓縮系統關鍵部件為水下變頻器,用于控制各個壓縮機的運行速率。對于部署在Ormen Lange氣田的海底氣體壓縮裝置,所用變頻器都是經過系統測試的合格部件。

階段性勝利

Ormen Lange氣田位于克里斯蒂安松(Kristiansund,挪威西海岸默勒魯姆斯達爾郡)的西北方向120公里處,水深850~1100米;Aasgard氣田距離海岸線200公里,水深300米左右。海底壓縮系統的動力來自距離40公里的Aasgard-A生產平臺。

Alisdair McDonald是GE Oil & Gas公司海底動力與過程處理部門主管,他表示:“由于Ormen Lange氣田與Aasgard氣田的離岸距離都在120公里以上,這就意味著氣體壓縮裝置與Nyhamna處理終端間的距離也必然達到120公里。如此遠的距離,在生產平臺上安裝變頻器裝置不可行,因而水下動力電子設備的研發便提上了日程。GE公司、動力設備團隊、殼牌公司與氣田運營團隊通力合作,力推技術進步,變設想為現實?!?/span>

在Ormen Lange氣田試點項目中,GE公司提供了90%+的技術支持。McDonald表示,Blue-C裝置是全球首款專門設計的海底離心式氣體壓縮機,配備海底動力設備(包括變頻器與海底開關設備)。他評論道:“它是世上首款海底氣體壓縮系統,并搭配有水下動力設備、輸電及配電等系統?!?/span>

由于Blue-C壓縮機的功率高達12.5兆瓦,GE公司配套設計了一款水下動力配電系統,具體包括水下變壓器、配電開關單元、變頻變壓器、壓縮機變頻單元、變頻泵以及一個專門設計的145千伏MECON干式連接器。

“由于Ormen Lange氣田距離陸地達120公里,最經濟的供電方式是利用一根電纜并施加足夠的電壓,從而為海底氣體壓縮系統中的四個12.5兆瓦壓縮單元和變頻泵提供充足的電力,該系統允許的功率傳輸可達到100兆瓦的量級?!盞ristin Elgsaas說道,她是GE Oil & Gas公司水下動力部門的高級產品經理。

此外,GE公司還推動了水下開關設備技術的發展,開關系統用于切斷電力設備的電能供給。水下開關設備是將電纜的高電能分配給氣體壓縮系統內的各個壓縮單元與變頻器。Elgsaas表示,“不間斷式”的電能供應模式,在發生電源故障時,可確保本地存儲有充足的電力來安全關閉氣體壓縮系統。

Kristin Elgsaas表示,當前處于測試階段的電力部件最終不一定會部署在Ormen Lange氣田的海底氣體壓縮系統之中,但其為未來技術應用鋪平了道路。她說道:“基于Ormen Lange氣田技術應用所積累的經驗,我們可根據氣田離岸距離的遠近部署合適的電力組件,這從技術角度來看是完全可行的。經過數千小時的測試周期,電力供給設備運轉良好,完全達到預期效果?!?/span>

“當前,我們在海底氣體壓縮裝備研發方面已經積累了大量經驗,后續我們可以嘗試精簡系統設計?!盇lisdair McDonald說道。

注:測試地點在Ormen Lange氣田(殼牌運營)位于Nyhamna的天然氣處理終端,GE公司對海底氣體壓縮裝置與電力配給系統進行了先導性試驗。

進一步探索

15年5月,在休斯頓召開的海洋石油裝備年會上,Aker Solutions公司(負責完成了Ormen Lange氣田與Aasgard氣田先導性試驗裝備的設計與安裝工作)高管與Statoil公司負責人均表示,海底氣體壓縮系統的未來發展將趨向體積小型化、部署簡捷化以及結構簡單化。McDonald表示,GE公司正在努力推動技術沿著這個軌跡發展。

他補充說道:“為了避免各種意外情況的發生,我們在Aasgard氣田部署了一套超大型的水下系統。當前,我們在水下氣體壓縮裝置研制方面已經積累了大量的“實戰”經驗,后續將會考慮系統的簡約化設計,去掉冗余構件以減小模塊體積,或將兩個模塊合為一體以縮減模塊數量,最終目的是提高系統部署的靈活性。目前,我們已經得出一些簡化設計的構思,比如將12.5兆瓦的壓縮系統封裝進一個鋼管框槽中,這樣可大幅提高系統的部署靈活性,從根本上改善壓縮系統的經濟性。試想一下,如果將系統重量從5000噸精簡到少于2000噸,這無疑會對其經濟性能產生重大影響?!?/span>

近期,GE公司和Statoil、雪弗龍達成聯合工業項目合作協議,致力于合力推動濕氣壓縮技術的發展。Statoil在挪威Kaarsto具備專業化的K-Lab水下壓縮系統測試基地,GE目前正在此處測試一款升級版的壓縮系統。通過應用海底濕氣壓縮系統,將不再需要清除器與泵體的變速傳動部件,可大幅縮減系統規模。

Jorgen Corneliussen是GE公司水下動力控制部門的工程部經理,他表示,壓縮機葉輪旋轉速率可達10000轉/分,液滴經葉輪加速后猛烈撞擊到壓縮機內部構件表面,這極大地增加了侵蝕風險。他說道:“相較于將氣液分離的情況,濕氣壓縮系統設計需要克服諸多技術挑戰,核心區別是濕氣重量遠大于干氣,這就意味著即便是摻雜有極少量的液體也會導致重量的顯著增大,進而對壓縮系統產生完全不同的動量沖擊。濕氣易在設備密封處聚集,造成震動消極影響,會大幅影響壓縮機的穩定性能?!?/span>

“基于Ormen Lange氣田技術應用所積累的經驗,我們可根據氣田離岸距離的遠近部署合適的電力組件?!盞ristin Elgsaas(GE Oil & Gas公司)說道。

為了制造用于K-Lab測試的2.8兆瓦原型壓縮機,工程師們研討決定采用更堅固材料并結合GE公司航空部門的氮化鈦涂層技術來制作密封部件,進一步優化葉輪與葉片尺寸設計以減小濕氣中液滴體積并引導它們避免沖擊易受侵蝕部件表面;該項目獲得了挪威科技大學的技術支持。

McDonald指出,通過在平臺上安裝原型壓縮機來驗證和改良葉片性能,海底壓縮系統將主要在12.5兆瓦的Blue-C離心式壓縮機技術的基礎上發展。隨著海底壓縮系統技術的日益成熟,供應商所面對的主要挑戰是在行業低迷期間如何提升其經濟適用性,GE公司同其它大型服務商一樣,努力尋求有效途徑以優化整合自身技術與服務能力,并注重吸收其它技術發展“方案亮點”,以更好地推動技術進步。

基于濕氣壓縮機技術研發,更主要的是憑借Ormen Lange海底壓縮機先導性試驗項目,GE公司得以能夠有效整合內部各部門的優勢技術以及油氣行業的尖端技術。

McDonald說道:“在Aasgard氣田和Ormen Lange氣田開展的海底壓縮機先導性試驗的成功有效改善了行業發展的困境,通過技術杠桿,原油開發成本降低至50美元/桶。在過去的兩三年中,我們一直致力于精簡壓縮系統的結構設計,同時降低開發成本?!?/span>

GE油氣公司工程師Jorgen Corneliussen表示:“新型水下氣體壓縮技術完成驗收還需要一段兒時間。截至目前,水下壓縮系統還未有實際應用案例,但有三組系統正處于并行研制階段。個人認為,行業應將新型技術的實效性放在首位,不能冒進?!?/span>

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白礬
石油圈認證作者
畢業于中國石油大學(華東),油氣井工程碩士,長期聚焦國內外石油行業前沿技術裝備信息,具有數十萬字技術文獻翻譯經驗。
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