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貝克HPump地面泵打破常規 與眾不同


貝克HPump地面泵打破常規 與眾不同

API 610是國際通用的地面泵系統標準,但隨著生產狀況的發展,該標準出現了一些問題。全新的HPump地面泵系統顛覆了傳統地面泵的理念,大大提高了設備運行壽命和效率。

來自 | Baker Hughes
編譯 | 張德凱

目前,地面泵系統主要用于輸送流體,可輸送多種流體,應用范圍非常廣泛,主要包括上游油氣、中游產品和工業操作等,輸送的常規流體包括化學品、石油、水和餾分油。美國石油協會API專門針對地面泵系統建立了ISO 13709:2009/API 610國際標準,作為石油開采、石油化工及天然氣行業的地面離心泵管控標準。

API 610國際標準

API 610標準涵蓋了三種系列的泵:懸臂式泵、垂直懸掛式泵、兩端支撐式軸承泵。標準對泵的基本設計、材質、軸承、潤滑、齒間隙、耐壓外殼、壓力連接等都進行了非常詳細的描述,同時還包括了附件、檢查、測試內容以及相應的設備供應信息。

API 610中的內容都源于幾十年的應用經驗,通常來說,以上三種泵的設計已經非常成熟。由于地面泵的運行壽命要求至少為20年,同時要求能夠連續運轉3年,所以建立API 610的主要目的是提高地面泵的應用穩定性。要滿足應用要求,尤其是在輸送組成復雜的石油、石化產品時,難度很大,而地面泵的維修通常也十分復雜,所以設備穩定性的重要性不言而喻。

API 610泵穩定性

雖然API 610國際標準在地面泵供應商、作業者以及環境、公共安全等方面都發揮了巨大作用,但其內容主要集中于成熟技術,因此還存在一些不足。目前大多數API 610泵的作業者都被相同的問題困擾,那就是如何提高泵的穩定性、降低危險系數,同時還要降低維修時間和成本。

實際上API 610標準的應用是非常復雜和繁瑣的,效率較低。API 610泵的維修也很難進行,不論是耐磨環、葉輪出現問題,還是發生腐蝕等問題都會耗費大量時間。所以,無論是在現場還是返回車間維修,成本都非常高,而且還耗時,業界已經普遍表示無法接受現行的標準。

更優質地面泵系統

API 610中明確禁止地面泵的供應商和作業者使用其他地面泵替代系統和泵輸方案,尤其是新型技術,更是嚴格禁用。

電潛泵(ESP)系統主要用于油田的人工舉升作業,當井下壓力不足時,ESP能夠顯著提高油井產率。ESP系統有著高效、耐用的優點,同時能夠在高溫、流量波動、壓力波動、腐蝕性流體、磨蝕性流體等極端條件下工作。

這些極端條件是容積式泵、剖分式泵(不屬于API 610標準)的克星,誘發輸送問題的幾率極高。貝克休斯在ESP應用方面經驗豐富,為通過優化設計提高地面輸送效率,該公司決定將其成熟的ESP技術引入到地面輸送系統中。最終,貝克休斯帶來了HPump地面泵系統。

HPump地面泵系統

HPump系列地面泵主要是在上游油氣、油氣加工業以及工業中輸送液體。HPump采用模塊化設計,可替代容積式泵、剖分式泵。

HPump系統采取了與小曲率半徑ESP系統CENtrilift相同的工藝,防泄漏,噪音低,將多級離心葉輪與水平泵軸承腔(HTC)結合在一起,同時采用工業級的馬達固定撬體。HPump的設計主旨就是讓地面液體輸送變得更加輕松,模塊化設計使得設備維修更加簡單,現場即可完成,無需耗費大量時間。該系統的常規應用包括注水、廢水處理、CO2輸送與注入、氨氣(用于處理天然氣)輸送、SAGD過熱蒸汽輸送、泵增壓、常規液體輸送以及管道建設等。

HPump的出現標志著地面泵概念的革新換代,它采用了撬體式工作模式,部件的更換維修、升級改造等都非常簡便,大大提高了工作效率。有了HPump后,作業者再也不需要耗費數月來維修設備,只需幾個小時就能完成HPump部件的更換工作,消除安全隱患,減少非工作時間。HPump部件有充足的儲備,幾小時即可運達現場,系統采用了模塊化設計,非常靈活,常規部件如泵、馬達、HTC、聯軸器、機械密封等無需耗費過多時間即可更換。開發商可以根據工作需求隨意改變設備配置,而無需擔心浪費時間,同時,HPump還能與大馬力設備配合使用,提高了特殊情況下的工作效率。

HPump的簡化、模塊化設計還具有另一項優勢,那就是降低液體輸送成本。HPump泵體完全包裹在管狀外殼內,大大降低了壓力邊界值,可有效防止漏失。此外,HPump的生產前置時間也非常短,常規的API 610泵從設計到投入使用通常需要幾個月的時間,而HPump完成這一過程只需幾周。這對生產要求變化非??斓墓I生產來說是非常重要的,尤其是在工期緊張的項目中。HPump的應用穩定性非常高,同時其部件置換簡單,無需第三方機構進行停機檢測、記錄,降低了成本和時間耗費。

HPump系統與API 610系統區別

HPump與API地面系統在一些方面存在著顯著差別,HPump系統與傳統的容積式泵、剖分式泵等的設計完全不同,因此,API 610標準并不適用于評價HPump系統。

HPump系統的許多特點、優勢在API 610標準中都未提及,而API標準中的許多要求并不適用于HPump設備。目前來看,API標準只適用于HPump出現前的地面泵系統,HPump不同于常規設備,其設計理念和技術都來自ESP技術。

與API 610系統相比,HPump設備的半徑更小、設備更長,采用了多級葉輪技術,即使在苛刻的地下環境,甚至是深水環境中也能穩定工作。HPump葉輪(定子/轉子)分布均勻,所以葉輪徑向載荷更小。泵體通過輸送液體達到潤滑設備的效果,解決了軸承應用的問題,實際應用表明,HPump可以用于CO2、液氨、NGL等非常規液體的輸送。

與API 610系統相比,HPump采用模塊化設計,在更換泵、馬達、機械密封等部件時,傳輸系統不會長時間停工。HPump還分離了泵和止推軸承,使用了花鍵套聯接,系統整體穩定性提高。

HPump的成本及維保費用較低,開發商用一套API 610系統的成本可購買安裝多套HPump系統。為了提高輸送能力,HPump系統可兩套并聯使用,其中一套為全負荷運轉,另外一套提供冗余輸送保障。

應用案例

地點:加拿大,Alberta省

加拿大的一家油氣生產商需要地面泵系統回注產出水,處理量為2400BPD,作業壓力未1100psi。由于液量較少,設備磨損加劇,該開發商采用的第一款地面泵系統工作30天后就出現故障。針對此種狀況,該開發商需要一款耐磨、維保費用低、易于控制的地面泵系統。

隨后,該開發商選擇了貝克休斯的450馬力HPump水平地面泵系統,該系統最高輸送量24000BFPD,使用Electrospeed VSD根據液量變化控制泵速,有效防止液量低造成的磨蝕問題。

由于HPump系統的作業相對獨立,不受液量變化影響,因此開發商的控制更加靈活,設備運轉時間明顯加長。當現場條件變化或產液量波動時,儲液罐會發送信號至VSD,根據液量變化可以控制HPump輸送能力,進而保證HPump系統處于最佳工作狀態,防止氣縛等現象發生。

與常規地面泵系統相比,除了能顯著提高運行壽命外,HPump還大大提高了運行效率,降低了生產成本,延長了設備工作壽命。此外,HPump的抗磨蝕性能也得到了加強,避免了設備過早更換。貝克休斯的ARMOR I葉輪涂層與抗磨蝕葉輪材料對于提高地面泵系統壽命非常重要,ARMOR I是一種含氟涂層技術,可以有效避免瀝青質沉積和結垢,進而將設備磨蝕降到最低。

通過配合使用HPump與Electrospeed VSD,設備的運行壽命已超過了1460天。

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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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