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【本周專題:深水】多級泵回接技術緩解低油價深水開發之痛(一)

多級泵回接技術有效緩解低油價深水開發之痛(一)

海底增壓是一種新興的深水回接開發系統,也是現存最有效、最經濟、最可持續的深水油藏開發手段。然而,現存的回接技術還很不成熟,還需要特殊的安裝方案和新技術來補充,相較于海底增壓系統處于明顯劣勢。

來自 | World oil
編譯 | 張德凱

在油價處于高位時,為了優化深水油氣開采,開發商對多種方案進行了對比,包括水驅、氣驅及其他EOR/IOR方案。在這些方案展現出提高采收率潛力的同時,也伴隨著高成本、高技術風險等問題,這些問題在高油價時期并沒有引起足夠的注意。隨著油價下跌,開發商逐漸意識到不同開發方案對最終受益的影響,對比之后發現回接方案是唯一能夠滿足當今市場狀況的開發方式。

回接是一種低成本的深水開發替代方案,以目前的油價水平來說,開發商通常不會選擇建造新的FPSO、平臺或TLP,而回接作業可以降低大量開發成本。只有對于儲量巨大或是沒有適合回接設施的情況,開發商才會做出上述投資,所以在大多數油藏開發中,開發商首先會選擇利用現有設施,降低開發成本。

回接作業通常由多級泵來完成,稱為多級泵回接(簡稱MPTB),該技術能夠降低作業成本,提高最終采收率,目前來看應用潛力極大。從另一個角度來看,MPTB是一種非常有效的常規開采手段(鉆一口新井等)替代方案。MPTB能夠降低井口壓力,其成本要比常規手段低得多。采用MPTB替代常規方案,是一種無需額外動力、只需使用裸管即可完成的作業,效率極高。事實上,MPTB更近似于一種介于常規開發方案和裸管連接技術中的回接方案。

使用多相泵進行回接作業的效益非常誘人,能夠保持產能的同時提高最終采收率。近期,墨西哥灣的一些井安裝了單相泵進行回接作業,由于該地區的GOR(含氣量)和泡點太高,應用效果并不理想。此外,為了適應低BHP(井底低壓),提高產率和采收率,井口壓力要盡量低。事實證明,多相泵是更理想的選。多相泵還幫助降低了油管尺寸,開采作業的穩定性較大直徑油管有所提高,段塞流現象明顯減弱,提高了井筒的開采壽命。

多相泵采的應用

深水泵采已經是一種非常成熟、可靠、得到廣泛應用的海洋油氣開發人工舉升方式,常規的泵采系統可以進行單相、多相開采,馬力范圍覆蓋1~6.4MW。目前主要有三種海洋油氣開采多相泵:轉子動力泵、雙螺旋泵以及由轉子泵演變來的電潛泵。

多級轉子動力泵是目前應用最為廣泛的深水泵系統,也是本文對于新型低成本回接技術討論的重點。水下泵在多種作業中都得到了應用,從最初的單井泵系統到多相ESP系統,最終逐漸發展為集成多級泵系統。

轉子動力泵系統

新型泵系統包括HPHT(高溫高壓)級深水泵和高揚程舉升系統,泵可耐壓15000psi,目前已經投入商業應用,泵/保護器/馬達可耐高溫350℉,這為高氣含量、高溫高壓的墨西哥油田開采帶來了新的機遇。Petrobras公司的Barracuda項目采用了新一代的多相高揚程泵系統,在GOV為60%時的實際舉升壓力為2350psi。目前已有多家服務公司可提供此類產品,且都經過了相關認證。

多級泵回接技術有效緩解低油價深水開發之痛(一)

圖1.Julia泵系統在水深7200ft的深水中取得應用,提高了產率和最終采收率

在過去的一年中,多種采用集成配置的深水泵采系統投入了實際應用。在墨西哥灣,Exxon Mobil在Julia油田使用了兩套OneSubsea公司的單相泵系統(圖1),Chevron公司在JSM項目中采用了三套相同的設備(圖2)。在2016年12月,深水開發聯盟宣布世界上最長的MPTB項目正式開啟,該項目在墨西哥灣Murphy E&P公司的Dalmatian油田進行,回接作業跨度達22英里,聯結至Chevron的Petronius平臺。據估計,此次回接作業的成功與否將直接影響到未來十年墨西哥灣油氣開采的進程。同時,該地區還將采用新型降本技術進行其他七個小項目的開發。

多級泵回接技術有效緩解低油價深水開發之痛(一)

圖2.Julia油田采用的功率3MW單相泵系統,可承載壓力13500psi,有效輸送距離15英里,目的地為Chevron 的JSM平臺

基于電潛泵的深水泵系統

深水舉升作業中使用的ESP系統與常規的深水開采ESP系統基本相同,深水回接作業中使用的ESP為撬裝式,通過短的沉箱進行安裝。Petrobras公司墨西哥灣的Cascade-Chinook油田已經進行了撬裝式ESP的安裝。相比于常規方式安裝的ESP,撬裝式ESP的人工干預成本更低,但目前用的沉箱體積過大,限制了該技術的發展。一般來說,大直徑的沉箱可在水深為200~300ft的范圍內為大馬力ESP提供保護。當沉箱用于氣體分離時,沉箱的多余空間還能提高設備的分離能力。沉箱還可以設計為敞開式,此時所有的液體均由ESP泵輸,在此種情況下,沉箱的調節能力有助于泵系統穩定性的提高。目前采用的沉箱式ESP系統也存在著缺點,那就是維保成本太高,此外,在一些苛刻條件下,ESP的穩定性、分離器的效率都會受到影響。

近幾年,ESP系統在高氣含量井開采中的能力提升顯著,深水油氣開采隨即帶入多相泵時代。相關人員進行了大規模的性能測試,結果顯示,即使GVF高達60%,將ESP氣體處理器置于泵吸入口可以有效防止氣鎖問題的發生,當氣含量處于0~40%時,ESP依舊能保持較高的輸送效率。對于回接作業來說,ESP能夠大幅優化頂端設備配置,ESP無需防護或是保護設備,能夠降低作業成本。然而在MPTB作業中,ESP的運行壽命只能維持1~3年,遠遠低于轉子泵,這是限制ESP在回接作業中應用的主要因素。

雙螺桿泵

在實際的回接作業中,雙螺桿泵(TSP)的應用率也較高。TSP在輸送重油方面有著與生俱來的優勢。此外TSP還擅長輸送高GVF流體,目前在陸地輸送系統中應用非常廣泛。一些近期的研究顯示,當GVF高達95%、且存在液體冷凝&回流時,TSP的輸送效率依舊非常高。

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