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緊湊型增壓泵 改變深水開采的狠角色

緊湊型增壓泵 改變深水開采的狠角色

海底增壓設備是深水開采的重要一環,其效率與應用性能直接影響到開發商的收益。

來自 | BHGE
編譯 | 白小明 驚蟄

提高采收率是石油公司永恒追求的話題。海底增壓系統是一款強力有效的工具,但投資成本往往過高。此外,對于新油田,放置泵送隔離流體系統和動力系統相關設備所需地面空間極大,上部平臺空間往往不足以支撐作業。同時,石油公司也尋求將海底增壓系統的應用擴展到更深、更偏遠以及對增壓能力要求較高的油田。

BHGE提出了一種全新的海底泵送架構,解決了石油公司遇到的挑戰。BHGE正在一個聯合工業項目(JIP)中開發這種泵,JIP的第一階段由道達爾、殼牌、挪威國油和雪佛龍等巨頭贊助支持。這對解決作業公司面臨的相關挑戰和滿足相關要求至關重要,并確保將解決這些挑戰納入開發計劃。

模塊化緊湊型泵

模塊化緊湊型泵(MCP)是一種創新的新型海底增壓系統,旨在解決傳統海底泵所面臨的技術、操作和經濟限制。傳統泵電機通過單個旋轉軸連接到泵,MCP不同,它由一系列一體式電機葉輪組成,葉輪圍繞靜態軸共同旋轉。這消除了傳統泵的轉子動態挑戰,并且不需要圍繞旋轉軸的機械密封,而機械密封的不可靠性正式常規設備的缺陷之一,往往得不到保證。

理論上,這種設計可堆疊的級數不受限制,因此可以實現一些作業公司所需的超高增壓。由于旋轉軸慣性較大,傳統泵存在流動條件快速變化的問題。相比之下,MCP具有極高的靈活性和響應性,非常適合處理油井作業中可能遇到的各種工況。

每個MCP葉輪都可以單獨控制,以優化通過泵的流量。由于油井流體包括液體和氣體,因此流體增壓困難較大。當氣體通過泵中的每個葉輪時,壓縮強度更大,這帶來了新的挑戰。此外,在油田的整個生產周期,氣液體積比之的平衡會隨著時間自然改變,導致傳統泵偏離設計的使用范圍。而通過獨立調節每個葉輪的速度,新泵可以在油田的整個生產周期適應這些條件,從而避免干預成本,同時保持高效高產。

新泵的設計具備可擴展性。如果需要更高的增壓,可以采用級數更多的泵,而更加緊湊級數更少的泵則可以用于增壓要求較低的場合。所有支持設備,例如海底VSD,也是可擴展的。這樣可以實現設備制造的智能化和低成本,因為新泵只是相同零件的堆疊,因此認證也更加簡單。

泵的每一級都有其單獨的工藝潤滑軸承,因此無需使用上部平臺的隔離流體系統。MCP還使用海底變速驅動器,進一步減少了整個上部平臺的占地面積。最終形成一個更加可靠的增壓系統,只需不到一半的上部平臺基礎設施,而且功率密度是傳統多相海底泵的兩倍以上。減少對上部平臺設備和控制管纜的需求,是MCP系統成本下降的兩個主要原因。相關使用案例的初始成本效益研究表明,與傳統泵系統相比,新泵節省的成本通常為系統總成本的20 – 37%。

測試和認證

為了評估這一全新概念的可行性,我們在意大利Bari的BHGE多相流回路中構建并測試了一個三級演示泵。到目前為止,測試結果非常理想,證明了這一概念在模塊化方法、電機-葉輪一體式設計以及水力學方面的可行性。工作人員已于2017年秋季將分析試驗數據提交給JIP。下一步將是建立一個全尺寸版的泵,并使其符合TRL 4標準。

MCP為海底增壓帶來了全新的架構。它有可能通過減少對上部平臺設備的需求和簡化控制管纜來顯著降低成本。之前曾被丟棄的海底增壓可能因此具備經濟可行性,成為石油公司提高采收率的新工具。

海底增壓可提高成本效率,理論上,新泵堆疊的級數不受限制,因此泵功率可以根據現場的特定需求進行調整,包括超高增壓。與傳統的增壓系統相比,無隔離液增壓大大提高了MCP的成本效率。新泵通過堆疊大量相同的電機/葉輪可以進一步降低成本并提高可靠性。此外,對于某些應用,特別是新油田,MCP系統可以在上部平臺空間受限的現場部署海底增壓。

  • 資本支出減少高達35%
  • 簡化控制管纜
  • 上部平臺空間需求減少約50%
  • 靈活高效,使用壽命超過油田生產周期

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