李翔云
(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司,天津 300459)
旅大29-1油田位于渤海東部海域,動(dòng)用儲(chǔ)量不足400萬(wàn)t,距離周邊油田超過(guò)16 km,屬于典型的邊際油田。為提高采收率,采用注水開(kāi)發(fā)模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)。常規(guī)無(wú)人平臺(tái)注水開(kāi)發(fā)均采用遠(yuǎn)程注水模式,即注水水源來(lái)自依托平臺(tái),利用依托平臺(tái)的注水設(shè)施,通過(guò)鋪設(shè)1條注水海管為新建平臺(tái)注水。然而,由于該平臺(tái)距離周邊油田太遠(yuǎn),注水海管投資太高,采用遠(yuǎn)程注水模式很難達(dá)到預(yù)期效益。為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離邊際油田有效開(kāi)發(fā),考慮在常規(guī)無(wú)人遠(yuǎn)程注水開(kāi)發(fā)模式的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新無(wú)人注水開(kāi)發(fā)模式。
新建工程設(shè)施包括1座無(wú)人井口平臺(tái)、1條混輸海管、1條海底電纜。
新建無(wú)人平臺(tái)設(shè)置水源井水處理系統(tǒng)和注水系統(tǒng)以及注水泵等設(shè)備,通過(guò)自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)注水流程;注水由本平臺(tái)水源井水提供,不再來(lái)自依托平臺(tái)。為此,需要新建1條海底混輸管道,通過(guò)遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)海管置換。新建1條海底復(fù)合電纜,為新建無(wú)人平臺(tái)供電。
為新建無(wú)人平臺(tái)設(shè)置注水泵等動(dòng)設(shè)備,該模式主要存在以下3方面挑戰(zhàn)。
1)水工藝與海管置換流程。水源井水流程通常只設(shè)置在有人平臺(tái),應(yīng)用在無(wú)人平臺(tái)需在流程控制方面加強(qiáng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。此外,若出現(xiàn)平臺(tái)應(yīng)急關(guān)停的情況,存在惡劣天氣人員無(wú)法及時(shí)登臨平臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn),需實(shí)現(xiàn)流程遠(yuǎn)程切換以及海管遠(yuǎn)程置換。
2)注水泵可靠性。注水泵屬比較大型的泵類(lèi),一般功率較高,泵出口壓力也屬高壓,長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行,一旦出現(xiàn)故障或關(guān)??赡艹霈F(xiàn)憋壓、泄露的問(wèn)題,安全風(fēng)險(xiǎn)較高。常規(guī)有人平臺(tái)的做法都是由專(zhuān)人定期巡檢,對(duì)泵運(yùn)行的溫度、壓力、震動(dòng)及入口濾網(wǎng)等情況進(jìn)行記錄確認(rèn),以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。如將注水泵應(yīng)用在無(wú)人平臺(tái),需加強(qiáng)注水泵的可靠性設(shè)計(jì)。
3)遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制。注水井注入壓力、流量及注水泵運(yùn)行都屬動(dòng)態(tài)變化,在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中需要頻繁通過(guò)人員操作進(jìn)行干預(yù)。無(wú)人注水平臺(tái)需在自動(dòng)化控制方面加強(qiáng),降低人工巡檢、維護(hù)和操作頻率。
水源井水流程見(jiàn)圖1,注水水源全部來(lái)自于本平臺(tái)水源井,水源井水經(jīng)除砂器除砂后送往注水系統(tǒng)。除砂器排砂口設(shè)置電動(dòng)開(kāi)關(guān)閥,除常規(guī)自動(dòng)排砂功能外還具備遠(yuǎn)程控制功能;水源井出口設(shè)置旁路,用于海管預(yù)熱和置換流程切換。由于海管置換流程為高壓,而水處理流程為低壓,所以在水源井水系統(tǒng)主流程設(shè)置壓力保護(hù)閥,用于壓力過(guò)高時(shí)泄壓。旁路設(shè)置流量計(jì),可將現(xiàn)場(chǎng)顯示信號(hào)并遠(yuǎn)傳到中控,實(shí)現(xiàn)對(duì)水源井流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),保證注水及置換水量。
注水流程見(jiàn)圖2,來(lái)自水源井系統(tǒng)的水進(jìn)入纖維球?yàn)V器過(guò)濾,最后進(jìn)入注水緩沖罐,通過(guò)加入脫氧劑控制注入水的含氧量;注入水通過(guò)注水泵,再經(jīng)過(guò)注水管匯分配回注地層。纖維球?yàn)V器配備反洗泵進(jìn)行反洗,反洗水來(lái)自注水緩沖罐,平臺(tái)設(shè)置污水罐接收反洗污水,再通過(guò)污水泵將污水轉(zhuǎn)運(yùn)至閉排罐。
圖2 注水系統(tǒng)流程
纖維球過(guò)濾器與反洗水泵成撬供應(yīng),具有設(shè)備啟停、主備設(shè)備自動(dòng)切換、自動(dòng)反沖洗、事故報(bào)警、單臺(tái)關(guān)斷等遠(yuǎn)程操作功能。注水緩沖罐設(shè)置壓力表、壓力變送器、液位計(jì)等,所有信號(hào)需遠(yuǎn)傳至中控。通過(guò)控制注水緩沖罐液位實(shí)現(xiàn)水源井采出量與注水井注入量的遠(yuǎn)程調(diào)控。
注水泵具有設(shè)備啟停、主備泵自動(dòng)切換、流量調(diào)節(jié)、事故報(bào)警、單臺(tái)關(guān)斷等遠(yuǎn)程操作功能。注水泵為變頻控制,可根據(jù)注水量需求適當(dāng)調(diào)節(jié)排量。在注水泵入口分別設(shè)置電液式關(guān)斷閥,在注水泵出口分別設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電液式關(guān)斷閥及電動(dòng)排氣閥。在主管線設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥,若注水泵出口壓力過(guò)高時(shí),進(jìn)行泄壓。在所有濾器進(jìn)出口均設(shè)置壓力變送器及壓力表,遠(yuǎn)傳監(jiān)測(cè)濾器壓差。
無(wú)人平臺(tái)置換方式有水源井水置換、海水置換、反向置換以及子母管置換等方式[1]。子母管置換需鋪設(shè)一條管線,對(duì)于距離依托平臺(tái)較遠(yuǎn)的邊際油田投資較高,駁船供水和反向置換存在惡劣天氣平臺(tái)操作人員無(wú)法及時(shí)到達(dá)的風(fēng)險(xiǎn),因此計(jì)劃置換采用水源井水置換,應(yīng)急置換采用海水置換。
海管置換流程見(jiàn)圖3~4,計(jì)劃置換工況,新建平臺(tái)的水源井水經(jīng)置換泵增壓后進(jìn)入外輸海管對(duì)管線進(jìn)行置換;應(yīng)急置換工況,利用新建平臺(tái)海水提升泵將海水打入應(yīng)急置換泵,經(jīng)應(yīng)急置換泵增壓的海水進(jìn)入混輸海管。區(qū)別于常規(guī)設(shè)計(jì),發(fā)球筒所屬操作閥門(mén)均采用遠(yuǎn)程控制的電動(dòng)球閥,可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程發(fā)球作業(yè);置換泵的進(jìn)出口設(shè)置遠(yuǎn)程控制電動(dòng)球閥、泵的出口設(shè)置遠(yuǎn)程電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,可以遠(yuǎn)程灌泵、啟停泵,用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程置換作業(yè)。
圖3 計(jì)劃置換流程
圖4 應(yīng)急置換流程
渤海海上平臺(tái)注水泵主要采用離心泵、往復(fù)泵、地面臥式電潛泵。往復(fù)泵適用于小流量高揚(yáng)程的注水工況,初始投資低,但維修工作量較離心泵大,在海上平臺(tái)有一定的應(yīng)用業(yè)績(jī)。離心泵中BB3、BB4和BB5 3種泵型適用于大流量的注水工況,流量調(diào)節(jié)范圍廣,可靠性高,但在小流量高揚(yáng)程工況下效率低。地面臥式電潛泵結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,由泵體、止推箱和電機(jī)組成,見(jiàn)圖5。地面臥式電潛泵的級(jí)數(shù)較多,葉輪串聯(lián)造成泵的整體長(zhǎng)度較長(zhǎng),維修頻率和維修工作量都較小。地面臥式電潛泵適用于小流量高揚(yáng)程的工況[2],最大流量可達(dá)到420 m3/h,出口壓力可達(dá)到45 MPa。在石油行業(yè)多用于外輸和注水,在陸上已有成熟的應(yīng)用業(yè)績(jī),在渤海海上平臺(tái)也有一定的應(yīng)用業(yè)績(jī)。
圖5 地面臥式電潛泵
海上平臺(tái)注水泵維修頻率見(jiàn)表1,地面臥式電潛泵維修頻率相對(duì)較低,且維修工作量小、維修簡(jiǎn)便,滿(mǎn)足無(wú)人平臺(tái)可靠性高的要求。
表1 注水泵維修頻率統(tǒng)計(jì)
旅大29-1油田最小注入量在為33.3 m3/h;最大注水量為46 m3/h,注水壓力為15 200 kPa,屬于小流量高揚(yáng)程工況。
綜合考慮工藝參數(shù)需求、設(shè)備可靠性、實(shí)際應(yīng)用業(yè)績(jī)、占地面積、設(shè)備投資等因素,選用2臺(tái)50 m3/h,入口壓力ATM,出口壓力15.2 MPa的地面臥式電潛泵,設(shè)置變頻器調(diào)節(jié)流量,流量變化范圍為33.3~50.0 m3/h,1用1備。
目前應(yīng)用在渤海的地面臥式電潛泵均為有人平臺(tái),現(xiàn)場(chǎng)反饋的主要問(wèn)題有:甲板變形造成泵撬變形,電機(jī)振動(dòng)值偏高;37 Hz后經(jīng)常出現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)泵體震動(dòng)明顯,有時(shí)突然停泵的現(xiàn)象。
將地面臥式電潛泵應(yīng)用于無(wú)人平臺(tái),其可靠性設(shè)計(jì)方案如下。
1)增加甲板平整度,提高注水泵的對(duì)中水平[3-4]。
2)對(duì)泵甲板進(jìn)行加固,增強(qiáng)泵撬座的強(qiáng)度。
3)設(shè)置回流管線和伴熱解決主備泵切換后的防凍問(wèn)題。
4)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程盤(pán)車(chē)及測(cè)試功能,保證注水泵在遠(yuǎn)程切換時(shí)注水泵可以正常運(yùn)行。
5)注水泵現(xiàn)場(chǎng)控制盤(pán)傳輸進(jìn)出口壓力、進(jìn)出口溫度、電機(jī)運(yùn)行電流、軸承溫度、軸承振動(dòng)等信號(hào)至中控。
與常規(guī)無(wú)人駐守井口平臺(tái)不同,無(wú)人注水平臺(tái)設(shè)備設(shè)施更多、工藝流程更復(fù)雜。為保證平臺(tái)安全可靠生產(chǎn),需要對(duì)無(wú)人平臺(tái)控制系統(tǒng)進(jìn)行全面升級(jí)。
為實(shí)時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),對(duì)部分常規(guī)儀表設(shè)備進(jìn)行升級(jí),在相關(guān)關(guān)鍵位置處,新增或替換部分溫度變送器、壓力變送器、液位變送器及流量變送器等設(shè)備,以保證現(xiàn)場(chǎng)重要的壓力、溫度、液位、流量及運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)傳輸?shù)街锌厥?。其次,為?shí)現(xiàn)正常工況及緊急情況下的遠(yuǎn)程操作,將工藝流程中部分手動(dòng)閥門(mén)替換成電動(dòng)閥門(mén),并在部分關(guān)鍵位置新增電動(dòng)閥門(mén)。再者,為便于操作人員直觀地了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況,適當(dāng)增加現(xiàn)場(chǎng)高清攝像頭數(shù)量,實(shí)現(xiàn)平臺(tái)CCTV視頻監(jiān)控全覆蓋,確保在其發(fā)生故障時(shí)對(duì)其進(jìn)行必要的緊急操作[5]。另外,考慮到平臺(tái)有人檢修作業(yè)時(shí)的工況,在登臨平臺(tái)處設(shè)置了有人/無(wú)人就地轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),保證有人操作模式下的人員安全。
通過(guò)采取這一系列措施,在提高新建無(wú)人平臺(tái)自動(dòng)化水平的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提高了平臺(tái)生產(chǎn)的安全性和可靠性。
渤海邊際油田眾多,采用無(wú)人注水創(chuàng)新模式可有效開(kāi)發(fā)動(dòng)用儲(chǔ)量低、依托距離遠(yuǎn)的邊際油田,可顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。