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更小、更轻、更普适 海底压缩系统日新月异

更小、更轻、更普适 海底压缩系统日新月异

在Statoil的Aasgard油田领域开创海底气体压缩技术不到18个月之后,该系统的工程师准备推出第二代版本,该版本体积更小,但压缩容量和效果相同。

作者 | Russell McCulley
编译 | 于晓林

人们喜欢将挪威海Aasgard油田的海底压缩系统性能与钟表的可靠性能进行比较。

“我们可以非常自豪地说,Aasgard海底压缩系统像瑞士手表一样运行,正如我们所说的那样,”Aker Solutions公司的Knut Nyborg表示,呼应了Aker和Statoil公司员工发表的公众言论,“我们非常高兴地看到,自2015年9月启动以来,我们的系统保持了接近100%的工作运行规律性。”

该设备仅运行几个星期后,Aker Solutions公司和德国压缩机制造商MAN Diesel&Turbo公司就开始研究第二代产品,通过借鉴他们在Aasgard合作过程中获得的经验教训,来推动该技术的发展(OneSubsea提供的用于湿气压缩的海底压缩系统于2015年10月在Statoil的Gullfaks South油田开始启用)。

该技术的倡导者说,鉴于该技术的实施,石油行业获益良多。如果压缩位置位于井附近的海底,则会使得采收率显著提高。挪威国家石油公司表示,该技术将Aasgard的Midgard油藏的采收率从67%提高到了87%,Mikkel油藏的采收率从59%提高到了84%。

虽然海底为压缩设备提供了大量空间,但缩小海底压缩设备的尺寸还是有诸多益处的。组成Aasgard海底压缩设备的模块,每个都是由MAN Diesel&Turbo公司的11.5MW高速、无油集成电机(HOFIM)压缩机单元驱动,安装在一个20米高的模板结构中,占地面面积为75米×45米,总重量约4800吨。为保证运营商的进度和系统的正常功能,这个尺寸十分必要,Nyborg说。

Aasgard“是一个计划驱动的项目”,涉及许多个行业第一和几个技术资格认证。“这使得这项工作一旦开始进行,就很难实施下去。可能在日后当你回想起来,你会发现现实中改进比想象当中更多。但我不认为我们就可以在项目期间有所保留,因为绝不容许失败。它必须从第一次安装到正常操作过程中都要做到顺利运行,“Nyborg说。

挪威国家石油公司就这个战略达成了协议,Nyborg坚持认为,该战略是正确无误的。“这是我们完成目标唯一的选择,该系统安全可靠。通过测试、调试、启动和连续操作,该系统一直保持着良好的工作状态。”

尺寸缩减

Aasgard团队早就认识到,第一个系统的一些要求在之后的安装中可能不再需要了。为了挑战一些要求并提出改进建议,工程师在整个项目中做了详细的记录,并编制了一份被Nyborg命名为“改进机会”的清单。

“在该项目中,我们必须确定可能遇到的挑战,日后一起去解决。并没有像海底压缩百科全书或行业标准这样的东西。所以我们必须找出所有潜在的难题,并找到解决方案。”

“在项目实施期间我们发现,如果你有足够时间,你就能进行改进。在下一个项目中,这些改进就可能会是降低成本,减小尺寸和重量。因此,我们指导工程师去发现改进机会,因而我们创建了一个改进机会纪录,从而他们可以纪录下经验教训以及他们想要改善的部分。”

Aker和MAN Diesel&Turbo公司的工程师利用该纪录清单为简化海底压缩系统概念打下基础,这些公司表示简化后的海底压缩系统的尺寸和重量将不到第一个系统的一半,从而显著降低安装成本。同时,第二代海底压缩系统具有与第一代完全相同的功能,Nyborg说。

“我们的重点是我们所谓的无风险优化。对于那些顶尖工程师来说,这是他们做决策的一个明确指标。这意味着你可以明确的说,优化后的系统与当前运行的系统具有相同的性能。通过不带任何风险的改进,并保留Aasgard的所有功能,我们能够创建一个适合新项目的优化系统。”

新配置适合所有在标准四口生产井平台的压缩系统模块,因而,这样就不需要再部署一个用于安装的重型提升船只。

该设计将每个机组的模块数量从13个减少到7个,大大简化了水合物预防系统,优化了处理管道,并使用Aker Solutions的新型Vectus控制系统及兼容电力促动器的SIS2,将每个机组的跳线数量从155个减少到50多个。

成熟技术

MAN Diesel&Turbo石油和天然气上游主管Basil Zweifel说,在海底系统中心安装的压缩机是一个长达十年的项目。

“最大的挑战是使内部部件足够坚固,能够处理井内液气流,”他说。目前在现场有100多台采用MAN公司HOFIM技术的压缩机。“但是他们中的大多数都用于管道气压缩,而管道气既干净又干燥。

HOFIM压缩机系统使用高速感应电机和主动磁轴承,减少了干气密封件,润滑油系统和齿轮箱等组件的使用。系统变得更简单,因此更可靠,Zweifel说。

Zweifel 还说道:“如果没有这个系统,你会有一个好的起点。当你开始设计,就会涉及质量保证,设计稳健性,以及通过减少不需要的组件来简化系统。为了确保其可用性和可靠性,我们在Aasgard上花了很多精力。

虽然第二代海底压缩系统将比Aasgard体积更小、部件更少,但压缩机本身保持不变,Zweifel 说。

“原则上,我们不想将压缩机做很大改变。我们将采用来自Aasgard的成熟技术,主要变化是关于接口的优化以及海底HOFIM压缩机与井下气体系统的集成。

自从Aasgard的压缩系统投入使用后,MAN就为采油平台系统提供了类似的HOFIM压缩机单元。“鉴于处理水面以上气体的需求,我们开发的海底压缩技术也已被应用于水面项目。

到目前为止,应用结果都令人鼓舞,他说。“我们越来越多地了解到机器在处理质量较差气体方面的效果以及不同气体组成对机器性能方面的影响。这种了解不是来自于实验室,而是来自实际作业,有了深入了解才能为提高气体压缩能力提供基础。因此,我们对该机器的实际工作能力很有信心。”

简单优化

Aker与MAN合作优化了新压缩机系统的电源。电力分配会增加成本,特别是那些长期开发阶段中的高压海底电缆。

“我们一直在寻找一些简单的改进方法,”Nyborg说。例如,Aasgard系统的原始计划要求所有模块一次性安装在箱式基架上。然而,重型货运承包商却要逐个提起模块。Aker在第二代的概念中保留了独立提升模块的功能,从而每个机组就不再需要400吨基架。

同样,Aasgard项目要求每个单独的模块,泵、压缩机、分离器等应该是独立的。通过消除这一要求,工程师能够将模块进行分组,并将每个机组所需数量减少了一半。

“这些变化都不会对系统功能产生任何负面影响,”Nyborg说。“把单独的模块都聚集在一起后,系统的效果会更好,因为系统的管道和连接器等数量会变少。“这将反过来减少压降,简化安装和干预操作,他补充说。

Nyborg说,目前,第三代海底压缩系统工作也已开始启动,第三代海底压缩系统即高容量压缩系统,通过进一步拆除海底泵及电源来简化结构。

“作为主要的泵供应商,这可能看起来有点奇怪,但进一步开发海底压缩系统的第三步就是去除泵,并将气体和任何从井中出来的物质直接导入压缩机。

然而,目前,Aker Solutions公司认为,海底压缩和优化设计的应用实例将激发挪威和其它地区以外的更多项目。

“我们已经设法与第二代相结合,将尺寸减小了50%,并降低了成本,”Nyborg说。“我们已经能够将组件的复杂性和数量减少约50%。这使得整体应用效果更好。该系统工作良好,体积更小,重量更轻,更便宜。由于不需要重型起重船,该系统可以安装在世界上任何地方。”

他继续说道:“世界上有很多大到中等类型的气田,并且当储层压力开始耗尽时,通常需要压缩。越接近井,压缩开发效果更好。海底压缩可以减少二氧化碳,减少环境足迹,如果没有平台,该系统将更安全。”

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白矾
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。

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