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紧凑型增压泵 改变深水开采的狠角色

紧凑型增压泵 改变深水开采的狠角色

海底增压设备是深水开采的重要一环,其效率与应用性能直接影响到开发商的收益。

来自 | BHGE
编译 | 白小明 惊蛰

提高采收率是石油公司永恒追求的话题。海底增压系统是一款强力有效的工具,但投资成本往往过高。此外,对于新油田,放置泵送隔离流体系统和动力系统相关设备所需地面空间极大,上部平台空间往往不足以支撑作业。同时,石油公司也寻求将海底增压系统的应用扩展到更深、更偏远以及对增压能力要求较高的油田。

BHGE提出了一种全新的海底泵送架构,解决了石油公司遇到的挑战。BHGE正在一个联合工业项目(JIP)中开发这种泵,JIP的第一阶段由道达尔、壳牌、挪威国油和雪佛龙等巨头赞助支持。这对解决作业公司面临的相关挑战和满足相关要求至关重要,并确保将解决这些挑战纳入开发计划。

模块化紧凑型泵

模块化紧凑型泵(MCP)是一种创新的新型海底增压系统,旨在解决传统海底泵所面临的技术、操作和经济限制。传统泵电机通过单个旋转轴连接到泵,MCP不同,它由一系列一体式电机叶轮组成,叶轮围绕静态轴共同旋转。这消除了传统泵的转子动态挑战,并且不需要围绕旋转轴的机械密封,而机械密封的不可靠性正式常规设备的缺陷之一,往往得不到保证。

理论上,这种设计可堆叠的级数不受限制,因此可以实现一些作业公司所需的超高增压。由于旋转轴惯性较大,传统泵存在流动条件快速变化的问题。相比之下,MCP具有极高的灵活性和响应性,非常适合处理油井作业中可能遇到的各种工况。

每个MCP叶轮都可以单独控制,以优化通过泵的流量。由于油井流体包括液体和气体,因此流体增压困难较大。当气体通过泵中的每个叶轮时,压缩强度更大,这带来了新的挑战。此外,在油田的整个生产周期,气液体积比之的平衡会随着时间自然改变,导致传统泵偏离设计的使用范围。而通过独立调节每个叶轮的速度,新泵可以在油田的整个生产周期适应这些条件,从而避免干预成本,同时保持高效高产。

新泵的设计具备可扩展性。如果需要更高的增压,可以采用级数更多的泵,而更加紧凑级数更少的泵则可以用于增压要求较低的场合。所有支持设备,例如海底VSD,也是可扩展的。这样可以实现设备制造的智能化和低成本,因为新泵只是相同零件的堆叠,因此认证也更加简单。

泵的每一级都有其单独的工艺润滑轴承,因此无需使用上部平台的隔离流体系统。MCP还使用海底变速驱动器,进一步减少了整个上部平台的占地面积。最终形成一个更加可靠的增压系统,只需不到一半的上部平台基础设施,而且功率密度是传统多相海底泵的两倍以上。减少对上部平台设备和控制管缆的需求,是MCP系统成本下降的两个主要原因。相关使用案例的初始成本效益研究表明,与传统泵系统相比,新泵节省的成本通常为系统总成本的20 – 37%。

测试和认证

为了评估这一全新概念的可行性,我们在意大利Bari的BHGE多相流回路中构建并测试了一个三级演示泵。到目前为止,测试结果非常理想,证明了这一概念在模块化方法、电机-叶轮一体式设计以及水力学方面的可行性。工作人员已于2017年秋季将分析试验数据提交给JIP。下一步将是建立一个全尺寸版的泵,并使其符合TRL 4标准。

MCP为海底增压带来了全新的架构。它有可能通过减少对上部平台设备的需求和简化控制管缆来显著降低成本。之前曾被丢弃的海底增压可能因此具备经济可行性,成为石油公司提高采收率的新工具。

海底增压可提高成本效率,理论上,新泵堆叠的级数不受限制,因此泵功率可以根据现场的特定需求进行调整,包括超高增压。与传统的增压系统相比,无隔离液增压大大提高了MCP的成本效率。新泵通过堆叠大量相同的电机/叶轮可以进一步降低成本并提高可靠性。此外,对于某些应用,特别是新油田,MCP系统可以在上部平台空间受限的现场部署海底增压。

  • 资本支出减少高达35%
  • 简化控制管缆
  • 上部平台空间需求减少约50%
  • 灵活高效,使用寿命超过油田生产周期

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