油气混输泵在海上油田的运用前景

摘要: 多相混输技术是近年来发展起来的一种高效、经济的海上油田开发方式,它以一台多相泵代替输液泵和气体压缩机,通过一条管道将油、水、气体、沙粒及石蜡等组成的多相混合物输送到中心处理装置。与传统的开采方式相比,油气混输泵在海上油田的运用具有极其明显的优势。

　引　言

    随着陆上石油的日益减少, 人们越来越重视海底石油的开发。海上原油产出物主要是油和气的混合物, 同时还含有少量的水和砂, 是一种多相混合物。在传统的海上石油开采过程中, 需要建立一套复杂的处理设施, 使原油产出物在海上平台或海底就分离,然后将油、气分别输送到陆上加工基地。这种开采工艺增加了油气分离装置, 不仅在技术上带来了困难,而且也非常不经济。多相流混输泵是一种专门用于输送原油产出物的设备, 与分离方法相比, 它不需要增加分离装置, 可使原油产出物直接输送到加工基地,特别适用于原油混合物的远距离输送,在海上石油的开发中, 可节约大量的资金。伴随着对多相流动规律的研究和认识,国外已开发出用于海上原油混送的多相流混输泵, 这种产品可以连续输送含气率从0 (指100 %液体) 到1 (指100 % 气体) 的介质,非常适于恶劣的海上油田开采条件, 其突出的优点在于节约能源和节约资金。我国在多相流混输泵产品的开发方面还处于空白, 多相流混输泵主要依赖于进口, 消耗着大量的外汇, 因此, 研究和开发多相流混输泵对我国海底石油开发有着十分重要的意义。

1 　多相泵研究

1. 1 　双螺杆多相泵

螺杆泵属于容积式泵。双螺杆泵具有强制输气(液) 的特点,因而无论含气率如何变化,都可以强制性地将油气从入口经过压缩腔压缩再推到排出口,性能不会因为含气率的提高而大幅下降,所以它可以输送含气率较高的混合物。其在设计上利用气体的压缩性成功地降低回流损失,提高了泵的容积效率。这种泵在输送多相流时采用了气体压力渐进升高的方式,进口处压力升高缓慢,而出口处压力升高较快,因而进口处回流损失较小,而回流则用于减少输送介质的含气率,增大出口压力。双螺杆泵的两根转子啮合时互不接触,能输送含固体砂粒的气液混合物。其应用也是最广泛的,但也存在输送流量较小,对泥沙敏感,螺杆外缘与缸体磨损后压力迅速降低,致使该型泵工作可靠性低、维修量大、寿命低、运行成本高等问题。

1. 2 　螺旋轴流多相泵

螺旋轴流泵是借鉴了输送纯液体的泵和纯气体的压缩机的原理而创造出来的,他可以输送液体、气体、气液混合物。其基本作业原理是使多相流体在高速旋转的叶轮中获得动能,并通过导叶的扩压作用实现动能向压力能的转换,同时调整多相流体流动状态,为下一压缩单元的正常工作提供保证。通过流道的优化设计有效地减缓了多相介质利用叶片对油气混合物产生升力而进行的加压,其螺旋型的叶轮和整流器又强迫输送介质沿轴向运动,有效地防止气液两相介质在流道内分离,从而保证均匀流动的要求。由于叶轮的高速旋转,进入叶轮中的介质被加速,加速的介质经过整流器时,速度降低,其动能转化为压力能,从而使输送介质每经过一个单元级,便增加一部分能量。在叶片式多相泵中,压力的不断增加是通过能量传递和转化实现的。

1. 3 　反转轴多相泵

反转轴多相泵由挪威壳牌石油公司、NAM 石油公司和福兰墨工程公司三家共同开发。它由两台电机驱动,一台驱动内转子,另一台驱动外转子,内外转子按相反方向旋转,转轴的设计结构简单,输送排量大,一般可满足“湿气”增压的要求。此外,这种泵每单位长度的增压能力为常规多级装置的两倍以上。目前,排量为6 400 m3/ d 的样泵已通过了油田试验,并且已在NAM 石油公司所属的Delier 油田安装运行。32 000 m3/ d 排量的多相泵正在福兰墨工厂进行试验。

1. 4 　直线驱动活塞泵

直线驱动活塞泵是MEPS (多相电驱动增压泵站)混输项目研制开发的产品[3 ] 。MEPS 项目是福兰墨工程公司与美孚石油公司合作的一项混输项目。该多相泵采用成熟的往复活塞泵原理,结合新的直线电驱动系统概念设计而成。控制系统可确保达到所要求的活塞速度并控制活塞的滑动冲程长度。这种多相泵通过改变活塞直径和马达额定值,便可实现很宽范围的压力和排量。这种泵/ 马达组合设计的主要优点为:能输送各种流态和0～100 %含气体积率的流体;泵/ 马达组合设计的总效率达90 %以上;只有一个低速运动部件;机械设计简单、耐用。这种多相泵的样泵于1993 年10 月运往得克萨斯州米德兰Salt Creek 陆上油田安装,并于1994 年2 月
正式投入试验 。

MEPS 海底增压站由下列6 个安装在保护底座结构内的基本模块组成:控制管缆端子头;动力/ 控制模块,包括海底变频器;泵/ 马达模块,包括直线电马达和活塞