WZ11-4NB油田混输泵运行稳定性研究

， (中海石油(中国)有限公司 湛江分公司， 广东 湛江 524057)

WZ11-4NB油田混输泵运行稳定性研究

陈可营，李泳志
(中海石油(中国)有限公司 湛江分公司， 广东 湛江 524057)

新开发的WZ11-4NB油田设计采用混输泵作为增压泵进行油气外输，混输泵为南海西部油田首次应用，其运行稳定性有待研究。通过对国内混输泵使用情况和使用经验的调研，总结了混输泵使用中普遍存在的油气比不稳定、进口压力波动导致停机、泵对流量适应性差、进液不均易造成螺杆烧坏等问题，提出了解决问题的思路。结合WZ11-4NB油田的实际情况，提出了提高混输泵运行稳定性的改造意见，通过增加回流补液控制及直管段，混输泵最终成功投入使用，即便在严重段塞流工况下，混输泵仍能维持稳定工作，目前已稳定运行超过1 a。

混输泵； 段塞流； 油气比； 回流控制； 稳定性

WZ11-4NB油田为新开发的海上油田，有1个中心平台WZ11-4NB平台以及2座井口平台WZ11-4NA、WZ11-4NC，其中WZ11-4NC通过栈桥与已建的WZ11-4NA平台相连。WZ11-4NB平台作为中转平台，还接收从上游WZ11-1油田的来液(由WZ11-1RP平台输送)，与平台自身的料液混合后，直接进入WZ11-4NB平台的外输海管。WZ11-4NB平台自身不设置油、气、水分离设施，生产料液经过油嘴节流之后，与生产管汇各入口相连，需测试的生产料液(定期)经测试管汇进入测试流量计进行油、气、水三相测试。生产管汇汇合各生产井产出物后，与计量后的单井流体以及闭式排放系统收集的流体混合，直接进入外输海管。WZ11-4NC平台本身不参与生产，只作为中转平台，WZ11-4NA平台的料液经栈桥输送到WZ11-4NC平台，再经海管混输至WZ11-4NB平台，料液经混输泵增压后进入WZ11-4NB平台的外输海管，混输至下游WZ12-2A平台。设计中用于输送WZ11-4NA平台所来料液的泵采用的是2台德国雷士L4MG-200/75-AHOKR-G型混输泵，其对高含气率、高凝固点、高黏度多相流体均有较好的增压效果。WZ11-4NB油田为首次使用混输泵的南海西部油田，混输泵的安全稳定运行有待研究。

1 混输泵工作原理

WZ11-4NB油田所用的混输泵为双螺杆混输泵，其结构紧凑，对液相表现为泵的性质，对气相表现为压缩机的性质，但总体是以泵的特性出现。混输泵为外啮合的螺杆泵，利用相互啮合的主从螺杆抽送液体，主动螺杆由电机驱动，从动螺杆通过同步齿轮由主动螺杆带动。2个螺杆相互不接触，并且具有不同旋向的螺纹。通过螺杆间的啮合以及螺杆和泵体孔的配合，在泵体中形成多个密封腔，运转过程中，这些密封腔连续向前移动，推动密封腔中的液体从出口排出[1]。

当双螺杆泵输送气液两相流时，转子旋转带动介质旋转产生的离心力使气体集中于旋转中心，液体被甩向外缘的环带[2]。在每一级密封腔中，横断面上的压力分布是由中心向外缘逐渐增高的，当混合物从排出室泄漏到含有气体的前一级密封腔时，因中心部位压力相对较低，同时气体又具有可压缩性，故不足以使液体泄漏到更前一级密封腔中。正是由于利用了气体的可压缩性，当混输流体中含气率在双螺杆泵推荐的合理含气率范围内时，泵只会泄漏少量的液体，从而具有较低的内泄漏率，提高了泵的容积效率[3]。

2 混输泵存在问题及解决措施

2.1 存在问题

在WZ11-4NB油田开发阶段，为确保首次应用的混输泵能够安全稳定运行，对国内混输泵使用情况进行了充分的前期调研，混输泵使用情况及存在问题见表1。

表1 国内混输泵使用情况

根据调研情况了解到，混输泵在运行过程中普遍存在油气比不稳定，进口压力波动导致停机的情况。泵对流量适应性差，进液不均易造成螺杆烧坏[6]。结合WZ11-4NB油田的混输泵设计文件，推断本油田混输泵可能存在以下问题：①德国雷士混输泵操作条件较苛刻，要求进口压力稳定在1 200～1 500 kPa，压力低于800 kPa会导致停泵，而现场实际操作会出现多种引起混输泵进口压力低而停泵的情况，如设备故障或者电潜泵停机等原因会导致WZ11-4NA平台部分生产井关停，产量变化等均可能导致混输泵进口压力低而关停。②油气比不稳定时，混输泵工作在交变载荷下，长时间干转将导致双螺杆泵的啮合螺杆过热，降低混输泵的使用寿命和工作效率，同时降低轴承和密封的使用寿命，导致密封失效，引发泄漏[7]。③该混输泵的最低体积流量需1 584 m3/d，但WZ11-4NA平台初始启动阶段海管没有压力和流量，混输泵无法启动，需增加混输泵回流控制系统[8]。④设计混输泵时没有考虑段塞流影响。实际生产中每月需对海管进行一次在线通球，而在线清管会产生段塞流，导致混输泵进口压力降低，引起混输泵停机，影响WZ11-4NA平台生产。

2.2 解决措施

针对调研中混输泵所存在的共性问题，根据WZ11-4NB油田混输泵可能存在问题的分析，结合各地方对混输泵的使用经验，提出了对应的解决措施，见表2。

表2 混输泵共性问题解决措施

针对表2措施，对项目各方代表提出了要求，要求工程方增加混输泵进口压力控制阀、回流控制系统、直管段和进口滤器。要求厂家提供准确的基本参数，将泵的滑油滤器和密封油滤器由单联过滤器改为双联过滤器[6]，进出口增加SDV阀，防止泵突然关停时，液体对泵造成冲击。要求上游WZ11-1油田提供准确的物料参数，特别是估计油井全部启动后的参数，考虑回流控制[10-14]。要求生产部准确估算油井提液后的各参数，特别是气油比等参数。要求设计方修改设计图样，增加回流控制，WZ11-4NB油田混输泵流程见图1。

为解决WZ11-4NB油田混输泵运行稳定性问题，新增设了管线及阀门(图1中虚线部分)。考虑液量少时泵后液体温度较高，回流时泵会做较多无用功，进一步增高液体温度，发生恶性循环[15]。因此改变了从泵后进行回流的模式，通过新增控制阀，利用上游油田(WZ11-1RP平台)来液充当回流液体，减少了施工工作量，同时避免了泵做较多无用功[16]。针对增加缓冲罐的问题，根据实际情况，提出由图1中的单向阀1到混输泵前的管线来代替缓冲罐[17]，此段为254 mm(10″)管线，直管段较长，可以满足缓冲要求，进一步降低投资。同时，增加单向阀后也可以防止WZ11-4NC平台到WZ11-4NB平台海管出现段塞流时，从WZ11-1RP平台补充的回流液倒灌入此海管。

图1 WZ11-4NB油田混输泵流程示图

3 结语

在混输泵调试之前，设计、工程、厂家及施工等各方均完成了相应的工作，混输泵按期完成调试。从WZ11-4NB油田投产到目前，混输泵已稳定运行超过1 a，2台泵一用一备，补液控制阀PV-2010自动控制，运行平稳，补液时开度30%左右，运转的混输泵进口压力设点为1 050 kPa、转速2 500 r/min、出口温度约75 ℃，滑油及各辅助系统均正常，未发生过由于油气比不稳、进液不均等引起的关停及泵螺杆损坏问题。在WZ11-4NA平台海管每月例行通球所形成的严重段塞流工况下，混输泵仍能维持稳定工作，说明文中所述解决措施非常有效，对选择使用混输泵外输的油气田有借鉴和指导意义。

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StudyonStabilityofMultiphasePumpinWZ11-4NBOilfield

CHENKe-ying，LIYong-zhi
(CNOOC China Limited Zhanjiang Company， Zhanjiang 524057， China)

In the newly developed WZ11-4NB oil field，the multiphase pump is designed as the booster pump to carry out the oil and gas. However，for it is the first time such technology is used in the westen South China Sea oilfield， its operational stability is still to be studied. This essay，based on research of domestic application of multiphase pump，sorts out common problems such as unstable oil-steam ratio，closing down resulted from inlet pressure fluctuation， poor adaptability to flow variation and screw burning resulted from uneven fluid entry，and proposes solutions. According to the site condition of WZ11-4N，improvement suggestions to set up the back-flow control and straight pipe are adopted to increase pump stability，and finally the multiphase pump is put into use successfully，and has been in stable use over a year in spite of certain extreme conditions such as slug flow.

multiphase pump； slug flow； oil gas ratio； feedback control； stability

1000-7466(2017)06-0069-04

2017-06-10

陈可营(1986-)，男，山东泰安人，工程师，双学士，从事海上原油与天然气开采与集输工作。

TQ051.2； TE964

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.06.0013

(张编)