劉帥，李明海，王新柱 (中海石油 (中國(guó)) 有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

1 項(xiàng)目概述

某海上采油平臺(tái)所轄開(kāi)發(fā)油藏具有密度低、粘度低、地飽壓差較大的特點(diǎn)，為未飽和油藏。根據(jù)油藏特性，在生產(chǎn)開(kāi)發(fā)期間，注水量不足引起注采不平衡，地層能量下降造成油藏大規(guī)模脫氣，電泵泵效降低，油井產(chǎn)能下降，影響油井產(chǎn)量和最終采收率。ODP設(shè)計(jì)上采用的注水泵為一用一備模式，設(shè)計(jì)最大注水量為2 400 m3/d。受油藏滾動(dòng)開(kāi)發(fā)影響，注水井?dāng)?shù)量由初始設(shè)計(jì)的3口逐步調(diào)整增加至6口，注水的需求量由2 250 m3/d增加至3 650 m3/d[1]。為了滿(mǎn)足注采平衡需求，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增注的目的，需要對(duì)注水系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容增注適應(yīng)性改造。

注水系統(tǒng)擴(kuò)容增注改造以實(shí)現(xiàn)注水量增加為目的，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐應(yīng)用效果為參照，從工藝、設(shè)備、結(jié)構(gòu)等角度進(jìn)行改造嘗試，最終實(shí)現(xiàn)由單串集輸注水到雙串分列注水的適應(yīng)性改造，達(dá)到了增注增產(chǎn)的目的。

2 注水工藝流程改造

2.1 注水工藝設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

平臺(tái)注水系統(tǒng)包括1個(gè)注水緩沖罐、2臺(tái)注水增壓泵、2臺(tái)注水泵，一條供6口井注水管匯。原有工藝流程設(shè)計(jì)為注入水從注水緩沖罐6寸管出口連接到兩臺(tái)離心式注水增壓泵入口，注入水增壓泵增壓至3 MPa后進(jìn)入到兩臺(tái)注水泵入口，注水泵把注水水源提高到21 MPa注入本平臺(tái)的注水井。注水增壓泵主要是為了給注水泵提供穩(wěn)定的壓頭，注水增壓泵出口設(shè)計(jì)有壓力控制管線(xiàn)進(jìn)行注水泵入口壓力控制，注水泵出口設(shè)計(jì)有液位控制閥管線(xiàn)實(shí)現(xiàn)注水緩沖罐液位控制。

2.2 注水工藝流程的制約因素分析

雙串運(yùn)行測(cè)試過(guò)程中，在整個(gè)工藝設(shè)計(jì)上，工藝流程上的三個(gè)壓力節(jié)點(diǎn)成為增注的限制因素。

注水增壓泵進(jìn)口管線(xiàn)分流氣蝕影響泵效。原始設(shè)計(jì)工藝流程上，注水緩沖罐出口一條6寸管線(xiàn)輸送的水量被兩臺(tái)注水增壓泵分流，離心式注水增壓泵進(jìn)水量不足，造成雙串運(yùn)行時(shí)注水增壓泵氣蝕，泵效降低，達(dá)不到增注增壓效果。

注水增壓泵出口管線(xiàn)匯輸引起壓頭損耗。雙串運(yùn)行時(shí)，注水增壓泵出口管線(xiàn)處于聯(lián)通狀態(tài)，給兩臺(tái)注水泵供給水源，由于離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)受泵效影響壓頭不一致，造成兩臺(tái)泵出口在匯輸管線(xiàn)處輸水量不一致，造成離心泵壓頭損耗，注水泵出口得不到足夠水量。

注水泵出口管線(xiàn)匯集輸損傷設(shè)備，注水量受制約。兩臺(tái)注水泵在設(shè)計(jì)上出口共用一條注水管匯。當(dāng)雙串運(yùn)行共用一條6寸出口管線(xiàn)時(shí)，兩臺(tái)注水增壓泵在變頻調(diào)整過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)某臺(tái)低頻泵泵效低水壓不足的情況，泵體在做功過(guò)程中產(chǎn)生的熱量無(wú)法隨注水介質(zhì)流動(dòng)傳遞到下游，造成泵出口管線(xiàn)局部高溫，對(duì)注水泵機(jī)封等部件造成高溫?fù)p傷，降低其使用壽命。出口單條管線(xiàn)在流量上被管線(xiàn)設(shè)計(jì)最大允許流量所制約，無(wú)法釋放注水增注能力。

2.3 工藝流程改造應(yīng)用分析

2.3.1 注水緩沖罐出口管線(xiàn)H型通道改造解決給水問(wèn)題

注水緩沖罐出口至注水增壓泵進(jìn)口只有一條6寸管線(xiàn)供兩臺(tái)注水增壓泵使用，水源進(jìn)液量受制約，影響離心式注水增壓泵泵效。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，最終采取H型管道設(shè)計(jì)。在原有的注水緩沖罐底部開(kāi)孔增加一路6寸出口管線(xiàn)，將增加的出口管線(xiàn)與原有設(shè)計(jì)的管線(xiàn)使用管線(xiàn)閥門(mén)連通，改造完成后，兩臺(tái)注水增壓泵進(jìn)口管線(xiàn)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容共享功能，既可以實(shí)現(xiàn)雙串運(yùn)行期間可以互不干擾獨(dú)立運(yùn)行，也可以實(shí)現(xiàn)單泵運(yùn)行期間進(jìn)口水源管線(xiàn)的自由切換。

2.3.2 注水管匯分列運(yùn)行工藝流程改造解決增注問(wèn)題

注水泵出口管線(xiàn)在運(yùn)行期間共用一條6寸出口，兩臺(tái)離心式注水泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，受泵出口共享壓頭影響，低頻低泵效離心泵會(huì)出現(xiàn)泵不出液的問(wèn)題，影響泵效和設(shè)備使用安全。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和注水井水量分析，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)增加一路注水管匯，使當(dāng)前注水井能夠?qū)崿F(xiàn)兩路注水功能。同時(shí)在保留原有集中注水功能的前提下，對(duì)兩臺(tái)泵出口進(jìn)行工藝管線(xiàn)改造，實(shí)現(xiàn)雙串互聯(lián)互通，整個(gè)工藝改造完成后，注水泵輸水方式由單泵集輸轉(zhuǎn)變?yōu)殡p串分列集輸方式。

2.3.3 注水能力擴(kuò)容形勢(shì)下的兩用一備模式前瞻性改造

在注水工藝改造過(guò)程中，考慮到未來(lái)油藏滾動(dòng)開(kāi)發(fā)需求，調(diào)整井項(xiàng)目伴隨的注水量增加，注水系統(tǒng)雙串運(yùn)行將成為一種常態(tài)。注水系統(tǒng)泵組兩用一備需要體現(xiàn)預(yù)留接入口，為未來(lái)改造提供便利。

現(xiàn)場(chǎng)在注水系統(tǒng)擴(kuò)容增注改造中，在注水緩沖罐出口和注水管匯區(qū)改造時(shí)預(yù)留備用接口，為兩用一備模式下的備用泵接入提供便利，改造設(shè)計(jì)更具前瞻性。

3 注水設(shè)備功能優(yōu)化

3.1 注水系統(tǒng)設(shè)備性能情況

某平臺(tái)設(shè)有注水增壓泵為WHPA-P-4101A/B ，型號(hào)KDY120-110×3。WHPA-P-4101A/B性能參數(shù)如表1所示。

表1 WHPA-P-4101A/B性能參數(shù)

某平臺(tái)注水泵為WHPA-P-4102A/B，型號(hào)KDY100-150×8。WHPA-P-4102A/B性能參數(shù)如表2所示。

表2 WHPA-P-4102A/B性能參數(shù)

3.2 注水設(shè)備頻繁故障問(wèn)題適應(yīng)性改造

自注水系統(tǒng)投用6個(gè)月以來(lái)，注水泵總計(jì)出現(xiàn)21次故障問(wèn)題，其中17此機(jī)械密封故障，稀油站穿孔滲漏4次故障。造成注水時(shí)效低，注水量不達(dá)標(biāo)。

3.2.1 離心式注水泵機(jī)械密封故障問(wèn)題分析及處理措施

注水系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)以來(lái)，共計(jì)發(fā)生17次機(jī)械密封故障，其中6次抱軸器斷裂故障。

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)拆解分析查找到機(jī)械密封頻繁故障原因：(1)抱緊環(huán)材質(zhì)缺陷;(2)部分多級(jí)離心泵的軸向力平衡處理不到位，造成機(jī)械密封承受壓力過(guò)高;(3)螺栓強(qiáng)度不足，造成抱軸器連接松脫斷裂。處理措施：(1)將抱軸器材質(zhì)更換為雙相鋼，耐海水腐蝕能力優(yōu)于316 L；(2)抱軸器的整體厚度增加2 mm；(3)螺栓材質(zhì)更換為A4-80。

3.2.2 注水泵稀油站冷卻器冷卻效果差及穿孔原因分析及處理措施

注水泵稀油站功能用于提供冷卻油至各軸承箱，然后利用甩油環(huán)的飛濺潤(rùn)滑的方式來(lái)冷卻軸瓦及軸承。隨注水壓力及注水量的提升，泵組需要不斷提頻，軸承的溫度也隨之升高，冷卻效果欠佳，稀油站冷卻器頻繁穿孔使得冷卻效果惡化，泵的時(shí)效變差。兩套冷卻器的使用時(shí)間不超過(guò)4個(gè)月出現(xiàn)四次穿孔故障。

現(xiàn)場(chǎng)分析故障原因：(1)兩套稀油站是串聯(lián)模式，二者無(wú)法并聯(lián)使用；(2)冷卻器是列管式油冷卻器，通過(guò)脹管工藝消除銅管與管板的間隙，起到密封和緊固作用，可靠性差, 容易脫落造成冷卻器進(jìn)水；該冷卻器的選材為普通銅管，耐海水腐蝕差，容易穿孔[1]。

處理措施：(1)兩臺(tái)稀油站并聯(lián)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)冷卻功能共享；(2)冷卻器換型：風(fēng)冷散熱器，該散熱器由翅片式散熱器、齒輪泵，冷卻風(fēng)扇，過(guò)濾器以及其他輔助元件構(gòu)成

4 測(cè)試數(shù)據(jù)

注水系統(tǒng)中壓變壓器共有4臺(tái)設(shè)備，兩臺(tái)900 KW的注水泵和兩臺(tái)220 KW的注水增壓泵，6300 V中壓變壓器容量為2000 KVA。注水設(shè)備一用一備模式下，滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行的總功率為1120 kW，中壓變壓器容量可以滿(mǎn)足設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)需求。但雙串運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，4臺(tái)注水設(shè)備一起用，滿(mǎn)負(fù)荷的總功率將為2 240 kW(有功功率)，以變壓器功率因數(shù)為0.85計(jì)算，需要變壓器容量為2635 kVA，而中壓變壓器的容量為2 000 kVA，變壓器將超負(fù)荷運(yùn)行。

為了驗(yàn)證注水系統(tǒng)變壓器最大容量情況下的注水設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)信息，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了一次變壓器最大容量下的運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試，驗(yàn)證了變壓器容量受限情況下的注水水量信息。

通過(guò)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試，雙串運(yùn)行期間，注水泵及注水增壓泵在提頻過(guò)程中，雙串運(yùn)行51HZ已經(jīng)達(dá)到中壓變壓器符合極限，計(jì)算注水泵功率只能達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷功率的85%。由于測(cè)試時(shí)注水工藝流程擴(kuò)容增注改造尚未進(jìn)行，雙串運(yùn)行情況下受離心泵出口壓頭影響，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試只有133 m3/h。根據(jù)油藏推測(cè)最大注水量3 650 m3/d，也就是152 m3/h注水量的要求，當(dāng)前變壓器容量無(wú)法滿(mǎn)足后期注水需求，需要對(duì)中壓變壓器進(jìn)行擴(kuò)容改造。

在經(jīng)濟(jì)成本和施工條件限制得綜合考量下，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)2 000 kVA中壓變壓器進(jìn)行更換升級(jí)，將原有的2 000 kVA中壓變壓器進(jìn)行移位拆除，使用其他平臺(tái)備用兩臺(tái)容量1 600 kVA中壓變壓器進(jìn)行替換，使注水增壓泵和注水泵滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)中壓變壓器滿(mǎn)足容量要求

5 結(jié)語(yǔ)

某平臺(tái)注水系統(tǒng)通過(guò)工藝流程改造、設(shè)備優(yōu)化升級(jí)、變壓器擴(kuò)容等系列改造實(shí)現(xiàn)了單串集輸?shù)诫p串分列運(yùn)行的運(yùn)行模式的調(diào)整，解決了注水系統(tǒng)瓶頸問(wèn)題。從工程總體設(shè)計(jì)的角度而言，建議對(duì)大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備在設(shè)備選址上應(yīng)規(guī)避平臺(tái)底層甲板等受限位置，減少后期現(xiàn)場(chǎng)改造帶來(lái)的舷外作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高、難度大的施工困擾。設(shè)備材質(zhì)選型與實(shí)際工況不符是現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性改造面對(duì)的主要問(wèn)題，在設(shè)備選型時(shí)需要平衡經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性的關(guān)系。某平臺(tái)注水系統(tǒng)擴(kuò)容增注改造過(guò)程也驗(yàn)證了現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)適應(yīng)性改造是一項(xiàng)涉及安全、工藝、機(jī)械、電氣、儀表、結(jié)構(gòu)等各個(gè)專(zhuān)業(yè)的綜合工程，結(jié)合實(shí)際統(tǒng)籌考慮才能為問(wèn)題處理提供一套完善的解決方案。