柱塞式油氣混輸裝置在小區塊油田的應用

◇新疆油田公司準東采油廠 易 敏

彩508井區是位于彩南油田西部的一個邊緣小區塊油藏，開發建設時采用單螺桿油氣混輸泵工藝技術降低井口回壓，提高輸送壓力，實現油氣密閉集輸。由于氣液比較高且波動大，單螺桿油氣混輸泵在運行過程中存在故障率高、效率低等問題，較嚴重的影響了區塊的正常平穩生產。針對這種情況，引進了柱塞式油氣混輸泵并根據實際情況進行了優化改進，有效解決了高氣液比油氣混輸中存在的問題，使用維護成本大幅下降，節能降耗效果明顯。

彩508井區三工河組油藏位于彩南油田西部，距離彩南集中處理站約10.5 km，區域內建有1座計量配水站，2臺30 m3/h的單螺桿油氣混輸泵。地面工藝采用井-計量站-集中處理站三級布站，混輸泵降壓密閉集輸流程。目前該區塊日產液量約57 m3，日產油量約20 t，日產氣量約200 m3，日注水量55 m3，井口氣液混合物經混輸泵增壓2.5 MPa～2.8 MPa進入計量站集油支線，混輸泵進口壓力控制在0.8 MPa～1.0 MPa，油井回壓控制在1.0 MPa～1.2 MPa。

1 單螺桿油氣混輸泵應用存在問題

根據地質預測，該區塊遠期日產液量為104 m3/d，日產氣量為5600 Nm3/d，區塊開發建設時混輸泵選型為排量為30 m3/h的單螺桿混輸泵，電機功率為25 kW，具備變頻功能，一用一備。投產后日產液量為57 m3/d，日產氣量約400 Nm3/d，遠低于地質方案預測。單螺桿混輸泵實際運行中主要存在以下問題：①負荷低，僅為額定負荷的15%，無法長時間連續運行；②含氣率高（大于46%）且不穩定，定子干磨嚴重，造成混輸泵主要部件如定子、轉子故障率居高不下，使用壽命在2000～2500小時左右，年維護費用僅材料費用就超過40萬元；③單螺桿混輸泵在停運時無流通能力，因停電或故障等原因異常停泵時，進口端憋壓，存在憋壓風險。

2 目前國內外主要油氣混輸泵主要特點

油氣混輸裝置性能優劣，主要由含氣量、內壓縮功能、集氣抗氣阻特性、壓縮比、密封壽命與效率等特性指標來衡量，上述指標優良表明其性能就越好。目前國內外油氣混輸裝備均不具備內壓縮功能，存在油氣混輸功能不強、壓縮比小、效率低、集成性欠缺等諸多技術問題。

3 柱塞式油氣混輸泵

鑒于國內外油氣混輸裝備存在的諸多技術問題，油氣混輸裝備技術研究與產品開發工作，需要突破傳統技術束縛，由單一泵機組向集成裝置復合創新技術發展，使其既具有獨特的內壓縮功能，又同時具備泵與壓縮機功能，適應復雜油氣工況。解決現有產品壓縮比小、效率低、可靠性差的問題。針對上述問題，寧波合力機泵股份有限公司聯合浙江工業大學等單位，通過長期的技術攻關，針對油氣混輸泵的抗氣阻、內壓縮等關鍵技術，成功研發出新一代油氣混輸泵裝置典型樣機，經現場測試，產品各項性能指標達到設計參數，產品運行平穩，排出壓力高，油氣混輸功能強，可滿足油田現場需求。與國內外主要混輸泵相比，具有獨特的內壓縮功能，可更好適應復雜油氣工況，壓縮比大、效率高、密封可靠、壽命長。柱塞式油氣混輸泵主要特點包括：①抗氣阻特性優良，同時具備泵和壓縮機的功能，高效節能，可適應高含氣、高壓縮比復雜的油氣混輸工況；②基于液態介質可吸收熱量，降低溫度理論，提出將裝置出口液態介質回流噴射至泵入口的創新技術，可滿足散熱要求，即延長了密封件壽命，又提高了泵裝置的效率及輸氣功能；③該泵立式組合閥具有將氣體介質壓縮增壓功能，使產品具備獨特的內壓縮功能，防止氣體滯留腔內形成氣阻，提高產品的輸氣功能與可靠性，可適應純氣和純液工況，滿足油氣混輸要求。

4 現場應用方案

為解決彩508計量站單螺桿混輸泵難以連續運行，使用維護成本高的生產難題，2017年生產單位引進了柱塞式油氣混輸泵，并根據現場實際情況進行合理選型及優化改進。

（1）設備選型參數。根據地質預測，本區塊遠期最大日產液量200 m3/d，日產氣量約2000 Nm3/d。選型后混輸泵參數：型號3D P70-15/3.2；進口壓力0.8 MPa～1.0 MPa；出口壓力2.5 MPa～3.0 MPa；電機功率15 kW，變頻控制。

（2）控制系統具備變頻功能，頻率與進口壓力聯動，當進口壓力超過設定值時，運行頻率增大，反之減小。

（3）控制系統采集泵進出口壓力、運行頻率、運行狀態等自動化數據，并能無線傳輸至中心控制室。

（4）由于該區塊距離油田生活駐地較遠，且無人值守，在設備具備進口低壓、出口超壓停機的基礎上，優化控制系統程序，使其具備停機后進出口壓力恢復正常后自動啟動的功能。

5 實際運行效果分析

（1）該泵自2017年9月安裝完成并投入使用，運行穩定，進口壓力0.8 MPa～1.0 MPa，出口壓力2.4 MPa～2.8 MPa，運行頻率18 Hz～25 Hz，耗電量僅為原單螺桿泵的1/3，節能效果顯著。

（2）投入使用后運行平穩，計量站管匯壓力控制在1.0 MPa以下，單井回壓控制在1.6 MPa以下，消除了安全生產隱患，并提高了單井泵效及原油天然氣產量。

（3）混輸泵進出口閥集成了單流閥功能，混輸泵故障或其他原因停泵時單流閥正常工作，消除了停泵時系統憋壓風險。

（4）混輸泵具備自動啟停功能。當混輸泵因進口壓力低于保護值或出口壓力高于保護停機值停止運行后，待進口壓力恢復至設定壓力后自動恢復運行，降低了操作員工工作量。

（5）運行維護成本低。自2017年9月運行以來，未發生過一次設備故障，設備僅做基本的正常維護，年維護費用僅為單螺桿混輸泵的10%左右。

（6）柱塞式油氣混輸泵的成功應用，從節能降耗、現場管理、挖潛增效等方面綜合考慮，具備極大的推廣應用價值。