海洋石油平台注水泵工艺选型研究

李 洁，张苏飞，程新宇，方 堃，沈志恒

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

1 前言

海洋石油开发过程中，通过注入处理合格的生产水维持地层压力，是目前提高采油速度和采收率的重要途径。注水泵作为平台注水系统的关键设备，具有排压高、排量大及能耗高的特点，据统计注水泵的耗电量占整个平台的耗电量约40%[1-3]。在油田生产过程中，随着逐年油气产量的不同，平台的注水量和注水压力波动较大，为了保证注水泵一直处于高效区，注水泵的工艺选型至关重要。文章以渤海某油田为例，从初始投资、设备占地、运行能耗及维修等方面探讨注水泵的工艺选型。

2 注水泵工艺选型

目前渤海平台采用的注水流程大都采用常规的四级生产水处理流程，即斜板+气浮+核桃壳+双介质，处理合格的生产水进入到注水缓冲罐，然后通过注水泵打入到注水管汇，通过注水井口最终注入到地层。注水泵作为平台的主要动设备，耗电量大，设备占地大，维修工作量大。由于注水泵在平台上的特殊地位，不同文献对注水泵的选型进行了不同的研究，如侯永宾[4]等主要从分压注水节能方面进行研究，王文祥[3]等主要从大功率的注水泵调速方面进行研究，徐海波[2]等主要从注水泵驱动方式进行研究，李双胜[5]等则是从注水泵及其管线布置方面进行了研究。

2.1 设计基础

渤海某开发油田采用注水方式开发，油田分为A、B两个区块，两个区块的注水压力和逐年注水量需求见表1。

根据表1可知，A、B两个区块注水量随着年份变化，A区块最大注水量为793.2 m3/h，B区块最大注水量为128.4 m3/h，因为海洋平台注水泵排压的配置一般是按照区块进行，不考虑区块内单井注入压力的差异，所以A区块注水压力统一按照10.8 MPaA考虑；B区块注水压力统一按照14.2 MPaA考虑。

2.2 注水泵工艺参数选择

海洋石油平台注水泵的工艺选型一般按如下原则考虑：注水泵的排量按照最大注水量的1.1倍选取；注水泵的排压按照最大的注入压力，并考虑注水泵至注水井口的沿程流动阻力；注水泵连续运行，需要考虑设置备用，且备用台数不超过2台。

根据以上原则，同时考虑国产注水泵在海洋石油平台的应用实例，渤海某油田注水泵的工艺选型方案如下。

方案1。整体注水泵配置方案。根据表1逐年注水量和注水压力表可知，A、B两个区块的高峰注水年为2035年，此年份最大注水量为920.4 m3/h，考虑1.1倍系数，则注水泵的总排量为1 012.44 m3/h，考虑设置5台注水泵，4用1备，则每台注水泵的排量为255 m3/h。由于A、B区块是以共用注水泵，故注水泵的排压按照高压力设置，并考虑0.2 MPa沿程阻力，则注水泵的排压为14.4 MPaA，具体配置：流量255 m3/h，排压14.4 MPaA，数量5台。

方案2。分压分区注水泵配置方案。考虑到A、B两个区块注水压力不同，且注水压力相差较大，为了保证能量的充分利用和泵处于高效运行的状态，对A、B两个区块分别配置排出压力不同的注水泵。A区块的最大注水量为793.2 m3/h，考虑1.1倍系数，则A区块注水泵的总排量为872.5 m3/h，考虑设置4台注水泵，3用1备，则每台泵的排量为290 m3/h。B区块的最大注水量为128.4 m3/h，考虑1.1倍系数，注水泵的总排量为141.2 m3/h，选用2台注水泵，1用1备，泵的排量为145 m3/h。A、B两个区块的注水泵至注水井口的沿程阻力损失按照0.2 MPa考虑。方案2注水泵的具体配置：流量145 m3/h，排压14.4 MPaA，数量2台；流量290 m3/h，排压11.0 MPaA，数量4台。

方案3。共用注水泵配置方案。方案采用两台145 m3/h注水泵作为290 m3/h注水泵备用泵，这样可以降低低压注水泵备用泵的排量。如其中一台290 m3/h注水泵发生故障，则采用一台排量145 m3/h，排压11.0 MPaA和一台排量145 m3/h，排压14.4 MPaA的注水泵作为备用。此方案中排量145 m3/h，排压14.4 MPaA的泵需要考虑降压措施。方案3注水泵的具体配置:流量145 m3/h，排压14.4 MPaA，数量2台；流量290 m3/h，排压11.0 MPaA，数量3台；流量145 m3/h，排压11.0 MPaA，数量1台。

3 方案比选

对于海洋平台注水泵的工艺选型，需要考虑初始投资、设备占地、运行能耗及维修等方面的因素，三个方案的详细比较见表2。

表2 方案对比分析Tab.2 Comparative analysis of schemes

根据表2可知，方案1具有占地面积小，维修费用低的优点；方案2项目生命周期耗电量最低；方案3初始设备投资费用最低。

综合考虑注水泵初始投资、全周期运行、平台甲板面积占用及维修费用，同时考虑资金的时间价值，把后期发生的费用全部折现至初期，最终各方案的费用为：方案1总费用为6 200万元，方案2总费用为5 600万元，方案3的总费用为5 550万元，经综合费用比较，方案3总费用最低，因此平台注水方案选择方案3。

4 结论

注水泵作为海洋石油平台关键设备，对平台的设备投资及节能降耗有着至关重要的作用，注水泵的工艺选型在项目执行初期须高度重视，文章以渤海某油田为例，通过初始投资、设备占地、运行能耗及维修等方面的因素综合考虑，并采用综合费用的比较方法，最终推荐出综合费用最低的方案作为油田的注水泵方案，为以后海洋平台注水泵的工艺选型提供了经验。