中图分类号: TE42
文献标识码: A
文章编号: 2095-7297(2015)03-0163-05
收稿日期: 2015-03-26
网络出版日期: 2015-06-10
版权声明: 2015 海洋工程装备与技术编辑部 版权所有
作者简介:
作者简介:杜志胜(1982-),男,工程师,主要从事海洋工程设计工作。
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摘要
聚合物驱在海上平台的应用已超过10年,聚合物驱配套技术已经非常成熟。但是,在工程实施阶段聚合物驱设备规划及与生产设备配伍等方面尚存在问题。根据绥中36-1油田开展的聚合物驱工程,研究出适用于井口平台的聚合物驱设备布置方案,提出增加甲板面积的不同方案,并提出了聚合物驱设备布置的优化方向。
关键词：
Abstract
Polymer flooding has been applied to offshore platform for more than 10 years. Polymer flooding technology has been very mature by now. However, there are still some problems in polymer flooding equipment planning and compatibility for production equipment etc. According to the development of SZ 36-1 Oilfield polymer flooding project, we propose different equipment arrangement plans for varied scales of polymer flooding, including the schemes for increasing the deck area, and put forward the optimization directions of polymer flooding equipment arrangement.
Keywords：
聚合物驱是在水驱开发基础上进行的技术,是一种向油藏中注入水溶性聚合物溶液的驱油方法[1]。2003年中国海洋石油总公司在绥中36-1油田成功开展了我国首次海上油田聚合物驱提高采收率单井试验,增油降水效果明显[2]。2005年开始,在绥中36-1油田开展井组矿场试验;2008年7月绥中36-1油田开始实施井组扩大注聚;2010年启动绥中36-1油田一期全面注聚工程。截止到目前,绥中36-1油田二期全面注聚工程也已经实施完毕。
目前海上聚合物驱形成了比较成熟的聚合物驱油技术[3]。但是,聚合物驱设备布置使用平台剩余空间时缺乏规划性,还不能充分利用平台资源,未能将聚合物驱设施与生产设施高效匹配。为了提高聚合物驱技术工程应用效果,减少聚合物驱工程实施成本,需对聚合物驱设备布置进行系统、充分的研究。本文通过分析现有井口平台,根据海上聚合物驱工艺流程及设备构成,提出不同聚合物驱规模的设备布置方案,并对设备布置的前提条件、限制因素及优化方向进行了论述。
海上聚合物驱工艺流程如图1所示。
图1 海上聚合物驱工艺流程图
Fig.1 Flow diagram of polymer flooding process on offshore platform
中海油能源发展股份有限公司采油技术服务分公司对其工艺优化作出了重要贡献[4-5]。优化后的聚合物驱工艺流程精简为一套熟化流程,采用一泵对多井的泵注方式,聚合物溶解时间缩短为40 min,聚合物设备总重减少20%,设备占地面积减少20%。
如图2所示, 井口平台上层甲板主要布置井口区、修井机、管子堆场、高压泥浆泵、泥浆罐、柴油罐、钻修井值班室、材料间、吊机、吊机休息臂、卸货区和冷放空管。
井口平台中层甲板主要布置各电气间、空调室外机(HVAC)、公用系统设备(如空压机、制氮机等)和卸货区。
井口平台中层甲板除井口区外均可布置房间、设备等。通常中层甲板设有二层甲板,将电气房间分两层设计。
井口平台下层甲板通常设有采油树、生产计量管汇、生产计量加热器、计量分离器、注水管汇、注水泵、井口控制盘等设备。
井口平台工作甲板主要布置开排罐、开排泵、闭排罐、闭排泵、消防泵、海水提升泵、收发球筒等。
根据绥中36-1 油田近些年来实施的聚合物驱工程,可以将海上聚合物驱分为单井聚合物驱及井组聚合物驱。
单井聚合物驱系统主要由分散溶解系统、熟化系统、注入系统、自动化控制系统等4个系统构成[6]。所有设备模块基本按照集装箱式成橇,非常利于设备的运输、维修及搬迁,如图3所示。
单井配注的集装箱式设备在布置时可首先选择在注聚目标井口平台上布置。聚合物驱设备在布置时应考虑平台的导管架桩腿受力情况。如绥中36-1油田标准化井口平台之一的WHPC平台,其四条桩腿的受力情况如表1所示。平台两条桩腿(0001桩、0005桩)的荷载受压安全系数已接近有关规范[7]要求的安全极限值,在布置聚合物驱设备时,应尽量避开这两条桩腿。 井组聚合物驱主要设备如表2所示。
表1 WHPC四条桩腿的受力校核结果
Table 1 Result of force analysis for WHPC jacket legs
| 桩 | 极限承载力/kN | 桩重力 /kN | 设计承载力/kN | 安全系数 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 受压 | 受拉 | 工况 | 受压 | 工况 | 受拉 | 受压 | 受拉 | ||
| 0001 | 30 000 | 17 500 | 726.9 | OP16 | 13 931.4 | OP11 | — | 2.05 | — |
| 0003 | 30 000 | 17 500 | 726.9 | OP18 | 10 935.4 | O14A | 1 336.2 | 2.57 | 8.48 |
| 0005 | 30 000 | 17 500 | 730.5 | O14A | 13 604.9 | OP11 | — | 2.09 | — |
| 0007 | 30 000 | 17 500 | 730.5 | OP12 | 10 555.4 | OP16 | 2 118.4 | 2.66 | 6.14 |
表2 聚合物驱主要设备清单
Table 2 Main equipment list of polymer flooding
| 序号 | 设备名称 | 单位 | 数量 | 设备尺寸(L×W×H)/m | 占地面积/m2 | 总自重/t | 运行重量/t |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 氮气发生橇 | 套 | 1 | 3.5×2.5×2.6 | 8.75 | 5 | 5 |
| 2 | 空气发生橇 | 套 | 1 | 6×3×3.5 | 18 | 7 | 7 |
| 3 | 移动式储料罐橇 | 套 | 14 | 2.5×2.5×4.5 | 87.5 | 28 | 98 |
| 4 | 储料系统橇 | 套 | 1 | 11.0×4.0×8.2 | 44 | 20 | 80 |
| 5 | 分散溶解系统橇 | 套 | 3 | 4.5×1.5×3 | 20.25 | 6 | 9 |
| 6 | 输送系统橇 | 套 | 1 | 3.8×2.4×1.1 | 9.12 | 8 | 9 |
| 7 | 喂入系统橇 | 套 | 1 | 5.5×2.9×2 | 15.95 | 9 | 10 |
| 8 | 加速熟化装置 | 套 | 3 | 1×1×1.4 | 3 | 1.5 | 3 |
| 9 | 熟化系统橇 | 套 | 3 | 10×4×5 | 120 | 60 | 240 |
| 10 | 三联过滤器橇 | 套 | 1 | 2.1×2×1.3 | 4.2 | 3 | 4 |
| 11 | 注入系统橇 | 台 | 9 | 4×2.5×1.7 | 90 | 90 | 90 |
| 12 | 电气控制系统 | 套 | 1 | ||||
| 13 | 管线流程 | 套 | 16 | 160×0.5×0.5 | 80 | 25 | 30 |
| 14 | 维修工具箱 | 个 | 3 | 3.2×1.8×2.2 | 18 | 6 | 12 |
| 总计 | — | — | — | — | 518.77 | 268.5 | 597 |
井组聚合物驱设备的布置方案如图4所示:移动储料罐和熟化罐布置在上层甲板;固定储料罐和溶解计量系统布置在下层甲板;电气间及控制间布置在下层甲板;空压机及制氮机可布置在上层或下层甲板。
值得指出的是,对于油田有实际增产意义的是井组聚合物驱,单井聚合物驱作为先驱试验,为井组聚合物驱的实施提供前期数据。而增加足够的甲板面积是井组聚合物驱实施的前提,增加甲板面积有效的方法如下。
(1) 井口平台外扩甲板方案。
对于图2所示的井口平台,如不考虑日后增加调整井,且修井作业依靠平台自身配置的修井设备,则在平台南侧上层及下层甲板可外扩甲板面积约205 m2(31.5 m×6.5 m),中层外扩甲板面积约为84.5 m2(13 m×6.5 m),共计增加甲板面积289.5 m2。外扩前平台上层甲板剩余面积110 m2,如注水系统设备可以拆除,下层甲板剩余面积110 m2。因此,用于布置聚合物驱设备的累计面积将达到509.5 m2,基本满足了井组聚合物驱主要设备占地面积要求,可以按照图4示意的方案进行设备的布置。
由于外扩甲板后聚合物驱设备布置的位置超出了平台吊机的起吊能力和覆盖范围,聚合物驱设备的安装将无法由平台吊机完成,需考虑浮吊或其他方法。
另外,对于结构承重能力余量较小的井口平台,如绥中36-1油田WHPC平台,由于外扩甲板及注聚设备均集中在平台南侧,将导致平台A1桩腿(西南侧桩腿)的荷载安全系数超标。
(2) 依托通过栈桥与目标平台连接的新建平台,利用新建平台剩余甲板面积。
以绥中36-1油田WHPB平台实施的聚合物驱为例,WHPL平台是新建井口平台。WHPL平台与聚合物驱目标WHPB平台通过栈桥连接。WHPB平台的聚合物驱设备布置需要利用新建WHPL平台的剩余甲板。聚合物驱设备布置如下:移动储罐布置在WHPL平台上层甲板靠近泥浆罐处(与下层甲板固定储罐位置垂直对应);储料及溶解系统布置在WHPL平台下层甲板B轴以北;母液输送泵也布置在WHPL平台下层甲板,靠近储料及溶解系统;熟化罐布置在WHPL平台上层甲板2轴东侧且靠近B轴位置;喂入增压泵布置在WHPL平台上层甲板熟化罐东侧;高压注聚泵布置在WHPL平台上层甲板,与熟化罐相邻;高压配注混合管汇布置在聚合物驱目标平台WHPB平台上层甲板;空气压缩机布置在WHPL平台下层甲板固定储罐附近;制氮机布置在WHPL平台下层甲板溶解系统设备附近;电仪设备及房间布置在WHPL平台电气房间附近。
无论是单井聚合物驱工程还是井组聚合物驱工程,作为独立于生产之外且晚于生产实施的增产工程,必然导致聚合物驱设备布置受某些因素限制。分析如下。
(1) 单井聚合物驱设备布置限制因素。
单井聚合物驱设备由于只能使用平台吊机完成其吊装、安装就位等工作,平台吊机能力成为单井聚合物驱设备布置的最大影响因素。绥中36-1油田各井口平台吊机最大起吊能力一般为15 t。因此,单井聚合物驱设备的重量应控制在10 t左右。
(2) 井组聚合物驱设备布置限制因素。
井组聚合物驱设备布置受限于平台剩余空间。根据2009年以来的井组聚合物驱工程实施经验,对于8口井以上井组注聚规模的聚合物驱设备,占地面积一般不小于400 m2。另外,值得注意的是聚合物驱工程目标平台的导管架桩腿承载能力和平台主结构的承载能力。对于设计和建造时未考虑后期增加聚合物驱设备的井口平台,其导管架桩腿承载能力和平台主结构的承载能力基本无法承受总重在500 t以上的井组聚合物驱设备。
依托新建平台的布置方案,平台的吊机能力并不影响聚合物驱设备的安装。因为在新增平台的建造阶段,可以将聚合物驱设备提前放置在平台上,随平台一起拖航并完成海上吊装,而且由于新建平台在设计阶段考虑了聚合物驱设备的重量,不会存在平台结构和导管架桩腿的承载能力问题。但是,使用新建平台剩余甲板的前提条件需要聚合物驱目标油田进行开发调整,且新建平台必须与聚合物驱目标平台通过栈桥相连。因此,依托新建平台的方案最大的缺点是工程实施时机难以把握。
根据对聚合物驱设备布置不同方案的研究与分析,建议朝以下方向优化聚合物驱实施及设备布置:
(1) 尽量减少聚合物驱设备数量,如空压机组、制氮机、电气间、控制室等设备及房间可与平台共用。
(2) 尽量减小设备的外形尺寸及重量,如优化熟化罐、搅拌器、分配器、高压混合管汇等,如较复杂的大型设备,需考虑将其拆装后吊装。
(3) 聚合物驱工程实施尽量与油田开发调整时间一致,充分利用油田开发建设资源。
(4) 尽早向平台提出聚合物驱工程需求,要求预留合理的平台空间。
海上聚合物驱技术的不同工艺造成聚合物驱设备存在差异。一般而言,随着聚合物驱规模的不断扩大,聚合物驱设备呈现构成单元增多、占地面积增大、设备重量增大等趋势。
对于单井配注的集装箱式设备,在布置时可首先选择在注聚目标井口平台上布置。聚合物驱设备在布置上应考虑整个平台的导管架桩腿受力情况,不得超过桩腿承重的极限值。
对于井组配注的聚合物驱,需要增加足够的甲板面积用于布置聚合物驱设备。井口平台外扩甲板方案受设备安装、平台桩腿承载能力及开发经济指标限制,基本不可行。依托新建平台的方案仍然主要利用井口平台和新建平台上层甲板的剩余空间,如果条件允许,可充分利用新建平台下层或中层剩余甲板布置聚合物驱储料及溶解系统装置,通过合理利用平台层高度空间,缓解聚合物驱设备占地面积的需求。
The authors have declared that no competing interests exist.
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渤海油田聚合物驱提高采收率技术研究及应用 [J].DOI:10.3969/j.issn.1673-1506.2006.06.006 URL [本文引用: 1] 摘要
在我国海上油田实施聚合物驱提高采收率是一项具有战略意义的举 措,对于海洋石油的发展具有重要意义.在海上油田实施聚合物驱技术面临三大挑战:缺乏淡水资源,常规聚合物不能满足要求;海上平台空间有限,对注聚设备有 特殊要求;井网、井距和层系调整困难.文中介绍了针对渤海绥中36-1油田开展的聚合物驱室内研究和矿场试验的情况和效果.聚合物驱技术在绥中36-1油 田的成功实施实现了三个重要突破:①首次在国内海上油田开展了聚合物驱矿场试验;②率先以疏水缔合聚合物作为驱油剂进行矿场使用;③取得了单井聚合物驱试 验显著的增油效果.实践表明该项技术在海上油田目前生产条件下实施是可行的,对于海上油田聚合物驱技术的应用和推广具有重要的指导意义.
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海上油田聚合物驱配套技术研究 [J].DOI:10.3969/j.issn.1009-1742.2011.05.008 URL [本文引用: 1] 摘要
2002-2010年,经过8年攻关,研究建立了新型耐温、抗盐 聚合物室内筛选及评价技术,海上油田聚合物驱开发方案设计和开发指标评价技术,适用于海上平台作业的注聚装备及工艺技术,分段防砂条件下大排量聚合物分段 注入技术等10项聚合物驱配套技术,在渤海油田获得推广应用,取得了明显的增油降水效果.渤海油田聚合物驱矿场试验的成功实践证明:聚合物驱配套技术研究 与建立是聚合物驱成功实施的基础,为海上油田高效开发做出了重大贡献.
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渤海油田井组注聚配注系统优化 [J].
渤海油田实施聚合物驱并取得良好效果，但井组注聚配注系统逐渐暴露出操作不便、聚合物分散效 果差、熟化时间长、设备占用面积大等问题。对原有系统进行了优化，包括引入电动上料装置、优化水粉混合器、优化搅拌器、实施一泵多井泵注工艺等。通过在渤 海油田的现场应用表明：优化后的配注系统操作更方便，熟化时间缩短到40min即可注入，泵注系统占用面积比原来减小约13％，满足海上平台聚驱需求。
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渤海油田聚合物驱配注工艺及系统的改进与应用 [J].
针对渤海油田原有聚合物驱配注工艺及系统存在人工劳动强度大、配 注效率低、系统运行不平稳、占地面积较大等缺点,通过改进聚合物驱配注工艺以及聚合物上料系统、聚合物分散系统、聚合物熟化系统,使干粉下料能力由原来 10 t/d以下提高到30 t/d以上、系统占地面积及质量均减少20％以上,并且系统运行连续平稳.改进后的聚合物驱配注工艺与系统已在渤海某油田平稳运行2年半,取得了很好效 果,满足了该油田注聚规模逐渐增大的需求.
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渤海油田聚合物驱平台配注工艺技术 [J]. |
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API RP 2A-WSD-2014. Recommended practice for planning, designing and constructing fixed offshore platforms:working stress design [S]. |
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