余俊雄，崔朋朋，趙金亮，段敬堯

1.中海石油（中國）有限公司曹妃甸作業(yè)公司，天津 300451

2.中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司，天津 300451

1 工程概況

C油田群經(jīng)過近二十年的滾動勘探開發(fā)，相繼投產(chǎn)了1艘FPSO、1座單點、8座生產(chǎn)平臺（見圖1），具體情況為：第一年投產(chǎn)G平臺、H平臺、FPSO及單點，第二年投產(chǎn)C平臺，第三年投產(chǎn)D、E、F平臺，2019年投產(chǎn)I、J平臺[1]。

圖1 C油田群平臺布置

在滾動勘探開發(fā)中，為了適應油田群增加油氣產(chǎn)量和減少污水排放等對電力的需求，對電力系統(tǒng)進行了適應性調(diào)整，包括在FPSO上增加透平發(fā)電機組、升級電滑環(huán)，在D平臺上增加透平電站、進行新老設(shè)施電力聯(lián)網(wǎng)。這些調(diào)整助力了油田的提效增產(chǎn)。

2 在FPSO上增加透平發(fā)電機

油田群投產(chǎn)之初，F(xiàn)PSO配置了5臺原油發(fā)電機機組作為油田的電站。油田生產(chǎn)的第一年，通過電滑環(huán)三路輸出中的兩路將電力輸送到G平臺，再輸送到H平臺、C平臺；第二年，通過第三路輸出將電力經(jīng)C平臺送到D平臺，再輸送到E平臺、F平臺（見圖2）。

圖2 C油田群起初的電網(wǎng)示意

隨著滾動勘探開發(fā)的進行，油田群調(diào)整井數(shù)量逐年增加；同時綜合含水率攀升，注水量也不斷增長，5臺原油主機已經(jīng)不能滿足油田群生產(chǎn)的電力需求。2012年在FPSO上增加了1臺索拉TITAN130燃氣透平發(fā)電機組T130。將T130機組并入已有電站，電站的發(fā)電能力增加了15 MW?？刂品绞綖門130定功率輸出，其他5臺原油機組等比例分配剩余負載。電站的增容促進了注水量的增加。油田群在產(chǎn)液量上升的條件下，生產(chǎn)污水排放量逐年下降。

3 升級電滑環(huán)

電滑環(huán)安裝在單點頂部，外部有金屬外罩，見圖3。原電滑環(huán)在轉(zhuǎn)動中通過電刷和圓筒形導體進行電流傳送，電刷和圓筒形導體為水平推壓式接觸（見圖4），此種配合方式抗橫向振動能力較弱。當單點在風、浪、流以及FPSO的作用下振動時，電滑環(huán)隨著振動，圓筒形導體和電刷之間易發(fā)生輕微接觸不良，從而產(chǎn)生細小的電弧，灼傷圓筒形導體和電刷表面。當這種情況持續(xù)時間較長，就會造成嚴重的接觸不良，最終燒壞電滑環(huán)。隨著用電負載的逐年增高，圓筒形導體和電刷表面的灼傷逐漸加劇，電滑環(huán)損壞周期從三年左右逐步縮短到不足一年半。電滑環(huán)損壞后，平臺供電中斷，油田群停產(chǎn)。不考慮動員時間，維修時間至少需要5 d。

圖3 電滑環(huán)外觀

圖4 圓筒形導體和電刷實物

為了改善電滑環(huán)的運行狀況，2014年5月對其進行了升級。新型電滑環(huán)采用夾盤式設(shè)計，將圓筒形導體改成圓環(huán)形導體，將電刷和電滑環(huán)的接觸形式由推壓式改為對夾式，不僅增加了電滑環(huán)與電刷的接觸面積，而且也增大了電滑環(huán)和電刷之間的接觸力，有效緩解了橫向振動造成的細小電弧。另外圓筒形導體是一個整體，不能單獨拆卸，維修時需要拆卸安裝在上面的全部部件，費時費力，因此對圓環(huán)形導體做三段式設(shè)計，維修時將其拆成三段取下，無需拆卸上面的部件。同時在外罩側(cè)面增加了檢查和維修孔，方便圓環(huán)形導體的安裝和拆卸，見圖5；增設(shè)了狀態(tài)監(jiān)測裝置（弧光監(jiān)測等），可以為電滑環(huán)提供早期故障預警功能，見圖6。

圖5 外罩側(cè)面的檢查和維修孔

2017年啟用狀態(tài)監(jiān)控裝置后，電滑環(huán)維修效率明顯提高，維修周期明顯延長。11月20日00：23，電滑環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)DDCS第一次出現(xiàn)弧光報警，此后連續(xù)出現(xiàn)報警，截至12月24日24：00，共發(fā)生55次報警，表明高壓電滑環(huán)出現(xiàn)損傷，面臨失效的可能。經(jīng)過充分準備，12月29日開始計劃性停產(chǎn)，對單點高壓電滑環(huán)進行維修，最終花費32.8 h完成修復，比以往減少了約一周的產(chǎn)量損失。此時電滑環(huán)已安全運行超過三年半。

4 在D平臺上增加透平電站

隨著油田群滾動勘探開發(fā)的深入，供電量逐漸不能滿足需求，同時電滑環(huán)三路輸出也不平衡。為了滿足增產(chǎn)和減排的電力需求，2018年啟動了在D平臺上增加透平電站的項目。協(xié)調(diào)兄弟油田閑置的索拉TAURUS60燃氣透平電站T60，將其安裝在D平臺（見圖7），大大縮短了采辦周期，快速緩解了電力瓶頸問題。

圖7 C油田群加入T60電站的電網(wǎng)示意

T60電站與FPSO的電站并網(wǎng)運行，增加了4.8 MW的發(fā)電能力。電網(wǎng)控制方式為：T60電站調(diào)度固定值，D平臺、E平臺、F平臺其他負載由FPSO的電滑環(huán)第三路輸出來承擔，當出現(xiàn)電滑環(huán)第三路輸出跳機后，D平臺、E平臺、F平臺執(zhí)行甩載策略，將負載降低到T60電站的額定帶載值。

T60電站發(fā)電機增加了油田群的電力供應，使原來受制約的調(diào)整井及油井提液、注水等工作的潛力得到了發(fā)揮。2018年油田群油氣當量比上一年增加5.5%，同時生產(chǎn)污水排海量下降11.8%。

5 進行新老設(shè)施電力組網(wǎng)

隨著滾動勘探開發(fā)的進一步深入，2019年在D平臺、G平臺附近分別投產(chǎn)了I平臺、J平臺。I平臺電站通過海底電纜給J平臺輸送電力，新平臺的發(fā)、輸、變電設(shè)計為自成系統(tǒng)（見圖8）。

圖8 新平臺發(fā)、輸、變電自成系統(tǒng)示意

為了充分利用I平臺電站的大容量機組以解決老區(qū)的電力瓶頸，啟動了油田整體的電力組網(wǎng)[2]。由于FPSO電站、D平臺電站、I平臺電站容量差異很大，F(xiàn)PSO的最大機組為15 MW（Gas/ISO），D平臺的T60機組僅僅4.8 MW（Gas/ISO），而I平臺的單個機組為32.3 MW（Gas/ISO）。如果按照常規(guī)的電站之間等比例控制模式，I平臺電站根據(jù)分配的負載情況就會導致I平臺至J平臺的海底電纜過載，輸電鏈路之間的變壓器也會過載。如果電站采用調(diào)度模式，則每次負載變化都需要經(jīng)過人為的精細計算才能設(shè)定過載值，效率低且安全性差。為解決電站間的巨大差異性問題[3]，決定采用潮流控制模式。潮流控制模式分為潮流調(diào)度和潮流熱備兩種，前者是在對電能輸送有特殊要求時在某處節(jié)點設(shè)定一個調(diào)度值，使其輸送電力持續(xù)恒定，避免大設(shè)備啟停、機組投切等因素對輸送電力的影響；而后者是把組網(wǎng)鏈路上的發(fā)、輸、配電設(shè)備的帶載余量作為剩余熱備，來調(diào)節(jié)電網(wǎng)中各個電站帶載，找出組網(wǎng)鏈路中的熱備余量薄弱環(huán)節(jié)，增加此處熱備，進而增強電網(wǎng)穩(wěn)定性[4]。

電力組網(wǎng)項目在各個平臺設(shè)置了EMS控制系統(tǒng)，通過光纖串聯(lián)成環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)所有平臺的控制互聯(lián)。各個平臺的EMS控制系統(tǒng)與各發(fā)電機組進行通訊連接，實現(xiàn)對發(fā)電機機組的控制（見圖9）。

圖9 EMS系統(tǒng)控制

G平臺的電力供應來自FPSO電站和I平臺電站，而I平臺電站通過一個10 MVA的變壓器給G平臺供電，是組網(wǎng)鏈路中容量最小環(huán)節(jié)，在此處對輸送電力設(shè)定一個調(diào)度值，EMS系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)I平臺電站和FPSO電站帶載來保持此值恒定（見圖10）。各平臺電站內(nèi)部機組也根據(jù)需要設(shè)置調(diào)度值。

圖10 C油田群電力聯(lián)網(wǎng)示意

電網(wǎng)控制系統(tǒng)界面見圖11，此部分為系統(tǒng)潮流控制模式的功能區(qū)，只需選擇電站間調(diào)度模式功能按鈕，并在J平臺至G平臺輸電鏈路上設(shè)定固定參數(shù)，系統(tǒng)便會自動調(diào)節(jié)電站帶載，實現(xiàn)電網(wǎng)的自動化運行。

圖11 電網(wǎng)管理畫面

正常輸電工況鏈路下，J平臺給G平臺輸電剩余熱備容量最小，其次為FPSO給G平臺輸電熱備容量，且這兩側(cè)的剩余熱備容量是相對的此消彼長。當FPSO給G平臺輸送電力有功剩余熱備容量與J平臺給G平臺輸送電力有功剩余熱備容量相差超過某值時，系統(tǒng)開始減少I平臺電站帶載，從而提升J平臺給G平臺的剩余熱備，增加FPSO電站帶載從而降低FPSO給G平臺的剩余熱備，當兩剩余熱備差值到達一定范圍值內(nèi)，暫停調(diào)節(jié)兩側(cè)電站帶載，電網(wǎng)由此達到一種相對平衡狀態(tài)。

在日常使用時，電網(wǎng)會同時選擇潮流調(diào)度模式和潮流熱備模式。當出現(xiàn)機組跳機或者開關(guān)跳閘事件時，潮流調(diào)度模式會自動取消，電網(wǎng)自動回到潮流熱備模式，以實現(xiàn)電網(wǎng)最大化帶載。

潮流控制模式不但能夠?qū)崿F(xiàn)電站間等比例模式調(diào)節(jié)電網(wǎng)的效果，而且解決了組網(wǎng)鏈路上各個節(jié)點設(shè)備功率容量大小不一容易造成過載的問題，助力組網(wǎng)順利進行[5]。

電力組網(wǎng)后，最大化發(fā)揮I平臺電站的燃氣機組能力，同時當電滑環(huán)出現(xiàn)故障時，可以實現(xiàn)油田的孤島式生產(chǎn)（見圖12），降低對電滑環(huán)的依賴。因此，2019年老平臺油氣當量比上一年提升9.8%，而油田群油氣當量比上一年提升13.3%；生產(chǎn)污水排放減少6.9%，并在12月25日實現(xiàn)零排放。預計2020年油氣當量比上一年提升50%以上。

圖12 C油田群孤島運行示意

6 電力系統(tǒng)適應性調(diào)整成效

在滾動勘探開發(fā)中對油田群電力系統(tǒng)進行適應性調(diào)整，盡力提升供、輸、配電能力，助力增產(chǎn)減排。至2018年，C油田群累計產(chǎn)量超出總體開發(fā)方案預測的產(chǎn)量數(shù)百萬噸；2018年至2020年，C油田群產(chǎn)量連年實現(xiàn)較大幅度增加，此外還實現(xiàn)了生產(chǎn)污水的逐年減排，并在2019年12月25日實現(xiàn)生產(chǎn)污水零排放；同時初步實現(xiàn)碳減排。

此次海上油田電力系統(tǒng)的升級改造，包括不同容量機組的并網(wǎng)運行，對后期其他海上油田的滾動勘探開發(fā)具有很好的借鑒意義。其中，潮流控制模式既解決了新舊平臺電力聯(lián)網(wǎng)中各處節(jié)點的有功平衡，避免電站間等比例模式未考慮海底電纜、變壓器等中間節(jié)點而造成過載的情況，又提高了電網(wǎng)安全水平和供電可靠性，對于后期差異化發(fā)電機組的組網(wǎng)也有很好的推廣價值。