深水海底混輸管道清管工況分析

鞠朋朋,張 歡,陳文峰,鄧 婷

(海洋石油工程股份有限公司,天津 300451)

為清除海管內(nèi)積聚雜質(zhì)、提高海底管道輸送效率、減少海管滯液量、提高海管防腐劑保護效果等,保證海底管道的正常運行,海底混輸管道需定期進行清管作業(yè);清管過程中的液段塞和氣段塞會對平臺設(shè)施的正常操作造成沖擊,影響嚴重時甚至引起生產(chǎn)關(guān)停,因而利用多相流動態(tài)模擬軟件對清管作業(yè)中的段塞量進行預(yù)估,為后續(xù)制定清管程序提供依據(jù),特別是立管高差大、清管段塞量嚴重的深水油氣田,該預(yù)估分析工作愈加重要。

南海某深水氣田西區(qū)采用雙海管進行開發(fā),水深1 500 m,生產(chǎn)井A9H、A10H回接水下管匯,生產(chǎn)井A1、A11H回接相應(yīng)的PLET(海管終端);A9H、A10H井通過海管-1回接下游支持平臺,A1、A11H井通過海管-2回接下游支持平臺;水下管匯具有導(dǎo)閥功能,可以切換生產(chǎn)井的回接管道。

1 海底混輸管道清管工況仿真模型

1.1 模擬參數(shù)設(shè)置

深水氣田開發(fā)示意圖見圖1。

圖1 深水氣田開發(fā)示意圖Fig.1 Schematic diagram of deep water gas field development

圖2 深水氣田清管流程示意圖Fig.2 Schematic diagram of deep water gas field pigging process

利用多相流動態(tài)模擬軟件OLGA進行清管工況建模,建模范圍包括井筒、海底管道、立管和段塞流捕集器。

平臺段塞流捕集器液相緩沖容積32 m3,最大排液能力120 m3/h;天然氣處理系統(tǒng)設(shè)計能力1 050×104m3/d,干氣吹掃壓縮機排壓168 bara,立管高程1 500 m。

根據(jù)與油藏專業(yè)核實,A9H、A10H井可臨時增產(chǎn)10%,A1、A11H井可臨時增產(chǎn)20%。典型年份A1～A11H井油嘴前壓力見表1。典型年份A1～A11H井配產(chǎn)量見表2。

表1 A1～A11H井油嘴前壓力數(shù)據(jù)Tab.1 A1～A11H well oil nozzle front pressure data bara

1.2 模型建立

利用動態(tài)清管模型追蹤清管過程中海管出口段塞量的變化,評估段塞流捕集器及平臺生產(chǎn)處理流程的適應(yīng)性;利用干氣吹掃海管內(nèi)滯液量,減少清管過程中到達平臺的液段塞量;不停產(chǎn)清管時海管內(nèi)壓力應(yīng)小于采油樹油嘴前壓力,油氣田開發(fā)后期井口壓力較低時應(yīng)停產(chǎn)清管,防止海管內(nèi)液體倒流回井筒。

2 海底混輸管道清管計算分析

2.1 2020年清管工況分析計算

2020年為深水氣田初始投產(chǎn)年份兼最大氣量年份,作為典型年份進行清管工況分析。為減少清管過程中海管內(nèi)滯液量對下游平臺生產(chǎn)流程的沖擊,模型運行5 h后利用150×104m3/d干氣吹掃10 h,然后水下采油樹不停產(chǎn)進行清管作業(yè)。清管過程中清管球運行速度(UPIG)、清管球運行距離(ZZPIG)見圖3。

圖3 2020年清管球運行速度和運行距離變化曲線Fig.3 Curve of changes in running speed and distance of pigging balls in 2020

清管過程中海管出口累計液量(ACCLIQ)、海管出口液體體積流量(QLT)變化曲線見圖4。

圖4 2020年清管作業(yè)海管出口累計液量和液體體積流量變化曲線Fig.4 Curve of cumulative liquid volume and liquid volume flow rate at the outlet of the submarine pipeline during cleaning operations in 2020

清管過程中干氣吹掃壓縮機排壓(W-RISER1,PT)、水下各井口處壓力(A1～A11H,PT)變化曲線見圖5。

圖5 2020年清管作業(yè)干氣吹掃壓縮機排壓和水下井口處壓力變化曲線Fig.5 Pigging operation dry gas purge compressor discharge and pressure change curve at the underwater wellhead in 2020

由圖3～圖5可知:(1)清管作業(yè)時間7.2 h,清管球運行速度約1～5 m/s;前半段海管清管時,清管球利用吹掃干氣推動,運行速度較慢,后半段海管利用干氣和井口產(chǎn)氣量推動,運行速度較快;(2)干氣吹掃后海管出口液體體積流量變大,海管內(nèi)滯液量被攜帶出海管;清管球到達平臺時,立管內(nèi)液量全部被置換進生產(chǎn)流程,形成一個大的段塞,需要的段塞流捕集器緩沖容積29 m3,現(xiàn)有緩沖容積滿足要求;(3)干氣吹掃壓縮機排壓163 bara,滿足現(xiàn)有壓縮機的排壓要求;采油樹處壓力178～189 bara,油嘴前壓力滿足要求。

2.2 2027年清管工況分析計算

2027年為深水氣田海管背壓變化年份,海管背壓由108 bara降為31 bara,作為典型年份進行清管工況分析。為減少清管過程中海管內(nèi)滯液量對下游平臺生產(chǎn)流程的沖擊,模型運行15 h后利用100×104m3/d干氣吹掃10 h,然后水下采油樹不停產(chǎn)進行清管作業(yè)。清管過程中清管球運行速度(UPIG)、清管球運行距離(ZZPIG)見圖6。

圖6 2027年清管球運行速度和運行距離變化曲線Fig.6 Curve of changes in running speed and distance of pigging balls in 2027

清管過程中海管出口累計液量(ACCLIQ)、海管出口液體體積流量(QLT)變化曲線見圖7。

圖7 2027年清管作業(yè)海管出口累計液量和液體體積流量變化曲線Fig.7 Accumulated liquid volume and liquid volume flow rate change curve at the outlet of the submarine pipeline during pigging operations in 2027

由圖6～圖8可知:(1)清管作業(yè)時間5.1 h,清管球運行速度約1.6～9 m/s;前半段海管清管時,清管球利用吹掃干氣推動,運行速度較慢,后半段海管利用干氣和井口產(chǎn)氣量推動,運行速度較快;(2)干氣吹掃后海管出口液體體積流量變大,海管內(nèi)滯液量被攜帶出海管;清管球到達平臺時,立管內(nèi)液量全部被置換進生產(chǎn)流程,形成一個大的段塞,需要的段塞流捕集器緩沖容積21.4 m3,現(xiàn)有緩沖容積滿足要求;(3)干氣吹掃壓縮機排壓116 bara,滿足現(xiàn)有壓縮機的排壓要求;采油樹處壓力106～130 bara,油嘴前壓力滿足要求。

圖8 2027年清管作業(yè)干氣吹掃壓縮機排壓和水下井口處壓力變化曲線Fig.8 Pigging operation dry gas purge compressor discharge and pressure change curve at underwater wellhead in 2027

清管過程中干氣吹掃壓縮機排壓(W-RISER1,PT)、水下各井口處壓力(A1～A11H,PT)變化曲線見圖8。

2.3 2032年清管工況分析計算

2032年為深水氣田中后期兼最大水量年份,作為典型年份進行清管工況分析。為減少清管過程中海管內(nèi)滯液量對下游平臺生產(chǎn)流程的沖擊,模型運行15 h后利用200×104m3/d干氣吹掃10 h,然后水下采油樹停產(chǎn)進行清管作業(yè)。清管過程中清管球運行速度(UPIG)、清管球運行距離(ZZPIG)見圖9。清管過程中海管出口累計液量(ACCLIQ)、海管出口液體體積流量(QLT)變化曲線見圖10。圖11為2032年清管作業(yè)干氣吹掃壓縮機排壓變化曲線。

圖9 2032年清管球運行速度和運行距離變化曲線Fig.9 Curve of change in running speed and distance of pigging ball in 2032

圖10 2032年清管作業(yè)海管出口累計液量和液體體積流量變化曲線Fig.10 Curve of cumulative liquid volume and liquid volume flow rate at the outlet of the sea pipeline during pipeline cleaning operations in 2032

圖11 2032年清管作業(yè)干氣吹掃壓縮機排壓變化曲線Fig.11 Discharge pressure change curve of dry gas purge compressor for pigging operations in 2032

由圖9～圖11可知:(1)清管作業(yè)時間6 h,清管球運行速度約3～6.8 m/s;前半段海管清管時,清管球利用吹掃干氣推動,運行速度較慢,后半段海管利用干氣和井口產(chǎn)氣量推動,運行速度較快;(2)因深水氣田中后期產(chǎn)氣量較低,海管內(nèi)滯液量大,需要增大吹掃氣量降低海管內(nèi)已存液量;根據(jù)與油藏專業(yè)的溝通,通過臨時增大水下井口產(chǎn)量滿足吹掃氣量要求;海管內(nèi)大部分液體被干氣吹掃出海管,形成干氣吹掃段塞,需要緩沖容積22.3 m3,目前緩沖容積滿足要求;清管球到達平臺時,立管內(nèi)液量全部被置換進生產(chǎn)流程,海管出口累計液量形成近似直線的液量上升,但總液量較少,需要的段塞流捕集器緩沖容積5.7 m3,現(xiàn)有緩沖容積滿足要求;(3)干氣吹掃壓縮機最大排壓115 bara,滿足現(xiàn)有壓縮機的排壓要求,但大于水下井口油嘴前壓力,為防止海管內(nèi)液體倒流井筒,需要停產(chǎn)清管。

3 結(jié)論

1)2020年深水氣田天然氣產(chǎn)量高,海管內(nèi)存液相對較少,可利用較少干氣吹掃(150×104m3/d)。水下井口壓力高,可不停產(chǎn)進行清管作業(yè)。

2)2027年深水氣田天然氣產(chǎn)量高,且海管出口背壓低,海管氣體流速高,海管存液量最小,可利用最少干氣吹掃(100×104m3/d)。水下井口壓力高,可不停產(chǎn)進行清管作業(yè)。

3)2032年深水氣田天然氣產(chǎn)量低,海管氣體流速低攜液能力差,海管存液量最大,需利用最大干氣量吹掃(200×104m3/d)。水下井口壓力低,需停產(chǎn)進行清管作業(yè)。

4)清管前利用干氣進行吹掃可有效降低海管內(nèi)存液量,減少清管段塞量對下游平臺的沖擊;根據(jù)井口壓力和清管壓力的對比,深水氣田可停產(chǎn)或不停產(chǎn)進行清管作業(yè)。該方法對后續(xù)類似深水氣田的開發(fā)提供了良好的借鑒。