創(chuàng)新便捷式海管凝管風(fēng)險研判裝置研究與應(yīng)用

郭海平

中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300100

海上采油平臺在實際生產(chǎn)運(yùn)輸中，混輸原油管道的安全停輸時間計算，油田非計劃關(guān)停導(dǎo)致海管發(fā)生凝管可能性分析以及海上管道降凝劑使用分析等多方面工作均需要進(jìn)行原油凝點測定。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，原油凝點測定通常將油樣冷卻至比預(yù)期凝點高8℃，每降低2℃測一次油樣流動性。該測量對儀器和油樣要求較高，控制溫度的方式與速度必須精確，因此很難在海上完成自主測量。創(chuàng)新便捷式海管凝管風(fēng)險研判裝置，有助于便捷高效完成測試，降低海上石油生產(chǎn)風(fēng)險。

1 創(chuàng)新便捷式海管凝管風(fēng)險研判裝置的研究

1.1 海上油田原油凝點測定現(xiàn)狀

目前大多數(shù)海上油田不具備原油凝點測定設(shè)備。如果油井內(nèi)原油組分發(fā)生變化，油田很難及時準(zhǔn)確地判定原油凝點，需要將原油樣品送至陸地專業(yè)機(jī)構(gòu)完成測定，測定周期為半年一次，或者原油組分變化較大時加測。原油樣品為危險化學(xué)品，返港困難，需要定期更新和提前申報。原油凝點測定時效性較差，也容易受到運(yùn)輸資源限制。如果出現(xiàn)因運(yùn)輸受阻無法測定的問題，測定周期更久，給樣品測定帶來更多困擾。

1.2 創(chuàng)新便捷式海管凝管風(fēng)險研判裝置內(nèi)容

采用半導(dǎo)體制冷片，用冷端接觸金屬罐，冷卻罐內(nèi)液體，冷卻后的液體近一步對試管內(nèi)原油混合液進(jìn)行冷卻，精準(zhǔn)控制冷卻溫度，測得原油混合液最低流動溫度。該裝置可以解決原油凝點測定困難、測定周期長、時效差等問題，根據(jù)測定結(jié)果可以考慮是否加注降凝劑。油水混合液分離出的原油也可以采用此簡便原油凝點測定裝置進(jìn)行測定，測定結(jié)果可以作為該樣品原油凝點的參考。裝置測量的原油混合液溫度控制在-11℃-36℃，可滿足我國大部分海洋地區(qū)的油田使用。裝置便攜、體積小、成本低、降溫效率高、操作便捷，易于快速培訓(xùn)采油平臺員工掌握。

1.3 半導(dǎo)體制冷片海管凝管風(fēng)險研判裝置組成

該裝置由半導(dǎo)體制冷片、塔式換熱器、散熱風(fēng)扇、金屬罐體、測試試管、溫度計、溫控器、隔熱材料和12V直流電源組成。如圖1所示。

圖1 創(chuàng)新便捷式海管凝管風(fēng)險研判裝置基本組成

圖2 創(chuàng)新便捷式海管凝管風(fēng)險研判裝置設(shè)備及原理

圖3 渤海某油田混輸海管凝管風(fēng)險研判實驗過程

圖4 渤海某天然氣海管反向輸送原油作業(yè)時原油凝點測定過程

圖5 渤海某油田新增調(diào)整井原油凝點測定過程

圖6 創(chuàng)新便捷式海管凝管風(fēng)險研判裝置測溫范圍實驗

半導(dǎo)體制冷片，也被稱作熱電制冷片，是一種熱泵，不設(shè)有滑動部件，可以應(yīng)用在空間受限、可靠性要求較高、無制冷劑影響的場合。半導(dǎo)體制冷片作為熱傳遞工具，其原理為帕爾貼原理。主流電流驅(qū)動設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)N型半導(dǎo)體材料與P型半導(dǎo)體材料聯(lián)結(jié)構(gòu)成的熱電偶對中有電流通過，則兩端產(chǎn)生熱量轉(zhuǎn)移，形成溫差，產(chǎn)生冷熱端。冷熱端達(dá)到一定溫差，也就是兩種熱傳遞的量相等，可達(dá)到一個平衡點，正逆向熱傳遞彼此抵消。冷熱端溫度不再繼續(xù)發(fā)生變化?？梢酝ㄟ^散熱方式降低熱端溫度來達(dá)到更低溫度[1]。

1.4 半導(dǎo)體制冷片海管凝管風(fēng)險研判裝置原理

利用半導(dǎo)體制冷片的制冷原理，半導(dǎo)體制冷片的熱端通過四銅管塔式換熱器和風(fēng)扇進(jìn)行散熱，冷端與金屬罐直接接觸，對罐內(nèi)液體進(jìn)行冷卻降溫，進(jìn)而液體對試管內(nèi)的原油混合液進(jìn)行冷卻，試管內(nèi)有電子溫度計與溫控器相連，可實現(xiàn)試管內(nèi)液體溫度精準(zhǔn)控制，罐內(nèi)也有一個溫度計，可與試管內(nèi)溫度計進(jìn)行參考對比，防止原油溫降過快，內(nèi)外制冷不均勻，造成測量結(jié)果誤差，此外在罐體和冷熱點接觸處做好保溫、隔熱措施，確保能量損失最少[2]。操作人員通過持續(xù)的降溫、取出試管、傾斜觀察液體流動情況，即可測出混合液最低流動溫度。

1.5 裝置的可行性及準(zhǔn)確性評估

利用該裝置對某油田兩口新增調(diào)整井的油樣進(jìn)行流動性測試。從兩口油井提取的油樣含水量均為0，因此測試結(jié)果可以與陸上檢測中心的凝點數(shù)據(jù)直接對比，驗證裝置的檢測準(zhǔn)確性。

將油樣注入試管，進(jìn)行制冷，每次降溫1℃，等到試管內(nèi)的液體溫度和冷卻液溫度趨于一致穩(wěn)定，傾斜試管，觀察油樣流動性，多次重復(fù)，找出最低流動溫度。測得油樣在10℃處無流動性。陸地檢測中心于6個月之前取樣測試的結(jié)果為7℃，偏差為+3℃，偏差來源于兩次取樣時間間隔較長。并且驗證了該裝置測量油樣流動性最低溫度是可行的，根據(jù)測試出的溫度可以研判海管凝管風(fēng)險，為是否加注降凝劑提供檢測數(shù)據(jù)支持。

2 創(chuàng)新便捷式海管凝管風(fēng)險研判裝置的應(yīng)用

2.1 渤海某油田多條混輸海管凝管風(fēng)險研判

將該裝置應(yīng)用在渤海某油田的海管凝管風(fēng)險研判工作中。該油田轄下四座平臺，其中WHPA平臺和PAPD平臺由棧橋相連，兩座井口平臺WHPB和WHPC，共六條海管，其中三條為混輸海管，利用該裝置進(jìn)行實驗，并進(jìn)行風(fēng)險研判，其實驗數(shù)據(jù)如下：

從實驗結(jié)果可以看出，WHPA平臺至下游PAPD平臺混輸海管原油油樣18℃流動性開始變差，15℃時油樣凝固，可倒置試管，表明該海管處于低于15℃環(huán)境下存在凝管風(fēng)險。WHPC平臺至PAPD平臺混輸海管原油油樣22℃流動性開始變差，17℃時油樣凝固，可倒置試管，表明該海管處于低于17℃環(huán)境下存在凝管風(fēng)險。

綜合以上數(shù)據(jù)，與應(yīng)急預(yù)案中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比和當(dāng)前實際工況相差較小。利用本裝置進(jìn)行海管凝管風(fēng)險研判是可行且準(zhǔn)確的，方便海上平臺現(xiàn)場隨時進(jìn)行海管凝管風(fēng)險研判，提前做出應(yīng)急措施，對應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行完善升級。

2.2 渤海某天然氣海管反向輸送原油作業(yè)中降凝劑是否加注分析研判

2022年9月至2023年4月，該裝置成功應(yīng)用于渤海某天然氣海管反向輸送原油作業(yè)，由于為單層不保溫海管輸送，且跨越整個寒冬，面臨著溫降、時長、設(shè)備等多重考驗，為了降低運(yùn)行過程中凝管風(fēng)險，上游某油田需每日按推薦濃度1200ppm加注降凝劑，對應(yīng)每天應(yīng)加注2280L，以確保管輸?shù)淖畹蜏囟雀哂谠湍厅c以上3℃。

通過該裝置，生產(chǎn)人員每日對反輸海管原油進(jìn)行流動性測試，隨時掌握原油凝點，有計劃調(diào)整生產(chǎn)流程，并逐步下調(diào)降凝劑注入濃度，成功實現(xiàn)在不添加降凝劑的工況下，下游接收端物流溫度依然原高于凝點近30℃，最終成功取消降凝劑加注，本次反輸作業(yè)預(yù)計持續(xù)288天，則可在反輸期間節(jié)約藥劑費(fèi)用約906萬元。

2.3 渤海某油田新增調(diào)整井原油凝點定期自主測量

2022年4月，該裝置成功在渤海某油田新增5口調(diào)整井原油凝點測定中，從實驗數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，裝置測得C6H井在10℃時無流動性，與實驗中心2021年10月取樣測試的結(jié)果7℃相近，偏差+3℃；裝置測得C7H井在14℃時無流動性，與實驗中心2021年10月取樣測試的結(jié)果12℃相近，偏差+2℃，分析偏差來源一方面是由于兩次取樣間隔較長（6個月），另一方面本裝置并非凝點測量專業(yè)設(shè)備，測量結(jié)果可做凝點參考數(shù)據(jù)，故偏差均在可接受合理范圍內(nèi)，同時也驗證了利用該裝置測量原油凝點的可行性，進(jìn)而根據(jù)測試出的溫度進(jìn)行研判海管凝管風(fēng)險以及作為降凝劑是否需要加注的理論依據(jù)。

由于設(shè)備操作簡便易學(xué)，生產(chǎn)人員可定期對各油井原油凝點進(jìn)行測量，可及時發(fā)現(xiàn)油井產(chǎn)出變化，有利于油井動態(tài)分析，有利于加強(qiáng)油井管理，節(jié)約原油凝點檢測費(fèi)用1.2萬元。

2.4 設(shè)備操作簡單，測溫范圍廣，可在渤海油田推廣使用

本裝置利用半導(dǎo)體制冷片進(jìn)行制冷，通過兩次換熱實現(xiàn)對測試原油混合液進(jìn)行冷卻，利用溫度計和溫控器實現(xiàn)溫度精準(zhǔn)控制，可測得原油混合液的最低流動溫度，成功解決海上油田原油凝點測定困難、測試周期長，無法及時研判海管凝管風(fēng)險的痛點，設(shè)備操作簡單、便攜、易于平臺人員掌握，原油混合液測溫范圍-11℃-32℃，可適用于絕大多數(shù)渤海油田，可推廣性強(qiáng)。

3 創(chuàng)新便捷式海管凝管風(fēng)險研判裝置推廣及應(yīng)用前景

本裝置利用半導(dǎo)體制冷片進(jìn)行制冷，通過兩次換熱實現(xiàn)對測試原油混合液進(jìn)行冷卻，利用溫度計和溫控器實現(xiàn)溫度精準(zhǔn)控制，可測得原油混合液的最低流動溫度，成功解決海上油田原油凝點測定困難、測試周期長，無法及時研判海管凝管風(fēng)險的痛點，具有廣泛的推廣價值和應(yīng)用前景：

1）可隨時測定海管內(nèi)原油凝點，作為海管凝管風(fēng)險研判依據(jù)。

2）測定結(jié)果可作為海管是否需加注降凝劑的分析依據(jù)，節(jié)約藥劑使用成本。

3）通過自主定期檢測混輸液流動性變化，可及時發(fā)現(xiàn)油井產(chǎn)出變化，有利于油井動態(tài)分析，有利于加強(qiáng)油井管理。

4）可初步測量各油井原油凝點，為油田生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持。

5）減少原油返回陸地進(jìn)行機(jī)構(gòu)凝點測定頻次，節(jié)省檢測費(fèi)用及船舶費(fèi)用。

6）設(shè)備操作簡單、便攜、易于平臺人員掌握，原油混合液測溫范圍-11℃-32℃，可適用于絕大多數(shù)渤海油田，可推廣性強(qiáng)。

4 結(jié)束語

當(dāng)前海上石油平臺穩(wěn)定安全生產(chǎn)，離不開各類檢測手段的支持。為了減小海管凝管風(fēng)險，確保海上平臺生產(chǎn)運(yùn)行安全穩(wěn)定，須定期進(jìn)行海管凝管風(fēng)險研判。但是當(dāng)前廣泛采用的陸上檢測方式，時效性差，難以滿足海上平臺實時檢測需求。[3]本裝置的研究和應(yīng)用直擊生產(chǎn)一線問題本質(zhì)，運(yùn)用新思路、新方法，成功利用半導(dǎo)體制冷片制冷原理，實現(xiàn)原油凝點測定，成功解決海上油田原油凝點測定困難、測試周期長，無法及時研判海管凝管風(fēng)險的痛點，同時測定結(jié)果可作為是否需加注降凝劑的分析依據(jù)。此外，還可通過將油水分離實現(xiàn)原油凝點的測定，便于海上油井動態(tài)分析，一舉三得，功能顯著，

可廣泛應(yīng)用于海上石油平臺海管凝管風(fēng)險研判工作中，具有廣泛的推廣價值和應(yīng)用前景。