含硫天然氣集輸管道積液預(yù)測及排液工藝方案

吳曉濱 鄧思哲

1包頭輕工職業(yè)技術(shù)學院

2中國石油大學油氣資源與探測國家重點實驗室

含硫天然氣集輸管道積液預(yù)測及排液工藝方案

吳曉濱1鄧思哲2

1包頭輕工職業(yè)技術(shù)學院

2中國石油大學油氣資源與探測國家重點實驗室

由于建南氣田地處山地地區(qū)，管線低洼處勢必會產(chǎn)生積液，導(dǎo)致管輸效率低、能耗高、上游輸壓高等問題，嚴重影響管線安全運行。因此，提出了定期排液、增加脫液預(yù)處理設(shè)備和分子篩脫水設(shè)備及清管作業(yè)等措施。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟對比，認為在管線起點增加放空排液點方案，現(xiàn)場可實施性和可操作性強。采用該方案對南集站原料氣管線進行放空排液，效果較好，排液約5.9 m3，管線壓力損失下降為0.58 MPa，降幅52.5%。

含硫天然氣；管道積液；壓損；集輸管線；排液

建南氣田南北聯(lián)網(wǎng)原料氣管線負責南集站至北集站原料氣的輸送，沿途J10井、JP12側(cè)1井、J35-2井、XD3井、XD2井等5口井的氣直接匯入管線，管線沿線地勢起伏見圖1。管線規(guī)格d=219 mm× 6.4 mm，全長24.6 km，并在南、北集站內(nèi)安裝有發(fā)球和收球裝置；管線設(shè)計壓力6.3 MPa，日輸氣量15×104～30×104m3，起點壓力2.35～3.50 MPa，末點壓力2.2～2.3 MPa。經(jīng)統(tǒng)計，原料氣管線起點運行壓力逐年上升（2015年最高達3.48 MPa），管輸壓力損失逐漸增大（2015年最高達1.23 MPa）。經(jīng)計算，該管線輸氣量為25×104m3/d時理論壓力損失為0.15 MPa，實際壓力損失遠遠高于理論壓損，如表1所示。

圖1 南北聯(lián)網(wǎng)原料氣管線高程示意圖

表1 南北聯(lián)網(wǎng)原料氣管線運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計

1 管道積液的來源

南高點片區(qū)共有氣井18口，除建志1井外，其余氣井所產(chǎn)天然氣均匯入原料氣管線，且絕大部分氣井均產(chǎn)水，其中J68側(cè)1井產(chǎn)水量最高，平均為11 m3/d，其余氣井為間歇產(chǎn)水，如表2所示。生產(chǎn)過程中，由于各單井站和南集站脫水工藝簡單，氣液分離效果差[1]，將飽和水和一小部分游離水帶入原料氣管線，受輸氣量變化等因素影響，進入管道的游離水和天然氣凝析水在管輸過程中無法完全帶出，在起伏管道低洼處形成積液。

表2 原料氣管線各氣井產(chǎn)水情況

2 積液預(yù)測

《石油氣液兩相管流》中對傾斜氣液兩相管流壓力損失和持液率計算方法進行了評價，認為Beggs公式能夠較準確地計算上坡流動的持液率，但計算的下坡持液率偏大[2-3]；Eaton公式的持液率相關(guān)式能夠準確計算傾斜管道氣液兩相流動的持液率。因此選取Beggs、Eaton兩種公式對管線積液量進行預(yù)測。例如，取2015年5月12日瞬時生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行計算，計算參數(shù)如下：南集站壓力2.89 MPa、溫度26.4℃；土地埡壓力2.8 MPa；J28井場內(nèi)原料氣輸壓2.36 MPa；北集站壓力2.22 MPa、溫度21.8℃；瞬時輸氣量20.81×104m3；原料氣中甲烷含量95.8%。

Beggs公式計算原料氣管線持液率情況見圖2，Eaton公式計算原料氣管線持液率情況見圖3。

圖2 Beggs計算原料氣管線持液率曲線

圖3 Eaton計算原料氣管線持液率曲線

綜合兩種計算方式的適用條件及計算結(jié)果認為：①南北聯(lián)網(wǎng)原料氣管線內(nèi)流體流動主要存在3種流態(tài)，分別是分層波狀流、間歇流和分離流；②管線中易積液的位置有9處，分別在距南集站2 776、3 857、10 514、12 210、13 098、15 533、17 108、18 060～18 067、23 810 m處；③管線中積液的位置有4處，分別在距南集站3 857、10 514、17 108、18 066 m處；④管線內(nèi)積液量約為11.74 m3。

3 管線排液工藝方案及效果

針對管線積液現(xiàn)場實際，設(shè)計了4套排液工藝方案：①在平鎮(zhèn)附近增加放空排液點，定期對管線進行排液。即在該處增加放空排液點和壓力檢測點，新建一條排污管線（d=57 mm×3 mm×100 m），并安裝壓力表；修建一個污水池，容積為15 m3，且后期可同時利用該排放點和南集站對原料氣管線進行放空排液[4]。②在南集站內(nèi)新建一臺脫液預(yù)處理器，降低天然氣中的含水量。其流程為南北聯(lián)網(wǎng)原料氣管線來氣→控制閘閥→原料氣分離器→脫液預(yù)處理器→分離出來的水經(jīng)排污閥排出，天然氣經(jīng)放空閥至放空火炬。③定期清管作業(yè)，徹底消除管線內(nèi)部積垢、積液。目前南北聯(lián)網(wǎng)管線已基本整改完，管徑全線統(tǒng)一，可對管線進行清管作業(yè)，第一次清管作業(yè)若成功，后期的清管作業(yè)工作可常態(tài)化[5]。④在南集站內(nèi)增加分子篩脫水裝置，實現(xiàn)干氣輸送，避免天然氣帶水進入管線，解決管線因積液而造成的問題。4套排液工藝方案優(yōu)點：方案一，工作量小、投資小；方案二，投資較小、降低了放空排液頻率；方案三，投資小且后期清管時氣井和凈化站無需停產(chǎn)；方案四，干氣輸送工藝可徹底解決管線積液問題。缺點：方案一，放空排水頻率較高，影響氣田正常生產(chǎn)；方案二，現(xiàn)場需增設(shè)裝置，管理工作量大；且影響生產(chǎn)；方案三，清管作業(yè)難度大，時間長，影響正常生產(chǎn)；方案四，投入高，運行和維護成本高。

根據(jù)上述方案，兼顧質(zhì)量和效益的原則，綜合推薦第一套方案。經(jīng)現(xiàn)場整改，2015年3月27日，在南集站對原料氣管線進行放空排液，放空排液效果較好，日輸氣量為24.9×104m3，排液5.9 m3，并排出大量黑色黏稠狀物體[6]。排液減少了管線內(nèi)部積液，降低了管道壓力損失，放空前壓損為1.22 MPa，放空后壓損為0.58 MPa，壓損下降了0.64 MPa。

4 結(jié)論

（1）建南氣田原料氣管線內(nèi)部積液主要原因是由于各單井站和集氣站脫水工藝簡單、氣液分離效果差造成的，致使管輸摩阻高、壓力損失偏大。

（2）對比分析及運行表明，由PIPESIM軟件的Beggs和Eaton預(yù)測模型得到的壓降值與現(xiàn)場管線的實際壓降值吻合較好，預(yù)測管線中積液量11.74 m3，主要集中在土地埡至J28井段。該方法可用于山地多起伏管線的壓降值和積液量的預(yù)測。

（3）通過現(xiàn)場應(yīng)用，證實在原料氣管線起點增加放空排液點方案，排液效果較好（約5.9 m3），管線壓力損失降幅達52.5%，且現(xiàn)場可實施性和操作性強，能滿足建南氣田含硫天然氣管線集輸系統(tǒng)運行的要求。

[1]路宏．濕氣輸送管線壓降計算的公式選擇及影響因素[J]．油氣田地面工程，2011，30（6）：45-46.

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（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.10.020

吳曉濱：天津大學碩士研究生，包頭輕工職業(yè)技術(shù)學院副教授，主要研究方向為應(yīng)用化工技術(shù)（煤化工方向）。

2015-08-04

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