水下生產(chǎn)系統(tǒng)流動(dòng)保障管理策略的研究

張銘明（中國(guó)海洋石油總公司規(guī)劃計(jì)劃部，北京 100010）

流動(dòng)保障用來(lái)保證在一個(gè)工程生命周期中，在任何環(huán)境下都可以將油氣經(jīng)濟(jì)地從儲(chǔ)油氣層運(yùn)輸?shù)浇K端[1]。其中，流體的性質(zhì)和系統(tǒng)的熱-水力分析通常用來(lái)制訂相關(guān)策略，有效控制和管理生產(chǎn)、運(yùn)輸油氣系統(tǒng)中固體沉積物[2-3]。

流動(dòng)保障分析在海底油氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其挑戰(zhàn)主要集中在預(yù)防和控制能堵塞流程的固體沉積物[4]。

1 流動(dòng)保障管理的主要階段

流動(dòng)保障管理主要針對(duì)幾個(gè)階段：初次開(kāi)井階段；生產(chǎn)階段；關(guān)井階段；熱井和冷井再啟動(dòng)階段。

2 流動(dòng)保障管理重點(diǎn)的探討

對(duì)于每個(gè)階段，均應(yīng)重點(diǎn)考慮考慮生產(chǎn)管理、水合物管理、石蠟沉積管理和污垢和腐蝕管理。初次開(kāi)井還應(yīng)考慮對(duì)段塞流的管理。

對(duì)所有管理階段，石蠟沉積管理和污垢和腐蝕管理均采用相同的管理策略，本文只在初次開(kāi)井階段進(jìn)行說(shuō)明。

2.1 初次開(kāi)井階段管理策略

生產(chǎn)管理

井的初次開(kāi)啟應(yīng)考慮，油嘴初始開(kāi)度符合油氣田儲(chǔ)藏特性、井的動(dòng)態(tài)，以及主采油設(shè)備性能參數(shù)；確保產(chǎn)出流體溫度不超過(guò)油嘴下游材料的設(shè)計(jì)溫度；

段塞流管理：

采油樹(shù)和采油樹(shù)跨接管：油嘴部分打開(kāi)或較小的開(kāi)度時(shí)的節(jié)流作用可以降低段塞流的速度。

管匯/管道終端管匯跨接管：井口產(chǎn)出的流體應(yīng)控制初始的產(chǎn)出速率，以限制高速的產(chǎn)出流體流動(dòng)。

水合物管理

水合物的阻止是在開(kāi)井前，通過(guò)將甲醇注入到井上游的翼閥中，連續(xù)注入直到系統(tǒng)溫度上升到水合物形成溫度以上。

石蠟沉積管理

如果凝析油包含石蠟組分，應(yīng)該考慮石蠟沉積的可能。

污垢和腐蝕管理

本階段應(yīng)連續(xù)地注入阻垢劑到井下。當(dāng)管道內(nèi)壁為CRA材料時(shí)，不需要注入阻蝕劑。

2.2 正常生產(chǎn)階段管理策略

生產(chǎn)管理

正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)時(shí)，通過(guò)對(duì)油嘴開(kāi)度的設(shè)置實(shí)現(xiàn)對(duì)單獨(dú)井的流動(dòng)控制。阻垢劑和乙二醇以一定的速率連續(xù)注入到每一口井下。

水合物管理

為避免采油樹(shù)、管匯/管道終端管匯中產(chǎn)生水合物，連續(xù)地注入乙二醇至每口生產(chǎn)井采油樹(shù)油嘴的下游。

2.3 關(guān)井管理策略

生產(chǎn)管理

當(dāng)工藝管道和跨接管中的水全部使用乙二醇置換后，計(jì)劃關(guān)井便可實(shí)施。非計(jì)劃關(guān)井生產(chǎn)管理無(wú)法實(shí)施。

水合物管理

在計(jì)劃關(guān)井期間，為避免水下生產(chǎn)采油樹(shù)油嘴上游流動(dòng)阻塞，注入甲醇防止水合物的生成，注入量依據(jù)含水量確定。

在非計(jì)劃關(guān)井時(shí)，為避免水合物流動(dòng)阻塞將乙二醇注入到油嘴下游，將抑制劑注入到管匯、管道終端管匯和工藝管線。井緊急關(guān)閉之后應(yīng)立即注入甲醇。

若發(fā)現(xiàn)水合物阻塞已經(jīng)在采油樹(shù)內(nèi)生成，應(yīng)使用環(huán)空排放來(lái)降壓，持續(xù)降壓至水合物生成壓力以下；當(dāng)水合物阻塞發(fā)生在管匯/管道終端管匯時(shí)，應(yīng)關(guān)閉采油樹(shù)翼閥和油嘴，通過(guò)排放管路和適宜的工藝管線、立管系統(tǒng)，使管路內(nèi)壓力降至水合物生成壓力以下。

2.4 熱井和冷井再啟動(dòng)管理策略

生產(chǎn)管理

冷井和熱井再啟動(dòng)應(yīng)重點(diǎn)考慮以下因素的管理：

初始油嘴開(kāi)度的設(shè)置；開(kāi)啟油嘴設(shè)置的步驟符合油氣田儲(chǔ)藏特性、井的動(dòng)態(tài)，主采油設(shè)備性能參數(shù)；流體溫度不超過(guò)油嘴下游材料的設(shè)計(jì)溫度；熱井再啟動(dòng)產(chǎn)出速率受限于上部設(shè)施段塞流捕集器的能力和儲(chǔ)油氣層特性；

水合物管理

由于管路沒(méi)有隔熱層，生產(chǎn)油嘴上游的管路會(huì)迅速冷卻，易形成水合物。注入乙醇到生產(chǎn)油嘴上游管路，直到采油樹(shù)溫度上升到水合物生成溫度以上；同時(shí)將乙二醇連續(xù)地注入到生產(chǎn)油嘴下游。

對(duì)于冷井，由于溫度較低，甲醇的持續(xù)注入時(shí)間比熱井要長(zhǎng)，冷井還可能結(jié)蠟，因此需要加入石蠟抑制劑。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)油氣從儲(chǔ)油層輸送到終端的過(guò)程是可靠的、可管理的以及有經(jīng)濟(jì)效益的，水下生產(chǎn)系統(tǒng)流動(dòng)保障才是成功的。水下生產(chǎn)系統(tǒng)的流動(dòng)保障管理策略應(yīng)將如下因素作為重點(diǎn)進(jìn)行管理：

3.1 系統(tǒng)生產(chǎn)能力：井口/采油樹(shù)型號(hào)、生產(chǎn)/運(yùn)輸管道尺寸與加壓，段塞與乳化壓降變化等；

3.2 熱力學(xué)性能：溫度分布、由啟動(dòng)/關(guān)閉引起的溫度變化以及保溫方式和加熱需要；

3.3 固體沉積物和化學(xué)抑制劑：水合物、石蠟和積垢的阻止、緩解。

[1]Kaczmarski A,Lorimer S.Emergence of Flow Assurance as a Technical Discipline Specific to Deepwater:Technical Challeng?es and Integration into Subsea System Engineering[C],Offshore Technology Conference,Houston,2000.

[2]B.T.Ellison,C.T.Gallagher,S.E.Lorimer.The Physical Chemistry ofWax,Hydrates,and Asphaltene[C],Offshore Technol?ogy Conference,Houston,2000.

[3]Hammerschmidt E G.Gas Hydrate Formation in Natural GasPipeline[J].Ind.Eng.Chem,1934,26(8):851-855.

[4]白勇,龔順風(fēng),白強(qiáng)等.水下生產(chǎn)系統(tǒng)手冊(cè)[M],哈爾濱工程大學(xué)出版社,2012.