氣田采氣管線清管保障措施探討

張沖 安佳琦 中國石油長慶油田分公司第二采氣廠

坐落于鄂爾多斯盆地西北地區的蘇里格氣田，與陜北斜坡、伊盟隆起以及天環凹陷等構造單元相鄰，勘察面積為4×104km2。對該氣田的合理開發，可以使得長慶氣區天然氣配置得到優化，穩定供應京津、華東地區，促進中國石油工業全面、協調、可持續發展都具有重要的經濟價值和民生價值[1]。以蘇里格地面集氣工藝流程定型為基礎，進行國家標準設計，實施模塊化的建造工程，形成標準化設施、規范化生產、一體化的工藝設計與施工方法；提高了生產的工業效率和設施工程建設質量，極大地降低了生產風險和運營綜合成本[2]。

一、管道流體特征

重烴組分，是管道輸送天然氣過程中析的出成分，進而形成低持液率的兩相流動。工業中為探明流體運動規律，準確闡述油、氣介質在管內的動態流動方式，因此對多相流進行深入探究并建立精確的數學模型尤為重要。近年來，國內外多相流技術不斷發展，已成為一門新興學科。對于氣相和液相管流的研究，可通過對多相管流持液率、流型、工藝參數及軟件應用等方面的綜合應用，深入掌握多相流動機理，得出與現場持液率經驗公式、工藝計算相匹配的組合模型，為油田現場多相流管線的排布、施工、管理等方面提供理論支持與技術保障。

未經凈化、從天然氣井中直接產生的天然氣，在管道線路中輸送時因含H2O以及其他成分，被稱為濕天然氣或凝析氣輸送。該類天然氣輸送過程中，隨管道內外壓力、溫度等因素的變化，重組分會出現凝析現象，產生凝析液，所以，氣相與液相流動研究中包括濕天然氣輸送。預測、持液率以及壓降計算類屬多相管流的工藝計算，其中流型預測是基礎參數，多相管流工藝計算最終為了壓降計算。

二、管線段塞流及清管

針對蘇里格氣田，應用了濕氣輸送。油、氣、水三相混合運輸管道是工業中較為應用較多的多相流混合運輸管線，這樣的管道線路總會有段塞流現象，由于該流型具有波動特性，致使管路發生振動，易出現生產事故。段塞流分兩類：常態段塞流和在山坡地帶形成的急速段塞流。在氣相與液相比值低的條件下，很容易產生常態段塞流，此外在管道直徑大、山坡斜度高的地段，管道內也容易有常態段塞流出現。危害性更大的急速段塞流會在平面的立管中出現，則容易產生。急速段塞流產生的段塞較大，危險性較常態段塞流亦更大。

Sclunidt等認為堵塞可以使段塞流消除，但卻缺乏堵塞行為的具體分析。堵塞是使后壓增加，提高流速進而去除段塞流。為出現穩定流，提升氣體的前部積累，在堵塞前穩定。Potetal等人基于實驗和理論研究，總結出消除段塞的方法：即堵塞氣體以及移出段塞流中的氣體分析發展的理論方法。第一是系統的穩態分析法，這個分析方法采用了穩態的概念，另外還有堵塞、移出段塞流中的氣體的力平衡的描述。第二是準平衡模型分析法。穩定模型，是通過假使有在不平衡的提升系統流動狀態下的、獨立的力學平衡模型，準平衡模型是動態的輸送模型。經實驗數據分析表明，上述方法都可以用在堵塞和移出段塞流中的氣體新方案。

國內外常見的段塞流消除方法有：采用通球法解決在管線里面的滯液，體改輸送率的基本的方法。這樣可以加快去掉管道中滯液的數量及存在的固態的雜質，而且可以不產生阻塞流。因為管道在平衡后出現阻塞流，所以要設計管道終端段塞流捕集器的大小。當實際輸量比設計輸量小時，管道滯留量會增加，氣體攜液的水平會下降，氣體和液體平衡的時間會有所變長。但是在平衡了之后，通球所產生的段塞流量大于原輸入量的段塞流量，即比捕集器的容量要多。當混合輸送的管道不斷變長，滯留量、段塞流量也不斷地變多，對捕集器的建造提出了更高的要求，目前，通球段塞流量有時會出現高于捕獲器容積閾值的現象；增加輸氣量減少管道中滯留量，滯留量促進段塞流產生，通過對控制滯留量的控制，通球促使的段塞流會變少。如果改變了管路的運行條件，把輸氣量加大，會把氣體的攜液的能力提升起來，清除出原來管道中的滯留的液體。

消除嚴重段塞流的其他方法包括：將表面控制閥立安裝在管底，已經成功應用在了Totals Dunbarl6管線系統中，與堵塞法的原理差別不大，但據相關數據分析顯示，這個方法會讓生產壓力變大，可能會影響深水生產中的輸量；控制流量的方法，該方法是用單控制閥來控制恒定的氣相、液相的混合流率。研究表明，3倍的背壓出現在系統達到穩定的時候。在深水生產中，因為立管底部增大的壓力、立管長度大影響傳播時長，使控制系統的反應出現滯后的現象，對輸量會有影響；把立管底部加入氣相和液相的混合物舉升法，該方法既消除強烈段塞流的作用，又便停輸后再啟動，具體方法是把混輸管線旁邊的高產混合管里面的氣相和液相物質導在管底，此方法更比立管底部注氣法便捷，無須注氣系統輔助，也避免了Joule-Thompson冷卻效應，不過要添加高產混合線管，因此，該方法僅限用于特殊情況。

三、結語

蘇里格氣田運行中后期，在原來的集氣站中，先前的一級增壓將無法提供低壓井的增加壓強的需求，因此，裝配低壓壓縮機至關重要，因閥組增壓存在電力供應、管理和氣液混增存在不足，建議適當降低釆氣系統運行壓力，使最高運行壓力不超標，或在邊遠井、低產井以及產液井的井場等井口壓力較高處安裝可以移動的注醇裝備。