混輸海管清管作業模擬分析研究

2020-06-08 04:34:42謝小波

天津科技 2020年5期

謝小波

(中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司天津300452)

0 引言

天外天C至CEP平臺海底混輸管道位于中國上海東南方向450 km 的東海大陸架上，由海底管道和連接海洋平臺垂直立管組成。通過對海底管道清管作業中有關內容進行模擬計算，利用計算結論為該海底管道清管作業提供參考。

1 海管與清管球設計數據

該海底混輸管道是將天外天C平臺上的天然氣及原油輸送至天外天CEP平臺，在CEP平臺進行油氣處理后，再通過登陸管道輸送至終端，主要設計數據見表1。

表1海底混輸管道參數設計表Tab.1 Parameter design of offshore mixed transportation pipeline

為了確保清出海管內的積液雜質，選用聚氨酯泡沫球，其密度80～120 kg/m3，球體過盈量設為3%[1]。球體通過能力很強，很容易越過塊狀物體及管道變形部位，既可以避免在海管中發生卡堵，又可以有效地將管道內的積液等清出。

該混輸管道內徑384.2 mm，過盈量取3%，則清管球直徑為395.7 mm。

2 海管積液量計算

2.1 海管工況

海管運行工況如表2所示。

表2海管參數設定表Tab.2 Parameter setting of offshore pipeline

2.2 計算結果

2.2.1 海管進口壓力

由圖1可知，模擬計算所得海管進口壓力為4.23 MPa，略小于實際海管進口壓力4.3 MPa，但仍接近實際海管進口壓力，模擬較符合實際情況。

圖1壓力迭代時間曲線圖Fig.1 Pressure iteration time curve

2.2.2 海管出口溫度

由圖2可知，模擬計算所得海管出口溫度為15.1 ℃，略高于于實際運行溫度14.1 ℃，但仍接近實際海管出口溫度。模擬較符合實際情況。

圖2溫度迭代曲線圖Fig.2 Temperature iteration curve

2.2.3 管道積液量

由圖3可知，管線穩定運行時，管線內的積液量為82.8 m3。

圖3積液量溫度迭代曲線圖Fig.3 Iterative curve of liquid volume and temperature

2.2.4 管道出口油流量

由圖4可知，管線穩定運行時，管線出口的油流量為183.5 m3/d。

圖4 油流量迭代曲線圖Fig.4 Oil flow iteration curve

2.3 小結

①計算得到管道進口壓力是4.23 MPa，比實際管道進口壓力4.3 MPa 小，但仍接近實際海管進口壓力。模擬計算所得海管出口溫度為15.1℃，略高于實際運行溫度14.1℃，但仍接近實際海管出口溫度。模擬較符合實際情況。

② 海管穩定運行時，管線內的積液量為82.8 m3。

③ 海管穩定運行時，管線出口的油流量為183.5 m3/d。

3 海管水合物計算

3.1 氣體組分

海管中的氣體組分(體積分數)如表3所示。

3.2 水合物生成范圍

海管中水合物生成分析如圖5所示。從運行工況獲知，管道壓力區間3.5～4 MPa，溫度區間11～27 ℃。壓力溫度區間在圖5中繪出，得到黑色方框區，位于水合物生成范圍，可以得出該海管在極端條件下運行時可能有水合物生成，建議清管時注入一定量的甲醇或乙二醇。

表3 氣體組分模擬含量表Tab.3 Simulated content of gas components

圖5 水合物生成分析圖Fig.5 Hydrate formation analysis

3.3 甲醇注入量

甲醇注入量由在水中所需的抑制劑量、氣體損失和輕烴溶解損失確定。

3.3.1 水中所需量

要使天然氣水合物形成溫度降達到7 ℃，所需甲醇在水溶液中的最低濃度：

式中：CMeOH為甲醇在水溶液中濃度，mol%；△t 為海管進出口溫度差，℃；M 為甲醇的質量，kg；K 為甲醇在輕烴中的溶解質量百分比。

則所需的甲醇質量：MMeOH=96.02 kg

即：體積量VMeOH=0.12 m3

3.3.2 氣體損失量

式中：a 為甲醇的氣液平衡系數，一般為1 ×10-5～4 ×10-5kg/m3；Mg為氣相中抑制劑的質量，kg；Vgas為天然氣體積，N m3；

則所需的甲醇質量：MMeOH=707.46 kg

即：體積量VMeOH=0.88 m3。

3.3.3 輕烴損失

式中：K 為甲醇在輕烴中的溶解質量百分比，取0.5%；Ml 為溶解在輕烴中的甲醇質量，kg；Vl 為凝析烴體積，m3。

則所需的甲醇質量：MMeOH=714 kg

即：體積量VMeOH=0.897 m3

以上3項甲醇用量和為1.90 m3/d。

3.4 乙二醇注入量

乙二醇氣相損失和在液烴內的溶解度較小，可以忽略，因此僅需計算在水中的溶解量。要使天然氣水合物形成溫度降到7 ℃，所需乙二醇在水溶液中的最低濃度：

式中：CMeOH為甲醇在水溶液中濃度，mol%；△t 為海管進出口溫度差，℃；M 為甲醇的質量，kg；K 為甲醇在輕烴中的溶解質量百分比。

取乙二醇的最低濃度50%，則所需的乙二醇質量：MMEG=556 kg，即體積量VMEG=0.50 m3。因此為了防止水合物的形成，每日需要注入的乙二醇用量為0.50 m3。

為了防止水合物的形成，若采用甲醇，每日注入量為1.9 m3；若采用乙二醇，則每日注入量為0.5 m3。

4 清管過程模擬計算結果

4.1 海管進口壓力

由圖6可知，在清管球行進過程中，海管進口的壓力平穩；當積液到達立管后，立管內流體壓力逐漸增大，球體速度將減小為0 m/s，氣體在球體后使壓力急劇增大，導致海管進口壓力增大；當球體前后壓差達到一定范圍，球體運行變快，積液開始流出管道，立管內流體壓力逐步降低，球體前后壓差逐漸變大，球體運行加快，積液排量達到最大值，海管進口壓力開始降低；當通球完成后，因為排出了管道內積液，使得流體輸送的摩阻減小，提高了輸送效率，海管兩端壓差比清管前低，即海管進口壓力低于清管前進口壓力；清管后隨著海管恢復到清管前狀態，海管進口壓力又將逐漸增加到清管前壓力。