清管段塞預防技術在海底混輸管道上的應用

李鵬程，唱永磊，顏筱函，李 根，臧洪龍

1.中海石油（中國）有限公司北京研究中心，北京 100028

2.青島歐賽斯環境與安全技術有限責任公司，山東青島 266000

通常在氣液混輸管道出口平臺或終端設置段塞流捕集器，以處理正常生產及清管過程中的液體段塞[1-9]。但氣田投產后的實際配產和井口物流組分可能與設計時差別較大，原設計的清管方案可能不滿足氣田投產后清管的需要。因此需制訂出合理的清管方案，以便對清管段塞進行控制，從而確保下游工藝設備的運行安全。

1 清管段塞的控制措施

1.1 段塞體積控制措施[10-12]

（1）頻繁清管。每次清管后，當管內滯液量未達到穩定時，又開展下一次清管，使管內的滯液量持續低于段塞流捕集器的儲存容積。而清管本身是一項高風險作業，有可能造成管道卡球事故。頻繁的清管不僅增加人力勞動強度，增加生產操作費用，還增加了管道發生卡球事故的風險。

（2）提高輸氣量。通過增加氣液比以增加管內氣體攜帶能力，但在氣田開發后期無法做到通過大幅提高氣體輸量來對管道進行吹掃。

（3）降低管道出口壓力。通過降低管道出口壓力以增加管內氣體流動速度，從而達到攜液目的，但管道下游工藝通常對管道出口壓力有最低限制。

1.2 段塞排放時間控制措施[13]

（1）減小清管氣量。清管器發送后，減少井口產量以減慢清管器的行駛速度，但為了避免旁通或者卡球，清管器行走速度通常不低于1m/s。

（2）提高管道出口壓力。該措施可減小管內氣體流動速度，但提高出口壓力會引起上游井口壓力上升，這在一定程度上將影響生產。

（3）立管頂部節流。通過減小海管出口立管頂部節流閥的流通面積，增加閥前壓力，減小立管壓差，從而抑制段塞流；減緩氣液波動可減小立管壓差，進而抑制段塞流，但此種方法限制因素很多，需要設計并制訂合理的操作流程與參數。

對于海底氣液混輸管道，在制訂清管段塞預防方案時，需基于不同的管輸條件、可操作性和經濟性，考慮將一種或幾種措施加以綜合應用。

2 清管段塞預防技術應用

2.1 管道概況

某海上氣田已建有一條自井口平臺WP至中心處理平臺CP的凝析氣混輸管道，該管道長19 km，管徑406.4 mm，埋設深度1.5 m，埋設處最低環境溫度12℃。井口平臺生產的天然氣和凝析油全部經該管道輸送至中心平臺處理，井口平臺上無壓縮機及外輸泵，中心處理平臺上有一臺段塞流捕集器用于海管清管時緩存凝析液，其有效儲存容積約60 m3。此管道投產后因實際輸量低于原設計值，一直未進行過清管，隨著企業對海管完整性管理的加強與完善，要求定期對管道清管，因此，在對此管道清管前，必須進行生產工藝風險識別與分析，并制訂安全可行的清管技術方案。

2.2 海管日常運行穩態仿真

海管內天然氣凝析液呈現高氣液比的多相流動狀態，在清管前，對管道壓降和管內滯液量的準確預測是制訂合理清管方案的基礎。選取海管在一年內運行的典型工況作為編制清管技術方案的基礎，利用OLGA軟件進行模擬，計算結果見表1。

表1 海管運行仿真計算結果

由計算結果可見，在各工況條件下，管道計算入口壓力與實際運行入口壓力接近，管內未見明顯壓降增大，表明管內無大量結垢物、結蠟或其他雜質。管內最小滯液量74.9 m3，已超過中心處理平臺上段塞流捕集器的有效儲存容積（60 m3）。

2.3 清管段塞預防方案

根據不同配產條件下管內的滯液量，提出了清管前提產攜液、清管中降產減排的清管策略。通過在清管前增加生產井數量或調大采油樹油嘴以增加海管的輸量，從而將管內的滯液量降低。清管器發出后，再關閉部分生產井或減小油嘴開度，減慢清管器的行駛速度，從而減小管內積液的堆積，達到減小清管段塞和延長清管段塞泄放時間的效果。

（1）調整輸量時管內滯液量變化模擬與吹掃方案。應用OLGA軟件模擬海管自平均輸量工況調整為最大輸量工況時，管內滯液量的變化，模擬結果如圖1所示。

圖1 調整輸量時管內滯液量變化

由圖1可以看出，從時間點10 h起，調整增大海管輸量至大氣量約6 h后，管內滯液量由104 m3降至75 m3。因此，在發送清管器前，建議提高產量以高氣量對海管進行吹掃不少于12 h。

此外，在清管過程中通過降低氣量來控制清管器的速度，以便于段塞流捕集器出口能及時將液體排放至下游工藝流程，保證段塞流捕集器緩沖容積可以滿足儲存清管段塞的需要，避免造成段塞流捕集器高液位報警，甚至生產關斷。

（2）各種清管工況下發生段塞情況的模擬與吹掃、清管方案。表2給出了以最小、平均、最大輸量吹掃攜液，以及發球前大輸量吹掃攜液、發球后小輸量推球的各種工況下的清管段塞情況。

表2 各種清管工況下發生段塞的情況

由表2可見，當以最小、平均、最大輸量三種工況直接清管時，需要儲存的清管段塞容積均大于平臺上段塞流捕集器的有效儲存容積（60 m3）。當以最大氣量攜液對海管進行12 h吹掃后開始發送清管器、清管器發出后以降低氣量的方式進行清管時，可有效降低清管段塞容積至58 m3，同時段塞流量將降低至平均輸量工況時清管段塞流量的45%，減小了對段塞流捕集器的沖擊，避免液位快速上升。

2.4 現場清管作業

現場采用上述清管技術方案實施清管，清管器共運行2.5 h，清管段塞到達后，段塞流捕集器液位快速上升，液位上升到1 500 mm，接近高液位報警，約占液相可儲存空間的90%，共接收到54 m3液體，其中凝析油約50 m3、水約4 m3，與模擬計算段塞量58 m3相近，可見數值模擬計算結果對現場操作有較好的指導性。

3 結論

（1）在清管操作中，通過清管前提產攜液、清管中降產減排，可有效減小清管段塞，保證清管作業過程中下游平臺或處理廠的正常生產。

（2）清管段塞的控制有很多措施，需根據不同的管輸條件、可操作性和經濟性采取一種或幾種控制方法以達到目的。

（3）現場清管作業排放的段塞量與OLGA模擬計算結果相近，利用OLGA軟件進行模擬計算可為天然氣凝析液管道制訂合理的清管方案提供基礎。