長(zhǎng)距離輸氣海底管道清管分析

秦懷祥

摘 要 隨著我國相關(guān)科技的進(jìn)步，國內(nèi)石油事業(yè)也開始朝著深海方向發(fā)展，而水下集輸和水下采油采氣也成為我國石油事業(yè)未來發(fā)展主流趨勢(shì)。海底管網(wǎng)變得更加復(fù)雜，管網(wǎng)覆蓋規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，通過對(duì)長(zhǎng)距離輸氣海底管道進(jìn)行清管研究，能夠幫助積累清管經(jīng)驗(yàn)，為后期管網(wǎng)清管活動(dòng)提供有效參考。文章以某個(gè)長(zhǎng)距離輸氣海底管道工程為例，介紹了清管段塞控制方案和長(zhǎng)距離海底輸氣管道清管方案，包括擴(kuò)大輸氣量、區(qū)域引氣清管吹掃、提升清管頻率，希望能給相關(guān)人士提供有效參考。

關(guān)鍵詞 長(zhǎng)距離 海底 輸氣管道 清管

中圖分類號(hào)：TE8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）11-0063-02

隨著我國管網(wǎng)工程逐漸深海化發(fā)展，管道工程的距離不斷增長(zhǎng)、管網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，同時(shí)管網(wǎng)內(nèi)部設(shè)置多種節(jié)點(diǎn)，在正式投產(chǎn)后出現(xiàn)了各種凍堵和積液?jiǎn)栴}。為了優(yōu)化管網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量，提升管網(wǎng)傳輸順暢性，需要進(jìn)一步聯(lián)系管網(wǎng)工程特征，選擇有效的清管手段，準(zhǔn)確把握管網(wǎng)內(nèi)部積液規(guī)律特征，優(yōu)化設(shè)計(jì)清管方案，針對(duì)海底管網(wǎng)情況合理清網(wǎng)。

1 長(zhǎng)距離輸氣海底管道工程

我國的某個(gè)海上氣田長(zhǎng)距離海底輸氣管道的總長(zhǎng)度是350千米，管道具體尺寸是28in，設(shè)計(jì)輸氣量是每年40億立方米，對(duì)應(yīng)輸送區(qū)域中經(jīng)過處理的干氣和穩(wěn)定系統(tǒng)原有凝液，標(biāo)況下是氣相。生產(chǎn)年限后期對(duì)應(yīng)輸氣量相對(duì)較少，同時(shí)整個(gè)地形存在巨大起伏，在正常運(yùn)行狀態(tài)下，管道內(nèi)的攜帶液體含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出終端設(shè)備所擁有的接收實(shí)力，即超出740立方米。管道中龐大的帶液量同時(shí)還會(huì)對(duì)有效管輸效率產(chǎn)生一定影響，容易阻礙管道穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)還會(huì)威脅清管操作穩(wěn)定性和安全性。但因?yàn)榍骞苤芷谳^為頻繁，容易產(chǎn)生多余作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和資金浪費(fèi)現(xiàn)象。為此需要對(duì)清管方案進(jìn)行科學(xué)選擇，保證管道的穩(wěn)定、安全通行[1]。

2 清管段塞控制分析

因?yàn)楹Ｉ嫌吞飳?duì)于天然氣的處理水平十分有限，而海底輸氣管道普遍是以傳輸濕氣為主，無法避免管道積液?jiǎn)栴}。通過實(shí)施合理的清管作業(yè)能夠幫助縮減管道積液，減少管道堵塞風(fēng)險(xiǎn)，提升管道傳輸安全性。

針對(duì)海底輸氣管道內(nèi)對(duì)應(yīng)清管段堵塞問題，主要涵蓋段塞泄放時(shí)間以及段塞體積兩種參數(shù)。為此，在針對(duì)清管段塞實(shí)施綜合控制時(shí)也需要代入上述兩種參數(shù)實(shí)施合理分析控制。

清管段塞綜合體積和管道中的滯液量?jī)煞N元素呈現(xiàn)出一種正比關(guān)系，開始清管處理前，因?yàn)楣艿纼?nèi)部存在較大帶液量，導(dǎo)致清管段塞所占空間體積相繼擴(kuò)大。為此在開始管道清理工作前，通過控制內(nèi)部帶液量能夠幫助控制清管段塞問題。同時(shí)還可以利用降低輸液量以及擴(kuò)大輸氣量來提升綜合氣液比，優(yōu)化氣相攜液水平，有效控制管道內(nèi)的滯液量。清管段塞問題的泄放時(shí)間和清管球速存在一定聯(lián)系，為此在清管處理中，可以適當(dāng)提升海底管道的出口壓力，減少管道輸量控制清管球運(yùn)行速度，增加段塞部位的泄放時(shí)間，擴(kuò)大管道下游裝置對(duì)于段塞處理量，縮減下游設(shè)備所接收段塞量。

通過上述內(nèi)容分析可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)清管段塞量產(chǎn)生影響的幾種因素包含清管頻率、下游裝置接收能力、管道出口運(yùn)行壓力、管道輸液量以及管道輸氣量。結(jié)合現(xiàn)實(shí)工況，可以發(fā)現(xiàn)在長(zhǎng)距離海底輸氣管道內(nèi)，管道內(nèi)部輸氣量是對(duì)清管段塞量產(chǎn)生影響的核心因素，同時(shí)可以對(duì)清管頻率進(jìn)行合理調(diào)整，適當(dāng)控制清管段塞量[2]。

3 長(zhǎng)距離輸氣海底管道清管方案分析

3.1 堅(jiān)持輸送高氣量

對(duì)于此項(xiàng)工程中海底輸氣管道內(nèi)存在較大滯液量以及管道距離長(zhǎng)等特征，通過分析具體影響因素，形成有效的清管方案。此項(xiàng)工程中，管道輸氣量方面設(shè)計(jì)輸氣量為每年40億立方米，而從2032到2039年之間，管道內(nèi)部輸氣量從最開始的每年10.07億立方米減少到每年2.23億立方米。管道輸液量方面，因?yàn)楣艿赖闹饕獋鬏斀橘|(zhì)便是區(qū)域內(nèi)的穩(wěn)定系統(tǒng)原油凝液和區(qū)域內(nèi)干氣，沒有輸液量。管道的出口壓力方面，管道在登錄中的終端壓力是5100KPaA，不能調(diào)節(jié)。管道工程的下游裝置接收能力方面，下游段的塞流捕捉器所具備的段塞接收流量是740立方米，增加設(shè)備會(huì)對(duì)平臺(tái)工藝流程產(chǎn)生直接影響，擴(kuò)大投資規(guī)模。清管頻率方面需要參考海管核心環(huán)節(jié)的保護(hù)要求措施，輸氣管道的最佳標(biāo)準(zhǔn)清管頻率是每隔十二個(gè)月實(shí)施一次清管。

結(jié)合上述管道工況分析，可以進(jìn)一步參考清管段塞計(jì)算模擬結(jié)果，從2032到2039年間，管道中的滯液量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出下游終端裝置的實(shí)際接收實(shí)力，所以建議在簽署海底輸氣管道終端銷售協(xié)議中，考慮需要維持較高輸氣量，預(yù)防管道內(nèi)部產(chǎn)生大規(guī)模滯液?jiǎn)栴}。通過綜合模擬計(jì)算，外售氣量大概保持在每年13億立方米之上，管道內(nèi)的滯液量能夠順利被下游裝置所接收，并有序開展清管活動(dòng)。

3.2 區(qū)域引氣清管吹掃

在清管活動(dòng)中第二種方法便是進(jìn)一步擴(kuò)大輸氣量，針對(duì)局部區(qū)域管道實(shí)施引氣吹掃清管。通過針對(duì)管道提升整體輸氣量，能夠進(jìn)一步擴(kuò)大管道中的氣體流速，優(yōu)化管道中的氣體對(duì)于液體攜帶能力，并在管道中順利排出相應(yīng)的液體。為此，根據(jù)該管道所處區(qū)域內(nèi)現(xiàn)實(shí)狀況進(jìn)行合理引氣，提升輸量吹掃，確保下游各種裝置能夠順利接收清管段塞。經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)實(shí)施引氣處理后，對(duì)應(yīng)最高氣量幾乎可以達(dá)到每年20億立方米。

3.3 提升清管頻率

堅(jiān)持管道中的液體攜帶含量低于下游段塞量收集器標(biāo)準(zhǔn)處理實(shí)例的基礎(chǔ)原則，把管道中的液體攜帶總量控制在740立方米以下，合理設(shè)計(jì)清管頻率。同時(shí)在每次清管工作結(jié)束后，需要在管道內(nèi)部液體攜帶含量達(dá)到740立方米之前實(shí)施有效的清管處理，保證段塞捕捉器能夠?qū)η骞芏稳繉?shí)施有效處理。通過逐年進(jìn)行模擬計(jì)算，通過逐年模擬計(jì)算后，最終總結(jié)出在2032年到2034年之間，平均每年需要進(jìn)行7次清管活動(dòng)。

通過對(duì)上述三種清管方案實(shí)施可行性分析，從中選擇最佳的清管方案，提升清管質(zhì)量，保障海底管道的順暢流通。第一項(xiàng)方案便是擴(kuò)大輸氣量，該種方案在實(shí)際操作中所面臨的風(fēng)險(xiǎn)隱患包括存在較大的不確定性，容易受到終端銷售方不良影響;第二項(xiàng)方案是區(qū)域引氣吹掃清管，該區(qū)域中的最高引氣量幾乎可以達(dá)到每年20億立方米，有助于實(shí)施吹掃工作，無需對(duì)清管球?qū)嵤╊l繁收發(fā)，在結(jié)束吹掃工作后繼續(xù)實(shí)施清管活動(dòng)，降低施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提升整體操作靈活性;第三項(xiàng)方案中，提升清管頻率，能夠?qū)艿乐械囊后w攜帶量實(shí)施合理控制，擁有較高的清管頻率，為此需要對(duì)清管球?qū)嵤┒ㄆ谘a(bǔ)充。該海底輸氣管道較長(zhǎng)，大概在346千米左右，假如清管活動(dòng)過于頻繁，容易造成更大的資金浪費(fèi)問題，并且形成較大的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

通過對(duì)比分析上述三種方案的可行性和風(fēng)險(xiǎn)因素，可以發(fā)現(xiàn)第二種清管方案擁有更加突出的清理優(yōu)勢(shì)，所以可以選擇第二項(xiàng)方案充當(dāng)此次項(xiàng)目的清管方法，在對(duì)應(yīng)堵塞區(qū)域內(nèi)實(shí)施引氣吹掃清管工作。初步確定適合的清管設(shè)計(jì)方案后，還可以對(duì)長(zhǎng)距離海底輸氣管道相關(guān)工程資料實(shí)施全面搜集和查閱，根據(jù)所得數(shù)據(jù)信息分析：此海底輸氣管道對(duì)應(yīng)起輸平臺(tái)整體水深是95米，管道綜合長(zhǎng)度是350千米，管道對(duì)應(yīng)尺寸是28in，最高輸氣量是每年40億立方米，從2032到2039年間，相關(guān)輸氣量從最開始的每年10.07億立方米進(jìn)一步降低到每年2.23億立方米，終端壓力數(shù)值是5100KPA。區(qū)域范圍中的引氣量幾乎達(dá)到每年20億立方米。

明確海底輸氣管道相關(guān)引氣吹掃基礎(chǔ)條件后，可以借助OLGA動(dòng)態(tài)工藝創(chuàng)建軟件模型，模擬動(dòng)態(tài)吹掃工況。該管道從目標(biāo)區(qū)域中進(jìn)行引氣，提升輸量吹掃，確保下游裝置能夠順利接收段塞，引氣后最高氣量大概會(huì)達(dá)到每年20億立方米。比如2032年，對(duì)應(yīng)管道參數(shù)模擬結(jié)果，按照每年20億立方米的容量實(shí)施引氣后，直接通過最高引氣量實(shí)施吹掃工作，隨著輸氣量的擴(kuò)大，會(huì)形成較高段塞量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出下游接收水平。為了確保下游裝置能夠順利接收段塞，需要通過階梯引氣方法對(duì)整個(gè)管道實(shí)施吹掃工作。比如以2032年為例，在管道吹掃過程中，每當(dāng)輸氣量擴(kuò)大，則出口區(qū)域的液相流量會(huì)產(chǎn)生土壤擴(kuò)大的現(xiàn)象，導(dǎo)致水力段塞現(xiàn)象。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，階梯吹掃會(huì)幫助減少水力段塞。結(jié)合管道內(nèi)部液體攜帶含量和累計(jì)液量變化，可以發(fā)現(xiàn)最高段塞時(shí)，管道中的出口流出液體總量是889立方米，相關(guān)段塞泄放時(shí)間是1467分鐘，處于泄放過程中，段塞流捕捉器下游裝置相關(guān)處理容量是509立方米，剩余容量是380立方米液體能夠在段塞流捕捉器中進(jìn)行有效存儲(chǔ)，沒有超出原段塞流捕捉器內(nèi)存儲(chǔ)能力，在區(qū)域氣源開始接入后，第276小時(shí)即11.5天中的管道內(nèi)部滯液量低于740立方米，該種條件下實(shí)施清管能夠滿足具體要求。所以在2032到2039年，可以借助階梯引氣方式進(jìn)行吹掃清管，等到管道中的滯液量低于740立方米條件下實(shí)施綜合清管。選擇區(qū)域引氣方式提升輸氣量開展清管工作后，在2032年，管道中的滯液量在11.5天中可以降低到740立方米，由此便能指導(dǎo)后續(xù)開展常規(guī)清管工作。通過合理優(yōu)化，幫助改善終端改造段塞流捕捉器施工量過大問題，積極參考類似改造工程，能夠有效節(jié)約投資1.3億元，合理支持氣田開發(fā)工作順利實(shí)施。此外，吹掃清管方案還能夠打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，為長(zhǎng)距離海底輸氣管道有序開展清管段塞分析提供合理參考。

4 結(jié)語

海底管道中的清管技術(shù)屬于海底管道安全運(yùn)行的基礎(chǔ)技術(shù)保障，管網(wǎng)中的清管技術(shù)同時(shí)也為各種現(xiàn)代化城市管網(wǎng)建設(shè)奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)，能夠更好服務(wù)于城市管網(wǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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