張 琳 張 巍 昝林峰 劉有超 蘇 欣

（1.中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司 2.中國石油集團工程設計有限責任公司）（3.云南中石油昆侖燃氣有限公司急修分公司 4.中國石油阿姆河天然氣勘探開發(fā)（北京）有限公司）

土庫曼斯坦某氣田共有A、B、C、D 4個區(qū)塊，設4個集氣站，氣田地面工程建設規(guī)模約60×108m3／a。氣田采用放射狀敷設和多井集氣、氣液混輸工藝，A、B、C、D氣區(qū)各建一條集氣干線去天然氣處理廠，氣田集氣管網(wǎng)布置見圖1。原料氣從單井采出，在井口節(jié)流降壓后，氣液混輸至各氣田集氣站，在集氣站進行氣液分離、計量后進入集氣管道氣液混輸至天然氣處理廠進行脫硫、脫烴、脫水處理。為滿足氣液混輸清管工況要求，在處理廠集氣裝置設置2套段塞流捕集器（單臺容積150m3）和2臺緩沖沉降罐（單臺容積100m3），因此集氣裝置正常工況下能接收存儲上游集氣干線來液300m3，極端工況下能接收500m3。為確保清管工況的平穩(wěn)安全和復核段塞流捕集器、緩沖沉降罐容積設計的有效性，有必要應用多相流動態(tài)模擬軟件OLGA對清管工況進行動態(tài)模擬，以指導氣田后期運行［1－6］。

1 基礎參數(shù)

A、B、C、D各集氣干線高程差不大，起伏變化不大，對氣液混輸較為有利。干線采用碳鋼管，埋深約為0.8～1.2m，全線采用3層PE防腐，不保溫。管線規(guī)格及特性見表1、表2。

表1 管線規(guī)格表Table 1 Piping specification

表2 管線特性參數(shù)表Table 2 Piping characteristics parameters

考慮管線的設計輸量以及在開發(fā)初期、中后期可能出現(xiàn)的小流量工況，各種工況流量參數(shù)見表3。

表3 各種工況流量表Table 3 Flow under various working conditions

管輸流體為油氣水三相混合物，混合組分見表4，氣水比為0.073m3／104m3，氣油比：A、B氣區(qū)45 g／m3，C氣區(qū)31g／m3，D氣區(qū)50g／m3。

2 清管動態(tài)模擬

采用OLGA軟件模擬各種輸量工況下的清管液量、清管速度、排液時間等參數(shù)，從而核算下游段塞流捕集器和緩沖沉降罐的設置，保證其具有較好的適應性，同時對極端特殊工況提出相關應對措施和建議。本文的清管工況動態(tài)模擬，均是在對應輸量下正常運行720h（1個月）后進行的。

表4 流體組分表Table 4 Fluid components

2.1 段塞流捕集器和緩沖沉降罐的設置

混輸管線清管液量主要由管內(nèi)氣體流速決定，管內(nèi)流速越大，清管液量越?。还軆?nèi)流速越小，清管液量越大，因此分別模擬25%、50%、75%和100%對應輸量下的清管工況，A、B、C、D各氣區(qū)集氣干線各種工況清管動態(tài)模擬結(jié)果見表5。

從表5可看出，100%設計工況輸量下，清管液量較小，最大的為87m3。隨著輸量的降低，清管液量越來越大，特別是25%工況，清管液量顯著增大，其中A氣區(qū)集氣干線清管液量高達1 287m3。若段塞流捕集器和緩沖沉降罐考慮適應全部清管工況，則其容積至少要達到1 609m3（容積利用率按80%考慮），但在大部分正常工況下，清管液量遠未達到1 287m3，即段塞流捕集器和緩沖沉降罐在大部分時間均未滿負荷運行，導致設計既不合理，又不經(jīng)濟，且運輸極不方便。因此，綜合考慮按滿足絕對部分工況（50%以上輸量）來設置，即設置兩臺150 m3的段塞流捕集氣和兩臺100m3緩沖沉降罐是合理且可行的。

表5 清管工況動態(tài)模擬結(jié)果Table 5 Dynamic simulation result at pigging conditions

2.2 極端清管工況優(yōu)化

從上述模擬結(jié)果可以看出，只有A氣區(qū)和D氣區(qū)集氣干線在輸量25%的極端工況下清管時，清管液量會超過下游容器的存儲容積，針對上述極端工況，可采取如下優(yōu)化方案。

2.2.1 計劃清管前增大管輸量

對于有計劃的清管作業(yè)，建議在清管作業(yè)前適當增加相應氣區(qū)的產(chǎn)量，加大清管作業(yè)前氣體攜液量，以減少清管作業(yè)時集中進入處理廠的液量。處理廠段塞流捕集器和緩沖沉降罐的總?cè)莘e共500 m3，考慮最低及最高液位等情況，以清管進液量不大于300m3來核算清管作業(yè)前需要的最小輸送量，模擬結(jié)果見表6。

表6 推薦最小清管輸量表Table 6 Recommended minimum pipeline throughout

從表6可以看出，當A和D氣區(qū)在25%設計輸量下清管前，建議臨時將管輸量分別提高到870×104m3／d和430×104m3／d，以保證下游段塞流捕集器和緩沖沉降罐的適應性和有效性。

2.2.2 清管時減少產(chǎn)量

在清管過程中，應降低氣田產(chǎn)氣量，通過降低管內(nèi)流速，增加清管液塞進入段塞流捕集器的時間，充分利用下游排液管道的排液能力，減小液體在段塞流捕集器和緩沖沉降罐中的聚集量，該動態(tài)模擬結(jié)果見表7。

表7 減產(chǎn)清管模擬結(jié)果表Table 7 Simulation result for pigging by reducing production

從表7可以看出，在小流量工況時，清管作業(yè)過程中臨時減少產(chǎn)量，適當降低流速，控制清管流速0.30m／s，充分利用下游排液管道的排液能力，下游段塞流捕集器也可以滿足液體聚集的需要。

3 結(jié)論

通過應用OLGA軟件對某氣田集氣干線清管工況的動態(tài)模擬，對下游段塞流捕集器、緩沖沉降罐的設置進行了驗證，模擬結(jié)果表明：

（1）在對氣田下游段塞流捕集器等儲液容器的設計中應綜合考慮各種輸量對應工況下清管液量的影響。

（2）極端工況下清管液量的收集不應全由下游儲液容器接收，應對該輸量下的清管工藝進行優(yōu)化，如在清管前增大輸量或清管過程中減少輸量等方法，減少管道持液量和延長清管時間，充分利用儲液容器下游排液管道排液能力，從而有效減小儲液容器容積，減小占地，提高容器利用率，節(jié)省投資。

［1］張琳，蘇欣，劉有超，等.土庫曼斯坦某氣田集輸增壓方案比選及建議［J］.天然氣工業(yè)，2012，32（8）：1－13.

［2］蘇欣，劉有超，秦璇，等.土庫曼斯坦阿姆河第二天然氣處理廠集氣工藝優(yōu)化［J］.天然氣工業(yè)，2011，31（10）：1－13.

［3］中華人民共和國建設部，中華人民共和國國家質(zhì)量檢驗總局.GB 50350－2005油氣集輸設計規(guī)范 ［S］.北京：中國計劃出版社，2005－09－12.

［4］宋德琦，郭佳春.氣田地面工程設計［M］.北京：中國石油大學出版社，2010.

［5］蘇建華，許可方，宋德琦，等.天然氣礦場集輸與處理［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2010.

［6］陳科，劉建儀，張烈輝，等.管輸天然氣清管時水合物堵塞機理和工況預測研究［J］.天然氣工業(yè)，2005，25（4）134－136.