大港油田采油工藝研究院

大港油田港東一區(qū)一斷塊注聚管網(wǎng)優(yōu)化

蔡維國 梁瑞麗 張平大港油田采油工藝研究院

根據(jù)港東一區(qū)一斷塊注聚井分布情況和各干支線承擔(dān)的注聚量等實際情況，注聚干線最大注聚量為1220m3/d，最小注聚量為490m3/d，管徑初步選擇為?159mm和?114mm兩種規(guī)格管道；單井最大注聚量為150m3/d，管徑初步選擇為?76mm。綜合價格優(yōu)勢、選材整體性及生產(chǎn)要求等因素，該項目注聚管道選用內(nèi)襯PE碳鋼復(fù)合管道。經(jīng)計算，本工程所用管道的管徑與厚度比小于140，因此本工程鋼管不存在圓截面失穩(wěn)問題，滿足剛度要求。

注聚；管網(wǎng)優(yōu)化；管材；壁厚；流速；剛度

1 工程概況

港東一區(qū)一斷塊現(xiàn)有注水管網(wǎng)主要包括港東注1#、1—4#、3—1#、4#、4—3#、5#共計6條注水干線，設(shè)計壓力等級16MPa，正常注水26口，日配注量3365m3，實際日注水量2715m3，注水干線平均壓力為8.4MPa。由于該地區(qū)注水管網(wǎng)運行時間長，腐蝕嚴重，且各單井直接“T”接在干線上生產(chǎn)，不能滿足注水指標要求，需要對目前的注水管網(wǎng)進行改造。主要改造內(nèi)容包括：①改造注水井口38套；②新建3條?159mm×12mm注聚管道，長約3.4km；③新建2條?114mm×10mm注聚管道，長約1.0km；④調(diào)整港47等22口老井單井管道“T”接至新建注聚管道上。

2 注聚管網(wǎng)優(yōu)化

2.1 管徑優(yōu)選

根據(jù)港東一區(qū)一斷塊注聚井分布情況和各干支線承擔(dān)的注聚量等實際情況，注聚干線最大注聚量為1220m3/d，最小注聚量為490m3/d，管徑初步選擇為?159mm和?114mm兩種規(guī)格管道；單井最大注聚量為150m3/d，管徑初步選擇為?76mm。各管道流速及壓損計算見式（1）和式（2）[1]，計算結(jié)果見表1和表2。

管道流速計算公式為

式中V為管道流速（m/s）；Q為管道流量（m3/s）；S為管道內(nèi)截面積（m2）。

依據(jù)《油田注水工程設(shè)計規(guī)范（GB50391—2006）》規(guī)定，輸送聚合物水溶液的站外管道水力坡降公式為

式中Δp為水力坡降（Pa）；qv為流量（m3/s）；該項目聚合物水溶液為污水聚合物水溶液，濃度為2500mg/L，稠度系數(shù)K=0.5311Pa·s；流變行為指數(shù)n=0.4093；D為管道內(nèi)徑。

表1 注聚干線管道流速和壓降計算結(jié)果

依據(jù)《油田注水工程設(shè)計規(guī)范（GB50931—2006）》的相關(guān)規(guī)定，注聚管線的設(shè)計流速不宜大于1.0m/s，注聚干線壓降宜控制在0.5MPa以內(nèi)，單井管線壓降宜控制在0.4MPa以內(nèi)。從表1和表2可看出，單井及干線流速、壓降計算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

表2 單井管道流速和壓降計算結(jié)果

2.2 管材優(yōu)選

由于注聚溶液中含鐵對聚合物黏度降解較大，必須嚴格控制管道鐵離子濃度，因此需要對注聚管道進行內(nèi)防腐。據(jù)調(diào)研，可用于注聚的管道主要有玻璃鋼管、內(nèi)襯不銹鋼管雙金屬復(fù)合管和內(nèi)襯PE碳鋼復(fù)合管。由于玻璃鋼管適應(yīng)性差，目前已基本不用[2]。針對內(nèi)襯PE碳鋼復(fù)合管和內(nèi)襯不銹鋼雙金屬復(fù)合管兩種不同材質(zhì)管道，進行了價格對比，具體對比結(jié)果見表3。

表3 內(nèi)襯PE碳鋼復(fù)合管和內(nèi)襯不銹鋼雙金屬管價格對比

從表3可以看出，除?76mm×6mm管道價格相同外，隨著管道外徑的增加，內(nèi)襯PE碳鋼復(fù)合管道比內(nèi)襯不銹鋼雙金屬復(fù)合管在價格上有明顯優(yōu)勢，管道價格相差15%～82%。因此，綜合價格優(yōu)勢、選材整體性及生產(chǎn)要求等因素，該項目注聚管道選用內(nèi)襯PE碳鋼復(fù)合管道。

2.3管道壁厚選擇

根據(jù)《工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范（GB50316—2000）》和《油田注水工程設(shè)計規(guī)范（GB50391— 2006）》規(guī)定，承受內(nèi)壓直管的厚度計算公式為

式中p=16MPa；[σ]t=132MPa；Ej取1；C2取2；Y取0.4；D0為管道外徑；C1取值0.15。

按照公式（3）計算圓整后，本工程管道設(shè)計壁厚計算結(jié)果見表4。

表4 管道壁厚計算結(jié)果

確定管道壁厚和材料后，根據(jù)管道的工作條件和環(huán)境狀況進行了強度、穩(wěn)定性校核。按最大剪切應(yīng)力強度理論計算得到管道強度驗算值，見表5。

表5 管道強度驗算結(jié)果

從表5可以看出，管道的最大當(dāng)量應(yīng)力σemax小于0.9*σs，滿足管道的強度要求。

管道的剛度應(yīng)滿足運輸、施工和運行時的要求。經(jīng)計算，本工程所用管道的管徑與厚度比小于140，因此本工程鋼管不存在圓截面失穩(wěn)問題，滿足剛度要求。

綜上所述，擬選用的管道壁厚經(jīng)強度和剛度驗算均滿足設(shè)計要求。

3 結(jié)語

通過對港東一區(qū)一斷塊注聚管網(wǎng)進行優(yōu)化設(shè)計，使注聚管網(wǎng)走向更加優(yōu)化，管徑和壁厚的選擇更加合理，各項參數(shù)指標切合生產(chǎn)實際，有效降低了工程投資和運行能耗，滿足了注聚需要。

[1]李樹柏．注水系統(tǒng)小型站場標準化設(shè)計[J]．油氣田地面工程，2013，32（5）：64.

[2]李育．塔河油田注水系統(tǒng)優(yōu)化方案[J]．油氣田地面工程，2009，28（5）：44-45.

（022）63957367、tjdgcwg@126.com

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.016

蔡維國：高級工程師，1991年7月畢業(yè)于西南石油大學(xué)采油工程專業(yè)，現(xiàn)從事油田地面工程設(shè)計工作。