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        混輸管線設(shè)計關(guān)鍵參數(shù)與投產(chǎn)注意事項

        2021-08-31 04:39:16逯玉亮
        科海故事博覽 2021年14期
        關(guān)鍵詞:氣油混輸水套

        張 騰 柳 婷 周 剛 張 強 王 娜 逯玉亮

        (魯勝公司生產(chǎn)管理部,山東東營 257000)

        1 設(shè)計概況

        某生產(chǎn)區(qū)域現(xiàn)有生產(chǎn)油井56 口,以單井拉油方式生產(chǎn)。為方便管理、降低生產(chǎn)運行成本,該生產(chǎn)區(qū)域擬實施拉改輸工程。

        1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

        1.原油物性:(1)原油密度(20℃)0.87g/cm3;(2)原油粘度(50℃)33mPa?s~39mPa?s;(3)凝固點28℃~35℃;(4)氣油比30.0m3/t。

        2.地層水性質(zhì):(1)礦化度2×104mg/L~20×104mg/L;(2)水型CaCl2型。

        3.產(chǎn)量預(yù)測:該生產(chǎn)區(qū)域目前總產(chǎn)液量為295.3m3/d,產(chǎn)油量141.7t/d,綜合含水率46.1%。[1]根據(jù)地質(zhì)部門預(yù)測,未來5 年最大產(chǎn)液量401m3/d,產(chǎn)油量197t/d,綜合含水44.7-50.6%。

        1.3 方案設(shè)計

        1.路由選擇。方案以A 點為管輸起點,沿B 點、C 點、D 點向E 點輸送。A-B 段單井集油管線設(shè)計參數(shù):(1)設(shè)計輸液量20m3/d;(2)設(shè)計壓力1.6MPa;(3)設(shè)計溫度80℃。B-D 段外輸集油干線設(shè)計參數(shù):(1)設(shè)計輸液量200m3/d;(2)設(shè)計壓力1.6MPa;(3)設(shè)計溫度80℃。D-E段集輸干線設(shè)計參數(shù):(1)設(shè)計輸液量450m3/d;(2)設(shè)計壓力1.6MPa;(3)設(shè)計溫度80℃。

        2.管線及管徑選擇。A-B 段單井集油管線DN65 鋼骨架復(fù)合管1.5km,B-D 段集油干線DN75 鋼骨架復(fù)合管5.0km,D-E 段混輸管線DN100 鋼骨架復(fù)合管6.5km,全長13km[2]。

        3.主要設(shè)備設(shè)施。A 點安裝50kW 水套加熱爐1 臺。B點安裝100kW 水套加熱爐1 臺,Q=5m3/h、P=1.6MPa 油氣混輸泵1 臺。C 點安裝150kW 水套加熱爐1 臺,Q=30m3/h、P=1.6MPa油氣混輸泵1臺。D點安裝200kW水套加熱爐1臺,Q=30m3/h、P=1.6MPa 油氣混輸泵1 臺,φ1200mm 立式分離器1 臺。

        4.水套加熱爐選型:

        (1)設(shè)計參數(shù):方案中設(shè)計4 臺水套加熱爐,設(shè)計參數(shù)如表1 所示:

        表1 水套加熱爐設(shè)計參數(shù)

        (2)設(shè)備選型:在給定溫升范圍的前提下,根據(jù)熱力學(xué)熱量計算公式,可以求得各節(jié)點所需的加熱負荷。

        式中Q-熱量(J);c-比熱容(J/kg℃);m-質(zhì)量(kg);△t-升高(或降低)的溫度(℃)

        在設(shè)計液量下對水套加熱爐熱負荷核算,各節(jié)點所需熱負荷見表2,加熱爐的負荷率滿足《油氣集輸設(shè)計規(guī)范》(GB50350)4.4.5 中規(guī)定的宜為80%~100%。

        表2 水套加熱爐熱負荷核算表

        5.水力熱力校核:

        (1)水力熱力計算方法。由于混輸管道流動規(guī)律復(fù)雜,至今還沒有適應(yīng)各種情況的壓降計算方法,當(dāng)所屬液體呈牛頓流體時,油氣混輸管道的沿程摩阻由達西公式計算:

        式中h-管道沿程摩阻,液柱(m);L-管道長度(m);d-管道內(nèi)徑(m);v-管內(nèi)液體流速(m/s);g-重力加速度,g=9.81m/s2;λ-水力阻力系數(shù)。

        管道沿線任意點的輸送介質(zhì)溫度應(yīng)按下式計算:

        式中tx-管道沿線任意點的輸送介質(zhì)溫度(℃);t0-管外環(huán)境溫度,埋地管道取管中心深度地溫(℃);t1-管道計算段起點的計算溫度(℃);e-自然對數(shù)底數(shù),宜按2.718取值;a-系數(shù);x-管道計算段起點至沿線任意點的長度(m)。

        (2)水力熱力核算。利用Pipephase 按照杜克勒Ⅱ法建立模型,進行模擬核算。

        2 關(guān)鍵參數(shù)

        理論計算是可行性研究階段的基礎(chǔ),只有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)真實可靠才能為理論計算提供支撐。方案設(shè)計之初,生產(chǎn)單位需提供詳細的生產(chǎn)資料,如指標(biāo)預(yù)測、油品物性、水分析、地面構(gòu)建筑物等,這些數(shù)據(jù)都會影響計算結(jié)果,下面對氣油比等三項基礎(chǔ)數(shù)據(jù)做著重說明。

        2.1 氣油比

        油井生產(chǎn)時,油和氣同時從井中排出,采出每噸原油所帶出的天然氣體量成為氣油比,也稱油氣比。氣油比是管線設(shè)計中非常重要的基礎(chǔ)參數(shù)。原油在開采舉升過程中,隨著環(huán)境壓力、溫度的變化,會使溶解在原油中的伴生氣不斷析出,所以在氣油比較大的生產(chǎn)區(qū)域,集油管線內(nèi)一般為氣液兩相流。水平氣液兩相流管道中,隨著氣速的增加,流型依次為分層流、波狀流、長泡流、液節(jié)流、分散氣泡流和環(huán)-霧狀流。不同的流型對水力熱力計算有著較大影響。沿程摩阻計算時要考慮水力阻力系數(shù)λ,λ 的取值與流型及雷諾數(shù)Re有關(guān)[3]。同時,氣油比還影響到伴生氣量的預(yù)測,關(guān)乎到熱力設(shè)備燃料選型與能力核算問題。

        2.2 液量預(yù)測

        按照《油氣集輸設(shè)計規(guī)范》(GB50350)中3.0.5 條款要求,地質(zhì)部門應(yīng)提供10 年的產(chǎn)液量預(yù)測。地質(zhì)部門一般根據(jù)開發(fā)規(guī)律進行產(chǎn)液及含水預(yù)測。而按照一般的油田開發(fā)規(guī)律,往往在預(yù)測的最后一年達到最大的生產(chǎn)規(guī)模,并且與當(dāng)下的生產(chǎn)規(guī)模差異較大。這也是地面配套工程規(guī)模普遍較大的原因之一。

        2.3 凝固點

        凝固點是晶體物質(zhì)凝固時的溫度。對于高凝原油,在管線長、液量低的情況下如何控制各節(jié)點的溫度是設(shè)計的“技術(shù)難題”。部分方案采用增加熱力設(shè)備,用熱量接替的方式來保證整段管線的運行溫度,在氣源穩(wěn)定的情況下,這是一種較為經(jīng)濟的處理方式。原油集輸方式可分為加熱輸送和冷輸兩種,目前長慶油田等地已經(jīng)將不加熱“冷輸”工藝應(yīng)用到了DN80 管徑的集油支干線上。雖然“凝固點高”在一定程度上加大了輸送難度,但是可以預(yù)見的是隨著工藝技術(shù)的發(fā)展,“冷輸”可能是更為低碳、經(jīng)濟的輸送方式。

        3 投產(chǎn)過程中的注意事項

        3.1 投產(chǎn)方式的選擇

        投產(chǎn)方式分冷管直接投產(chǎn)、加降粘劑或稀釋投產(chǎn)、預(yù)熱投產(chǎn)。

        1.冷管直接投產(chǎn)。投產(chǎn)前直接將輸送戒指輸入到管道中,靠介質(zhì)自身溫降來加熱管道周圍土壤,這種投產(chǎn)方式成為冷管直接投產(chǎn)。最先進入管道的介質(zhì)在輸送過程中始終與未升溫的冷管壁接觸,隨著輸送距離的增長,介質(zhì)溫度很快降低至管道埋深處的自然地溫,這部分介質(zhì)稱為冷油頭,其散失的熱量主要用于加熱管材本體。冷油頭溫度接近或低于凝固點時,會使輸送的摩阻急劇升高。因此,只有當(dāng)大排量輸送、輸送距離較短、投油時管道埋深處地溫較高時,才能采用冷管直接投產(chǎn)[4]。對于長輸管道,當(dāng)?shù)販亟咏厅c時,也可采用冷管直接投產(chǎn)。

        2.加降粘劑或稀釋投產(chǎn)。為降低輸送時的摩阻,可在在輸送介質(zhì)中摻稀油或加入化學(xué)添加劑,降凝降粘后投入冷管道,一般在某些特定工況下使用。

        3.預(yù)熱投產(chǎn)。預(yù)熱投產(chǎn)的方法較為常用,尤其對于輸送易凝原油的長輸管道,一般均采用此方法投產(chǎn)。預(yù)熱投產(chǎn)即在投油前先在管道中輸送熱水,建立穩(wěn)定的溫場后再投油。為節(jié)約投產(chǎn)用水以及燃料,預(yù)熱投產(chǎn)可采用正反輸交替預(yù)熱,也可采用單向預(yù)熱。

        3.2 投產(chǎn)過程注意事項

        管道投油后要緊密觀察各節(jié)點生產(chǎn)參數(shù),不得隨意停輸。泵壓的調(diào)節(jié)既要考慮前端油井回壓是否合理,又要考慮后端泵入口壓力變化,同時泵出口壓力又應(yīng)在設(shè)備自身合理運行工作參數(shù)范圍內(nèi)。要考慮加熱爐的設(shè)計最高出口溫度以及管材的耐溫條件。各節(jié)點參數(shù)的監(jiān)測與聯(lián)鎖控制可依托信息化建設(shè)實現(xiàn)自動調(diào)控。

        4 結(jié)論

        管線設(shè)計中關(guān)聯(lián)參數(shù)非常多,除了常規(guī)基礎(chǔ)參數(shù)外,還要根據(jù)輸送介質(zhì)的特殊物性、輸送環(huán)境的特殊條件進行補充完善。參數(shù)不落實的,需在落實后再進行方案設(shè)計。投產(chǎn)過程的組織協(xié)調(diào)也非常重要,應(yīng)制定合理的投產(chǎn)方案,成立專門的工作小組,成員應(yīng)包括但不限于設(shè)計人員、主要設(shè)備設(shè)施供應(yīng)商、施工人員、現(xiàn)場操作人員。組織投產(chǎn)前,應(yīng)由工程主管部門組織各相關(guān)部門進行工程驗收,確保工程按圖施工,無技術(shù)、安全環(huán)保隱患。投產(chǎn)方案中除了要體現(xiàn)投產(chǎn)步驟、人員安排等方面,還要充分考慮應(yīng)急處置措施。

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