魏超 張兵 蘇羽

中海艾普油氣測(cè)試（天津）有限公司 天津 300450

致密氣由于井口節(jié)流，易生成水合物，而水合物的存在會(huì)對(duì)管道的安全運(yùn)行至關(guān)重要，輕則影響管道的輸送效率，嚴(yán)重則會(huì)堵塞管道造成極大的安全事故。2018年，美國(guó)得克薩斯州的一條天然氣管道發(fā)生了爆炸，造成多人死亡和大規(guī)模財(cái)產(chǎn)損失。造成該事故的原因是管道內(nèi)水合物形成，堵塞管道引發(fā)爆炸，導(dǎo)致人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失等嚴(yán)重后果。

在水合物生成模擬方面，已有多位學(xué)者基于OLGA開(kāi)展水合物研究，研究結(jié)果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)具有一定的指導(dǎo)意義。王立滿(mǎn)[1]等人研究了射流清管器清管過(guò)程中水合物的生成和預(yù)防，考慮到射流清管器旁通會(huì)產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)，從而導(dǎo)致水合物生成，通過(guò)OLGA模擬清管過(guò)程中加注水合物抑制劑的量來(lái)解決這一問(wèn)題。Zhang[2]等人通過(guò)考慮冷壁凝析水產(chǎn)生的水合物和氣芯凝析液滴的影響，建立了一種預(yù)測(cè)輸氣管道中水合物沉積的新模型，為海底和寒區(qū)油氣能源的高效、安全開(kāi)發(fā)提供了有效支撐。史靜怡和丁家祥[3-4]等人基于CSMHyK水合物動(dòng)力學(xué)模型和OLGA軟件對(duì)海底管道的水合物生成進(jìn)行數(shù)值模擬，得到水合物生成的范圍以及避免水合物生成的壓力范圍。魏文倩和董國(guó)慶[5-6]等人通過(guò)OLGA全動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬軟件對(duì)海底管道水合物生成的多少以及生成的位置進(jìn)行了相關(guān)的數(shù)值模擬研究，為深海管道水合物的防治提供了一定的意見(jiàn)。王海秀[7]等人結(jié)合海底多相流管道水合物生成的數(shù)學(xué)模型，利用OLGA對(duì)海底管道不同含水率、氣油比和流量下的水合物的生成情況進(jìn)行數(shù)值模擬。

綜上可知，基于OLGA軟件水合物生成模擬主要集中在海底管道，而在非常規(guī)致密氣田下的水合物模擬預(yù)測(cè)較為缺乏。因此，本文基于OLGA開(kāi)展LX致密氣田現(xiàn)場(chǎng)工況下的水合物預(yù)測(cè)研究，得到其高風(fēng)險(xiǎn)位置和生成量。本文結(jié)果對(duì)致密氣田水合物預(yù)測(cè)提供一定的參考價(jià)值。

2 LX 致密氣田某管網(wǎng)模型的建立

根據(jù)LX致密氣田某管網(wǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)建立OLGA管網(wǎng)模型，如圖1所示。環(huán)境溫度為10℃（夏季工況），模型驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表1。模型誤差小于8.64%，滿(mǎn)足模擬要求。

表1 節(jié)流前后壓力值誤差結(jié)果

圖1 LX致密氣田某管網(wǎng)示意

3 管網(wǎng)水合物模擬結(jié)果

3.1 水合物生成的溫壓差預(yù)測(cè)

DTHYD（Difference between section and hydrate temperature）變量為管道剖面溫度和水合物生成溫度之間的差值，DTHYD越負(fù)，表明管道剖面溫度越高于水合物生成溫度，水合物不易生成，反之則反。圖2為各井口節(jié)流管道DTHYD結(jié)果，節(jié)流前各管道DTHYD為負(fù)值，水合物不易生成，節(jié)流后LINE-3-106-4D、LINE-3-106-5D、LINE-3-74-2D、LINE-3-74-4H、LINE-3-106-2D、LINE-3-106-3D以及LINE-3-106-0管道的DTHYD為正值，水合物生成風(fēng)險(xiǎn)增大。例如，LINE-3-106-4D管道節(jié)流前后溫降最大，節(jié)流前DTHYD最小值為-0.82℃，節(jié)流后DTHYD最大值為7.12℃。圖3各干線管道的DTHYD均小于0，水合物均不易生成。

圖2 各管道水合物DTHYD預(yù)測(cè)結(jié)果

圖3 各管道水合物DTHYD預(yù)測(cè)結(jié)果

DPHYD（Difference between section and hydrate pressure）變量為管道剖面壓力和水合物生成壓力之間的差值，DPHYD越負(fù)，表明管道剖面壓力越低于水合物生成壓力，水合物不易生成，反之則反。圖4為各井口節(jié)流管道DPHYD結(jié)果，節(jié)流前各管道DPHYD為負(fù)值，水合物不易生成，節(jié)流后LINE-3-106-4D、LINE-3-106-5D、LINE-3-74-2D、LINE-3-74-4H、LINE-3-106-2D、LINE-3-106-3D以及LINE-3-106-0管道的DPHYD為正值，水合物生成風(fēng)險(xiǎn)增大。例如，LINE-3-106-4D管道節(jié)流前后壓降最大，節(jié)流前DPHYD最小值為-8.77bar，節(jié)流后DPHYD最大值為26.08bar。圖5其他干線管道的DPHYD均小于0，水合物均不易生成。

圖4 各管道水合物DPHYD預(yù)測(cè)結(jié)果

圖5 各管道水合物DPHYD預(yù)測(cè)結(jié)果

3.2 水合物生成高風(fēng)險(xiǎn)位置預(yù)測(cè)

由3.1節(jié)可知，水合物生成風(fēng)險(xiǎn)主要集中在節(jié)流管道，干線無(wú)風(fēng)險(xiǎn)，因此采用HYDMASS變量（單位體積管道中水合物的生成質(zhì)量）對(duì)節(jié)流管道進(jìn)行分析。由圖6可得到只有LINE-3-106-4D管道生成水合物，10m處為節(jié)流點(diǎn)。節(jié)流前不不生成水合物，節(jié)流后生成水合物，且在管道末端生成HYDMASS最大，為0.96kg/m3。

圖6 各節(jié)流管道中水合物生成的質(zhì)量

通過(guò)觀察LINE-3-106-4D管道所處的溫度壓力與水合物生成所需要的溫度壓力由圖7可以發(fā)現(xiàn)，節(jié)流前管道溫度在水合物生成溫度之上，壓力在水合物生成壓力之下，且變化較為平緩。節(jié)流位置管道的溫度壓力與水合物生成的溫度壓力發(fā)生驟降，且水合物生成壓力比管道壓力降幅大，水合物生成溫度比管道溫度降幅小。管道的壓力在水合物生成壓力之上，溫度在水合物生成溫度之下，生成水合物。在管道的14m處，管道的溫度壓力與水合物生成的溫度壓力相比具有最大的差值。在該處的溫度比水合物生成的溫度低7.12℃，壓力比水合物生成壓力高34.85bar，所以在該位置更容易生成水合物，水合物生成質(zhì)量為0.46kg/m3。

圖7 LINE-3-106-4D管道與水合物生成的溫度壓力結(jié)果

4 結(jié)論

1）在LX致密氣田中，水合物高風(fēng)險(xiǎn)位置主要集中在節(jié)流后的管段，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

2）LX致密氣田干線管道水合物生成風(fēng)險(xiǎn)較低，這與環(huán)境溫度緊密相關(guān)，其他類(lèi)似情況應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件做進(jìn)一步模擬和預(yù)測(cè)分析。