張 琳 張 巍 昝林峰 劉有超 蘇 欣

（1.中國石油集團工程設(shè)計有限責任公司西南分公司 2.中國石油集團工程設(shè)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(shè)4個集氣站，氣田地面工程建設(shè)規(guī)模約60×108m3／a。氣田采用放射狀敷設(shè)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(shè)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(fù)核段塞流捕集器、緩沖沉降罐容積設(shè)計的有效性，有必要應(yīng)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(dǎo)氣田后期運行［1－6］。

1 基礎(chǔ)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(shè)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(shè)置，保證其具有較好的適應(yīng)性，同時對極端特殊工況提出相關(guān)應(yīng)對措施和建議。本文的清管工況動態(tài)模擬，均是在對應(yīng)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(shè)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??；管內(nèi)流速越小，清管液量越大，因此分別模擬25%、50%、75%和100%對應(yīng)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(shè)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(yīng)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(dǎo)致設(shè)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(shè)置，即設(shè)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(yīng)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(shè)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(yīng)性和有效性。

2.2.2 清管時減少產(chǎn)量

在清管過程中，應(yīng)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(yīng)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(shè)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(shè)計中應(yīng)綜合考慮各種輸量對應(yīng)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(yīng)全由下游儲液容器接收，應(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)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(yù)測研究［J］.天然氣工業(yè)，2005，25（4）134－136.