海上油氣輸送管線(xiàn)破乳降壓技術(shù)的運(yùn)用

張西迎，李治

（中海石油（中國(guó)）湛江分公司，廣東 湛江524057）

文昌油田群19-C平臺(tái)于2013年7月建成投產(chǎn)，文昌19-1C平臺(tái)到文昌19-1A平臺(tái)的管線(xiàn)直徑8寸，長(zhǎng)度5kg，產(chǎn)液量2100n左右，含水量29%，產(chǎn)氣量65000n左右，屬于產(chǎn)量較高的平臺(tái)，而由于文昌19-1A平臺(tái)背壓較高，這不僅會(huì)導(dǎo)致文昌19-1C平臺(tái)由于海管壓力過(guò)高而關(guān)停，也會(huì)迫使文昌19-1A、19-1C平臺(tái)限產(chǎn)而造成產(chǎn)量損失。因此，如何結(jié)合文昌19-1C平臺(tái)的特點(diǎn)，找出既能在保證平臺(tái)產(chǎn)量的前提下，又能將海管壓力控制在合理的范圍內(nèi)的方法，將具有十分重要的意義。

由于海底管線(xiàn)走向、海底管線(xiàn)尺寸及平臺(tái)產(chǎn)量及組分等因素，目前文昌19-1C平臺(tái)存在下海管壓力高問(wèn)題，下海管壓力高高保護(hù)值為：2000KPa。而實(shí)際生產(chǎn)中，出現(xiàn)過(guò)由于下海管壓力高高造成的平臺(tái)關(guān)停，造成產(chǎn)量損失。為此，平臺(tái)思考出兩個(gè)方案，方案1，申請(qǐng)變更申請(qǐng)，將壓力高高設(shè)點(diǎn)調(diào)高，然而這不能從根本上解決問(wèn)題，且對(duì)海管的完整性存在風(fēng)險(xiǎn)；方案2，對(duì)部分井進(jìn)行降頻限產(chǎn)，然而這直接影響的油田的產(chǎn)量。

本文的研究重點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)：（1）為從根本上解決平臺(tái)下海管壓力高的問(wèn)題，研究長(zhǎng)距離海底油氣輸送管線(xiàn)油水流動(dòng)規(guī)律；（2）本平臺(tái)并沒(méi)有設(shè)計(jì)加注破乳劑這種化學(xué)藥劑，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，分析破乳劑對(duì)海底油氣輸送流型的影響，對(duì)降粘降壓的作用。

1 破乳劑作用機(jī)理分析研究

在無(wú)破乳劑的體系內(nèi)，液滴界面吸附瀝青質(zhì)等天然乳化劑，兩個(gè)液滴的聚結(jié)膜發(fā)生薄化使天然乳化劑分子在界面上的濃度分布不均形成負(fù)的界面張力梯度，這種狀況使膜排水作用降低，加入破乳劑后，破乳劑擴(kuò)散到界面上空缺的地方。由于相同界面濃度下，破乳劑降低張力的能力高于天然乳化劑，使膜中的界面張力降低，阻止瀝青質(zhì)的遷移，形成正的界面張力梯度，加速膜排水過(guò)程，導(dǎo)致油水分離，乳狀液遭到破壞，粘度急劇下降。

破乳劑用量在CMC濃度 (臨界膠束濃度)左右，破乳脫水最佳。這是因?yàn)椋谳^低濃度時(shí)(小于CMC)，破乳劑分子是以單體形式吸附在油水界面，吸附量與濃度成正比，此時(shí)油水界面張力隨破乳劑濃度的增加而迅速下降，脫水率也逐漸增大，當(dāng)破乳劑濃度接近CMC時(shí)，界面吸附也趨于平衡，此時(shí)界面張力不再下降，脫水率也達(dá)到最大。若再增加破乳劑濃度，破乳劑分子開(kāi)始聚集成團(tuán)形成膠束，反而使界面張力有所上升，脫水率反而下降。因此對(duì)每種特定原油，破乳劑用量均有最佳值，即接近或等于其CMC濃度。

2 油氣混輸模型研究

通過(guò)對(duì)WC19-1C平臺(tái)至WC19-1A平臺(tái)海管建立數(shù)學(xué)模型，利用fluent軟件研究管道流型以及破乳劑對(duì)管線(xiàn)流型和管程壓力的影響，來(lái)判斷破乳劑對(duì)于海上油氣混輸管線(xiàn)破乳降壓的作用，如圖1（忽略柔性管）。

圖1 油氣混輸管線(xiàn)數(shù)學(xué)模型

在此模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)添加破乳劑和未添加破乳劑的流型進(jìn)行分析，圖2反映的是未添加破乳劑的油氣混輸流型，圖3反映的是添加破乳劑后的油氣混輸流型圖。

圖2 未添加破乳劑的延程管路流型

圖3 添加破乳劑的延程管路流型

對(duì)比圖3和圖4，能發(fā)現(xiàn)添加過(guò)破乳劑后的管線(xiàn)界面圖，流體分層更明顯，使得油氣混輸過(guò)程中，流體流動(dòng)的雷諾數(shù)較低，趨于層流。

通過(guò)對(duì)混輸管線(xiàn)流型研究，我們發(fā)現(xiàn)破乳劑能夠有效的改變流型。為進(jìn)一步驗(yàn)證破乳劑通過(guò)改變流型后能夠有效的降低海管壓力，利用fluent軟件得到了管線(xiàn)沿程壓力曲線(xiàn)圖，如圖4所示。

圖4 添加破乳劑前后延程管路壓力曲線(xiàn)

從圖4可見(jiàn)，添加破乳劑后，海管壓力波動(dòng)幅度明顯降低，此外，海管的整體壓力也下降了一個(gè)臺(tái)階，這說(shuō)明破乳劑在海管穩(wěn)流降壓上有明顯的效果。

3 破乳劑篩選試驗(yàn)

目前該油田群的海洋石油116是使用破乳劑的，考慮其配伍性的問(wèn)題，文昌19-1C平臺(tái)破乳劑也使用同樣的型號(hào)。為進(jìn)一步確認(rèn)其效果及確定注入濃度，特進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，分析其脫水速率及最終上層油含水率，并且對(duì)不同濃度下的降粘效果也進(jìn)行了試驗(yàn)分析，通過(guò)比較確定最終注入濃度。

試驗(yàn)設(shè)備：離心機(jī)：實(shí)驗(yàn)采用Robinson高速平轉(zhuǎn)離心機(jī)；離心管：離心管的精確刻度可達(dá)0.2%；平抽式定量移液器和Gilson微量注射器（1～10μL，10～100μL，100～1000μL）；恒溫水浴箱 ；100mL精確刻度離心管實(shí)驗(yàn)瓶；破乳劑樣品和19-1C綜合油樣。

破乳劑篩選實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）加熱水浴至生產(chǎn)溫度70℃（Wen19-1C平臺(tái)下海管溫度 79℃，上 Wen19-1A 平臺(tái)溫度 67℃）；（2）取綜合油樣，分離出自由水和乳化液。將一定配比的自由水和乳化液轉(zhuǎn)入試驗(yàn)離心管中，放入水浴箱充分加熱；（3）用微量注射器加入不同濃度的破乳劑；（4）震蕩實(shí)驗(yàn)瓶 1min，然后放回水?。唬?）記錄不同時(shí)間的出水量；（6）用平吸式移液器汲取上層、下層油樣，用離心機(jī)進(jìn)行含水分析；（7）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，作為下一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。

試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)采用的破乳劑型號(hào)為破乳劑A，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示：

表1 破乳劑加藥濃度與破乳效果試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從上表可以看出，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在40×10-3%p時(shí)，脫水速度較 30×10-3%、20×10-3%快，和 50×10-3%、60×10-3%脫水速度一樣，因此40×10-3%濃度最合適；從最終上層油含水分析可以看出，破乳劑A的脫水效果是十分良好的，也同樣適用與Wen19-1C的綜合油樣。綜上所述，最終采用破乳劑A，注入濃度為40×10-3%。

4 應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)效益

針對(duì)油田特點(diǎn)，結(jié)合建模分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，注入40×10-3%質(zhì)量分?jǐn)?shù)破乳劑A時(shí)，在本油田取得了很好的效果，有效的解決了文昌19-1C平臺(tái)下海管壓力高問(wèn)題，從而使得文昌19-1A、19-1B平臺(tái)的下海管壓力均下降。

圖5中可以看出：破乳劑停注后，壓力明顯上升，恢復(fù)后，下海管壓力下降明顯。

圖5 停注破乳劑前后壓力變化曲線(xiàn)

綜上所述，破乳劑在海管降壓中起到了明顯的作用。因此，注入破乳劑不僅有效的解決了平臺(tái)由于海管壓力過(guò)高關(guān)停而造成的產(chǎn)量損失的問(wèn)題，還為平臺(tái)進(jìn)一步的釋放產(chǎn)能提供的空間，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

4.1 由于海管壓力過(guò)高關(guān)停而造成的產(chǎn)量損失計(jì)算，19-1C平臺(tái)關(guān)停損失計(jì)算，19-1C平臺(tái)的日產(chǎn)油量約為1500方，停產(chǎn)后恢復(fù)時(shí)間以1.5h計(jì)算：

產(chǎn)量損失 Q1=1500×1.5/24=93.75（方）折合人民幣（以40美元一桶，匯率6計(jì)算）：

即發(fā)生一次關(guān)停油田群就將損失14萬(wàn)余元產(chǎn)量。

4.2 為控制海管壓力過(guò)高，采取平臺(tái)限產(chǎn)而造成的產(chǎn)量損失。19-1C平臺(tái)或下游平臺(tái)停井限產(chǎn)，以損失日產(chǎn)油量約為200方計(jì)算全年產(chǎn)量損失：

產(chǎn)量損失Q2=200×365=73000（方）折合人民幣（以40美元一桶，匯率6計(jì)算）：

4.3 海管壓力得到控制后，19-1C平臺(tái)產(chǎn)能得到進(jìn)一步釋放，目前文昌19-1C平臺(tái)產(chǎn)油量提高到了1900方/d，即較使用破乳劑達(dá)到海管降壓前每天增產(chǎn)400方原油，這樣計(jì)算下來(lái)，全年增產(chǎn)約14萬(wàn)方原油，將為公司增加約2.1億元原油銷(xiāo)售收入。

因此，通過(guò)破乳劑A的使用，為公司節(jié)省了約2.1億元的費(fèi)用，同時(shí)解決了因海管高壓力帶來(lái)的環(huán)保隱患，也為公司其他油田提供了處理因海管壓力較高導(dǎo)致油田無(wú)法完全釋放產(chǎn)能的借鑒經(jīng)驗(yàn)。