氣田采氣管線清管保障措施探討

張沖 安佳琦 中國石油長(zhǎng)慶油田分公司第二采氣廠

坐落于鄂爾多斯盆地西北地區(qū)的蘇里格氣田，與陜北斜坡、伊盟隆起以及天環(huán)凹陷等構(gòu)造單元相鄰，勘察面積為4×104km2。對(duì)該氣田的合理開發(fā)，可以使得長(zhǎng)慶氣區(qū)天然氣配置得到優(yōu)化，穩(wěn)定供應(yīng)京津、華東地區(qū)，促進(jìn)中國石油工業(yè)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展都具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和民生價(jià)值[1]。以蘇里格地面集氣工藝流程定型為基礎(chǔ)，進(jìn)行國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，實(shí)施模塊化的建造工程，形成標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)施、規(guī)范化生產(chǎn)、一體化的工藝設(shè)計(jì)與施工方法；提高了生產(chǎn)的工業(yè)效率和設(shè)施工程建設(shè)質(zhì)量，極大地降低了生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)營(yíng)綜合成本[2]。

一、管道流體特征

重?zé)N組分，是管道輸送天然氣過程中析的出成分，進(jìn)而形成低持液率的兩相流動(dòng)。工業(yè)中為探明流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，準(zhǔn)確闡述油、氣介質(zhì)在管內(nèi)的動(dòng)態(tài)流動(dòng)方式，因此對(duì)多相流進(jìn)行深入探究并建立精確的數(shù)學(xué)模型尤為重要。近年來，國內(nèi)外多相流技術(shù)不斷發(fā)展，已成為一門新興學(xué)科。對(duì)于氣相和液相管流的研究，可通過對(duì)多相管流持液率、流型、工藝參數(shù)及軟件應(yīng)用等方面的綜合應(yīng)用，深入掌握多相流動(dòng)機(jī)理，得出與現(xiàn)場(chǎng)持液率經(jīng)驗(yàn)公式、工藝計(jì)算相匹配的組合模型，為油田現(xiàn)場(chǎng)多相流管線的排布、施工、管理等方面提供理論支持與技術(shù)保障。

未經(jīng)凈化、從天然氣井中直接產(chǎn)生的天然氣，在管道線路中輸送時(shí)因含H2O以及其他成分，被稱為濕天然氣或凝析氣輸送。該類天然氣輸送過程中，隨管道內(nèi)外壓力、溫度等因素的變化，重組分會(huì)出現(xiàn)凝析現(xiàn)象，產(chǎn)生凝析液，所以，氣相與液相流動(dòng)研究中包括濕天然氣輸送。預(yù)測(cè)、持液率以及壓降計(jì)算類屬多相管流的工藝計(jì)算，其中流型預(yù)測(cè)是基礎(chǔ)參數(shù)，多相管流工藝計(jì)算最終為了壓降計(jì)算。

二、管線段塞流及清管

針對(duì)蘇里格氣田，應(yīng)用了濕氣輸送。油、氣、水三相混合運(yùn)輸管道是工業(yè)中較為應(yīng)用較多的多相流混合運(yùn)輸管線，這樣的管道線路總會(huì)有段塞流現(xiàn)象，由于該流型具有波動(dòng)特性，致使管路發(fā)生振動(dòng)，易出現(xiàn)生產(chǎn)事故。段塞流分兩類：常態(tài)段塞流和在山坡地帶形成的急速段塞流。在氣相與液相比值低的條件下，很容易產(chǎn)生常態(tài)段塞流，此外在管道直徑大、山坡斜度高的地段，管道內(nèi)也容易有常態(tài)段塞流出現(xiàn)。危害性更大的急速段塞流會(huì)在平面的立管中出現(xiàn)，則容易產(chǎn)生。急速段塞流產(chǎn)生的段塞較大，危險(xiǎn)性較常態(tài)段塞流亦更大。

Sclunidt等認(rèn)為堵塞可以使段塞流消除，但卻缺乏堵塞行為的具體分析。堵塞是使后壓增加，提高流速進(jìn)而去除段塞流。為出現(xiàn)穩(wěn)定流，提升氣體的前部積累，在堵塞前穩(wěn)定。Potetal等人基于實(shí)驗(yàn)和理論研究，總結(jié)出消除段塞的方法：即堵塞氣體以及移出段塞流中的氣體分析發(fā)展的理論方法。第一是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析法，這個(gè)分析方法采用了穩(wěn)態(tài)的概念，另外還有堵塞、移出段塞流中的氣體的力平衡的描述。第二是準(zhǔn)平衡模型分析法。穩(wěn)定模型，是通過假使有在不平衡的提升系統(tǒng)流動(dòng)狀態(tài)下的、獨(dú)立的力學(xué)平衡模型，準(zhǔn)平衡模型是動(dòng)態(tài)的輸送模型。經(jīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，上述方法都可以用在堵塞和移出段塞流中的氣體新方案。

國內(nèi)外常見的段塞流消除方法有：采用通球法解決在管線里面的滯液，體改輸送率的基本的方法。這樣可以加快去掉管道中滯液的數(shù)量及存在的固態(tài)的雜質(zhì)，而且可以不產(chǎn)生阻塞流。因?yàn)楣艿涝谄胶夂蟪霈F(xiàn)阻塞流，所以要設(shè)計(jì)管道終端段塞流捕集器的大小。當(dāng)實(shí)際輸量比設(shè)計(jì)輸量小時(shí)，管道滯留量會(huì)增加，氣體攜液的水平會(huì)下降，氣體和液體平衡的時(shí)間會(huì)有所變長(zhǎng)。但是在平衡了之后，通球所產(chǎn)生的段塞流量大于原輸入量的段塞流量，即比捕集器的容量要多。當(dāng)混合輸送的管道不斷變長(zhǎng)，滯留量、段塞流量也不斷地變多，對(duì)捕集器的建造提出了更高的要求，目前，通球段塞流量有時(shí)會(huì)出現(xiàn)高于捕獲器容積閾值的現(xiàn)象；增加輸氣量減少管道中滯留量，滯留量促進(jìn)段塞流產(chǎn)生，通過對(duì)控制滯留量的控制，通球促使的段塞流會(huì)變少。如果改變了管路的運(yùn)行條件，把輸氣量加大，會(huì)把氣體的攜液的能力提升起來，清除出原來管道中的滯留的液體。

消除嚴(yán)重段塞流的其他方法包括：將表面控制閥立安裝在管底，已經(jīng)成功應(yīng)用在了Totals Dunbarl6管線系統(tǒng)中，與堵塞法的原理差別不大，但據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)分析顯示，這個(gè)方法會(huì)讓生產(chǎn)壓力變大，可能會(huì)影響深水生產(chǎn)中的輸量；控制流量的方法，該方法是用單控制閥來控制恒定的氣相、液相的混合流率。研究表明，3倍的背壓出現(xiàn)在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)候。在深水生產(chǎn)中，因?yàn)榱⒐艿撞吭龃蟮膲毫Α⒘⒐荛L(zhǎng)度大影響傳播時(shí)長(zhǎng)，使控制系統(tǒng)的反應(yīng)出現(xiàn)滯后的現(xiàn)象，對(duì)輸量會(huì)有影響；把立管底部加入氣相和液相的混合物舉升法，該方法既消除強(qiáng)烈段塞流的作用，又便停輸后再啟動(dòng)，具體方法是把混輸管線旁邊的高產(chǎn)混合管里面的氣相和液相物質(zhì)導(dǎo)在管底，此方法更比立管底部注氣法便捷，無須注氣系統(tǒng)輔助，也避免了Joule-Thompson冷卻效應(yīng)，不過要添加高產(chǎn)混合線管，因此，該方法僅限用于特殊情況。

三、結(jié)語

蘇里格氣田運(yùn)行中后期，在原來的集氣站中，先前的一級(jí)增壓將無法提供低壓井的增加壓強(qiáng)的需求，因此，裝配低壓壓縮機(jī)至關(guān)重要，因閥組增壓存在電力供應(yīng)、管理和氣液混增存在不足，建議適當(dāng)降低釆氣系統(tǒng)運(yùn)行壓力，使最高運(yùn)行壓力不超標(biāo)，或在邊遠(yuǎn)井、低產(chǎn)井以及產(chǎn)液井的井場(chǎng)等井口壓力較高處安裝可以移動(dòng)的注醇裝備。