水下采油樹油嘴失效工況分析

鞠朋朋

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，能源的需求量越來越大，深水油氣田的開發(fā)愈發(fā)重要，水下采油樹作為水下生產(chǎn)系統(tǒng)開發(fā)的核心設(shè)備發(fā)揮著重要作用。水下采油樹利用油嘴控制井口產(chǎn)量，利用井口跨接管把井口產(chǎn)量回接水下管匯，在管匯處匯總各水下井口產(chǎn)量后通過海底管道輸往下游處理設(shè)施。水下采油樹、跨接管、水下管匯等設(shè)備的尺寸、設(shè)計(jì)溫度參數(shù)直接與井口產(chǎn)量相關(guān)，采油樹油嘴在因砂沖蝕等原因失去節(jié)流功能后，井口產(chǎn)量將根據(jù)油嘴下游背壓重新分配，此時井口溫度會隨井口產(chǎn)量的增加呈現(xiàn)先變大后變小的規(guī)律，水下各設(shè)備設(shè)計(jì)溫度應(yīng)能滿足該工況的溫度升高要求；井口產(chǎn)量增加還需要核實(shí)跨接管、海底管道等對應(yīng)的生產(chǎn)流體沖蝕速度比（EVR），以免水下設(shè)備因沖蝕而發(fā)生損壞。

某南海水下氣田開發(fā)示意圖如圖1，生產(chǎn)井A1、A9通過井口軟管回接水下管匯1，A10、A11井通過井口跨接管回接水下管匯2，水下管匯1和2匯總各井口產(chǎn)量后利用18.3km的10”海底管道把生產(chǎn)流體輸往下游平臺進(jìn)行處理。

圖1 220kV海上升壓站

1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1.1 水下采油樹油嘴性能曲線

油嘴是采油樹上用于控制油氣井產(chǎn)量的部件，在油氣井的生產(chǎn)過程中，通過油嘴合理控制生產(chǎn)壓差，調(diào)節(jié)油氣井產(chǎn)量，可以避免地下虧空，從而使油氣井在合理的壓差下保持平穩(wěn)生產(chǎn)。水下采油樹油嘴一般由采油樹廠家供貨，其性能決定了水下井口單井產(chǎn)量調(diào)節(jié)比，也決定了油嘴在失效時的等效流通面積。某南海深水氣田的水下采油樹油嘴由挪威Aker Solutions公司提供，具體性能如圖2：

圖2 采油樹油嘴性能曲線

1.2 油藏IPR性能曲線

水下井口產(chǎn)液能力由油藏I P R 性能曲線（Inflow Performance Relationship Curve）確定，該曲線標(biāo)明了井口產(chǎn)量與井底流壓之間的對應(yīng)關(guān)系，可反應(yīng)在不同井口背壓條件下能達(dá)到的最大產(chǎn)量。該曲線由油藏專業(yè)提供，作為油嘴失效工況分析的基礎(chǔ)，具體如圖3：

圖3 油藏IPR性能曲線

2 油嘴失效工況分析

水下采油樹油嘴閥芯因井底防砂措施失效而被砂沖蝕，或其他原因需要在前期設(shè)計(jì)配產(chǎn)基礎(chǔ)上進(jìn)行增產(chǎn)，以某南海深水氣田2020年初始投產(chǎn)年作為基礎(chǔ)，評估了油嘴失效對井口產(chǎn)量、井口溫度及設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)的影響。

2.1 井口最大產(chǎn)量評估

各水下井口在油嘴下游背壓下對應(yīng)的單井最大產(chǎn)量、最高井口溫度如表1：

表1 采油樹油嘴失效對應(yīng)的單井最大產(chǎn)量和井口最高溫度

各水下井口在油嘴下游背壓下對應(yīng)的單井最大產(chǎn)量、最高井口溫度如圖4：

圖4 油嘴失效單井產(chǎn)量變化及對應(yīng)井口溫度曲線

根據(jù)表1和圖4中的最大單井產(chǎn)量和井口溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行水下設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)的復(fù)核。

2.2 水下設(shè)備設(shè)計(jì)溫度校核

水下采油樹設(shè)計(jì)溫度為“P+U”等級，承受的溫度范圍為-29℃～121℃，可滿足油嘴失效工況的溫度需求。水下單井回接跨接管、單井回接軟管的設(shè)計(jì)溫度復(fù)核結(jié)果如表2：

表2 井口跨接管及軟管設(shè)計(jì)溫度校核

從表2可看出，在未考慮油嘴失效工況時井口跨接管及軟管設(shè)計(jì)溫度無法覆蓋最高溫度要求，后期在油嘴失效溫度基礎(chǔ)上取5℃余量作為設(shè)計(jì)溫度，滿足了設(shè)計(jì)需求。

表3 水下管匯及海底管道溫度校核

從表3可以看出，前期設(shè)計(jì)時水下管匯、海底管道設(shè)計(jì)溫度在油嘴上游溫度基礎(chǔ)上取了10℃余量，考慮井口跨接管及軟管溫降，原設(shè)計(jì)溫度可以滿足油嘴失效工況要求。

2.3 水下設(shè)備沖蝕比校核

采油樹油嘴失效對應(yīng)的單井產(chǎn)量變大，沖蝕速度比（EVR）也需進(jìn)行復(fù)核，以防止水下設(shè)備出現(xiàn)沖蝕損壞。

表4 井口跨接管、軟管及海底管道沖蝕比校核

從表4可看出，采油樹油嘴失效時井口跨接管、軟管及海底管道對應(yīng)的沖蝕比會有所增加，但仍在允許的范圍內(nèi)（EVR＜1），可滿足工況需求。

3 結(jié)論

水下采油樹油嘴因砂沖蝕等原因失去節(jié)流功能，井口產(chǎn)量會根據(jù)油嘴下游海管背壓重新進(jìn)行分配計(jì)算，此時對應(yīng)的井口產(chǎn)量、井口溫度會對采油樹、跨接管、水下管匯等設(shè)備尺寸、設(shè)計(jì)溫度產(chǎn)生影響，需要核實(shí)此工況各水下設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)是否滿足要求，以保證水下生產(chǎn)系統(tǒng)在該工況下安全平穩(wěn)地運(yùn)行。

◆參考文獻(xiàn)

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[3] ISO/TC 67/SC.ISO13628-1:2005 Petroleum and natural gas industries-Design and operation of subsea production system-Part1[S].August 23,2007.