深水采油樹初始啟動(dòng)低溫分析

鞠朋朋，李大全，井元彬，王文龍，張 歡

(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451；2.中海石油(中國(guó))有限公司 湛江分公司， 廣東 湛江 524057)

1 前言

南海某項(xiàng)目水深1 500 m，采用水下生產(chǎn)系統(tǒng)和半潛平臺(tái)(SEMI)開發(fā)方案，天然氣在半潛平臺(tái)干燥脫水處理后外輸，凝析油脫水處理合格后儲(chǔ)存在半潛平臺(tái)定期外輸。水下生產(chǎn)系統(tǒng)共4口生產(chǎn)井，井位布置分散，采用一個(gè)水下管匯(West Manifold)、兩個(gè)海管終端(A1 PLET和A11H PLET)和雙25.4 km的10″海管進(jìn)行開發(fā)，A9H井、A10H井回接西管匯，A1井、A11H井分別回接A1 PLET和A11H PLET；其中A9H井通過(guò)2.2 km的8″軟管回接管匯，A1井通過(guò)4.6 km的8″軟管回接海管終端，具體開發(fā)示意圖如圖1。

圖1 南海某氣田水下生產(chǎn)系統(tǒng)開發(fā)示意圖

深水采油樹關(guān)停后，井筒內(nèi)生產(chǎn)流體在重力作用下會(huì)發(fā)生氣液分離，井筒上部為氣體，下部為液體；同時(shí)采油樹會(huì)冷卻至最低環(huán)境溫度，壓力達(dá)到關(guān)井壓力，在此條件下開井時(shí)，由于J-T節(jié)流效應(yīng)會(huì)在油嘴下游形成低溫，超過(guò)設(shè)備最低設(shè)計(jì)溫度(-29 ℃)，影響設(shè)備的安全投產(chǎn)。深水項(xiàng)目初始投產(chǎn)前一般在油嘴下游預(yù)充一定壓力，降低油嘴前后壓差，從而提高油嘴下游啟動(dòng)低溫，避免設(shè)備因低溫發(fā)生損壞。跨接管、水下管匯、海底管道等設(shè)備最低設(shè)計(jì)溫度也要考慮初始啟動(dòng)低溫的影響，根據(jù)此設(shè)計(jì)工況確定設(shè)備最低設(shè)計(jì)溫度，為材料選型提供依據(jù)。

2 深水采油樹初始啟動(dòng)低溫分析

2.1 初始啟動(dòng)油嘴下游預(yù)充壓力核算

該南海項(xiàng)目水深1 500 m，水下采油樹環(huán)境水溫2.59 ℃，關(guān)井壓力38 MPa，采油樹油嘴下游管線最低設(shè)計(jì)溫度為-29 ℃，初始啟動(dòng)前采油樹內(nèi)壓力為關(guān)井壓力，溫度為最低環(huán)境溫度，在此條件下開井時(shí)油嘴下游溫度低至-82 ℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)備最設(shè)計(jì)溫度，為避免設(shè)備損壞，保證開井安全，在油嘴下游預(yù)充一定壓力提高背壓，降低J-T效應(yīng)影響，使開井溫度不低于-29 ℃。利用HYSYS軟件建立模型，試算油嘴下游低溫，主要結(jié)果如表1。

表1 典型年份油嘴下游預(yù)充壓力(105 Pa)

從表1可知，A1、A11H井因?yàn)殛P(guān)井壓力隨生產(chǎn)年份逐漸降低，因而需要的預(yù)充壓力也隨之降低；A9H、A10H井因?yàn)殛P(guān)井壓力在2030年達(dá)到最大值，因而需要的預(yù)充背壓也最大，之后逐漸降低。

2.2 初始啟動(dòng)油嘴下游低溫分析計(jì)算

為保守設(shè)計(jì)考慮，假定水下采油樹初始啟動(dòng)前井下安全閥(SCSSV)至采油樹油管沒(méi)有預(yù)充甲醇，開井時(shí)油嘴上游也沒(méi)有注入甲醇，油嘴下游開井時(shí)注入MEG(乙二醇)，此時(shí)開井對(duì)應(yīng)的低溫作為設(shè)備最低設(shè)計(jì)溫度。以A1井、A10H井初始啟動(dòng)為例，A1井通過(guò)軟管直接回接水下管匯，開井過(guò)程中油嘴下游溫度(TVALVEOUT)為采油樹最低設(shè)計(jì)溫度，油嘴下游管線出口溫度(TM)為軟管進(jìn)口溫度，用于確定軟管最低設(shè)計(jì)溫度；A10H井通過(guò)跨接管回接水下管匯，開井過(guò)程中油嘴下游溫度(TVALVEOUT)為采油樹最低設(shè)計(jì)溫度，油嘴下游管線出口溫度(TM-3)為跨接管進(jìn)口溫度，用于確定跨接管最低設(shè)計(jì)溫度，跨接管出口溫度(TM-2)為水下管匯進(jìn)口溫度，用于確定水下管匯最低設(shè)計(jì)溫度。具體模擬結(jié)果如圖2、圖3。水下各井口初始啟動(dòng)過(guò)程中低溫?cái)?shù)據(jù)如表2。

圖2 A1井初始啟動(dòng)各點(diǎn)低溫

圖3 A10H井初始啟動(dòng)各點(diǎn)低溫

表2 各井口初始啟動(dòng)低溫?cái)?shù)據(jù)

基于表2數(shù)據(jù)，考慮一定設(shè)計(jì)余量，油嘴下游管線最低設(shè)計(jì)溫度-29 ℃，跨接管及單井回接軟管最低設(shè)計(jì)溫度-29 ℃，水下管匯及海管最低設(shè)計(jì)溫度-20 ℃。

3 結(jié)論

開井前因采油樹處于關(guān)井壓力和最低環(huán)境溫度狀態(tài)，啟井時(shí)油嘴節(jié)流效應(yīng)(J-T效應(yīng))會(huì)產(chǎn)生低溫，為防止低溫對(duì)采油樹材料產(chǎn)生破壞，需在油嘴后預(yù)充一定壓力，使啟動(dòng)低溫高于材料最低設(shè)計(jì)溫度；同時(shí)啟動(dòng)低溫隨流體從環(huán)境溫度吸熱而升高，進(jìn)行低溫分析確定各設(shè)備最低設(shè)計(jì)溫度，指導(dǎo)水下設(shè)備材料選型和設(shè)計(jì)。