長距離輸氣海底管道清管分析

秦懷祥

摘 要 隨著我國相關(guān)科技的進步，國內(nèi)石油事業(yè)也開始朝著深海方向發(fā)展，而水下集輸和水下采油采氣也成為我國石油事業(yè)未來發(fā)展主流趨勢。海底管網(wǎng)變得更加復雜，管網(wǎng)覆蓋規(guī)模進一步擴大，通過對長距離輸氣海底管道進行清管研究，能夠幫助積累清管經(jīng)驗，為后期管網(wǎng)清管活動提供有效參考。文章以某個長距離輸氣海底管道工程為例，介紹了清管段塞控制方案和長距離海底輸氣管道清管方案，包括擴大輸氣量、區(qū)域引氣清管吹掃、提升清管頻率，希望能給相關(guān)人士提供有效參考。

關(guān)鍵詞 長距離 海底 輸氣管道 清管

中圖分類號：TE8 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）11-0063-02

隨著我國管網(wǎng)工程逐漸深海化發(fā)展，管道工程的距離不斷增長、管網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加復雜，同時管網(wǎng)內(nèi)部設(shè)置多種節(jié)點，在正式投產(chǎn)后出現(xiàn)了各種凍堵和積液問題。為了優(yōu)化管網(wǎng)運行質(zhì)量，提升管網(wǎng)傳輸順暢性，需要進一步聯(lián)系管網(wǎng)工程特征，選擇有效的清管手段，準確把握管網(wǎng)內(nèi)部積液規(guī)律特征，優(yōu)化設(shè)計清管方案，針對海底管網(wǎng)情況合理清網(wǎng)。

1 長距離輸氣海底管道工程

我國的某個海上氣田長距離海底輸氣管道的總長度是350千米，管道具體尺寸是28in，設(shè)計輸氣量是每年40億立方米，對應輸送區(qū)域中經(jīng)過處理的干氣和穩(wěn)定系統(tǒng)原有凝液，標況下是氣相。生產(chǎn)年限后期對應輸氣量相對較少，同時整個地形存在巨大起伏，在正常運行狀態(tài)下，管道內(nèi)的攜帶液體含量遠遠超出終端設(shè)備所擁有的接收實力，即超出740立方米。管道中龐大的帶液量同時還會對有效管輸效率產(chǎn)生一定影響，容易阻礙管道穩(wěn)定運行，同時還會威脅清管操作穩(wěn)定性和安全性。但因為清管周期較為頻繁，容易產(chǎn)生多余作業(yè)風險和資金浪費現(xiàn)象。為此需要對清管方案進行科學選擇，保證管道的穩(wěn)定、安全通行[1]。

2 清管段塞控制分析

因為海上油田對于天然氣的處理水平十分有限，而海底輸氣管道普遍是以傳輸濕氣為主，無法避免管道積液問題。通過實施合理的清管作業(yè)能夠幫助縮減管道積液，減少管道堵塞風險，提升管道傳輸安全性。

針對海底輸氣管道內(nèi)對應清管段堵塞問題，主要涵蓋段塞泄放時間以及段塞體積兩種參數(shù)。為此，在針對清管段塞實施綜合控制時也需要代入上述兩種參數(shù)實施合理分析控制。

清管段塞綜合體積和管道中的滯液量兩種元素呈現(xiàn)出一種正比關(guān)系，開始清管處理前，因為管道內(nèi)部存在較大帶液量，導致清管段塞所占空間體積相繼擴大。為此在開始管道清理工作前，通過控制內(nèi)部帶液量能夠幫助控制清管段塞問題。同時還可以利用降低輸液量以及擴大輸氣量來提升綜合氣液比，優(yōu)化氣相攜液水平，有效控制管道內(nèi)的滯液量。清管段塞問題的泄放時間和清管球速存在一定聯(lián)系，為此在清管處理中，可以適當提升海底管道的出口壓力，減少管道輸量控制清管球運行速度，增加段塞部位的泄放時間，擴大管道下游裝置對于段塞處理量，縮減下游設(shè)備所接收段塞量。

通過上述內(nèi)容分析可以發(fā)現(xiàn)，對清管段塞量產(chǎn)生影響的幾種因素包含清管頻率、下游裝置接收能力、管道出口運行壓力、管道輸液量以及管道輸氣量。結(jié)合現(xiàn)實工況，可以發(fā)現(xiàn)在長距離海底輸氣管道內(nèi)，管道內(nèi)部輸氣量是對清管段塞量產(chǎn)生影響的核心因素，同時可以對清管頻率進行合理調(diào)整，適當控制清管段塞量[2]。

3 長距離輸氣海底管道清管方案分析

3.1 堅持輸送高氣量

對于此項工程中海底輸氣管道內(nèi)存在較大滯液量以及管道距離長等特征，通過分析具體影響因素，形成有效的清管方案。此項工程中，管道輸氣量方面設(shè)計輸氣量為每年40億立方米，而從2032到2039年之間，管道內(nèi)部輸氣量從最開始的每年10.07億立方米減少到每年2.23億立方米。管道輸液量方面，因為管道的主要傳輸介質(zhì)便是區(qū)域內(nèi)的穩(wěn)定系統(tǒng)原油凝液和區(qū)域內(nèi)干氣，沒有輸液量。管道的出口壓力方面，管道在登錄中的終端壓力是5100KPaA，不能調(diào)節(jié)。管道工程的下游裝置接收能力方面，下游段的塞流捕捉器所具備的段塞接收流量是740立方米，增加設(shè)備會對平臺工藝流程產(chǎn)生直接影響，擴大投資規(guī)模。清管頻率方面需要參考海管核心環(huán)節(jié)的保護要求措施，輸氣管道的最佳標準清管頻率是每隔十二個月實施一次清管。

結(jié)合上述管道工況分析，可以進一步參考清管段塞計算模擬結(jié)果，從2032到2039年間，管道中的滯液量遠遠超出下游終端裝置的實際接收實力，所以建議在簽署海底輸氣管道終端銷售協(xié)議中，考慮需要維持較高輸氣量，預防管道內(nèi)部產(chǎn)生大規(guī)模滯液問題。通過綜合模擬計算，外售氣量大概保持在每年13億立方米之上，管道內(nèi)的滯液量能夠順利被下游裝置所接收，并有序開展清管活動。

3.2 區(qū)域引氣清管吹掃

在清管活動中第二種方法便是進一步擴大輸氣量，針對局部區(qū)域管道實施引氣吹掃清管。通過針對管道提升整體輸氣量，能夠進一步擴大管道中的氣體流速，優(yōu)化管道中的氣體對于液體攜帶能力，并在管道中順利排出相應的液體。為此，根據(jù)該管道所處區(qū)域內(nèi)現(xiàn)實狀況進行合理引氣，提升輸量吹掃，確保下游各種裝置能夠順利接收清管段塞。經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)實施引氣處理后，對應最高氣量幾乎可以達到每年20億立方米。

3.3 提升清管頻率

堅持管道中的液體攜帶含量低于下游段塞量收集器標準處理實例的基礎(chǔ)原則，把管道中的液體攜帶總量控制在740立方米以下，合理設(shè)計清管頻率。同時在每次清管工作結(jié)束后，需要在管道內(nèi)部液體攜帶含量達到740立方米之前實施有效的清管處理，保證段塞捕捉器能夠?qū)η骞芏稳繉嵤┯行幚?。通過逐年進行模擬計算，通過逐年模擬計算后，最終總結(jié)出在2032年到2034年之間，平均每年需要進行7次清管活動。

通過對上述三種清管方案實施可行性分析，從中選擇最佳的清管方案，提升清管質(zhì)量，保障海底管道的順暢流通。第一項方案便是擴大輸氣量，該種方案在實際操作中所面臨的風險隱患包括存在較大的不確定性，容易受到終端銷售方不良影響;第二項方案是區(qū)域引氣吹掃清管，該區(qū)域中的最高引氣量幾乎可以達到每年20億立方米，有助于實施吹掃工作，無需對清管球?qū)嵤╊l繁收發(fā)，在結(jié)束吹掃工作后繼續(xù)實施清管活動，降低施工作業(yè)風險，提升整體操作靈活性;第三項方案中，提升清管頻率，能夠?qū)艿乐械囊后w攜帶量實施合理控制，擁有較高的清管頻率，為此需要對清管球?qū)嵤┒ㄆ谘a充。該海底輸氣管道較長，大概在346千米左右，假如清管活動過于頻繁，容易造成更大的資金浪費問題，并且形成較大的作業(yè)風險。

通過對比分析上述三種方案的可行性和風險因素，可以發(fā)現(xiàn)第二種清管方案擁有更加突出的清理優(yōu)勢，所以可以選擇第二項方案充當此次項目的清管方法，在對應堵塞區(qū)域內(nèi)實施引氣吹掃清管工作。初步確定適合的清管設(shè)計方案后，還可以對長距離海底輸氣管道相關(guān)工程資料實施全面搜集和查閱，根據(jù)所得數(shù)據(jù)信息分析：此海底輸氣管道對應起輸平臺整體水深是95米，管道綜合長度是350千米，管道對應尺寸是28in，最高輸氣量是每年40億立方米，從2032到2039年間，相關(guān)輸氣量從最開始的每年10.07億立方米進一步降低到每年2.23億立方米，終端壓力數(shù)值是5100KPA。區(qū)域范圍中的引氣量幾乎達到每年20億立方米。

明確海底輸氣管道相關(guān)引氣吹掃基礎(chǔ)條件后，可以借助OLGA動態(tài)工藝創(chuàng)建軟件模型，模擬動態(tài)吹掃工況。該管道從目標區(qū)域中進行引氣，提升輸量吹掃，確保下游裝置能夠順利接收段塞，引氣后最高氣量大概會達到每年20億立方米。比如2032年，對應管道參數(shù)模擬結(jié)果，按照每年20億立方米的容量實施引氣后，直接通過最高引氣量實施吹掃工作，隨著輸氣量的擴大，會形成較高段塞量，遠遠超出下游接收水平。為了確保下游裝置能夠順利接收段塞，需要通過階梯引氣方法對整個管道實施吹掃工作。比如以2032年為例，在管道吹掃過程中，每當輸氣量擴大，則出口區(qū)域的液相流量會產(chǎn)生土壤擴大的現(xiàn)象，導致水力段塞現(xiàn)象。對比分析發(fā)現(xiàn)，階梯吹掃會幫助減少水力段塞。結(jié)合管道內(nèi)部液體攜帶含量和累計液量變化，可以發(fā)現(xiàn)最高段塞時，管道中的出口流出液體總量是889立方米，相關(guān)段塞泄放時間是1467分鐘，處于泄放過程中，段塞流捕捉器下游裝置相關(guān)處理容量是509立方米，剩余容量是380立方米液體能夠在段塞流捕捉器中進行有效存儲，沒有超出原段塞流捕捉器內(nèi)存儲能力，在區(qū)域氣源開始接入后，第276小時即11.5天中的管道內(nèi)部滯液量低于740立方米，該種條件下實施清管能夠滿足具體要求。所以在2032到2039年，可以借助階梯引氣方式進行吹掃清管，等到管道中的滯液量低于740立方米條件下實施綜合清管。選擇區(qū)域引氣方式提升輸氣量開展清管工作后，在2032年，管道中的滯液量在11.5天中可以降低到740立方米，由此便能指導后續(xù)開展常規(guī)清管工作。通過合理優(yōu)化，幫助改善終端改造段塞流捕捉器施工量過大問題，積極參考類似改造工程，能夠有效節(jié)約投資1.3億元，合理支持氣田開發(fā)工作順利實施。此外，吹掃清管方案還能夠打破傳統(tǒng)設(shè)計理念，為長距離海底輸氣管道有序開展清管段塞分析提供合理參考。

4 結(jié)語

海底管道中的清管技術(shù)屬于海底管道安全運行的基礎(chǔ)技術(shù)保障，管網(wǎng)中的清管技術(shù)同時也為各種現(xiàn)代化城市管網(wǎng)建設(shè)奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)，能夠更好服務于城市管網(wǎng)。

參考文獻：

[1] 張文欣，陳宏舉.長距離輸氣海底管道清管方案優(yōu)選研究[J].石油和化工設(shè)備，2020，23（04）：32-35.

[2] 鄭松賢，李友行.東方13-2海底管道干燥工藝設(shè)計與施工[J].海洋工程裝備與技術(shù)，2019，06（01）：465-469.