張 琳 張 巍 昝林峰 劉有超 蘇 欣

（1.中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司 2.中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司）（3.云南中石油昆侖燃?xì)庥邢薰炯毙薹止?4.中國(guó)石油阿姆河天然氣勘探開(kāi)發(fā)（北京）有限公司）

土庫(kù)曼斯坦某氣田共有A、B、C、D 4個(gè)區(qū)塊，設(shè)4個(gè)集氣站，氣田地面工程建設(shè)規(guī)模約60×108m3／a。氣田采用放射狀敷設(shè)和多井集氣、氣液混輸工藝，A、B、C、D氣區(qū)各建一條集氣干線(xiàn)去天然氣處理廠(chǎng)，氣田集氣管網(wǎng)布置見(jiàn)圖1。原料氣從單井采出，在井口節(jié)流降壓后，氣液混輸至各氣田集氣站，在集氣站進(jìn)行氣液分離、計(jì)量后進(jìn)入集氣管道氣液混輸至天然氣處理廠(chǎng)進(jìn)行脫硫、脫烴、脫水處理。為滿(mǎn)足氣液混輸清管工況要求，在處理廠(chǎng)集氣裝置設(shè)置2套段塞流捕集器（單臺(tái)容積150m3）和2臺(tái)緩沖沉降罐（單臺(tái)容積100m3），因此集氣裝置正常工況下能接收存儲(chǔ)上游集氣干線(xiàn)來(lái)液300m3，極端工況下能接收500m3。為確保清管工況的平穩(wěn)安全和復(fù)核段塞流捕集器、緩沖沉降罐容積設(shè)計(jì)的有效性，有必要應(yīng)用多相流動(dòng)態(tài)模擬軟件OLGA對(duì)清管工況進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，以指導(dǎo)氣田后期運(yùn)行［1－6］。

1 基礎(chǔ)參數(shù)

A、B、C、D各集氣干線(xiàn)高程差不大，起伏變化不大，對(duì)氣液混輸較為有利。干線(xiàn)采用碳鋼管，埋深約為0.8～1.2m，全線(xiàn)采用3層PE防腐，不保溫。管線(xiàn)規(guī)格及特性見(jiàn)表1、表2。

表1 管線(xiàn)規(guī)格表Table 1 Piping specification

表2 管線(xiàn)特性參數(shù)表Table 2 Piping characteristics parameters

考慮管線(xiàn)的設(shè)計(jì)輸量以及在開(kāi)發(fā)初期、中后期可能出現(xiàn)的小流量工況，各種工況流量參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 各種工況流量表Table 3 Flow under various working conditions

管輸流體為油氣水三相混合物，混合組分見(jiàn)表4，氣水比為0.073m3／104m3，氣油比：A、B氣區(qū)45 g／m3，C氣區(qū)31g／m3，D氣區(qū)50g／m3。

2 清管動(dòng)態(tài)模擬

采用OLGA軟件模擬各種輸量工況下的清管液量、清管速度、排液時(shí)間等參數(shù)，從而核算下游段塞流捕集器和緩沖沉降罐的設(shè)置，保證其具有較好的適應(yīng)性，同時(shí)對(duì)極端特殊工況提出相關(guān)應(yīng)對(duì)措施和建議。本文的清管工況動(dòng)態(tài)模擬，均是在對(duì)應(yīng)輸量下正常運(yùn)行720h（1個(gè)月）后進(jìn)行的。

表4 流體組分表Table 4 Fluid components

2.1 段塞流捕集器和緩沖沉降罐的設(shè)置

混輸管線(xiàn)清管液量主要由管內(nèi)氣體流速?zèng)Q定，管內(nèi)流速越大，清管液量越??；管內(nèi)流速越小，清管液量越大，因此分別模擬25%、50%、75%和100%對(duì)應(yīng)輸量下的清管工況，A、B、C、D各氣區(qū)集氣干線(xiàn)各種工況清管動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果見(jiàn)表5。

從表5可看出，100%設(shè)計(jì)工況輸量下，清管液量較小，最大的為87m3。隨著輸量的降低，清管液量越來(lái)越大，特別是25%工況，清管液量顯著增大，其中A氣區(qū)集氣干線(xiàn)清管液量高達(dá)1 287m3。若段塞流捕集器和緩沖沉降罐考慮適應(yīng)全部清管工況，則其容積至少要達(dá)到1 609m3（容積利用率按80%考慮），但在大部分正常工況下，清管液量遠(yuǎn)未達(dá)到1 287m3，即段塞流捕集器和緩沖沉降罐在大部分時(shí)間均未滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致設(shè)計(jì)既不合理，又不經(jīng)濟(jì)，且運(yùn)輸極不方便。因此，綜合考慮按滿(mǎn)足絕對(duì)部分工況（50%以上輸量）來(lái)設(shè)置，即設(shè)置兩臺(tái)150 m3的段塞流捕集氣和兩臺(tái)100m3緩沖沉降罐是合理且可行的。

表5 清管工況動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果Table 5 Dynamic simulation result at pigging conditions

2.2 極端清管工況優(yōu)化

從上述模擬結(jié)果可以看出，只有A氣區(qū)和D氣區(qū)集氣干線(xiàn)在輸量25%的極端工況下清管時(shí)，清管液量會(huì)超過(guò)下游容器的存儲(chǔ)容積，針對(duì)上述極端工況，可采取如下優(yōu)化方案。

2.2.1 計(jì)劃清管前增大管輸量

對(duì)于有計(jì)劃的清管作業(yè)，建議在清管作業(yè)前適當(dāng)增加相應(yīng)氣區(qū)的產(chǎn)量，加大清管作業(yè)前氣體攜液量，以減少清管作業(yè)時(shí)集中進(jìn)入處理廠(chǎng)的液量。處理廠(chǎng)段塞流捕集器和緩沖沉降罐的總?cè)莘e共500 m3，考慮最低及最高液位等情況，以清管進(jìn)液量不大于300m3來(lái)核算清管作業(yè)前需要的最小輸送量，模擬結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 推薦最小清管輸量表Table 6 Recommended minimum pipeline throughout

從表6可以看出，當(dāng)A和D氣區(qū)在25%設(shè)計(jì)輸量下清管前，建議臨時(shí)將管輸量分別提高到870×104m3／d和430×104m3／d，以保證下游段塞流捕集器和緩沖沉降罐的適應(yīng)性和有效性。

2.2.2 清管時(shí)減少產(chǎn)量

在清管過(guò)程中，應(yīng)降低氣田產(chǎn)氣量，通過(guò)降低管內(nèi)流速，增加清管液塞進(jìn)入段塞流捕集器的時(shí)間，充分利用下游排液管道的排液能力，減小液體在段塞流捕集器和緩沖沉降罐中的聚集量，該動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 減產(chǎn)清管模擬結(jié)果表Table 7 Simulation result for pigging by reducing production

從表7可以看出，在小流量工況時(shí)，清管作業(yè)過(guò)程中臨時(shí)減少產(chǎn)量，適當(dāng)降低流速，控制清管流速0.30m／s，充分利用下游排液管道的排液能力，下游段塞流捕集器也可以滿(mǎn)足液體聚集的需要。

3 結(jié)論

通過(guò)應(yīng)用OLGA軟件對(duì)某氣田集氣干線(xiàn)清管工況的動(dòng)態(tài)模擬，對(duì)下游段塞流捕集器、緩沖沉降罐的設(shè)置進(jìn)行了驗(yàn)證，模擬結(jié)果表明：

（1）在對(duì)氣田下游段塞流捕集器等儲(chǔ)液容器的設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各種輸量對(duì)應(yīng)工況下清管液量的影響。

（2）極端工況下清管液量的收集不應(yīng)全由下游儲(chǔ)液容器接收，應(yīng)對(duì)該輸量下的清管工藝進(jìn)行優(yōu)化，如在清管前增大輸量或清管過(guò)程中減少輸量等方法，減少管道持液量和延長(zhǎng)清管時(shí)間，充分利用儲(chǔ)液容器下游排液管道排液能力，從而有效減小儲(chǔ)液容器容積，減小占地，提高容器利用率，節(jié)省投資。

［1］張琳，蘇欣，劉有超，等.土庫(kù)曼斯坦某氣田集輸增壓方案比選及建議［J］.天然氣工業(yè)，2012，32（8）：1－13.

［2］蘇欣，劉有超，秦璇，等.土庫(kù)曼斯坦阿姆河第二天然氣處理廠(chǎng)集氣工藝優(yōu)化［J］.天然氣工業(yè)，2011，31（10）：1－13.

［3］中華人民共和國(guó)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量檢驗(yàn)總局.GB 50350－2005油氣集輸設(shè)計(jì)規(guī)范 ［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2005－09－12.

［4］宋德琦，郭佳春.氣田地面工程設(shè)計(jì)［M］.北京：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2010.

［5］蘇建華，許可方，宋德琦，等.天然氣礦場(chǎng)集輸與處理［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2010.

［6］陳科，劉建儀，張烈輝，等.管輸天然氣清管時(shí)水合物堵塞機(jī)理和工況預(yù)測(cè)研究［J］.天然氣工業(yè)，2005，25（4）134－136.