黃敬利

摘 要：該文歸納了我國(guó)深水天然氣設(shè)施調(diào)試及生產(chǎn)過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題，如，水合物的產(chǎn)生、油嘴溫升慢、濕氣流量計(jì)誤差大、小流量運(yùn)行下控制閥失效等，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行原因分析，闡明了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，并提出建立氣井?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)以解決水下設(shè)施部分儀表故障的思路，對(duì)深水天然氣設(shè)施的調(diào)試和生產(chǎn)有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：深水天然氣 調(diào)試投產(chǎn) 水合物 氣井?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)

中圖分類(lèi)號(hào)：P744 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）09（a）-0041-03

隨著海上油氣田開(kāi)發(fā)深度的不斷增加，水下生產(chǎn)系統(tǒng)作為深海油氣田開(kāi)發(fā)的核心設(shè)備，以其顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、可觀的經(jīng)濟(jì)效益得到各石油公司的廣泛關(guān)注。深水天然氣開(kāi)發(fā)生產(chǎn)技術(shù)正在不斷成熟，在世界各大海域及我國(guó)南海，水下生產(chǎn)系統(tǒng)已開(kāi)始廣泛應(yīng)用并積累了一定的調(diào)試及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

該文以依托于中心平臺(tái)進(jìn)行油氣處理的水下井口生產(chǎn)設(shè)施為例，其水下生產(chǎn)系統(tǒng)及相應(yīng)的深水海底管道構(gòu)成水下回接系統(tǒng)，選用水下臥式采油樹(shù)和復(fù)合電液壓控制技術(shù)，來(lái)自淺水平臺(tái)的臍帶纜為水下生產(chǎn)系統(tǒng)提供電力、液壓及控制，采用水下濕氣流量計(jì)的方式進(jìn)行單井計(jì)量。該水下生產(chǎn)設(shè)施調(diào)試及生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題具有一定的代表性，該文有針對(duì)性地進(jìn)行分析，并提出建立氣井?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)以解決水下設(shè)施部分儀表故障的思路，為深水天然氣生產(chǎn)提供一定的借鑒意義。

1 深水天然氣生產(chǎn)期間典型問(wèn)題

1.1 存在水合物凍堵風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題

水合物的預(yù)防是水下天然氣田生產(chǎn)過(guò)程中最為關(guān)注的問(wèn)題。水合物最易生成的地方主要集中于海管、Jumper、PWM與PMV之間[1]，以南海某深水氣田為例，海管操作壓力在11 MPa左右，冷啟動(dòng)時(shí)，海管環(huán)境最低溫度9.5 ℃，通過(guò)水合物曲線（圖1）和經(jīng)驗(yàn)判斷，海管有水合物凍堵的風(fēng)險(xiǎn)。采取措施時(shí)，在開(kāi)井和生產(chǎn)期間連續(xù)注入質(zhì)量濃度80%的乙二醇[2]，保證海管中乙二醇的濃度為30%。

水下采油樹(shù)PWV至PMV管段可能會(huì)有積液，水下井口關(guān)井壓力27 MPa以上，當(dāng)該管段無(wú)抑制劑注入時(shí)，根據(jù)水合物生成曲線，會(huì)形成水合物。采取的措施是啟動(dòng)時(shí)持續(xù)注入甲醇，清掃PWV至PMV管段積液，防止水合物生成。

由于Jumper是呈“M”字形，在低點(diǎn)同樣存在積液，海管操作壓力11 MPa在海水溫度下同樣會(huì)形成水合物，考慮到注入的貧乙二醇的分布等問(wèn)題，在開(kāi)井時(shí)將Jumper管線積液用貧乙二醇置換清掃。

1.2 投產(chǎn)井油嘴下游溫度上升慢問(wèn)題

受實(shí)際配產(chǎn)的限制，生產(chǎn)井前期可能會(huì)以較低的產(chǎn)氣量長(zhǎng)期生產(chǎn)，這對(duì)正常生產(chǎn)管理有一定的影響，主要表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）油嘴下游溫度上升慢，大部分井需要20 h左右才能將油嘴溫度提升至避免水合物生成所要求的24 ℃，此段時(shí)間油嘴上游就需要持續(xù)注甲醇，將大大增加甲醇的消耗量。此時(shí)應(yīng)根據(jù)地層壓力變化情況，適當(dāng)提高配產(chǎn)，避免下游管線長(zhǎng)時(shí)間在低溫下運(yùn)行。

（2）常規(guī)甲醇泵采用柱塞式，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的后果是柱塞密封磨損，造成甲醇從柱塞排放點(diǎn)泄露并揮發(fā)，附近甲醇蒸汽濃度高，對(duì)操作人員帶來(lái)一定的健康危害，同時(shí)存在火災(zāi)安全隱患。在選型時(shí)，宜將甲醇泵型由柱塞改為隔膜泵，以降低泄露和火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，并可以減少維修費(fèi)用。

（3）甲醇泵只能供單井注入使用，如，正在生產(chǎn)的一口井的油嘴下游溫度上升速度慢，將影響下一口井的開(kāi)井進(jìn)度，降低操作靈活性。在開(kāi)井時(shí)要根據(jù)井口的海底位置，結(jié)合溫升情況進(jìn)行順序開(kāi)井，降低甲醇的消耗量。

（4）長(zhǎng)時(shí)間在較低氣量生產(chǎn)，造成了海管氣液兩相流動(dòng)的不穩(wěn)定性，形成一定的積液，需要通過(guò)海管壓差情況及模擬計(jì)算，選用通球或者一定時(shí)間段內(nèi)大氣量吹掃的方案，恢復(fù)海管混輸效率。

1.3 油嘴下游溫度過(guò)高限制提產(chǎn)的問(wèn)題

由于各井地層壓力及溫度的不同，在生產(chǎn)時(shí)其油嘴下游溫度會(huì)有一定的差異，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)各井模擬計(jì)算結(jié)果，選取合適的油嘴下游管線承受的溫度范圍。南海某氣田A1H井在38萬(wàn)方/天的產(chǎn)量時(shí)，油嘴下游溫度70 ℃已經(jīng)非常接近管線所標(biāo)明的設(shè)計(jì)溫度，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，這對(duì)該井提產(chǎn)造成一定的困難。

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)嚴(yán)格監(jiān)控油嘴后流體溫度，確保在管線材質(zhì)承受范圍之內(nèi)。在日常的生產(chǎn)中，也盡可能地保持該井最大量生產(chǎn)，以提高采收率。

1.4 濕氣流量計(jì)計(jì)量誤差大

由于地層的復(fù)雜性，在濕氣流量計(jì)的選用上，設(shè)計(jì)時(shí)一般會(huì)基于前期的勘探及鉆井?dāng)?shù)據(jù)，而實(shí)際地層的產(chǎn)量及氣液比等都會(huì)與原基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有一定的差異，這可能會(huì)造成在生產(chǎn)初期出現(xiàn)如下問(wèn)題。

（1）產(chǎn)水量高的時(shí)候流量計(jì)無(wú)數(shù)據(jù)顯示，其原因是由于井筒積液較多以及前期出水量大。投產(chǎn)初期，曾有20多個(gè)小時(shí)濕氣流量計(jì)無(wú)度數(shù)。通過(guò)廠家澄清，當(dāng)水的體積含量高于10%時(shí)，濕氣流量計(jì)將不能正常工作，在此段時(shí)間無(wú)法監(jiān)測(cè)井的產(chǎn)氣和產(chǎn)液情況。而當(dāng)產(chǎn)水量較大時(shí)，更易發(fā)生水合物凍堵。因此在流量計(jì)的選用上，應(yīng)提前考慮到此情況。

（2）投產(chǎn)期間濕氣流量計(jì)顯示的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)計(jì)量的數(shù)據(jù)相差較大，最高能達(dá)到20萬(wàn)方/天的誤差，其中一個(gè)原因是由于流量計(jì)的PVT參數(shù)選取造成的。這在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)是一個(gè)難題，因?yàn)榇藚?shù)需要化驗(yàn)井筒內(nèi)所有烴的百分含量，精確度直接影響生產(chǎn)井的計(jì)量，而各井油氣采用海管混輸?shù)姆绞?，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)取樣化驗(yàn)的結(jié)果難以達(dá)到高的準(zhǔn)確度，大多只能選用油藏部門(mén)在鉆井期間給出的數(shù)據(jù)，存在一定誤差。后期生產(chǎn)中需要進(jìn)一步進(jìn)行天然氣和凝析油組分的化驗(yàn)分析，重新校準(zhǔn)濕氣流量計(jì)的PVT參數(shù)。為了精確到每口井，此數(shù)據(jù)可以選擇在完井誘噴期間完成。

（3）出砂監(jiān)測(cè)儀ASD內(nèi)5個(gè)參數(shù)的值取自濕氣流量計(jì)，當(dāng)濕氣流量計(jì)無(wú)讀數(shù)顯示的時(shí)候，ASD也不顯示，從而無(wú)法監(jiān)測(cè)井的出砂情況。因此，選擇高可靠性的濕氣流量計(jì)對(duì)于水下設(shè)施的生產(chǎn)監(jiān)控具有重要的意義，同時(shí)也可以考慮在設(shè)計(jì)階段高獨(dú)立性的出砂檢測(cè)儀。

1.5 水下化學(xué)藥劑的注入精度要求高的問(wèn)題

（1）乙二醇計(jì)量控制閥。CIMV水下注入要求是SAE AS4059 12B-F[3]，含鹽含水乙二醇經(jīng)過(guò)顆粒過(guò)濾器脫除二價(jià)鹽，然后進(jìn)入再生脫水系統(tǒng)，原設(shè)備設(shè)計(jì)的銜接性較低，無(wú)其他過(guò)濾設(shè)備，而再生塔、換熱器等管線都未經(jīng)過(guò)高標(biāo)準(zhǔn)的凈度清洗過(guò)，經(jīng)過(guò)這套系統(tǒng)之后，顆粒度會(huì)進(jìn)一步上升，注入后可能會(huì)造成注入控制閥的堵塞。在調(diào)試及投產(chǎn)初期，可以通過(guò)安裝臨時(shí)出口濾器的方式，以滿足水下注入要求。

（2）防垢劑計(jì)量控制閥。CIMV水下注入要求是SAE AS4059 8B-F，應(yīng)多次化驗(yàn)確保藥劑符合該要求，否則可能造成水下的計(jì)量閥處的堵塞。在投產(chǎn)過(guò)程中化驗(yàn)泵出口清潔度較低，達(dá)不到注入要求。通過(guò)化驗(yàn)確認(rèn)送上來(lái)的防垢劑是符合要求的，分析原因是泵進(jìn)口管線和罐體本身未清洗干凈。另外，罐體的氮封管線容易積水，氮封投用后雜質(zhì)和積水會(huì)隨著氣流帶入罐體，從而污染罐內(nèi)液體。

因此，在調(diào)試中，需要提前對(duì)相關(guān)管線進(jìn)行徹底沖洗工作，包括加注管線、泵入口管線等。如若不進(jìn)行清洗，單純依靠過(guò)濾器是很難達(dá)到精度要求的，因?yàn)?0 μm以下的顆粒是較難通過(guò)常規(guī)濾器去除的，同時(shí)5～15 μm的顆粒對(duì)設(shè)備的淤塞影響較大。另外，此處宜選用低點(diǎn)加裝自動(dòng)排水和過(guò)濾裝置的氮封管線，以減少對(duì)水下注入化學(xué)藥劑的污染。

1.6 海管滯液量與計(jì)算值相差大的問(wèn)題

在水下設(shè)施投產(chǎn)前，會(huì)對(duì)海管滯液量進(jìn)行動(dòng)態(tài)及靜態(tài)模擬計(jì)算，但大多情況下會(huì)發(fā)現(xiàn)，在一定時(shí)間段之內(nèi)海管出液量將大于各氣井產(chǎn)液量總和，分析發(fā)現(xiàn)有以下可能的原因。

（1）前期Jumper內(nèi)存有乙二醇未進(jìn)入計(jì)算范疇。

（2）海管排水惰化過(guò)程中，通球干燥后的殘存水量。

（3）濕氣流量計(jì)出水量大時(shí)讀數(shù)與實(shí)際流量相差較大，造成計(jì)量誤差，另外濕氣流量計(jì)內(nèi)汽化的水在計(jì)量上也存在小的誤差。

（4）前期臍帶纜置換和注入管線功能測(cè)試過(guò)程中注入量的誤差。

因此在早期的海管段塞計(jì)算中，要選取一定的余量，以保證下游液體的及時(shí)處理。但也沒(méi)有必要去糾結(jié)穩(wěn)定滯液量非要得到一個(gè)具體的數(shù)值，因?yàn)樘烊粴猱a(chǎn)氣量穩(wěn)定生產(chǎn)一段時(shí)間后，海管出液量也會(huì)趨于穩(wěn)定，當(dāng)調(diào)整產(chǎn)氣量的時(shí)候，通過(guò)計(jì)算段捕產(chǎn)液量的差值就可以得出相對(duì)應(yīng)的液量，這個(gè)段塞的差值對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)更有意義，可以作為調(diào)產(chǎn)操作過(guò)程中段塞接收及處理的指導(dǎo)數(shù)據(jù)。

1.7 小流量下關(guān)鍵調(diào)節(jié)閥控制問(wèn)題

在氣田整個(gè)生命周期內(nèi)，油氣水產(chǎn)量都會(huì)有一個(gè)較大的范圍，設(shè)計(jì)時(shí)選用的儀表測(cè)量范圍會(huì)將其包含在內(nèi)。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，特別是生產(chǎn)初期，產(chǎn)液量及燃料氣消耗量等都會(huì)較小，會(huì)存在控制上的問(wèn)題。

以燃料氣控制為例，初始投用時(shí)的燃料氣取自三甘醇脫水后的干氣，通過(guò)壓力調(diào)節(jié)閥從9 MPa調(diào)節(jié)至2.6 MPa。燃料氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理量為26.7萬(wàn)方/天（依據(jù)平臺(tái)二期燃?xì)庀淖畲笾担F(xiàn)階段燃?xì)庀牧繛?.2萬(wàn)方/天，還不到設(shè)計(jì)處理量的10%。在小處理量下，燃料氣進(jìn)口壓力調(diào)節(jié)閥存在選型過(guò)大，導(dǎo)致調(diào)節(jié)不穩(wěn)、流量過(guò)大的問(wèn)題。

為了保持燃料氣系統(tǒng)正常壓力，現(xiàn)場(chǎng)采取手動(dòng)調(diào)節(jié)PV閥上下游球閥開(kāi)度，同時(shí)加大高低壓火炬吹掃氣量的措施。這樣做會(huì)導(dǎo)致兩種后果：一是閥門(mén)不完全打開(kāi)，會(huì)損傷上下游球閥的密封面，造成隔離失效；二是會(huì)造成放空系統(tǒng)消耗燃?xì)膺^(guò)大。

通過(guò)實(shí)際計(jì)算，對(duì)燃料氣進(jìn)口壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，換成更小尺寸的調(diào)節(jié)閥，以滿足小流量條件下燃料氣系統(tǒng)壓力的精細(xì)控制。對(duì)于生產(chǎn)水及其他關(guān)鍵調(diào)節(jié)閥，也可以采用兩個(gè)大小不同的調(diào)節(jié)閥并聯(lián)的方式，增加其調(diào)節(jié)范圍及系統(tǒng)適應(yīng)性。

2 建立健全氣井管理數(shù)據(jù)庫(kù)

在天然氣田的生產(chǎn)中，出砂及采收率是較受關(guān)注的數(shù)據(jù)，不合理的生產(chǎn)制度將會(huì)導(dǎo)致氣藏過(guò)早出砂或出水，使最終的采收率受到影響。在氣井正常維護(hù)工作的基礎(chǔ)上，可以通過(guò)加強(qiáng)氣井動(dòng)態(tài)管理確保氣井的正常生產(chǎn)。根據(jù)各氣井的生產(chǎn)特點(diǎn)，采取逐井研究、各個(gè)分析的方法，加強(qiáng)精細(xì)化管理，建立各井的井史檔案，在提產(chǎn)、降產(chǎn)、開(kāi)關(guān)井等不同階段，對(duì)井下壓力溫度、油嘴前后溫壓參數(shù)、氣液比及流量等進(jìn)行分析匯總，制定合理的生產(chǎn)制度，確保氣田的采收率，降低修井次數(shù)。

對(duì)于深水天然氣田，建立氣井管理數(shù)據(jù)庫(kù)有著更為重要的意義。因?yàn)樗聝x表系統(tǒng)在使用中，會(huì)逐漸出現(xiàn)短路、通訊故障等各種各樣的問(wèn)題，使水下數(shù)據(jù)的獲取變得困難，直接影響著水下流動(dòng)性安全保障。以南海某氣田為例，在投產(chǎn)不到兩年的時(shí)間里，出現(xiàn)了大多數(shù)的井下壓力計(jì)故障，無(wú)法判定地層的溫度壓力數(shù)據(jù)，給氣田的生產(chǎn)管理造成較大的困難。同時(shí)，由于其所安裝的位置，水下設(shè)施儀表的修復(fù)難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于固定式平臺(tái)或者浮式油氣處理設(shè)施，很多情況下都不能及時(shí)修復(fù)。因此在之后的生產(chǎn)中，需要根據(jù)其他參數(shù)進(jìn)行流程調(diào)整以及藥劑的注入等，建立及優(yōu)化氣井動(dòng)態(tài)管理數(shù)據(jù)庫(kù)具有更加重要的意義。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)海洋石油戰(zhàn)略的不斷實(shí)施，水下生產(chǎn)技術(shù)已成為深水油氣田開(kāi)發(fā)的核心技術(shù)，越來(lái)越多的海洋深水氣田設(shè)施建成投用，總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)并相互借鑒，可有效提高海洋油氣設(shè)施調(diào)試和生產(chǎn)水平，確保氣井的安全投產(chǎn)和生產(chǎn)運(yùn)行。通過(guò)水合物的預(yù)防、海管混輸管理及建立氣井?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)的生產(chǎn)措施，不斷深化和細(xì)化精細(xì)生產(chǎn)管理工作，將極大地推動(dòng)深水天然氣開(kāi)采不斷走向成熟，提高整體生產(chǎn)水平。

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