高黏原油海底管道停輸流動安全保障研究

張文欣

（中海油研究總院有限責(zé)任公司， 北京 100028）

1 前言

渤海某油田A平臺所產(chǎn)原油為高黏原油（流體性質(zhì)見表1），與同期相鄰的新開發(fā)油田B平臺，分別新建海底輸油管道輸送至C平臺，并依托C平臺至D平臺的輸油管道，最終輸送至終端。雖然A平臺高黏原油凝點低于海管埋地處最低環(huán)境溫度（4℃），但因其黏度對溫度較敏感，停輸工況下隨著管內(nèi)流體溫度降低，黏度增大，導(dǎo)致冷啟動或置換壓力較高，且區(qū)域供電較為復(fù)雜，需進行不同失電停輸工況的流動安全保障研究，以滿足安全再啟動要求。

圖1 區(qū)域平臺示意圖

表1 A平臺至C平臺海管輸送流體黏溫數(shù)據(jù) (mPa·s)

表2 C1平臺至D平臺海管輸送流體黏溫數(shù)據(jù) (mPa·s)

表3 D平臺至終端海管輸送流體黏溫數(shù)據(jù) (mPa·s)

2 停輸流動安全保障研究

該區(qū)域平臺和海管相互連接，各平臺供電情況不同，且依托平臺應(yīng)急電源不足，導(dǎo)致失電后停輸再啟動和置換較為復(fù)雜。該區(qū)域停產(chǎn)工況分為以下三種，現(xiàn)對每種停產(chǎn)工況進行再啟動或置換分析：

工況一：A平臺失電；工況二：C2平臺失電（C2平臺為C平臺供電）；工況三：D平臺失電（區(qū)域失電）。

2.1 工況一：A平臺失電

對于高黏低凝輸油管道，長時間停輸后不會凝管，管內(nèi)流體溫度降至環(huán)境溫度，可進行冷啟動，冷啟動的計算分析如下：

表4 A平臺至C平臺海底輸油管道冷啟動分析

通過表4可知，該管道冷啟動時間較長，因此在有條件的情況下應(yīng)優(yōu)先進行置換。計劃置換與應(yīng)急置換流程一致。

表5 A平臺至C平臺海底輸油管道置換分析

由于隨著管內(nèi)流體溫度降低，黏度增大，置換壓力增加，因此在以下時間內(nèi)必須啟動置換流程，使置換壓力可以滿足要求。工況一的A平臺失電工況下，僅需要置換A平臺至C平臺海管，其他海管均可正常輸送。

表6 A平臺至C平臺海底輸油管道置換流程啟動時間要求

2.2 工況二：C2平臺失電

C2平臺為C平臺供電，當(dāng)C2平臺失電時，因C平臺至D平臺為高黏低凝原油管道，長時間停輸后不會凝管，經(jīng)模擬計算，約500小時后管內(nèi)流體溫度降至環(huán)境溫度，此時冷啟動分析如下：

表7 C平臺至D平臺海底輸油管道冷啟動分析

通過以上分析可知，冷啟動時間較長，因此在有條件的情況下應(yīng)優(yōu)先進行置換。當(dāng)C2平臺計劃停產(chǎn)時，先對上游管道進行計劃置換，同工況一。根據(jù)原設(shè)計，該管道采用C1注水泵作為置換泵（孔板后排壓2650kPaA）且未掛應(yīng)急電。計劃置換流程如下：

表8 C平臺至D平臺海底輸油管道置換分析

隨著管內(nèi)流體溫度降低，黏度增大，置換壓力增加，因此在以下時間內(nèi)必須啟動置換流程，使置換壓力可以滿足要求。

表9 C平臺至D平臺海底輸油管道置換流程啟動時間要求

若C2平臺應(yīng)急失電，則應(yīng)立即啟動A平臺至C平臺和C1平臺至D平臺海管置換流程，B至C2平臺海管可將管內(nèi)流體置換存儲至C2平臺。因C1平臺原設(shè)計無應(yīng)急置換流程，需利用上游置換流體置換C1至D平臺海管。因A平臺中期水源井轉(zhuǎn)為注水井，置換介質(zhì)改為海水。為避免海水腐蝕，可考慮A平臺至C平臺海管管內(nèi)流體置換完全后，再開啟B平臺置換流程（與A平臺同時置換，并在4h內(nèi)完成置換），利用B平臺水源井水對C1至D平臺海管進行置換。

表10 C平臺至D平臺海底輸油管道應(yīng)急置換分析

2.3 工況三：D平臺失電（區(qū)域失電）

D平臺至終端輸油海管高黏低凝原油管道，長時間停輸后不會凝管，約500h后管內(nèi)流體溫度降至環(huán)境溫度，可進行冷啟動，分析計算如下：

表11 D平臺至終端海底輸油管道冷啟動分析

因該輸油管道較長（71km），導(dǎo)致冷啟動時間較長，因此當(dāng)D平臺計劃失電時，對該管道優(yōu)先進行置換。先對上游管道進行計劃置換，同工況一、二分析。根據(jù)原設(shè)計，該管道采用D平臺注水泵作為置換泵且未掛應(yīng)急電。計劃置換流程如下：

表12 D平臺至終端海底輸油管道置換分析

隨著管內(nèi)流體溫度降低，黏度增大，置換壓力增加，因此在以下時間內(nèi)必須啟動置換流程，使置換壓力可以滿足要求。

表13 D平臺至終端海底輸油管道置換流程啟動時間要求

當(dāng)D平臺應(yīng)急失電時，若在極端工況下，D平臺長時間無法恢復(fù)主電，A平臺至C平臺輸油海管（約100h）、C1平臺至D平臺輸油海管和D平臺至終端輸油海管在長時間停輸后（約500h）流體溫度降至環(huán)境溫度，恢復(fù)主電后，均可進行冷啟動操作。其他管道凝點低，無需置換，可在恢復(fù)主電后直接啟動。通過上述分析可知，各管道冷啟動時間均較長，因此通過與現(xiàn)場作業(yè)方溝通，該區(qū)域失電后在2h內(nèi)可恢復(fù)主電，另一區(qū)域失電后48h內(nèi)恢復(fù)主電。

經(jīng)過模擬計算，若2h內(nèi)恢復(fù)主電，則各海管可直接熱流體啟動外輸；即使考慮失電停產(chǎn)后48h內(nèi)恢復(fù)主電，可直接用外輸泵用外輸熱流體頂擠啟動至正常外輸，避免了流程的切換，計算結(jié)果如下：

表14 各海底輸油管道停輸再啟動計算分析

3 結(jié)論

海底管道是海上油氣開發(fā)生產(chǎn)的生命線，對于高黏低凝原油管道輸送管網(wǎng)，停輸后的流動安全保障分析極為重要[2]。區(qū)域失電工況復(fù)雜，老舊平臺的設(shè)計未考慮應(yīng)急電的供應(yīng)等都使得再啟動分析難度加大。本文充分利用輸油管網(wǎng)內(nèi)的平臺水源和設(shè)備，進行了各種失電工況下的各條海管的停輸再啟動分析，可有效縮短再啟動的時間并簡化流程，為高黏低凝海底輸油管道的停輸流動安全保障提供一定的指導(dǎo)。

◆參考文獻

[1] 陳晶華，付璇. 海底原油管道停輸溫降的Fluent模擬[J].石油化工高等學(xué)校學(xué)報，2014，27(2)：93-96.

[2] 唐寧依，張公濤，錢欣，等. 海上高凝原油管道流動安全保障方案研究[J].油氣田地面工程，2018，37(1)：47-50.