海底管道不同預(yù)熱計(jì)算方法對比

鞠朋朋

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

1 前言

海底管道作為海上平臺油氣外輸?shù)耐ǖ溃渥饔秒S著海上生產(chǎn)開發(fā)規(guī)模日益擴(kuò)大而愈加重要。為了保障海底管道正常投產(chǎn)運(yùn)行安全，特別是高粘易凝原油管道，在投產(chǎn)前需利用熱水對海管進(jìn)行預(yù)熱，保證海管出口溫度在原油凝點(diǎn)以上至少3 ℃。中國南海某油田有2座開采平臺，水深在87 m～90 m，兩平臺之間海管直徑16″，長約41.7 km，為雙層保溫管，保溫層厚度45 mm，油田開發(fā)示意圖如圖1。

圖1 南海某油田開發(fā)示意圖Fig.1 Development diagram of an oilfield in South China Sea

該油田原油凝點(diǎn)為22 ℃，最低環(huán)境溫度為17 ℃，低于原油凝點(diǎn)，海管投產(chǎn)前需利用熱水進(jìn)行預(yù)熱，保證海管出口溫度至少25 ℃(原油凝點(diǎn)考慮3 ℃設(shè)計(jì)余量)。工程開發(fā)一般使用OLGA軟件進(jìn)行預(yù)熱工況模擬，文章介紹兩種不同的模擬方法。

2 方法一：OLGA+PVTsim

該方法利用PVTsim提供組分輸入，OLGA軟件進(jìn)行預(yù)熱工況模擬。PVTsim軟件是一款流體組分處理軟件，可為多種石油化工軟件提供流體組分輸入，在海管預(yù)熱模擬中為OLGA提供預(yù)熱水的組分輸入；由于OLGA為多相流處理軟件，無法處理單組分流體，可在水中加入少量氮?dú)獾姆绞竭M(jìn)行工況模擬，對預(yù)熱時間影響不大。

建立海管在環(huán)境溫度條件下的初始條件，在重新啟動模擬中利用300 m3/h的70 ℃熱水進(jìn)行海管預(yù)熱，模擬過程中海管出口溫度曲線如圖2。

圖2 海管出口溫度曲線Fig.2 Outlet temperature curve of submarine pipeline

根據(jù)圖2可知，海管出口達(dá)到25 ℃大約19 h。

3 方法二：OLGA黑油模型

該方法利用OLGA軟件自帶的黑油模型進(jìn)行預(yù)熱工況模擬，不需要外部軟件進(jìn)行組分輸入，特別適用于沒有購買PVTsim等流體處理軟件的情況。在油氣田開發(fā)初期流體性質(zhì)缺乏，進(jìn)行海管直徑選擇等工況時可利用黑油模型進(jìn)行簡單估算，待后期資料詳實(shí)后再進(jìn)行管徑復(fù)核。在預(yù)熱模擬中，利用OLGA黑油模型輸入油、氣、水性質(zhì)，定義GLR(氣液比)、water cut(含水率)等參數(shù)，就可進(jìn)行預(yù)熱模擬。

海管預(yù)熱模擬時，利用17 ℃環(huán)境溫度水建立海管初始條件，20 h后利用300 m3/h的70 ℃熱水進(jìn)行海管預(yù)熱，模擬過程中海管出口溫度曲線如圖3。

圖3 海管出口溫度曲線Fig.3 Outlet temperature curve of submarine pipeline

根據(jù)圖3可知，海管出口達(dá)到25 ℃大約18.4 h(38.4 h-20 h=18.4 h)。

4 方案對比

方案一屬于工程設(shè)計(jì)常規(guī)做法，已在多個生產(chǎn)項(xiàng)目開發(fā)中應(yīng)用，設(shè)計(jì)結(jié)果可滿足工程開發(fā)需要；流體組分需要專門的軟件進(jìn)行處理，無法輸入單一組分，需要對流體組分進(jìn)行適當(dāng)處理。

方案二特別適用于沒有購買流體組分處理軟件的情況，計(jì)算結(jié)果與方案一接近，軟件操作簡單靈活，但由于工程設(shè)計(jì)習(xí)慣做法使用不是很多。

5 結(jié)論

為保障安全順利投產(chǎn)，高粘易凝原油海底管道投產(chǎn)前需進(jìn)行預(yù)熱，使海管出口溫度在原油凝點(diǎn)以上；OLGA作為海底管道動態(tài)模擬軟件在預(yù)熱工況中廣泛使用，其結(jié)果精度滿足工程開發(fā)需求。方案一和方案二作為兩種不同的預(yù)熱模擬方法，在工程開發(fā)中都有應(yīng)用，設(shè)計(jì)者可根據(jù)實(shí)際情況確定合適的方案。