蘇里格氣田輸氣管道清管周期分析

王 惠 ，萬 暢 ，曾 萍 ，梁凌云 ，茹志娟

（1.中國石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西西安 710018；3.廣東省科技干部學院，廣東廣州 519090）

井口開采出來的天然氣，攜帶著大量水和凝析液，經集氣站初步處理后，成為飽和濕天然氣，通過集氣干線輸送至天然氣處理廠。天然氣從集氣站到處理廠的輸送過程中，由于壓力、溫度的改變，飽和的天然氣狀態發生了變化，導致天然氣中的水蒸氣及重烴凝析出來，輸氣效率降低。當管線積液到一定程度就會影響到管道的高效運行，此時需進行清管作業。

1 清管周期概述

1.1 清管周期的主要影響因素

（1）管線積液量；（2）氣液混合物在管道中允許的壓降和流速；（3）液塞捕集器的大小；（4）管道內氣體流速。以上影響因素轉變為相應的參數，即：積液量、壓差、輸氣效率及氣體流速（氣體攜液能力）。

1.2 清管周期參照標準

目前清管周期的參照標準主要有以下三種：

（1）最小輸氣效率，SY/T5922-2003規定，當輸氣效率小于95%時，宜進行清管。實際上，對于發展中的蘇里格氣田，氣量是不斷變化的，部分管線投產時氣量不足，輸氣效率不高。因此僅僅根據輸氣效率判斷清管時機對于氣量變化的輸氣管線是不夠的。

（2）經驗判斷，現場生產中，一些單位以最大允許壓差為依據判斷是否清管。影響壓差的因素主要有：積液量、氣體流速、管線摩阻等。實際運行中，輸氣管線規格、長度、氣量都各有差異，最大允許壓差亦不盡相同。

（3）最大允許積液量，部分單位則根據管線末端捕集器的處理量為最大允許積液量進行清管判斷。在蘇里格氣田，捕集器的液體處理量為60 m3。

這里，通過最大允許積液量為例分析其在蘇里格氣田清管周期的適用性。

1.3 天然氣含水量概念

飽和含水量：在一定條件下即氣體組成、溫度及壓力一定時，天然氣與液體水達到相平衡時，氣相中的含水量即為天然氣的飽和含水量。

飽和含水氣的特點：濕度為100%。飽和含水量取決于天然氣的組成、溫度和壓力。溫度越高，飽和含水量越高；壓力越高，飽和含水量越低；組分越富，飽和含水量越高[1]。在蘇里格氣田，整個集氣系統傳輸的介質均為濕氣。

2 天然氣含水量的變化原理

天然氣在管道中流動，隨著壓力、溫度的變化，其飽和含水量也在發生變化。曲線P、T為天然氣沿管道壓力、溫度分布曲線，曲線 abcd為對應輸氣管道的壓力溫度下的飽和含水量曲線（見圖1）。在輸氣管的前半部，壓力下降不大，溫度急劇下降，飽和含水量也隨之下降，如ac段；在輸氣管的后半部，溫度下降平緩，接近于周圍介質溫度，壓力則急劇下降，對應的飽和含水量逐步上升，如cd段；以c點的飽和含水量最小。

天然氣輸入管道后，由于溫度高于露點，氣體未被水蒸氣飽和，含水量相當于 h點，氣體向前流動含水量并不改變，由于溫度下降，至b點而飽和，從b點至c點含水量逐步減小，沿途有水析出，但bc段一直飽和，氣體的水蒸氣分壓等于該溫度下水的飽和蒸氣壓，bc段的氣體露點也就是該段輸氣管的溫度，由于水的析出，c點以后含水量不可能再增大，直至e點始終保持最小的含水量，從飽和變至不飽和，水蒸氣分壓逐步變低，氣體的露點則愈低于輸氣管溫度[2]。

圖1 輸氣管的含水量變化原理

3 天然氣飽和含水量的確定

目前，天然氣飽和含水量的確定方法有很多種，如實驗測定、算圖、經驗方程以及狀態方程計算等。鑒于實驗測定、圖版等方法工作量相對較大，以下分析總結一種簡單適用的解析式計算法。

3.1 天然氣飽和含水量計算方法

查詢相關文獻，天然氣飽和含水量的解析計算方法主要有以下幾種：

（1）方法一，Bukacek發表了壓力在1.4～21 MPa范圍內天然氣中飽和含水量的計算公式[3]：

式中：WH2O-天然氣的含水量，kg/m3；P-天然氣體系的壓力，MPa（絕）；T-天然氣水露點的溫度，℃。

表1 Ai值

Ai取值（見表 1）。

（2）方法二，Mcketta-Wehe計算法，適用范圍為壓力低于8.3 MPa，溫度低于82℃[3]。

式中的A、B值由下式計算：

式中：ai、bi為系數（見表 2）。

表2 ai和bi的系數

（3）方法三，用現代計算機技術回歸的相關數據提出了基于算圖的計算機化方法[3]：

式中所用系數（見表3）。

以上3種公式化計算方法涉及參數簡單，對于現場生產人員來說便于計算，并掌握管線運行情況。

3.2 天然氣飽和含水量計算比較

下面以蘇里格氣田蘇A-F干線運行參數為例對以上三種公式法計算進行比較。首先通過TGNET軟件模擬管線沿途溫度、壓力變化情況。

表3 方法3中使用的系數

表4 模擬蘇A-F干線沿途溫度、壓力變化

表5 輸氣管線實際積液與估算積液比較

同上，計算了幾條干線的積液情況，并與實際清管積液進行比較（見表5）。

表5表明，比較而言方法二即Mcketta-Wehe法結果誤差較小，基本維持在12%以內，且估算值略為偏小。分析認為，在誤差允許范圍內，估算值通過校正基本可以用于指導現場清管作業。

4 確定蘇里格氣田輸氣管線清管制度

確定管道的最佳清管周期，對管道的安全運行至關重要。在一個清管周期內，如果輸量基本保持不變，對于濕氣輸送，隨著凝析液的增加，管道的實際流通面積減少，動力消耗增加。隨著時間的推移，管道中的凝析液的量越來越大，為降低管道輸送氣體的單位能耗，就必須在管道運行一段時間后實施清管。清管后與清管前相比，管道的實際流通面積增大，管輸摩阻損失減少，單位氣體的動力消耗也降低。所以清管是管道運行一段時間后必須的作業。

通過上述分析表明，解析法Mcketta-Wehe估算輸氣管線積液值基本可靠，該算法相對簡單、快捷，同時比較實用于生產。考慮到估算誤差，對計算清管周期進行了校正，計算結果（見表6）。

表6 蘇里格氣田輸氣管線清管周期估算

表6 蘇里格氣田輸氣管線清管周期估算（續表）

5 認識

輸氣管線的清管周期是不固定的，而應該是一個與輸送工藝、操作條件、輸送介質的性質、環境狀況等諸多因素相關的動態的參數。因此有必要對輸氣管線的運行參數進行動態監測，將當前管線節點壓力與管線上一次清管后投運時的節點壓力相比較來決定是否進行清管。

在誤差允許條件下，解析法Mcketta-Wehe估算輸氣管線積液可以用于指導現場清管，適用于蘇里格氣田。

[1]喬秀民，杜樹彬.天然氣含水量及水化物的生成[J］.油氣田地面工程，2005，24（12）：18.

[2]劉寶玉，郝敏，陳寶東.長輸管道內天然氣最大允許含水量的預測[J］.石油化工高等學校學報，2004，17（2）：75-78.

[3]諸林，白劍.天然氣含水量的公式化計算方法[J］.天然氣工業，2003，23（3）：118-120.