某油氣田混輸管道沉積固相分析及清管研究

馮盼 FENG Pan；曹彧維 CAO Yu-wei；胡守博 HU Shou-bo；文星強(qiáng) WEN Xing-qiang；黃翼HUANG Yi

（重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院，重慶400000）

0 引言

在油氣資源的長(zhǎng)距離運(yùn)輸過程中，往往受運(yùn)輸環(huán)境等等因素的影響，導(dǎo)致管道中運(yùn)輸?shù)挠推啡菀装l(fā)生固體物沉淀，沉淀物中主要的成分大多為石蠟、瀝青等物質(zhì)。研究固體物質(zhì)的沉積規(guī)律，可以顯著提高清管作業(yè)的效率。

本文將根據(jù)某油氣田集輸管道的運(yùn)行狀況、油品資料及管道結(jié)構(gòu)，開展某油氣田集輸管道的運(yùn)行狀況下原油粘溫關(guān)系的研究，得到原油中固相的沉積規(guī)律，進(jìn)一步得到設(shè)計(jì)工況下某油氣田集輸管線的溫度分布、壓力分布，最后確定某油氣田集輸管線清管方案。

1 蠟沉積預(yù)測(cè)模型

目前原油管輸沉積物的成分就大多數(shù)為蠟質(zhì)，所以匹配合適的蠟沉積預(yù)測(cè)模型非常重要。迄今為止，管流蠟沉積預(yù)測(cè)模型主要以分子擴(kuò)散、老化、剪切剝離和剪切彌散理論為基礎(chǔ)而建立。具體各個(gè)蠟沉積模型的特點(diǎn)如表1 所示。

表1 蠟沉積模型匯總

2 現(xiàn)場(chǎng)分析

某油氣田片區(qū)地面集輸管網(wǎng)形式以星狀管網(wǎng)為主，采用油氣混輸工藝，所在地區(qū)冬季氣溫低，夏季晝夜溫差大，停輸時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)容易發(fā)生凝管現(xiàn)象。由于油品含蠟量較高，運(yùn)行時(shí)時(shí)越容易發(fā)成蠟堵，影響管線系統(tǒng)正產(chǎn)運(yùn)行。故根據(jù)某油氣田集輸管網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇1 區(qū)域的管線作為研究對(duì)象，分別為“1-6 井與 1 號(hào)閥組（A 管道）”、“1號(hào)閥組至中間閥組（B 管道）”、“中間閥組至處理站（C 管道）”。對(duì)這三條管線在三種流量、三種環(huán)境溫度下的運(yùn)行過程，共27 個(gè)工況分別進(jìn)行模擬溫壓計(jì)算。其中某油氣田A、B、C 三條管道的示意圖如圖1 所示。

圖1 某油氣田部分區(qū)域示意圖

管輸原油的成分表與粘溫特性曲線如表2 所示。

表2 某油氣田原油樣品組分含量表

原油輸出井1-6H 的口油樣特性曲線與粘溫曲線如圖 2、圖 3 所示。

圖2 1-6H 井口析蠟特性曲線

圖3 1-6H 井口油樣粘溫曲線

3 溫壓計(jì)算結(jié)果

管道溫壓計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫? 所示。

表3 管道溫壓計(jì)算結(jié)果匯總

單一管線分析：地溫對(duì)單位長(zhǎng)度壓降影響不大。地溫對(duì)溫降影響較大，且流量越小，溫降越大。現(xiàn)場(chǎng)情況，當(dāng)流量最小，地溫最低時(shí)，終點(diǎn)溫度最低。管線之間對(duì)比分析：根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出，A 管線壓力最高，壓降最大，該管管徑偏小但流量最小影響計(jì)算結(jié)果，管道溫度壓力計(jì)算結(jié)果相對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)較為吻合。B 管線管道長(zhǎng)度最大但壓降小，該管管徑流量大使得壓力迫降偏小計(jì)，管道溫度壓力計(jì)算結(jié)果相對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)較為吻合。C 管線壓力最低，壓降最小，該管管徑偏大且流量最大，管道溫度壓力計(jì)算結(jié)果相對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)較為吻合。根據(jù)溫度和壓力計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，A 管道蠟沉積風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)小，C 管蠟沉積風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)大。

4 清管方案

根據(jù)模擬，管輸系統(tǒng)中蠟沉積的發(fā)生減少了管道的有效流通面積，降低了管道的輸送能力，如果不加以處理，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成蠟堵事故，危及管道安全，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。所以應(yīng)當(dāng)制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案。

最終選擇選擇機(jī)械清管與化學(xué)清管相結(jié)合的清管方式，并以機(jī)械清管為主，化學(xué)清管為輔。清管器選擇泡沫清管器。根據(jù)混輸管道蠟沉積厚度分布結(jié)果，以蠟沉積最大厚度超過厚度臨界值作為清管周期的確定標(biāo)準(zhǔn)。該方法根據(jù)局部蠟沉積厚度制定，可避免清管器運(yùn)移過程中局部堵阻力過大導(dǎo)致清管器堵塞。根據(jù)OLGA 程序模擬，得出A段蠟沉積厚度結(jié)果如表4 所示。

表4 A 管道蠟沉積厚度

A 段在地溫為24℃時(shí)流量分別為228.6m3/d、160m3/d、298m3/d 蠟沉積厚度折線趨勢(shì)圖如圖4、圖5、圖6 所示。

圖4 流量228.6m3/d 條件下蠟沉積厚度分布預(yù)測(cè)結(jié)果

圖5 流量160m3/d 條件下蠟沉積厚度分布預(yù)測(cè)結(jié)果

圖6 流量298m3/d 條件下蠟沉積厚度分布預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)以上折線趨勢(shì)圖，當(dāng)A 管道清管周期為30 天時(shí)，符合管輸壓力要求。B 管道與C 管道的計(jì)算過程根據(jù)上文中的A 管道的蠟沉積厚度分布計(jì)算結(jié)果可知：A 管清管周期推薦清管周期為30 天；B 管清管周期推薦清管周期為90 天；C 管清管周期推薦清管周期為60 天。

5 總結(jié)

本報(bào)告的撰寫是經(jīng)過了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，了解某油氣田管網(wǎng)、管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)情況，并對(duì)油品進(jìn)行了取樣分析。并開展了流型轉(zhuǎn)換機(jī)理、水力模型、熱力模型三方面的調(diào)研。蠟沉積是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，蠟沉積機(jī)理可分為分子擴(kuò)散機(jī)理、剪切彌散機(jī)理、布朗擴(kuò)散機(jī)理、重力沉降機(jī)理、剪切剝離機(jī)理、老化機(jī)理等，并對(duì)目前各種清蠟手段做出了分析。并且確定最終的清管方案為：A 管清管周期推薦清管周期為30 天；B 管清管周期推薦清管周期為90 天；C 管清管周期推薦清管周期為60 天。