海管首次通球清管作業(yè)實踐與效果探究

陳陽(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司，天津 300452)

0 概述

南海北部灣某油田，位于潿洲島東南方，距潿洲島約31 km，油田所處海域平均水深約30.3～34.3 m。該油田通過采用自升式移動式平臺進(jìn)行開發(fā)開采，該平臺到下游平臺的6寸海管于2022年4月8日投入使用。海底管道的通球檢測是對其進(jìn)行日常運營維護(hù)的重要手段。根據(jù)中海油海底管道完整性管理規(guī)定，對于滿足清管條件的海底管道清管作業(yè)要求每年不少于 2次[1]。

本次海管通球清管作業(yè)較之前開展的海管鋪設(shè)完工之后的通球作業(yè)以及基線檢測的通球作業(yè)有著本質(zhì)區(qū)別，本次通球作業(yè)是該油田投產(chǎn)、海管投入運營之后的首次通球清管作業(yè)，在維持正常生產(chǎn)的前提下開展，并且利用正常生產(chǎn)的流體介質(zhì)作為動力源，而且該油田具有稠油、高含硫化氫等特點，增加了本次通球作業(yè)難度與風(fēng)險。為降低本次通球作業(yè)風(fēng)險，計劃先發(fā)中密度泡沫球，待收球后再繼續(xù)發(fā)尼龍刷直板球，通球類型與基線檢測時球體參數(shù)一致。

1 海管概況

1.1 管道數(shù)據(jù)

本次海管通球的路由是：HYSY163平臺側(cè)的立管+40 m柔性膨脹彎軟管+平管段硬管+下游平臺側(cè)的硬管膨脹彎+下游平臺側(cè)的立管。海管相關(guān)數(shù)據(jù)資料如表1所示。

表1 海管相關(guān)數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計表

1.2 管道附件

管道附件如表2所示。

表2 管道附件統(tǒng)計表

1.3 原油物性

目前為A2H井單井投用，產(chǎn)量540 m3/d，含水14%。經(jīng)查閱該油田ODP等相關(guān)資料，產(chǎn)層為角二段，析蠟起始點為12.3 ℃，析蠟高峰點為7.8 ℃，原油預(yù)測凝點為-6 ℃，含蠟量6.67%，膠質(zhì)含量15.11%，瀝青質(zhì)含量1.03%，現(xiàn)場做試驗，在8 ℃下，流動性較好。目前首次通球不存在凝管風(fēng)險。

1.4 通球歷史及本次計劃通球情況

HYSY163平臺至下游平臺的海管為新建鋪設(shè)海底管道，于2022年1月完成鋪設(shè)，并于2022年2月完成了海管完工后清管測徑作業(yè)，2022年3月完成了海管基線檢測作業(yè)。具體情況如下。

(1)海管鋪設(shè)完工后清管測徑作業(yè)。2022年2月14日按照既定的作業(yè)計劃與方案，先后完成了海管清管測徑試壓作業(yè)。作業(yè)期間，連接臨時管線，采用海水作為介質(zhì)，啟動消防泵作為動力源，第1～2個球(提前放置于海管平管段兩端管內(nèi)作為隔水球，103%ID直板球)兩球體均完好略有磨損，泥沙雜質(zhì)3 kg；第三個球是泡沫球，收到清管球球體，球體完好，泥沙雜質(zhì)2.5 kg；第四個球是直板球，收到清管球球體1個，球體完好，測徑板略有磨損，泥沙雜質(zhì)0.2 kg。

(2)投產(chǎn)之前進(jìn)行基線檢測作業(yè)。2022年3月27日，按照既定的作業(yè)計劃與方案，先后完成了海管基線檢測作業(yè)。基線檢測作業(yè)期間，采用海水作為介質(zhì)，啟動應(yīng)急置換泵作為動力源，先后開展了七次通球：1#中密度泡沫球、2#機(jī)械測徑球、3#機(jī)械測尼龍刷球、4#機(jī)械測磁鐵球、5#電子幾何測徑球、6#超聲波檢測器模擬體、7#超聲波檢測器，均按照估算時間到達(dá)收球端，球體完好，僅有微量的焊渣和鐵屑等雜質(zhì)。

(3)本次計劃通球情況。根據(jù)海管情況，為避免通球過程中出現(xiàn)卡堵情況，減小通球風(fēng)險，采取漸進(jìn)式通球策略進(jìn)行通球。本次通球計劃首先通一個泡沫球，待下游平臺收到泡沫球，檢查完好狀態(tài)之后，再繼續(xù)通尼龍刷直板球。這兩個球的尺寸規(guī)格型號與基線檢測所使用的泡沫球和尼龍刷直板球的尺寸規(guī)格型號完全一樣。

2 通球前準(zhǔn)備

2.1 作業(yè)設(shè)備

(1)根據(jù)管道尺寸確定球的尺寸。管道外徑168.3 mm，管道壁厚15.9 mm，管道內(nèi)徑136.5 mm。對應(yīng)清管階段運行的清管球：103%ID=141 mm中密度泡沫球(中密度80～120 kg/m3、球體直徑141 m)、99%ID=135 mm直板尼龍刷球(導(dǎo)向盤(99%ID)、密封盤(106%ID)、尼龍刷盤(106%ID))。

(2)從“人機(jī)料法環(huán)”等方面檢查確認(rèn)準(zhǔn)備齊全完好，隨時可用狀態(tài)。

2.2 藥劑的加注

殺菌劑清管加注，選擇其中1種殺菌劑。計算用量，換算成加注量和加注時間。使用在用殺菌劑加注點，發(fā)球后進(jìn)行加注殺菌劑75L(三個管程)。緩蝕劑加注預(yù)膜實施：計算3倍加注濃度下緩蝕劑加注量。使用在用緩蝕劑加注點。檢查在用藥劑加注泵。殺菌劑加注結(jié)束后，緩蝕劑以3倍濃度加注，持續(xù)加注兩個管程之后恢復(fù)正常注入濃度。

2.3 通球時間

根據(jù)海管運行參數(shù)和油氣水綜合外輸量計算海管通球時間，海管輸送介質(zhì)為純液(油水混合物)，則海管通球時間計算公式如下：

根據(jù)以上公式：海管管線容積為120 m3，根據(jù)目前情況，目前外輸量按22 m3/h(不考慮間隙漏失)的掃線排量計算，則T≈5.5 h。

3 通球作業(yè)程序

(1)召開作業(yè)前的技術(shù)溝通會及開展JSA(工作安全分析)；開具作業(yè)許可；并確認(rèn)物料工具機(jī)準(zhǔn)備齊全。

(2)確認(rèn)生產(chǎn)工藝流程平穩(wěn)運行，并且外輸泵的運轉(zhuǎn)狀態(tài)正常，避免通球期間進(jìn)行外輸泵的倒泵、清洗外輸泵的濾器等情況。

(3)確認(rèn)海況氣象良好，有守護(hù)船(環(huán)保船)巡航海管海面狀況。

(4)與收球方中控聯(lián)系，確認(rèn)下游是否導(dǎo)入收球流程，準(zhǔn)備發(fā)球的工具和清管球，并對清管球進(jìn)行發(fā)球前的拍照存檔記錄。

(5)檢查確認(rèn)發(fā)球筒流程處于隔離狀態(tài)(V1-V4,V6-V12)，壓力表讀數(shù)為0，打開底部排放閥(V9、V10、V11)清洗惰化發(fā)球筒(氧氣含量低于5%)，確保惰化合格之后關(guān)閉底部排放閥(V9、V10、V11)，發(fā)球筒頂部緩慢泄壓，確認(rèn)無壓力之后打開發(fā)球筒快開盲板，裝入清管球，并將清管球推入發(fā)球筒根部，關(guān)閉快開盲板，確保發(fā)球筒快開盲板已經(jīng)鎖緊，然后關(guān)閉頂部泄壓口，打開底部排放閥進(jìn)行氮氣置換惰化發(fā)球筒，并確認(rèn)兩個發(fā)球指示器處于可工作的正常狀態(tài)。

(6)打開發(fā)球筒的平衡閥(V8)，然后緩慢打開發(fā)球筒進(jìn)口閥門(V1、V2)的旁通1寸球閥和截止閥，并排氣，壓力達(dá)到0.7 MPa后，關(guān)閉1寸球閥和截止閥，觀察發(fā)球筒快開盲板處及筒體有無滴漏現(xiàn)象。

(7)與收球方中控聯(lián)系，確認(rèn)做好其他收球準(zhǔn)備后，緩慢打開清管球發(fā)球器的進(jìn)口球閥(V1、V2)充壓，壓力平衡后，全關(guān)此閥(V1、V2)，對筒體進(jìn)行保壓觀察，如無壓降且發(fā)球筒外觀無泄漏，再全開發(fā)球器進(jìn)口球閥 (V1、V2)。

(8)關(guān)閉發(fā)球筒的平衡閥(V8)，快速打開清管球發(fā)球器的出口球閥(V3、V4)。

(9)緩慢關(guān)閉清管球發(fā)球器的旁通球閥(V5)。

(10)觀察清管球指示器，當(dāng)確認(rèn)清管球發(fā)射出去后，聯(lián)系收球方，清管球已發(fā)出，并記錄時間和下海管壓力和流量。

(11) 10 min后打開清管球發(fā)球器的旁通閥(V5)。

(12)關(guān)閉清管球發(fā)球器的進(jìn)口球閥(V1、V2)和出口球閥 (V3、V4)。

(13)打開清管球發(fā)球器底部的排放閥(V9、V10、V11)，進(jìn)行排放泄壓，確認(rèn)筒體壓力情況，壓力表示數(shù)為0時，充氮氣吹掃惰化(氧氣含量低于5%)，惰化完成之后，關(guān)閉排放閥 (V9、V10、V11)，打開發(fā)球筒快開盲板，進(jìn)一步檢查確認(rèn)清管球是否已發(fā)送，確認(rèn)無誤后關(guān)閉發(fā)球器快開盲板，確保發(fā)球筒快開盲板已經(jīng)鎖緊。

(14)根據(jù)下海管的流量估算通球時間，保持與收球方中控聯(lián)系，相互通報并記錄好清管作業(yè)運行記錄，關(guān)注海管運行情況。

(15)清管球到達(dá)下游平臺的清管球接收器后，收球方對發(fā)球筒的雜質(zhì)進(jìn)行收集稱重和拍照，通球作業(yè)結(jié)束。

(16)待下游平臺收到泡沫球之后，按照以上發(fā)球程序準(zhǔn)備發(fā)尼龍刷直板球進(jìn)行通球作業(yè)。密切關(guān)注海管壓力、流量變化，做好詳細(xì)記錄。收球方對發(fā)球筒的雜質(zhì)進(jìn)行收集稱重和拍照，通球作業(yè)結(jié)束。發(fā)球端工藝流程示意圖如圖1所示。

圖1 發(fā)球端工藝流程示意圖

4 異常狀況分析及處置措施

4.1 球旁通

如果管道內(nèi)壁有異物將清管器密封盤刮破或密封盤磨損嚴(yán)重，流動介質(zhì)就會產(chǎn)生旁通，在發(fā)送直徑小于等于管線內(nèi)徑的清管器時，可能會由于旁通造成清管器滯留在海管中或長時間不能收球。如超過1.5倍理論運行時間(同時參考累計流量值)，球體仍未到達(dá)收球筒，可視為球體發(fā)生旁通。對應(yīng)的處置措施如下：

(1)逐漸適當(dāng)提高海管輸送入口壓力，同時增大上游入口流量，下游快速泄壓，誘使清管器向前運行，同時，中控觀察收/發(fā)球端壓力變化，分析球體運行情況。

(2)根據(jù)通球時間、壓力波動及流量大小，分析球體旁通位置；再發(fā)送1個泡沫球進(jìn)行推球。

4.2 卡堵

由于遇到較大阻力清管球卡在管內(nèi)，使管線堵塞，流動介質(zhì)不流動(沒有收到清管球，流動介質(zhì)流量接近零、上游壓力快速上升)。若清管球前后上下游壓差增大1 MPa，可視為清管球卡堵在管線中。

首先，采用漸進(jìn)式清管，通球期間管道運行參數(shù)應(yīng)保持穩(wěn)定[2]，滿足下一步作業(yè)要求后再過渡；通過發(fā)球時間，流量，運行時間及管道特征點，分析球體遇堵的位置及原因；采取增加上游壓力或下游泄壓，迫使清管球移動。如果還不能解堵，考慮反推后再正推或者反推的方式推動清管球。另外，如在實際通球過程中發(fā)現(xiàn)發(fā)球端壓力上升較快(相對于收球端壓力)，則應(yīng)暫停作業(yè)，分析球體在管道中的運行情況，判斷卡球風(fēng)險，必要時采取反推措施(反推再正推，使球活動后重新密封，而不是將球反推回發(fā)球筒)。

4.3 設(shè)備故障或生產(chǎn)關(guān)斷

在通球作業(yè)期間，如果發(fā)生了外輸泵故障停泵或生產(chǎn)關(guān)斷等異常情況，導(dǎo)致外輸流量為零，而無法繼續(xù)通球作業(yè)，為防止海管凝管等風(fēng)險，需要啟動應(yīng)急置換泵進(jìn)行外輸置換，在啟動應(yīng)急置換泵之前提前導(dǎo)通流程啟動海水加熱器進(jìn)行加熱，應(yīng)急置換泵的最高操作壓力6 700 kPa,排量40 m3/h,可通過回流調(diào)節(jié)閥控制外輸流量，另外按照要求加注三倍注入濃度的海水緩蝕劑。

5 效果分析

在安全管理方面，油田現(xiàn)場管理人員針對現(xiàn)場實際生產(chǎn)工況及存在風(fēng)險，周密部署，全面細(xì)致分析，制定了詳細(xì)的通球作業(yè)方案程序及風(fēng)險防范措施，并且經(jīng)過審核批準(zhǔn)之后執(zhí)行。本次通球作業(yè)嚴(yán)格按照既定的作業(yè)方案程序落實執(zhí)行，作業(yè)前進(jìn)行全面作業(yè)安全風(fēng)險分析，崗位職責(zé)分工明確，組織操作人員學(xué)習(xí)作業(yè)方案，并在現(xiàn)場進(jìn)行通球技能實操培訓(xùn)，有效規(guī)避了各項作業(yè)風(fēng)險。

在生產(chǎn)管理方面，提前做好上下游的溝通確認(rèn)，避免了溝通不到位導(dǎo)致的生產(chǎn)關(guān)停與安全風(fēng)險，嚴(yán)格按照操作程序執(zhí)行，注意閥門開關(guān)順序，通球過程中壓力在2.2 MPa左右，海管介質(zhì)流量在22 m3/h左右，介質(zhì)溫度68 ℃左右。采用與基線檢測同樣類型的清管器實現(xiàn)了最大限度降低風(fēng)險，并且采取先通泡沫清管器，是一種經(jīng)濟(jì)的清管工具，與剛性清管器相比，它有很好的變形能力和彈性，在壓力作用下與管壁形成很好的密封，能夠順利通過各種彎頭、閥門和管道變形段，當(dāng)發(fā)生卡球時方便加壓碎球，并且不會對管道造成損傷。一般情況下清管器外徑相對管道內(nèi)徑過盈量選擇3%～5%，清管器長度不大于管徑的1.5倍[3]。

泡沫球和直板球沒有發(fā)生卡球現(xiàn)象，均按照預(yù)算的時間先后依次到達(dá)下游收球端，通球過程中壓力平穩(wěn)，球體完好無損，收球后球筒內(nèi)無雜質(zhì)。證明本次通球取得了良好效果。海底管道通球作業(yè)可有效清除海底管道雜質(zhì)、蠟質(zhì)等沉淀，保持和恢復(fù)海管輸油、輸氣能力，清管作業(yè)也可以為海管內(nèi)檢測做準(zhǔn)備。

6 結(jié)語

通過對海上油田試生產(chǎn)投產(chǎn)后海管首次通球作業(yè)進(jìn)行全面分析，其中涵蓋了海管通球的異常狀態(tài)及應(yīng)急處置措施，通過編制作業(yè)實施方案、HSE方案、作業(yè)許可與作業(yè)前準(zhǔn)備工作、作業(yè)程序的執(zhí)行等方面，進(jìn)行通球清管作業(yè)效果分析總結(jié)，積累了豐富的通球作業(yè)經(jīng)驗和如何規(guī)避通球作業(yè)風(fēng)險以及異常狀態(tài)下的應(yīng)急處置措施。本文針對該油田試生產(chǎn)投產(chǎn)后的首次通球技術(shù)實踐進(jìn)行探究分析，對今后油田所轄的海管完整性管理以及通球清管作業(yè)實踐等均具有很強的借鑒與指導(dǎo)意義。