一體化思維提升海上天然氣管網集輸安全研究

郭文飛（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450）

0 引言

海上石油平臺開采的天然氣，大多采用三甘醇再生系統進行脫水[1-3]，合格后的干氣再經海底管道輸送至各下游用戶。因此，三甘醇系統作為天然氣脫水的核心設備，對天然氣管網的集輸安全起到十分重要的作用[4]。

某海上油氣田擁有兩個中心平臺CEPA 和CEPB，其生產系統具有很高的關聯性，其各自擁有一套三甘醇脫水再生系統，用于脫水處理整個油氣田開采的天然氣，然后通過海底管道輸送至下游相關生產單元。然而在實際生產中，三甘醇系統給整個油氣田的安全生產帶來兩個明顯的隱患：一是，三甘醇系統每年都需要定期停運清洗維護；二是，三甘醇系統本身也有隨時故障停運的可能，造成濕氣外輸不可避免。本文通過分析兩個中心平臺天然氣系統關聯性特點，利用一體化思維對天然氣系統進行優化改造，可以實現三甘醇系統停運期間最大程度的干氣外輸，為天然氣管網的安全運行提供重要保證。

1 油氣田天然氣系統生產情況簡介

1.1 油氣田天然氣系統簡介

某海上油氣田擁有兩個中心平臺CEPA 和CEPB，通過棧橋相互連接。CEPA 中心平臺的天然氣處理系統主要包括本中心平臺所轄井口平臺的氣井氣和伴生氣，伴生氣經過壓縮機增壓后與氣井氣合并，進入三甘醇脫水系統進行處理。CEPB 中心平臺的天然氣處理系統與CEPA 中心平臺類似。兩個中心平臺經三甘醇脫水合格后的天然氣匯合后，除小部分供本油氣田透平發電機組自用外，大部分天然氣一起通過海底管線輸送至某陸地C 終端處理廠、D 陸地終端處理廠和E 油田群供透平發電用（流程詳情見圖1 中除紅色管線部分所示）。

C 天然氣終端海管具備濕氣外輸的條件，因為該海管下游終端擁有乙二醇回收裝置，根據過去生產經驗，只要持續注入乙二醇，讓海管下游乙二醇濃度高于50%，便可以保證天然氣海管的運輸安全。然而另外兩條海管D 和E，因下游均沒有乙二醇回收裝置，必須確保干氣外輸。

1.2 天然氣系統生產的主要問題

1.2.1 三甘醇系統計劃性停運維護

在實際生產過程中，油氣田兩個中心平臺都會安排三甘醇系統停運維保，期間讓濕氣外輸不可避免。比如CEPA 中心平臺進行三甘醇系統停運維護時，CEPA 處理的天然氣就從干氣變成了濕氣，同樣的，當CEPB 中心平臺進行三甘醇系統停運維護時，CEPB 處理的天然氣同樣從干氣變成了濕氣，因為兩個中心平臺處理后的天然氣是匯合以后共同外輸到下游三條海管的，意味著整個天然氣管網的各條海管都不得不面臨濕氣外輸的風險。

每年對三甘醇系統進行的停運維護的主要內容是進行徹底的堿洗，利用強堿循環清除整個三甘醇系統內部的雜質、結垢等，以實現整個三甘醇系統的純凈和品質。但因三甘醇系統流程復雜，清洗牽涉的工作量大，每一次作業至少需要7 天，兩個中心平臺就需要14 天。為了最大程度降低三甘醇系統停運期間海管輸凍堵的風險，油氣田一般會選擇夏天進行三甘醇系統清洗作業。在此期間，會向另外兩條干氣海管注大量甲醇。因甲醇無法回收，每年都會造成不小的經濟浪費。從油氣田歷年甲醇使用量統計情況看，三甘醇系統清洗期間甲醇的使用量占了油氣田全年甲醇使用量的約90%。

1.2.2 三甘醇系統非計劃性故障停運

三甘醇系統除了上述計劃性停運外，非計劃性故障停運這種極端工況也是很有可能發生的，其中CEPA 中心平臺就有一段時間因三甘醇加熱爐的故障造成了整個三甘醇系統的長時間停運。如若三甘醇系統的停運發生在冬季，則會給整個天然氣管網外輸安全帶來更大的困難，特別是供E 油田群透平發電機的E 海管，長時間的濕氣外輸，勢必會影響其生產用電的穩定，甚至可能引起E 油田群大范圍的失電關停，給公司造成更大的安全風險和經濟損失。

2 一體化思維實施優化生產改造

2.1 分析兩個中心平臺天然氣系統特點

通過分析油氣田天然氣生產流程就會發現，兩個中心平臺的天然氣流程有兩個特點：一是，獨立性。兩個中心平臺的天然氣系統或三甘醇系統在各自生產平臺時相互獨立的。任何一個中心平臺天然氣系統或三甘醇系統的因自身原因造成的停運，都不會引起另外一個中心平臺天然氣系統或三甘醇系統的停運；二是，關聯性。因為兩個中心平臺三甘醇脫水后的天然氣是共同匯合后輸往下游三條海管的，無論是哪一個中心平臺三甘醇系統的停運都會造成濕氣不可避免地進入下游三條天然氣海管中。

2.2 一體化思維實施優化改造方案

既獨立又關聯，是油氣田天然氣系統的兩個重要特點，也是解決三甘醇系統停運時天然氣管網集輸安全問題的關鍵。因此從油氣田整個天然氣系統出發，采用一體化思維，將這個系統合二為一。如圖1 所示，建立CEPB 中心平臺天然氣系統單獨去具備濕氣外輸能力的C 終端海管以及單獨去D 和E 兩條需要干氣外輸的優化流程。這樣改造后，就可以實現在CEPA三甘醇系統停運時，CEPA 的濕氣全部去具備濕氣外輸條件的C 海管，而D、E 兩條海管的天然氣則由CEPB 中心平臺的干氣供應；同樣，當CEPB 三甘醇系統停運時，可以讓CEPB 中心平臺的濕氣單獨去具備濕氣外輸條件的C 海管，D、E 兩條海管的天然氣則由CEPA 中心平臺的干氣供應。總之，讓具備濕氣外輸條件的C 海管充分發揮其濕氣外輸功能的優勢，同時讓D、E 兩條海管最大限度地避免濕氣的影響。

2.3 一體化思維優化改造體現的優點

（1）前瞻性的設計思路：利用一體化思維優化改造，是考慮到了未來可能發生的風險而提前預制的，是居安思危，是將生產的現在與未來進行系統化的結合，設計思路具有前瞻性和預判性。

（2）不用停產，降本增效：改造是依托原兩個中心平臺現有的濕氣外輸生產流程進行的，改造期間無需對CEPA 或者CEPB 平臺天然氣系統進行停產，將改造和生產一體化思考，避免了流程停用對生產帶來的風險和損失。

（3）改造不影響因果邏輯控制：優化改造是依托油氣田前期流程進行改造，壓力等級一致，流程互聯互通，油氣田原有生產關斷因果邏輯完全可以對優化流程進行實際控制，完全能夠保證流程改造后的運行安全。

3 流程優化改造后的使用效果

利用一體化思維，對油氣田天然氣系統實施優化改造以后，取得了良好的使用效果，油氣田三甘醇系統無論是計劃停運還是或障停運，都不會對整個天然氣管網集輸安全帶來嚴重的影響，最大程度上保證了天然氣管網運行的安全穩定。

3.1 流程投用安全平穩

油氣田天然氣系統流程優化改造以后，針對CEPA 中心平臺和CEPB 中心平臺三甘醇系統各自停運的情況，對投用流程進行了嚴格的測試。測試結果表明，只要提升C 終端海管乙二醇的注入濃度，保證其接收的乙二醇濃度高于50%，便可以保證C 海管天然氣輸送的穩定。另外D、E 兩條天然氣海管檢測的露點完全合格，天然氣管網運行安全平穩，達到了預期的目的，實現了油氣田整個天然氣系統和氣管網系統一體化管理應急能力的全面完善和提升。

3.2 節省大量甲醇費用

油氣田天然氣系統流程優化改造以后，無論是CEPA 中心平臺還是CEPB 中心平臺三甘醇系統在停運時，均不需要向下游各條天然氣海管注入大量甲醇，油氣田全年甲醇的使用量整體上降低了近90%，為公司帶來了很好的經濟效益。

3.3 油氣田區域經濟效益更加明顯

該海上油氣田是整個區域天然氣管網的集輸中心，通過一體化思維優化改造讓油氣田整個區域的經濟效益更加明顯，主要體現在以下3 點：（1） 無論是CEPA 還是CEPB 都是區域天然氣管網的主要供應者，流程程優化改造以后，即便是任何一個中心平臺三甘醇系統停運，都可以保證其所產天然氣濕氣的長時間正常外輸，最大程度避免了因三甘醇系統停運就造成天然氣系統停產的經濟損失，實現了生產系統的更加完善；（2）此次優化改造之前，一旦濕氣外輸造成海管凍堵，則E 油田群透平發電機必須且為燃油模式，如若透平發電機切油成功，柴油消耗將是大費用。若透平沒有切油成功，因此造成生產關停，則造成的經濟損失將更為大幅增加。因此一體化思維的優化改造，最大程度上保證了E 油田群生產穩定，將生產的經濟效益擴大到了更大范圍的生產單元；（3）實現了C 終端天然氣海管和D 終端天然氣海管運行安全，保證了這兩個終端廠天然氣的正常供應，實現了這兩個終端廠向其下游相關企業穩定供氣的條件，保證了公司在下游業務的經濟效益。

4 結語

（1）某海上油氣田針對海上天然氣管網集輸安全問題，在充分分析研究兩個中心平臺天然氣生產系統既獨立又關聯特點的基礎上，踐行居安思危的思想，利用一體化思維實施優化改造，思路清晰新穎，設計具有前瞻性和預判性，是對系統性思維的重要實踐。

（2）優化改造的流程投用后，生產平穩并節省了大量甲醇費用，將三甘醇系統停運對天然氣管網造成的風險降至了最低，為油氣田安全管理奠定了基礎，為油氣田區域經濟帶來了可觀的經濟效益，更為公司履行天然氣保供和服務民生發揮了重要作用。