基于OLGA的LX致密氣田管網(wǎng)水合物模擬

魏超 張兵 蘇羽

中海艾普油氣測試（天津）有限公司 天津 300450

致密氣由于井口節(jié)流，易生成水合物，而水合物的存在會對管道的安全運行至關(guān)重要，輕則影響管道的輸送效率，嚴重則會堵塞管道造成極大的安全事故。2018年，美國得克薩斯州的一條天然氣管道發(fā)生了爆炸，造成多人死亡和大規(guī)模財產(chǎn)損失。造成該事故的原因是管道內(nèi)水合物形成，堵塞管道引發(fā)爆炸，導(dǎo)致人員傷亡、經(jīng)濟損失等嚴重后果。

在水合物生成模擬方面，已有多位學(xué)者基于OLGA開展水合物研究，研究結(jié)果對現(xiàn)場具有一定的指導(dǎo)意義。王立滿[1]等人研究了射流清管器清管過程中水合物的生成和預(yù)防，考慮到射流清管器旁通會產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)，從而導(dǎo)致水合物生成，通過OLGA模擬清管過程中加注水合物抑制劑的量來解決這一問題。Zhang[2]等人通過考慮冷壁凝析水產(chǎn)生的水合物和氣芯凝析液滴的影響，建立了一種預(yù)測輸氣管道中水合物沉積的新模型，為海底和寒區(qū)油氣能源的高效、安全開發(fā)提供了有效支撐。史靜怡和丁家祥[3-4]等人基于CSMHyK水合物動力學(xué)模型和OLGA軟件對海底管道的水合物生成進行數(shù)值模擬，得到水合物生成的范圍以及避免水合物生成的壓力范圍。魏文倩和董國慶[5-6]等人通過OLGA全動態(tài)數(shù)值模擬軟件對海底管道水合物生成的多少以及生成的位置進行了相關(guān)的數(shù)值模擬研究，為深海管道水合物的防治提供了一定的意見。王海秀[7]等人結(jié)合海底多相流管道水合物生成的數(shù)學(xué)模型，利用OLGA對海底管道不同含水率、氣油比和流量下的水合物的生成情況進行數(shù)值模擬。

綜上可知，基于OLGA軟件水合物生成模擬主要集中在海底管道，而在非常規(guī)致密氣田下的水合物模擬預(yù)測較為缺乏。因此，本文基于OLGA開展LX致密氣田現(xiàn)場工況下的水合物預(yù)測研究，得到其高風(fēng)險位置和生成量。本文結(jié)果對致密氣田水合物預(yù)測提供一定的參考價值。

2 LX 致密氣田某管網(wǎng)模型的建立

根據(jù)LX致密氣田某管網(wǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)建立OLGA管網(wǎng)模型，如圖1所示。環(huán)境溫度為10℃（夏季工況），模型驗證結(jié)果見表1。模型誤差小于8.64%，滿足模擬要求。

表1 節(jié)流前后壓力值誤差結(jié)果

圖1 LX致密氣田某管網(wǎng)示意

3 管網(wǎng)水合物模擬結(jié)果

3.1 水合物生成的溫壓差預(yù)測

DTHYD（Difference between section and hydrate temperature）變量為管道剖面溫度和水合物生成溫度之間的差值，DTHYD越負，表明管道剖面溫度越高于水合物生成溫度，水合物不易生成，反之則反。圖2為各井口節(jié)流管道DTHYD結(jié)果，節(jié)流前各管道DTHYD為負值，水合物不易生成，節(jié)流后LINE-3-106-4D、LINE-3-106-5D、LINE-3-74-2D、LINE-3-74-4H、LINE-3-106-2D、LINE-3-106-3D以及LINE-3-106-0管道的DTHYD為正值，水合物生成風(fēng)險增大。例如，LINE-3-106-4D管道節(jié)流前后溫降最大，節(jié)流前DTHYD最小值為-0.82℃，節(jié)流后DTHYD最大值為7.12℃。圖3各干線管道的DTHYD均小于0，水合物均不易生成。

圖2 各管道水合物DTHYD預(yù)測結(jié)果

圖3 各管道水合物DTHYD預(yù)測結(jié)果

DPHYD（Difference between section and hydrate pressure）變量為管道剖面壓力和水合物生成壓力之間的差值，DPHYD越負，表明管道剖面壓力越低于水合物生成壓力，水合物不易生成，反之則反。圖4為各井口節(jié)流管道DPHYD結(jié)果，節(jié)流前各管道DPHYD為負值，水合物不易生成，節(jié)流后LINE-3-106-4D、LINE-3-106-5D、LINE-3-74-2D、LINE-3-74-4H、LINE-3-106-2D、LINE-3-106-3D以及LINE-3-106-0管道的DPHYD為正值，水合物生成風(fēng)險增大。例如，LINE-3-106-4D管道節(jié)流前后壓降最大，節(jié)流前DPHYD最小值為-8.77bar，節(jié)流后DPHYD最大值為26.08bar。圖5其他干線管道的DPHYD均小于0，水合物均不易生成。

圖4 各管道水合物DPHYD預(yù)測結(jié)果

圖5 各管道水合物DPHYD預(yù)測結(jié)果

3.2 水合物生成高風(fēng)險位置預(yù)測

由3.1節(jié)可知，水合物生成風(fēng)險主要集中在節(jié)流管道，干線無風(fēng)險，因此采用HYDMASS變量（單位體積管道中水合物的生成質(zhì)量）對節(jié)流管道進行分析。由圖6可得到只有LINE-3-106-4D管道生成水合物，10m處為節(jié)流點。節(jié)流前不不生成水合物，節(jié)流后生成水合物，且在管道末端生成HYDMASS最大，為0.96kg/m3。

圖6 各節(jié)流管道中水合物生成的質(zhì)量

通過觀察LINE-3-106-4D管道所處的溫度壓力與水合物生成所需要的溫度壓力由圖7可以發(fā)現(xiàn)，節(jié)流前管道溫度在水合物生成溫度之上，壓力在水合物生成壓力之下，且變化較為平緩。節(jié)流位置管道的溫度壓力與水合物生成的溫度壓力發(fā)生驟降，且水合物生成壓力比管道壓力降幅大，水合物生成溫度比管道溫度降幅小。管道的壓力在水合物生成壓力之上，溫度在水合物生成溫度之下，生成水合物。在管道的14m處，管道的溫度壓力與水合物生成的溫度壓力相比具有最大的差值。在該處的溫度比水合物生成的溫度低7.12℃，壓力比水合物生成壓力高34.85bar，所以在該位置更容易生成水合物，水合物生成質(zhì)量為0.46kg/m3。

圖7 LINE-3-106-4D管道與水合物生成的溫度壓力結(jié)果

4 結(jié)論

1）在LX致密氣田中，水合物高風(fēng)險位置主要集中在節(jié)流后的管段，應(yīng)重點關(guān)注。

2）LX致密氣田干線管道水合物生成風(fēng)險較低，這與環(huán)境溫度緊密相關(guān)，其他類似情況應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際條件做進一步模擬和預(yù)測分析。