水下生产系统流动保障管理策略的研究

流动保障用来保证在一个工程生命周期中, 在任何环境下都可以将油气经济地从储油气层运输到终端[1]。其中, 流体的性质和系统的热-水力分析通常用来制订相关策略, 有效控制和管理生产、运输油气系统中固体沉积物[2,3]。

流动保障分析在海底油气系统设计和运行中是一个重要环节, 其挑战主要集中在预防和控制能堵塞流程的固体沉积物[4]。

1 流动保障管理的主要阶段

流动保障管理主要针对几个阶段:初次开井阶段;生产阶段;关井阶段;热井和冷井再启动阶段。

2 流动保障管理重点的探讨

对于每个阶段, 均应重点考虑考虑生产管理、水合物管理、石蜡沉积管理和污垢和腐蚀管理。初次开井还应考虑对段塞流的管理。

对所有管理阶段, 石蜡沉积管理和污垢和腐蚀管理均采用相同的管理策略, 本文只在初次开井阶段进行说明。

2.1 初次开井阶段管理策略

生产管理

井的初次开启应考虑, 油嘴初始开度符合油气田储藏特性、井的动态, 以及主采油设备性能参数;确保产出流体温度不超过油嘴下游材料的设计温度;

段塞流管理:

采油树和采油树跨接管:油嘴部分打开或较小的开度时的节流作用可以降低段塞流的速度。

管汇/管道终端管汇跨接管:井口产出的流体应控制初始的产出速率, 以限制高速的产出流体流动。

水合物管理

水合物的阻止是在开井前, 通过将甲醇注入到井上游的翼阀中, 连续注入直到系统温度上升到水合物形成温度以上。

石蜡沉积管理

如果凝析油包含石蜡组分, 应该考虑石蜡沉积的可能。

污垢和腐蚀管理

本阶段应连续地注入阻垢剂到井下。当管道内壁为CRA材料时, 不需要注入阻蚀剂。

2.2 正常生产阶段管理策略

生产管理

正常生产运营时, 通过对油嘴开度的设置实现对单独井的流动控制。阻垢剂和乙二醇以一定的速率连续注入到每一口井下。

水合物管理

为避免采油树、管汇/管道终端管汇中产生水合物, 连续地注入乙二醇至每口生产井采油树油嘴的下游。

2.3 关井管理策略

生产管理

当工艺管道和跨接管中的水全部使用乙二醇置换后, 计划关井便可实施。非计划关井生产管理无法实施。

水合物管理

在计划关井期间, 为避免水下生产采油树油嘴上游流动阻塞, 注入甲醇防止水合物的生成, 注入量依据含水量确定。

在非计划关井时, 为避免水合物流动阻塞将乙二醇注入到油嘴下游, 将抑制剂注入到管汇、管道终端管汇和工艺管线。井紧急关闭之后应立即注入甲醇。

若发现水合物阻塞已经在采油树内生成, 应使用环空排放来降压, 持续降压至水合物生成压力以下;当水合物阻塞发生在管汇/管道终端管汇时, 应关闭采油树翼阀和油嘴, 通过排放管路和适宜的工艺管线、立管系统, 使管路内压力降至水合物生成压力以下。

2.4 热井和冷井再启动管理策略

生产管理

冷井和热井再启动应重点考虑以下因素的管理:

初始油嘴开度的设置;开启油嘴设置的步骤符合油气田储藏特性、井的动态, 主采油设备性能参数;流体温度不超过油嘴下游材料的设计温度;热井再启动产出速率受限于上部设施段塞流捕集器的能力和储油气层特性;

水合物管理

由于管路没有隔热层, 生产油嘴上游的管路会迅速冷却, 易形成水合物。注入乙醇到生产油嘴上游管路, 直到采油树温度上升到水合物生成温度以上;同时将乙二醇连续地注入到生产油嘴下游。

对于冷井, 由于温度较低, 甲醇的持续注入时间比热井要长, 冷井还可能结蜡, 因此需要加入石蜡抑制剂。

3 结语

当油气从储油层输送到终端的过程是可靠的、可管理的以及有经济效益的, 水下生产系统流动保障才是成功的。水下生产系统的流动保障管理策略应将如下因素作为重点进行管理:

3.1 系统生产能力:井口/采油树型号、生产/运输管道尺寸与加压, 段塞与乳化压降变化等;

3.2 热力学性能:温度分布、由启动/关闭引起的温度变化以及保温方式和加热需要;

3.3 固体沉积物和化学抑制剂:水合物、石蜡和积垢的阻止、缓解。

摘要：本文针对包括水下采油树、中心管汇、管道终端管汇、工艺管线、跨接管等水下设备设施。研究内容涉及初次开井、系统正常生产运营、计划/非计划关井以及热井/冷井再启动全部阶段, 分别从生产管理、段塞流管理、水合物管理、石蜡沉积管理、污垢与腐蚀管理, 对水下生产系统流动保障的管理策略展开研究。

关键词：水下生产系统,流动保障,水合物,段塞流

参考文献

[1] Kaczmarski A, Lorimer S.Emergence of Flow Assurance asa Technical Discipline Specific to Deepwater:Technical Challeng-es and Integration into Subsea System Engineering[C], OffshoreTechnology Conference, Houston, 2000.

[2] B.T.Ellison, C.T.Gallagher, S.E.Lorimer.The PhysicalChemistry of Wax, Hydrates, and Asphaltene[C], Offshore Technol-ogy Conference, Houston, 2000.

[3] Hammerschmidt E G.Gas Hydrate Formation in NaturalGas Pipeline[J].Ind.Eng.Chem, 1934, 26 (8) :851-855.

[4] 白勇, 龚顺风, 白强等.水下生产系统手册[M], 哈尔滨工程大学出版社, 2012.