深水采油树初始启动低温分析

鞠朋朋，李大全，井元彬，王文龙，张 欢

(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451；2.中海石油(中国)有限公司 湛江分公司， 广东 湛江 524057)

1 前言

南海某项目水深1 500 m，采用水下生产系统和半潜平台(SEMI)开发方案，天然气在半潜平台干燥脱水处理后外输，凝析油脱水处理合格后储存在半潜平台定期外输。水下生产系统共4口生产井，井位布置分散，采用一个水下管汇(West Manifold)、两个海管终端(A1 PLET和A11H PLET)和双25.4 km的10″海管进行开发，A9H井、A10H井回接西管汇，A1井、A11H井分别回接A1 PLET和A11H PLET；其中A9H井通过2.2 km的8″软管回接管汇，A1井通过4.6 km的8″软管回接海管终端，具体开发示意图如图1。

图1 南海某气田水下生产系统开发示意图

深水采油树关停后，井筒内生产流体在重力作用下会发生气液分离，井筒上部为气体，下部为液体；同时采油树会冷却至最低环境温度，压力达到关井压力，在此条件下开井时，由于J-T节流效应会在油嘴下游形成低温，超过设备最低设计温度(-29 ℃)，影响设备的安全投产。深水项目初始投产前一般在油嘴下游预充一定压力，降低油嘴前后压差，从而提高油嘴下游启动低温，避免设备因低温发生损坏。跨接管、水下管汇、海底管道等设备最低设计温度也要考虑初始启动低温的影响，根据此设计工况确定设备最低设计温度，为材料选型提供依据。

2 深水采油树初始启动低温分析

2.1 初始启动油嘴下游预充压力核算

该南海项目水深1 500 m，水下采油树环境水温2.59 ℃，关井压力38 MPa，采油树油嘴下游管线最低设计温度为-29 ℃，初始启动前采油树内压力为关井压力，温度为最低环境温度，在此条件下开井时油嘴下游温度低至-82 ℃，远远低于设备最设计温度，为避免设备损坏，保证开井安全，在油嘴下游预充一定压力提高背压，降低J-T效应影响，使开井温度不低于-29 ℃。利用HYSYS软件建立模型，试算油嘴下游低温，主要结果如表1。

表1 典型年份油嘴下游预充压力(105 Pa)

从表1可知，A1、A11H井因为关井压力随生产年份逐渐降低，因而需要的预充压力也随之降低；A9H、A10H井因为关井压力在2030年达到最大值，因而需要的预充背压也最大，之后逐渐降低。

2.2 初始启动油嘴下游低温分析计算

为保守设计考虑，假定水下采油树初始启动前井下安全阀(SCSSV)至采油树油管没有预充甲醇，开井时油嘴上游也没有注入甲醇，油嘴下游开井时注入MEG(乙二醇)，此时开井对应的低温作为设备最低设计温度。以A1井、A10H井初始启动为例，A1井通过软管直接回接水下管汇，开井过程中油嘴下游温度(TVALVEOUT)为采油树最低设计温度，油嘴下游管线出口温度(TM)为软管进口温度，用于确定软管最低设计温度；A10H井通过跨接管回接水下管汇，开井过程中油嘴下游温度(TVALVEOUT)为采油树最低设计温度，油嘴下游管线出口温度(TM-3)为跨接管进口温度，用于确定跨接管最低设计温度，跨接管出口温度(TM-2)为水下管汇进口温度，用于确定水下管汇最低设计温度。具体模拟结果如图2、图3。水下各井口初始启动过程中低温数据如表2。

图2 A1井初始启动各点低温

图3 A10H井初始启动各点低温

表2 各井口初始启动低温数据

基于表2数据，考虑一定设计余量，油嘴下游管线最低设计温度-29 ℃，跨接管及单井回接软管最低设计温度-29 ℃，水下管汇及海管最低设计温度-20 ℃。

3 结论

开井前因采油树处于关井压力和最低环境温度状态，启井时油嘴节流效应(J-T效应)会产生低温，为防止低温对采油树材料产生破坏，需在油嘴后预充一定压力，使启动低温高于材料最低设计温度；同时启动低温随流体从环境温度吸热而升高，进行低温分析确定各设备最低设计温度，指导水下设备材料选型和设计。