平台气系统乙二醇停注可行性分析与实践

2021-09-10 10:25郭俊杰
化工管理 2021年24期
关键词:海管乙二醇水合物

郭俊杰

(中海石油 (中国) 有限公司天津分公司,天津 300451)

1 平台生产运行工况

平台气系统流程走向如图1所示。平台气井N1/N2井产出的天然气经过气嘴一次节流直接降压至6 MPa,N1/N2井一次节流后的温度为17 ℃/9 ℃,后分别经电加热器A/B加热至50 ℃,二次节流点未进行节流,然后下海管输送到中心平台。

图1 平台天然气流程

由于气嘴一次节流后温度低,在气嘴前需注乙二醇,防止水合物形成。该平台至中心平台海管运行压力为6 MPa。

2 平台气系统停注乙二醇可行性分析

从平台工艺流程参数中可以看出,流程容易形成水合物的流程节点有两个:气嘴一次节流处和气海管。从水合物形成机理及影响因素分析,生成水合物的临界温度和天然气压力有直接关系[1],而且水合物生成临界温度随着压力变大后变缓,这就给我们提供了一个思路,通过改变运行压力来改变水合物生成的临界温度。

通过翻阅«海上采油工程手册»第八章第十节中关于天然气水合物形成的预测,结合平台天然气水合物生成条件图(如图2所示),可以查出不同密度下的天然气在一定的压力条件下其生成水合物的临界温度值。

图2 平台天然气水合物生成条件图

通过查询近三年平台气井天然气密度数据:N1井的相对密度在0.848 4~0.921 7,N2井的相对密度在0.848 4~0.914 1。再对照图1可获得水合物生成的临界温度,当天然气压力为3.0 MPa/6.0 MPa/10 MPa/12 MPa时,水合物生成的临界温度分别为15 ℃、19 ℃、21 ℃、22 ℃。

通过两级节流控制压力[2],寻找压力和温度的最优参数点,避免水合物的生成,从而实现停注乙二醇。

(1)节点1:气嘴一次节流处

目前平台气井气嘴节流后压力为6 MPa,节流后温度为9~17 ℃,气嘴节流后的温度低于水合物的形成温度,所以需在气嘴前注乙二醇。我们通过调整气嘴节流后压力来控制节流后的温度,再对节流后的实际温度与水合物生成临界温度进行对比,看是否满足乙二醇停注要求。

(2)节点2:平台海管

平台海管运行压力为6 MPa,当海管出口温度低于19 ℃时就需要对海管注乙二醇。如果我们对海管进行降压运行,把压力从6 MPa下调到3 MPa,水合物生成临界温度就会从19 ℃下降到14~15 ℃,就可实现海管停注乙二醇。随着中心平台压缩机项目的实施,为平台海管降压运行提供了前提条件,海管运行压力可以从6 MPa可下调到3 MPa运行,为此次试验提供了条件。

3 现场新工况试验

在对现场进行试验时,选取典型工况,这样才能摸索出工况的临界点。此次试验工况选取比较典型:平台海管出口温度在15 ℃,正好处于3 MPa压力下理论计算的水合物生成临界温度,如果海管在此温度下满足停注乙二醇,那么高于此温度都满足停注乙二醇。

平台海管是单层保温海管,海管出口温度基本是海水温度,所以海管温度有季节规律性,我们停注乙二醇也就有规律可循。同时在此工况下,如果通过对工艺流程参数的调整,气嘴节流处也满足停注乙二醇,那么随着环境温度的升高气嘴节流处都满足乙二醇停注的要求。

通过对流程参数调整试验,平台N1/N2井的天然气经过气嘴一次节流降压至10 MPa/12 MPa,N1/N2井一次节流后的温度为24 ℃/27 ℃,后分别经电加热器A/B加热至50 ℃;N1/N2井分别再经节流阀二次节流降压至3 MPa,二次节流后温度降为27 ℃,然后下入海管输送到中心平台。

由于气嘴一次节流后温度从之前的9 ℃/ 17 ℃升高至24 ℃/ 27 ℃,超过此压力下水合物的形成临界温度21 ℃,气井气嘴处满足停注乙二醇的要求。同时把平台海管压力降至3 MPa运行,此时海管出口温度刚好在水合物临界温度之上,满足停注乙二醇要求,同时也验证了海管停注乙二醇的温度临界点。

在得到试验数据后,对气系统按照试验工况进行参数调整,为了保证流程的安全稳定,采取如下控制措施:在工况调整时乙二醇注入量应逐步减注,减注量按照每天下调20%的比例缓慢进行,待流程和海管运行稳定后在进行下一次的调整,直至停注乙二醇;加密对气海管出口的含水化验分析,跟踪调整期间乙二醇的浓度;加密对工艺流程的巡检,认真做好记录,及时发现异常比处理;尽量保证流程和海管的平稳运行,防止由于流程波动和流体扰动,导致水化物生成;平台储备一定量的甲醇,以便应急解堵使用;气流程或海底管线的压力和温度出现异常时,立即启动乙二醇注入泵,及时消除水化物的生成;如果海底管线通过加注乙二醇无法缓解压差增大的趋势时,立即通知供气协调中心,随时准备增供气量;应急情况下海底管线两端同时放空泄压,采用降压解堵法进行化解水化物,并及时开井恢复。

调整后工况:天然气经气嘴一次节流后压力为10~12 MPa,再经二次节流降压至3 MPa下海管,海管运行压力为3 MPa,海管出口温度为15 ℃。运行期间平台流程和海管运行情况良好,未发生水合物冻堵情况。

通过两个月的现场运行得知:

(1)平台流程由原先的一级节流调整为二级节流,使一次节流后的温度升高至24 ℃以上,高于水合物生成的临界温度,从而实现气嘴前停注乙二醇;

(2)平台海管压力在3 MPa、海管温度为15 ℃时实现了乙二醇的停注,说明在此压力下海管温度只要高于15 ℃就可以停注乙二醇;当海管温度低于15 ℃时,即使海管降压至3 MPa也需要对海管加注乙二醇;

(3)从上面两个结论可以得知,平台在新的工况下能否停注乙二醇关键节点是海管温度,当海管温度高于15 ℃时就可以实现乙二醇的停注。

4 结语

从现场试验结论来看,当平台海管温度高于15 ℃时才可以停注乙二醇。通过对平台海管运行参数历史报表的查询,基本在每年5~11月期间平台海管出口温度都在15 ℃以上。我们对历年报表中进行了统计,平台海管出口温度全年高于13 ℃、15 ℃及17 ℃的天数分别为234天、196天、162天。在夏、秋两季当海底管线出口温度高于15 ℃时,即可对平台海底管线进行停注乙二醇,预计年度停注乙二醇天数在200天左右。

在平台停注乙二醇期间,不仅避免了乙二醇的转运工作,消除了转运作业时潜在的风险,而且也不会因天气原因无法及时添加乙二醇导致平台药量不足,影响海管的稳定运行。另外停注乙二醇也带来了经济效益,按照乙二醇再生率80%、平台日注入量0.5方/天、乙二醇价格9 000元/方计算,年度可节省费用18万。

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