跨接管MEG凝胶真空注入技术研究

王路 仲继彬 倪静然 任广新 王献峰

（海洋石油工程股份有限公司天津 300452)

前言

跨接管在水下生产系统中有着极为广泛的应用，通常用于连接采油树、管汇、管线终端、立管基座和输油管线等。[1]在跨接管连接过程中，管线中不可避免进入海水。气井开井过程，产生高压低温环境，天然气与水在该环境下极易形成可燃冰。为了克服这一难题，通常在开井前的海管预调式过程中会干燥海管。然而连接采油树的跨接管无法进行该项工作。为了避免连接采油树的跨接管在开井过程形成可燃冰，国外通常采用MEG凝胶技术。该技术被贝壳休斯等大型公司垄断，且对国内进行技术封锁。目前国内天津理工大学已经对MEG凝胶制备及性能进行理论研究[2-4]，但是注入技术研究尚未进行。南海某深水气田项目开发需要该项技术，为了攻克这一技术，开展了跨接管MEG凝胶注入技术研究。该项目准备在跨接管U型弯中间注入纯MEG，两端分别用MEG凝胶封堵。

1 初始原理

如图1，项目跨接管为M直立型。项目要求在U型弯（绿色部分）注入纯MEG，两端（红色部分）分别用MEG凝胶封堵。该种跨接管只能直立，且在注入纯MEG之前，有水压作业，水压完成以后内部U型弯中水无法排除，直接泵送注入纯MEG，MEG将与跨接管内部水混合，使得U型弯中MEG不纯。在凝胶注入工过程，两端分别放出多余MEG，然后注入MEG凝胶。然而注入MEG凝胶的管线是密闭空间，无法注满。因此无论是MEG注入还是MEG凝胶注入都不能直接采用泵送法。经过考虑，准备采用抽真空注入法，其注入初始原理如下：

图1 跨接管模型图

图2 真空注入初始原理

2 初始原理细化

2.1 初始原理问题

通过分析发现初始原理存在一些问题。

① 跨接管抽水过程中，U型弯底部始终存在一定量的水，该水无法被抽出。

② MEG注入过程单靠真空吸入，由于跨接管高和存在沿程阻力，吸入速度可能较慢。

③ 真空吸入MEG凝胶，由于跨接管高和存在沿程阻力，且凝胶粘度远远高于MEG，可能无法吸入凝胶。

④ 在抽出MEG过程中，采用先抽高端后抽底端与先抽低端后抽高端两种方法，低端均会多注入凝胶，且方后者会注入更多。

2.2 解决方案

① 对于问题①，考虑到注入原理为真空注入，因此采用抽真空和加热跨接管加快气化底部液态水，排出跨接管内部水。

② 对于问题②③，MEG为牛顿流体；凝胶为非牛顿流体，但是具有一定流动性，可简化模型为牛顿流体。两者均可以根据伯努利方程式（1）能量守恒[5,6]进行分析。分析过程中发现注入过程与外输机械能、内部机械能转化（高度变化）和水头损失等有关。由于高度是固定的，无法改变。因此考虑采用增加外输机械能，比如增加泵送。减少沿程阻力，比如扩大管线内径，减少注入管线路径，减少注入管线路径上阀门、三通等管件。

式中：

z——位置水头

p/ρg——压强水头

av2/ρg——流速水头

+hm——单位重量流体由流体机械获得的机械能（如泵的扬程）

h_w——水头损失

③对于问题④，如果先抽高端MEG，则只能在高端水平管和立管注入凝胶；再抽出低端MEG时，会将高端一侧立管高于低端侧的MEG抽出，然后注入凝胶时会多注入凝胶。如果先抽低端，则高端高于低端MEG以及高端平管MEG将会抽出，注入凝胶将会多出高端平管这一部分；再抽出高端立管和平管中MEG，然后注入该部分凝胶。两种方式都导致低端注入过多凝胶，第二种更胜。因此需要改进注入方法。

④改进方法为先抽高端MEG，然后高端注入凝胶。然后抽低端MEG，计量抽出量，使得刚好抽出低端平管和左侧立管MEG，然后低端注入凝胶，能够保证注入量。

2.3 完善原理

依据上述解决方法，修改完善注入原理如下：

图3 完善的真空注入原理

3 原理变现及效果

3.1 三维模型

根据该原理建立了三维模型。

图4 MEG凝胶注入模型

3.2 样机

依据三维模型制造了初代样机。

图5 A橇

图6 B橇

3.3 应用效果

表1 应用情况统计

4 总结

本文阐述了跨接管MEG凝胶真空注入技术初始原理。对初始原理进行分析研究，发现4条问题，分析每条问题的原因。对问题一给出抽真空和加热跨接管加快气化底部液态水，排出跨接管内部水。对问题二和问题三给出增加外输机械能，比如增加泵送；减少沿程阻力，比如扩大管线内径，减少注入管线路径，减少注入管线路径上阀门、三通等管件。对问题四给出新的注入顺序。通过对解决方案的整理，形成完善的9步真空注入技术原理。通过软件建立三维模型，并依据三维模型建造初代样机，将注入技术原理变现。将该样机及注入技术投入南海某深水气田开发项目应用，获得良好应用效果，为后续深海气田开发打下基础。