吳二亮，吳俊杰，董小輝

(中海石油深海開發(fā)有限公司，廣東 珠海 519050)

0 引言

深水氣藏開采普遍采用水下井口，通過長(zhǎng)距離深水海管將井流物輸送到淺水中心平臺(tái)進(jìn)行脫水與增壓處理，合格產(chǎn)品進(jìn)入淺水海管外輸至陸岸終端。凝析油作為凝析氣藏重要的開發(fā)產(chǎn)品，隨天然氣從井口產(chǎn)出一同混輸?shù)綔\水區(qū)中心平臺(tái)。在推薦的配產(chǎn)規(guī)模下，天然氣攜帶凝析油以穩(wěn)定的分散流進(jìn)入淺水平臺(tái)。當(dāng)天然氣配產(chǎn)發(fā)生變化，低于推薦區(qū)間時(shí)，天然氣無法完全攜帶產(chǎn)出的凝析油，凝析油產(chǎn)生回流不斷積聚，段塞流將不斷發(fā)展[1-3]。當(dāng)段塞體積超過平臺(tái)系統(tǒng)處理極限，將引發(fā)系統(tǒng)波動(dòng)，甚至觸發(fā)關(guān)停[4]。當(dāng)前，深水海管大段塞沖擊已經(jīng)成為影響凝析氣田開采工藝穩(wěn)定的重要因素。本文以南海荔灣氣田開采為實(shí)例，探求不同配產(chǎn)工況下控制段塞流形成的生產(chǎn)方案。

1 荔灣氣田生產(chǎn)概況

荔灣氣田位于中國(guó)南海，水深1 480 m，水下井口井流物(天然氣、凝析油、乙二醇富液)通過深水海管輸送到淺水中心平臺(tái)。淺水平臺(tái)水深190 m，天然氣和凝析油在中心平臺(tái)脫水和增壓后，通過外輸海管混輸?shù)疥懓督K端。荔灣氣田開發(fā)示意圖如圖1所示。

圖1 荔灣氣田開發(fā)示意圖

根據(jù)氣田開采設(shè)計(jì)資料，在井口天然氣配產(chǎn)為850×104m3/d以上時(shí)，深水海管天然氣攜液能力充足，液量均勻上岸，滿足平臺(tái)工藝處理能力。當(dāng)井口天然氣配產(chǎn)為570×104～850×104m3/d區(qū)間時(shí)，深水海管井流物上岸產(chǎn)生段塞，威脅平臺(tái)工藝穩(wěn)定。當(dāng)井口天然氣配產(chǎn)低于510×104m3/d時(shí)，深水海管完全無攜液能力，深水海管液量累積，加劇段塞發(fā)展。

2 吞吐式生產(chǎn)方案

2.1 吞吐式生產(chǎn)原理

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，以荔灣氣田外輸360×104m3/d生產(chǎn)為例，該配產(chǎn)低于水力段塞形成區(qū)間，深水海管無法攜液至中心平臺(tái)。

以淺水處理平臺(tái)作為生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)，將荔灣深水氣田開采過程劃分為三個(gè)階段。從深水井口到平臺(tái)上岸為深水海管段，淺水處理平臺(tái)為井流物處理段，處理平臺(tái)至陸岸終端為外輸海管段。

鑒于外輸海管段塞形成風(fēng)險(xiǎn)較低，且下游陸岸終端段塞接收能力充足，可以將深水海管段塞形成風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移到外輸海管。將深水海管長(zhǎng)期低產(chǎn)運(yùn)行模式調(diào)整為最小氣量生產(chǎn)以及正常氣量生產(chǎn)交替進(jìn)行的生產(chǎn)模式。最小氣量生產(chǎn)以減少井流物液量產(chǎn)出過多在海管累積；正常氣量生產(chǎn)將最小氣量生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的液量積累全部攜帶到處理平臺(tái)。在該模式下，將平臺(tái)外輸海管作為天然氣緩存容器，上游井口最小氣量配產(chǎn)下，深水海管供氣相對(duì)不足時(shí)，外輸海管存氣量開始消耗，壓力降低；當(dāng)上游井口正常氣量配產(chǎn)下，深水海管供氣產(chǎn)生盈余，外輸海管存氣量開始增加，壓力上升。外輸海管壓力在受控范圍內(nèi)不斷升降產(chǎn)生吞吐效應(yīng)，使輸送到陸岸終端的外輸產(chǎn)品流量恒定。

2.2 吞吐式生產(chǎn)制度設(shè)計(jì)

采用吞吐式生產(chǎn)模式，平臺(tái)工藝系統(tǒng)負(fù)荷在正常氣量和最小氣量間不斷切換，需要綜合分析相關(guān)工藝的運(yùn)行條件，確定該模式下各參數(shù)調(diào)整方式，以便流量切換過程中各系統(tǒng)參數(shù)平穩(wěn)過渡。

2.2.1 外輸海管增儲(chǔ)能力計(jì)算

外輸海管增儲(chǔ)能力指的是：海管從最低容量增加儲(chǔ)氣至最高容量的擴(kuò)容體積。增儲(chǔ)能力決定吞吐式生產(chǎn)方案的生產(chǎn)制度，是方案實(shí)施前首要明確的生產(chǎn)參數(shù)。

計(jì)算該參數(shù)，需要綜合考慮外輸海管最高和最低壓力以及海管容積等參數(shù)。根據(jù)荔灣平臺(tái)外輸海管生產(chǎn)工況，海管最低平均壓力為7.83 MPa，海管最高平均壓力為10.91 MPa，海管容積12×104m3，代入公式(1)求得海管增儲(chǔ)能力為370×104m3。

式中：V為海管增儲(chǔ)體積(×104m3)；V1為海管常壓下體積(×104m3)；PCP1為海管最大平均壓力(MPa)；PCP2為海管最小平均壓力(MPa)。

2.2.2 最小產(chǎn)氣量核算

根據(jù)吞吐式開采原理，井口最低產(chǎn)氣生產(chǎn)時(shí)，進(jìn)入深水海管的液量最少。考慮到平臺(tái)自持損耗，以及平臺(tái)各工藝系統(tǒng)運(yùn)行的邊際流量限定，需要保持井口一定流量進(jìn)行配產(chǎn)。根據(jù)荔灣平臺(tái)工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，平臺(tái)自持耗氣量為25×104m3/d，三甘醇脫水系統(tǒng)流量下限為140×104m3/d。應(yīng)以三甘醇脫水系統(tǒng)最低處理量為準(zhǔn)。

2.2.3 最小產(chǎn)氣量生產(chǎn)時(shí)間核算

根據(jù)海管增儲(chǔ)能力和最小產(chǎn)氣量以及深水海管滯液量分析，綜合確定最小氣量的生產(chǎn)時(shí)間。

荔灣平臺(tái)運(yùn)行自持耗氣量為25×104m3/d，外輸量需求為360×104m3/d，最低產(chǎn)氣量為140×104m3/d。根據(jù)公式(2)計(jì)算出在最小產(chǎn)氣量下，外輸海管增儲(chǔ)氣量消耗的時(shí)間是1.51 d。

式中：T1Q為按照增儲(chǔ)能力計(jì)算的最小產(chǎn)氣量生產(chǎn)時(shí)間(d)；V為海管增儲(chǔ)體積(×104m3)；Q為平臺(tái)外輸量需求(×104m3/d)；Qm為平臺(tái)自持耗氣量(×104m3/d)；Q1為最小產(chǎn)氣量(×104m3/d)。

根據(jù)井流物組分報(bào)告，井口油氣比為1.54 m3/104m3，貧乙二醇每天注入量為0.19 m3/104m3，乙二醇富液轉(zhuǎn)化比例為1.25。通過公式(3)可以計(jì)算出井口以最低氣量生產(chǎn)期間凝析油與乙二醇富液累積量為378 m3。

式中：V1Q為按照增儲(chǔ)能力計(jì)算的最小產(chǎn)氣量生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的液量累積(m3)；Q1為最小產(chǎn)氣量(×104m3/d)；GOR為生產(chǎn)油氣比(m3/104m3)；T1Q為最小產(chǎn)氣量生產(chǎn)時(shí)間(d)；MGR為貧乙二醇注入比例(m3/104m3)。

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，在深水海管具有穩(wěn)定攜液能力的天然氣配產(chǎn)區(qū)間(570×104～850×104m3/d)內(nèi)，深水海管滯液為2 000～1 500 m3，即穩(wěn)定配產(chǎn)下深水海管從段塞形成到發(fā)展成為平臺(tái)可處理的極限時(shí)，深水海管滯液量變化為500 m3。按照海管增儲(chǔ)能力計(jì)算得出最小氣量生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)，深水海管滯液量增加值為378 m3，小于容許段塞發(fā)展過程中海管滯液量變化。因此，當(dāng)配產(chǎn)氣量從最小氣量切換為正常配產(chǎn)時(shí)，不會(huì)發(fā)展成為超量段塞影響工藝穩(wěn)定，可以按照外輸海管增儲(chǔ)能力計(jì)算最小氣量生產(chǎn)時(shí)間。

如果按照外輸海管增儲(chǔ)能力計(jì)算的最小氣量生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)，井口液相累加超過水力段塞發(fā)展階段滯液量變化值，則生產(chǎn)時(shí)間應(yīng)以海管積液達(dá)到水力段塞發(fā)展階段變化量的生產(chǎn)時(shí)間為準(zhǔn)。該生產(chǎn)時(shí)間計(jì)算如公式(4)所示：

式中：T1L為按照海管滯液量變化計(jì)算的最小產(chǎn)氣量生產(chǎn)時(shí)間(d)；VL為可容許的水力段塞發(fā)展階段內(nèi)海管滯液體積變化量(m3)；Q1為最小產(chǎn)氣量(×104m3/d)；GOR為生產(chǎn)油氣比(m3/104m3)；MGR為貧乙二醇注入比例(m3/104m3)。

2.2.4 正常配產(chǎn)時(shí)間核算

當(dāng)最低產(chǎn)氣時(shí)間達(dá)到目標(biāo)時(shí)間值，需要盡快切換為正常氣量生產(chǎn)模式，該氣量至少需要達(dá)到無水力段塞配產(chǎn)氣量，應(yīng)以工藝系統(tǒng)最優(yōu)處理量綜合考慮，以便在滿足上岸段塞受控目標(biāo)下盡快清除最小產(chǎn)氣量配產(chǎn)期間液量累積。對(duì)于荔灣氣田該氣量選擇無水力段塞邊界氣量850×104m3/d。使用公式(5)計(jì)算在正常配產(chǎn)下生產(chǎn)時(shí)間為0.8 d。

式中：T2Q為以增儲(chǔ)能力為依據(jù)的正常配產(chǎn)時(shí)間(d)；V為海管增儲(chǔ)能力(×104m3)；Q2為正常配產(chǎn)氣量(×104m3)；Qm為平臺(tái)自持耗氣量(×104m3/d)；Q為平臺(tái)外輸需求(×104m3/d)。

如果最小產(chǎn)氣量生產(chǎn)時(shí)間以海管液量累積時(shí)間計(jì)算求得，則正常配產(chǎn)時(shí)間計(jì)算按照公式(6)進(jìn)行計(jì)算：

式中：T2L為以海管滯液量變化計(jì)算的正常配產(chǎn)時(shí)間(d)；Q為平臺(tái)外輸需求(×104m3/d)；Q1為最小產(chǎn)氣量(×104m3/d)；Qm為平臺(tái)自持耗氣量(×104m3/d)；T1L為以海管滯液量變化計(jì)算的最小產(chǎn)氣量生產(chǎn)時(shí)間(d)；Q2為正常配產(chǎn)氣量(×104m3/d)。

2.2.5 吞吐式生產(chǎn)模式配產(chǎn)制度

荔灣氣田外輸配產(chǎn)為360×104m3/d生產(chǎn)工況下，采用吞吐式生產(chǎn)方案生產(chǎn)制度為：最小氣量(140×104m3/d)生產(chǎn)1.51 d，切換為正常氣量(850×104m3/d)生產(chǎn)0.8 d。該生產(chǎn)制度產(chǎn)量趨勢(shì)如圖2所示。

圖2 荔灣氣田吞吐式生產(chǎn)配產(chǎn)趨勢(shì)圖

3 循環(huán)氣生產(chǎn)模式

當(dāng)荔灣氣田井口配產(chǎn)需要長(zhǎng)期維持低產(chǎn)量(水力段塞形成區(qū)間以下)生產(chǎn)時(shí)，采用吞吐式開采模式取得良好的生產(chǎn)效果。當(dāng)井口配產(chǎn)位于水力段塞形成區(qū)間，井流物上岸將產(chǎn)生不同容量段塞沖擊。如果井口配產(chǎn)波動(dòng)頻繁，海管滯液量同步變化，將導(dǎo)致段塞發(fā)展的不確定性，為平臺(tái)穩(wěn)產(chǎn)帶來風(fēng)險(xiǎn)?；谝陨瞎r，依托深水海管清管回路[5-6]的設(shè)置，構(gòu)造無段塞的循環(huán)氣生產(chǎn)方案。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，以荔灣氣田在水力段塞配產(chǎn)區(qū)間生產(chǎn)歷史為例，介紹循環(huán)氣生產(chǎn)方案。截取的歷史配產(chǎn)數(shù)據(jù)如表1所示。

根據(jù)表1，在該配產(chǎn)期間內(nèi)，產(chǎn)氣量位于水力段塞形成區(qū)間(570×104～850×104m3/d)，平臺(tái)上岸將持續(xù)遭受段塞沖擊。

表1 荔灣氣田歷史配產(chǎn)數(shù)據(jù)表

3.1 循環(huán)氣生產(chǎn)模式原理

荔灣氣田深水海管清管回路如圖3所示。正常生產(chǎn)期間，兩條深水海管保持一用一備，深水海管清管期間，導(dǎo)通水下井口管匯聯(lián)通閥，將兩條海管聯(lián)通。從干氣壓縮機(jī)出口取部分氣體進(jìn)入到備用海管，推動(dòng)清管球在水下環(huán)路運(yùn)行，進(jìn)行清管作業(yè)。

圖3 循環(huán)氣生產(chǎn)流程示意圖

備用海管設(shè)置提供了將干氣清管模式進(jìn)行常態(tài)化生產(chǎn)的條件。當(dāng)井口配產(chǎn)位于水力段塞形成配產(chǎn)區(qū)間，可投用該清管流程。取處理氣增加到在用海管，使其輸送流量超過水力段塞邊際流量，即可杜絕上岸段塞的形成和發(fā)展，實(shí)現(xiàn)深水海管上岸無水力段塞的工況。

3.2 循環(huán)氣生產(chǎn)模式參數(shù)計(jì)算

3.2.1 壓縮機(jī)出口壓力核算

深水井口管匯位于采油樹下游，其生產(chǎn)壓力需要滿足輸送井流物以及維持平臺(tái)工藝系統(tǒng)壓力需求，管匯壓力穩(wěn)定在13.2 MPa。平臺(tái)壓縮機(jī)出口干氣壓力隨外輸量變化略有不同，需要根據(jù)配產(chǎn)以及壓縮機(jī)喘振工況實(shí)時(shí)調(diào)整，一般保持在11.5 MPa以內(nèi)。投用循環(huán)氣流程，需要調(diào)整壓縮機(jī)出口壓力，使干氣進(jìn)入井口管匯達(dá)到管匯正常壓力。根據(jù)管匯壓力、海管高程差以及天然氣密度推算壓縮機(jī)出口壓力至少需要達(dá)到12.0 MPa。

3.2.2 循環(huán)氣注氣流量核算

循環(huán)氣流程設(shè)置目的是低速清管工況，因此該流程水下海管間聯(lián)通管線以及壓縮機(jī)出口注氣管線均按照清管工況設(shè)計(jì)，注氣流量不能滿足所有循環(huán)氣量需求，需要核算或?qū)嶒?yàn)進(jìn)一步明確循環(huán)氣流量限值。荔灣平臺(tái)工藝管線設(shè)置條件下，通過注汽實(shí)驗(yàn)得出，循環(huán)氣流量限值為560×104m3/d。循環(huán)氣注入后上岸海管目標(biāo)產(chǎn)量應(yīng)超過水力段塞形成的邊界產(chǎn)量，可根據(jù)需求，靈活選擇。根據(jù)荔灣氣田生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)選擇目標(biāo)流量為900×104m3/d，則采用循環(huán)氣生產(chǎn)模式，井口最低產(chǎn)氣量為340×104m3/d。

3.2.3 備用海管積液清掃

投用循環(huán)氣流程，調(diào)整壓縮機(jī)出口壓力在到達(dá)目標(biāo)值前，如果循環(huán)氣流量明顯增加，說明備用海管存在段塞積累，需要將海管掃線清液。通過調(diào)整壓縮機(jī)出口壓力，對(duì)循環(huán)氣流量緩慢調(diào)節(jié)，緩慢清除備用海管液量，直到壓縮機(jī)出口壓力穩(wěn)定在目標(biāo)值。

3.3 循環(huán)氣生產(chǎn)制度設(shè)計(jì)

根據(jù)荔灣氣田工藝設(shè)置，選擇注入循環(huán)氣后海管流通量為900×104m3/d進(jìn)行配置，則計(jì)算出需循環(huán)氣量如表2所示。

表2 循環(huán)氣生產(chǎn)參數(shù)設(shè)計(jì)表

從表2中可以看到循環(huán)氣量計(jì)算值均小于循環(huán)氣流程流通最大限值，滿足循環(huán)氣模式使用工況。在循環(huán)氣生產(chǎn)模式下，生產(chǎn)制度如圖4所示。

圖4 循環(huán)氣生產(chǎn)模式生產(chǎn)制度示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)深水凝析氣藏工藝流程配置特點(diǎn)，創(chuàng)新提出兩種控制深水海管段塞流發(fā)展的生產(chǎn)方案，吞吐式生產(chǎn)模式以及循環(huán)氣生產(chǎn)模式。

(1)當(dāng)井口配產(chǎn)天然氣流量低于水力段塞形成的臨界流量，可以選用吞吐式生產(chǎn)模式或者循環(huán)氣生產(chǎn)模式，控制深水海管段塞流形成和發(fā)展。

(2)當(dāng)井口配產(chǎn)天然氣流量完全無攜液能力或者位于水力段塞形成區(qū)間并且采用循環(huán)氣生產(chǎn)模式對(duì)應(yīng)循環(huán)氣流量超出循環(huán)氣流程流量范圍，可以選擇吞吐式開采模式。

(3)當(dāng)井口配產(chǎn)天然氣流量位于水力段塞形成區(qū)間，且采用循環(huán)氣生產(chǎn)模式對(duì)應(yīng)的循環(huán)氣流量位于循環(huán)氣流程流量范圍以內(nèi)，需選擇循環(huán)氣式生產(chǎn)模式。