平臺氣系統乙二醇停注可行性分析與實踐

郭俊杰

（中海石油 （中國） 有限公司天津分公司，天津 300451）

1 平臺生產運行工況

平臺氣系統流程走向如圖1所示。平臺氣井N1/N2井產出的天然氣經過氣嘴一次節流直接降壓至6 MPa，N1/N2井一次節流后的溫度為17 ℃/9 ℃，后分別經電加熱器A/B加熱至50 ℃，二次節流點未進行節流，然后下海管輸送到中心平臺。

圖1 平臺天然氣流程

由于氣嘴一次節流后溫度低，在氣嘴前需注乙二醇，防止水合物形成。該平臺至中心平臺海管運行壓力為6 MPa。

2 平臺氣系統停注乙二醇可行性分析

從平臺工藝流程參數中可以看出，流程容易形成水合物的流程節點有兩個：氣嘴一次節流處和氣海管。從水合物形成機理及影響因素分析，生成水合物的臨界溫度和天然氣壓力有直接關系[1]，而且水合物生成臨界溫度隨著壓力變大后變緩，這就給我們提供了一個思路，通過改變運行壓力來改變水合物生成的臨界溫度。

通過翻閱?海上采油工程手冊?第八章第十節中關于天然氣水合物形成的預測，結合平臺天然氣水合物生成條件圖（如圖2所示），可以查出不同密度下的天然氣在一定的壓力條件下其生成水合物的臨界溫度值。

圖2 平臺天然氣水合物生成條件圖

通過查詢近三年平臺氣井天然氣密度數據：N1井的相對密度在0.848 4～0.921 7，N2井的相對密度在0.848 4～0.914 1。再對照圖1可獲得水合物生成的臨界溫度，當天然氣壓力為3.0 MPa/6.0 MPa/10 MPa/12 MPa時，水合物生成的臨界溫度分別為15 ℃、19 ℃、21 ℃、22 ℃。

通過兩級節流控制壓力[2]，尋找壓力和溫度的最優參數點，避免水合物的生成，從而實現停注乙二醇。

（1）節點1：氣嘴一次節流處

目前平臺氣井氣嘴節流后壓力為6 MPa，節流后溫度為9～17 ℃，氣嘴節流后的溫度低于水合物的形成溫度，所以需在氣嘴前注乙二醇。我們通過調整氣嘴節流后壓力來控制節流后的溫度，再對節流后的實際溫度與水合物生成臨界溫度進行對比，看是否滿足乙二醇停注要求。

(2)節點2：平臺海管

平臺海管運行壓力為6 MPa，當海管出口溫度低于19 ℃時就需要對海管注乙二醇。如果我們對海管進行降壓運行，把壓力從6 MPa下調到3 MPa，水合物生成臨界溫度就會從19 ℃下降到14～15 ℃，就可實現海管停注乙二醇。隨著中心平臺壓縮機項目的實施，為平臺海管降壓運行提供了前提條件，海管運行壓力可以從6 MPa可下調到3 MPa運行，為此次試驗提供了條件。

3 現場新工況試驗

在對現場進行試驗時，選取典型工況，這樣才能摸索出工況的臨界點。此次試驗工況選取比較典型：平臺海管出口溫度在15 ℃，正好處于3 MPa壓力下理論計算的水合物生成臨界溫度，如果海管在此溫度下滿足停注乙二醇，那么高于此溫度都滿足停注乙二醇。

平臺海管是單層保溫海管，海管出口溫度基本是海水溫度，所以海管溫度有季節規律性，我們停注乙二醇也就有規律可循。同時在此工況下，如果通過對工藝流程參數的調整，氣嘴節流處也滿足停注乙二醇，那么隨著環境溫度的升高氣嘴節流處都滿足乙二醇停注的要求。

通過對流程參數調整試驗，平臺N1/N2井的天然氣經過氣嘴一次節流降壓至10 MPa/12 MPa，N1/N2井一次節流后的溫度為24 ℃/27 ℃，后分別經電加熱器A/B加熱至50 ℃；N1/N2井分別再經節流閥二次節流降壓至3 MPa，二次節流后溫度降為27 ℃，然后下入海管輸送到中心平臺。

由于氣嘴一次節流后溫度從之前的9 ℃/ 17 ℃升高至24 ℃/ 27 ℃，超過此壓力下水合物的形成臨界溫度21 ℃，氣井氣嘴處滿足停注乙二醇的要求。同時把平臺海管壓力降至3 MPa運行，此時海管出口溫度剛好在水合物臨界溫度之上，滿足停注乙二醇要求，同時也驗證了海管停注乙二醇的溫度臨界點。

在得到試驗數據后，對氣系統按照試驗工況進行參數調整，為了保證流程的安全穩定，采取如下控制措施：在工況調整時乙二醇注入量應逐步減注，減注量按照每天下調20%的比例緩慢進行，待流程和海管運行穩定后在進行下一次的調整，直至停注乙二醇；加密對氣海管出口的含水化驗分析，跟蹤調整期間乙二醇的濃度；加密對工藝流程的巡檢,認真做好記錄，及時發現異常比處理；盡量保證流程和海管的平穩運行，防止由于流程波動和流體擾動，導致水化物生成；平臺儲備一定量的甲醇，以便應急解堵使用；氣流程或海底管線的壓力和溫度出現異常時，立即啟動乙二醇注入泵，及時消除水化物的生成；如果海底管線通過加注乙二醇無法緩解壓差增大的趨勢時，立即通知供氣協調中心，隨時準備增供氣量；應急情況下海底管線兩端同時放空泄壓，采用降壓解堵法進行化解水化物，并及時開井恢復。

調整后工況：天然氣經氣嘴一次節流后壓力為10～12 MPa，再經二次節流降壓至3 MPa下海管，海管運行壓力為3 MPa，海管出口溫度為15 ℃。運行期間平臺流程和海管運行情況良好，未發生水合物凍堵情況。

通過兩個月的現場運行得知：

（1）平臺流程由原先的一級節流調整為二級節流，使一次節流后的溫度升高至24 ℃以上，高于水合物生成的臨界溫度，從而實現氣嘴前停注乙二醇；

（2）平臺海管壓力在3 MPa、海管溫度為15 ℃時實現了乙二醇的停注，說明在此壓力下海管溫度只要高于15 ℃就可以停注乙二醇；當海管溫度低于15 ℃時，即使海管降壓至3 MPa也需要對海管加注乙二醇；

（3）從上面兩個結論可以得知，平臺在新的工況下能否停注乙二醇關鍵節點是海管溫度，當海管溫度高于15 ℃時就可以實現乙二醇的停注。

4 結語

從現場試驗結論來看，當平臺海管溫度高于15 ℃時才可以停注乙二醇。通過對平臺海管運行參數歷史報表的查詢，基本在每年5～11月期間平臺海管出口溫度都在15 ℃以上。我們對歷年報表中進行了統計，平臺海管出口溫度全年高于13 ℃、15 ℃及17 ℃的天數分別為234天、196天、162天。在夏、秋兩季當海底管線出口溫度高于15 ℃時，即可對平臺海底管線進行停注乙二醇，預計年度停注乙二醇天數在200天左右。

在平臺停注乙二醇期間，不僅避免了乙二醇的轉運工作，消除了轉運作業時潛在的風險，而且也不會因天氣原因無法及時添加乙二醇導致平臺藥量不足，影響海管的穩定運行。另外停注乙二醇也帶來了經濟效益，按照乙二醇再生率80%、平臺日注入量0.5方/天、乙二醇價格9 000元/方計算，年度可節省費用18萬。