伊拉克米桑油田脱气站分水问题研究_吴锦亮.pdf

油气开采化 工 设 计 通 讯Oil and Gas ProductionChemical Engineering Design Communications 39第49卷第4期2023年4月伊拉克米桑油田区油气处理设施主要包括脱气站、油气处理终端厂、水处理厂。其中脱气站是集油气处理、生产、计量和输送为一体的综合处理站，其中个别含水较高区块的脱气站已开始分离器分水外输工作，从而有效降低下游油气处理终端的负荷。脱气站分水外输管线采用16寸玻璃钢管线，耐压2 MPa，相比碳钢管线来说，玻璃钢管线有耐腐蚀、管道轻、便于施工、输送介质无二次污染、绝缘性能优良、水力性能好及摩擦系数小的优点。分离器脱出的合格的生产水与生产水中析出的气，一起混合进入外输管线，外输至水厂 WTP 进行进一步处理。在实际生产过程中，出现混输压力剧烈波动的现象，且输水量逐渐降低，对分水处理的脱气站产生了很大影响。为解决其他油田生产水外输过程中出现的类似异常情况，本文分享了问题研究过程及结论。1 脱气站分水外输生产实施1.1 脱气站分水外输管道选材及施工注意事项考虑到脱气站分水污水水质在外输至终端水厂途中不受二次污染，及经济技术因素，外输管线选用玻璃钢材质。纤维缠绕玻璃钢管道是采用微机控制纤维缠绕技术，将浸润好基体材料的玻璃纤维按螺旋缠绕和环向缠绕的方式逐层缠绕在旋转的模具上，固化、脱模后成型的非金属管材，近年已在大口径输送管线得到广泛应用。施工中注意事项。（1）玻璃钢管在施工中须加设锚固墩或止推墩，来防止管线在内压作用、基床不平、不同土壤沉降引起的轴向拉伸应力过大导致的断裂情况。（2）铺设玻璃钢管前，对管道沟基础铺设砂并压实，防止纵向剪切应力对玻璃钢管的破坏。（3）由于 AG 区块地形不平坦，上下坡的情况较多，在挖沟时注意斜度要求。（4）设置阀门的地方须单独支撑，以免玻璃钢管产生剪切力。（5）定位设施必须松动，使管道在轴向有膨胀收缩余量。1.2 脱气站分水外输管线改造脱气站原设计工艺流程是一级分离器分水直输，需要经过一、二级分离器的两个混合相控制阀才能实现，该流程控制稳定性较差，易出现相互干扰。结合现场实际分水情况，经过论证并编制施工方案，将原流程进行改造，具备一级分离器分水管线与二级分离器分水管线并联外输的功能。此次流程的优化也为后续解决外输管道中气体聚集问题提供了前提条件。1.3 脱气站分水外输生产实现过程脱气站主要通过3种方式进行生产水外输。直输方式：一级分离器罐体压力将一级分离器分离的水，直接压到终端水厂；外输泵方式：利用二级分离器分水后，启动外输泵外输至终端水厂；联合外输方摘要：随着米桑油田开发进程的进一步加快，该区域综合含水快速升高。为降低下游处理负荷，在上游首次进行分水工作，但在实际应用中出现外输水管道内气体聚集问题。伊拉克米桑油田区油气处理设施主要包括脱气站、油气处理终端厂、水处理厂。结合现场实际进行分析试验，解决了管道内气体聚集的问题，消除了外输瓶颈。关键词：长输管道；段塞流；气囊；玻璃钢管道中图分类号：TE62文献标志码：B文章编号：10036490（2023）04003903Study on Water Diversion in Degassing Station of Missan Oilfield in IraqWu Jin-liangAbstract:With the further acceleration of the development process of Missan Oilfield,the comprehensive water cut in the region has increased rapidly.In order to reduce the downstream treatment load,the water diversion work was carried out in the upstream for the first time,but the problem of gas accumulation in the external water transmission pipeline appeared in the practical application.Oil and gas treatment facilities in Missan oilfield area of Iraq mainly include degassing station,oil and gas treatment terminal plant and water treatment plant.This paper analyzes and tests the actual situation,solves the problem of gas accumulation in the pipeline,eliminates the bottleneck of export.Keywords:long-distance pipeline;slug flow;gasbag;GRP pipe伊拉克米桑油田脱气站分水问题研究吴锦亮（中海石油伊拉克公司，北京 100027）收稿日期：20230210作者简介：吴锦亮（1972），男，广东湛江人，工程师，主要研究方向为油气储运及石油工程。油气开采化 工 设 计 通 讯Oil and Gas ProductionChemical Engineering Design Communications40 第49卷第4期2023年4月式：一级分离器直输与二级分离器分水启泵联合外输的形式。1.4 脱气站分水外输测试脱气站、外输管线及终端水厂不同节点的海拔高度不同（脱气站位于较高海拔位置），因此测试前在脱气站端对整个管线进行灌水排气。待排气点排出水后，开始一级分离器分水直输，水厂根据外输终端压节点压力表读数，逐渐缓慢开阀至全开。分别测试不同水量下，分水直输管线压力变化。在整条外输管线各节点无排气装置，脱气站一级分离器分水直输的情况下，外输管线压力与相应的外输流量曲线如图1所示。未排气前，直输分水变化曲线外输压力7010.410.310.210.11050301020406002 021/9/222 021/9/232 021/9/242 021/9/252 021/9/262 021/9/272 021/9/282 021/9/292 021/9/302 021/10/12 021/10/22 021/10/32 021/10/42 021/10/52 021/10/6压力 bar流量 m3/h 图1 排气前直输分水曲线由此可看出，随着生产时间的延长，管线压力逐渐增加，导致外输流量逐渐降低。管线压力的变化，严重影响生产水外输量。在外输过程中，进行固定节点排气改造后（外输管线两处阀井增加排气阀进行排气），脱气站一级分离器分水直输实验。外输管线压力与相应的外输流量曲线如图2所示。两阀井排气后，直输分水变化曲线1002 021/10/7 2 021/10/8 2 021/10/9 2 021/10/10 2 021/10/11 2 021/10/122 021/10/13806040201010.110.210.310.410.59.90日期流量/(m3h)压力/bar图2 排气后直输分水曲线由上图可见，对长距离管道两个阀井进行排气后，管线压力逐渐降低，外输流量上升明显。由此得出，管线压力变化趋势与流量变化趋势呈反向变化，并且影响很大。从而进行下一步问题研究，管线压力随着生产时间推移逐渐上升的解决措施，既消除外输管线中气囊的存在。2 大跨度长距离输水管道气囊的危害及消除措施1）气阻：过大的气囊会阻塞管道中的水流，严重时会造成断流。2）场气震：由于水的流动会迫使气囊的形态发生不断变化，即发生振动，振动又反过来影响水流，严重时发出噪声。3）引起气蚀：气泡的破裂引发的小爆炸会产生气蚀，影响管道的使用寿命。4）爆管：压力管道中的气囊若处于管道的弯头接口等薄弱环节，气囊一旦破裂，就会发生爆管，使输水受到影响，若管道发生水锤，更易引发气囊爆裂。5）流量不稳：管道中有气囊存在，占据了管道的过水断面，阻碍了水流通过，使过水流量时大时小，影响安全供水。无论上游脱气站还是下游水处理厂，以上危害对其流程都存在很多不安全因素，因此研究相应对策如下：合理设计输水管线，适当设置自动排气阀。由于气囊主要存在管道的隆起部位，在隆起部位设置自动排气阀，能够有效阻止大气囊的生成，下坡段管顶形成的气囊具有游移性，在水流速度变慢时会上升到隆起部位，在水流速度加快时，会被推到水平管道线接合部，因此在接合部设置自动排气阀也有必要。3 脱气站分水外输问题及解决措施3.1 一级分离器分压高，外输水中含气量高根据原始设计，一级分离器的操作压力为11 bar，而对比天然气饱和蒸气压及环境温度数据得知，在通过一级分离器分水直输情况下，外输管线内随着磨损等能量损耗，出现压力降的情况，且整条外输管线有裸露地表部分，外输管线越长，流量越小，环境温度越低，管线内介质温度也逐渐降低，因此以上多种因素导致外输管线内有溶解气析出，气体逐渐聚集，形成气阻现象，导致整条外输管线前后节点压差变大，外输流量逐渐变小。经过现场分析，对于一级分离器分水含气多的问题，提出使用二级分离器低压分水，再经过生产水增压泵进行外输的方法，解决了外输管线溶解气多的问题，图3为利用低压二级分离器分水，启动增压泵后，外输压力逐渐降低并趋于稳定的试验数据。启动增压泵后变化2502001501002 021/10/142 021/10/152 021/10/162 021/10/172 021/10/182 021/10/192 021/10/202 021/10/212 021/10/222 021/10/232 021/10/242 021/10/252 021/10/262 021/10/272 021/10/28500024681012日期流量/(m3h)压力/bar图3 增压泵变化3.2 长输管线沿途高低起伏，存在析出气聚集点在常规地形条件下，长输送管道采取开挖埋地敷设方式，但是 AG 地区有沙丘、高土坡等特殊地形客观存在，长输送管道多裸露地表敷设，并沿土坡上下起伏施工，因此对于气液两相混输的情况，气体会聚集在管线凸起区域，导致形成气包，使得管线压力分布呈现不均匀性及周期变化性，若气体长时间无法再次溶解生产水中或无法被带走，会出现段塞流态外输，形成管线震动、压力损失加剧、外输流量减少等后果。针对此类问题，提出解决方案：在长输管线上两个高点设置排气点，减少气体聚集。随着外输水量需求增加，外输生产水析出气仍存油气开采化 工 设 计 通 讯Oil and Gas ProductionChemical Engineering Design Communications 41第49卷第4期2023年4月在于管顶，聚集气体现象无法通过两处阀井排气方式解决，因此通过现场调研，提出长距离管道气囊解决措施：在已建地从 AGS1-BUT 的玻璃钢管线上安装4个3寸放空阀，采用3寸玻璃钢与主管线连接，连接处用玻璃钢鞍座加固，阀门采用碳钢，阀门上部放空管线采用碳钢；检查井采用砖混，尺寸为1 m 方形，来实现多点排气，彻底解决气阻等风险问题。在排气阀投入生产后，要定期维保排气阀门及沿路巡检排气阀门情况，防止排气阀故障泄漏。图4为长输管线距离与相应海拔数据图。#1#2#3#4HighAGJ-10102030405060708090100110120005 00010 00015 00020 00025 00030 00035 00040 000BUTAGS1#5#6#7长输管线距离（m）海拔高度（m）图4 长输管线数据3.3 玻璃钢管线承压差，无法承受负压AG 脱气站分水外输管线为16寸承压2.0 MPa 厚度为7.5 mm 的玻璃钢管线，沿途管线上未设置安全阀及负压呼吸阀，因此存在管线压力过高，玻璃钢管线压裂泄漏，或因管线高度差，水流向下游流动时，上游阀门关闭导致管线负压损坏泄漏的风险。为保证外输管线安全运行，在分水外输过程中，脱气站中控人员与水厂中控人员紧密沟通，如果有紧急操作，及时反应，防止管线过压或负压损坏。并提出安装安全阀及惰气压力补充装置的本安型解决措施。3.4 管道系统水击，造成设备损坏水击是指管道系统内部流体流速突然发生变化的典型水力学现象，水击会对管道系统造成严重的破坏，如管道破裂、阀门断裂、增压设备损坏等严重事故。对于外输生产水玻璃钢管道而言，分析得出以下情况可能发生水击：终端水厂阀门突然关闭、脱气站外输泵故障停泵或外输量突变等。为防止管道在超压或减少管道运行参数波动的情况发生，应采取以下3种保护措施：压力联锁保护、水击超前保护、水击泄压保护。而水击泄压保护是较为常见且最后的一道保障措施。4 结论根据对 AG 脱气站一级分离器分水直输试验情况，在排气彻底的外输管线上初期可以200 m3/h 外输量进行生产，随着时间推移，一周后出现外输压力逐渐上升至10 bar，现场一级分离器背压11 bar，外输阀门全开的条件下，外输流量不足40 m3/h。根据各类严重气阻案例判断，同时对油田现场工况进行了理论分析，证明了该分水外输管线各节点顶部有气囊产生，影响生产。1）改造分水外输管线阀井，增加两处排气阀。试验分水直输情况，发现一级分离器分出的生产水中存在大量溶解气，及时缩短两处排气阀手动排气周期，仍然无法实现较大的外输流量，结果表明分水外输管线上溶解气是管内气囊的主要原因，进而提出低压二级分离器分水后启动增加泵外输的形式，解决外输生产水中溶解气大量存在的情况。从现场试验数据得知，外输管线压力仍然在25 bar 浮动，存在少许溶解气汇聚成气囊，再由气囊转变溶解气的现象，这样不稳定的流态使得管线发生振动以及上下游设施流程不稳的情况。2）外输管线大跨度、长距离、上下凹凸地形，以及海拔差大等多因素存在，导致外输管线气囊产生，对此提出在四处管线凸起顶部，设置自动排气阀，从根本上解决以上所有问题，根据改造后的历史生产数据可看出，脱气站能稳定外输300 m3/h，外输压力波动在2 bar 以内，提供了生产流程平稳的环境，保证了油气及注水生产任务顺利完成。综上所述，对于长距离输水管道，需注意管道中聚集的气体。无论对于管道或上下游设施流程来讲，其危害都是巨大的，因此只有做好排气工作，才能使危害消除或减少，从而维持生产的正常运行。参考文献1 海洋.中海油伊拉克米桑油田群原油外输管线投产 J.中国石油和化工，2014（9）：34.2 李金林.玻璃钢管在稠油污水外输管线工程中的应用J.工业用水与废水，2005，36（5）：83-85.3 周正一.玻璃钢管在火电厂海底取排水工程的应用 J.华电技术，2014，36（9）：53-55.4 董海.某海上油气田LPG外输可行性研究J.化工管理，2021（11）：189-190.录 稿 声 明录稿通知发出后，视为投稿人已阅读并理解我刊（投稿须知）等内容。例如，投稿人投稿时请勿“一稿多投”；根据国家著作权法，本编辑部享有作品的汇编权和文字修改权等权力，投稿人将作品交本刊刊载的同时也同意将其信息网络传播权授予我编辑部等等。本通知所说的信息网络传播权，包含相应的电子版本复制权。如发现已录用稿件有学术不端行为嫌疑的编辑部有权将其从知网、万方等数据库平台撤稿。