苏里格气田输气管道清管周期分析

2014-07-12梁凌云茹志娟

石油化工应用 2014年6期

王惠，万畅，曾萍，梁凌云，茹志娟

（1.中国石油长庆油田分公司苏里格气田研究中心，陕西西安 710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710018；3.广东省科技干部学院，广东广州 519090）

井口开采出来的天然气，携带着大量水和凝析液，经集气站初步处理后，成为饱和湿天然气，通过集气干线输送至天然气处理厂。天然气从集气站到处理厂的输送过程中，由于压力、温度的改变，饱和的天然气状态发生了变化，导致天然气中的水蒸气及重烃凝析出来，输气效率降低。当管线积液到一定程度就会影响到管道的高效运行，此时需进行清管作业。

1 清管周期概述

1.1 清管周期的主要影响因素

（1）管线积液量；（2）气液混合物在管道中允许的压降和流速；（3）液塞捕集器的大小；（4）管道内气体流速。以上影响因素转变为相应的参数，即：积液量、压差、输气效率及气体流速（气体携液能力）。

1.2 清管周期参照标准

目前清管周期的参照标准主要有以下三种：

（1）最小输气效率，SY/T5922-2003规定，当输气效率小于95%时，宜进行清管。实际上，对于发展中的苏里格气田，气量是不断变化的，部分管线投产时气量不足，输气效率不高。因此仅仅根据输气效率判断清管时机对于气量变化的输气管线是不够的。

（2）经验判断，现场生产中，一些单位以最大允许压差为依据判断是否清管。影响压差的因素主要有：积液量、气体流速、管线摩阻等。实际运行中，输气管线规格、长度、气量都各有差异，最大允许压差亦不尽相同。

（3）最大允许积液量，部分单位则根据管线末端捕集器的处理量为最大允许积液量进行清管判断。在苏里格气田，捕集器的液体处理量为60 m3。

这里，通过最大允许积液量为例分析其在苏里格气田清管周期的适用性。

1.3 天然气含水量概念

饱和含水量：在一定条件下即气体组成、温度及压力一定时，天然气与液体水达到相平衡时，气相中的含水量即为天然气的饱和含水量。

饱和含水气的特点：湿度为100%。饱和含水量取决于天然气的组成、温度和压力。温度越高，饱和含水量越高；压力越高，饱和含水量越低；组分越富，饱和含水量越高[1]。在苏里格气田，整个集气系统传输的介质均为湿气。

2 天然气含水量的变化原理

天然气在管道中流动，随着压力、温度的变化，其饱和含水量也在发生变化。曲线P、T为天然气沿管道压力、温度分布曲线，曲线 abcd为对应输气管道的压力温度下的饱和含水量曲线（见图1）。在输气管的前半部，压力下降不大，温度急剧下降，饱和含水量也随之下降，如ac段；在输气管的后半部，温度下降平缓，接近于周围介质温度，压力则急剧下降，对应的饱和含水量逐步上升，如cd段；以c点的饱和含水量最小。

天然气输入管道后，由于温度高于露点，气体未被水蒸气饱和，含水量相当于 h点，气体向前流动含水量并不改变，由于温度下降，至b点而饱和，从b点至c点含水量逐步减小，沿途有水析出，但bc段一直饱和，气体的水蒸气分压等于该温度下水的饱和蒸气压，bc段的气体露点也就是该段输气管的温度，由于水的析出，c点以后含水量不可能再增大，直至e点始终保持最小的含水量，从饱和变至不饱和，水蒸气分压逐步变低，气体的露点则愈低于输气管温度[2]。

图1 输气管的含水量变化原理

3 天然气饱和含水量的确定

目前，天然气饱和含水量的确定方法有很多种，如实验测定、算图、经验方程以及状态方程计算等。鉴于实验测定、图版等方法工作量相对较大，以下分析总结一种简单适用的解析式计算法。

3.1 天然气饱和含水量计算方法

查询相关文献，天然气饱和含水量的解析计算方法主要有以下几种：

（1）方法一，Bukacek发表了压力在1.4～21 MPa范围内天然气中饱和含水量的计算公式[3]：

式中：WH2O-天然气的含水量，kg/m3；P-天然气体系的压力，MPa（绝）；T-天然气水露点的温度，℃。

表1 Ai值

Ai取值（见表 1）。

（2）方法二，Mcketta-Wehe计算法，适用范围为压力低于8.3 MPa，温度低于82℃[3]。

式中的A、B值由下式计算：

式中：ai、bi为系数（见表 2）。

表2 ai和bi的系数

（3）方法三，用现代计算机技术回归的相关数据提出了基于算图的计算机化方法[3]：

式中所用系数（见表3）。

以上3种公式化计算方法涉及参数简单，对于现场生产人员来说便于计算，并掌握管线运行情况。

3.2 天然气饱和含水量计算比较

下面以苏里格气田苏A-F干线运行参数为例对以上三种公式法计算进行比较。首先通过TGNET软件模拟管线沿途温度、压力变化情况。

表3 方法3中使用的系数

表4 模拟苏A-F干线沿途温度、压力变化

表5 输气管线实际积液与估算积液比较

同上，计算了几条干线的积液情况，并与实际清管积液进行比较（见表5）。

表5表明，比较而言方法二即Mcketta-Wehe法结果误差较小，基本维持在12%以内，且估算值略为偏小。分析认为，在误差允许范围内，估算值通过校正基本可以用于指导现场清管作业。

4 确定苏里格气田输气管线清管制度

确定管道的最佳清管周期，对管道的安全运行至关重要。在一个清管周期内，如果输量基本保持不变，对于湿气输送，随着凝析液的增加，管道的实际流通面积减少，动力消耗增加。随着时间的推移，管道中的凝析液的量越来越大，为降低管道输送气体的单位能耗，就必须在管道运行一段时间后实施清管。清管后与清管前相比，管道的实际流通面积增大，管输摩阻损失减少，单位气体的动力消耗也降低。所以清管是管道运行一段时间后必须的作业。

通过上述分析表明，解析法Mcketta-Wehe估算输气管线积液值基本可靠，该算法相对简单、快捷，同时比较实用于生产。考虑到估算误差，对计算清管周期进行了校正，计算结果（见表6）。