长输管线多源天然气气质实时调配和控制技术

中海石油（中国）有限公司崖城作业公司

依托崖城13-1 气田至香港终端长度778 km、直径28 in（1 in=25.4 cm）的海底输送管线，目前崖城13-1 气田、崖城13-4 气田以及文昌9-2/9-3/10-3 气田（以下简称文昌9-2/3 气田）共同接入，多气源混输至下游用户中华电力公司。崖城13-1气田自1996 年投产以来，下游用户对气田外输天然气品质有严格的合同要求，水露点主要通过三甘醇脱水系统控制，烃露点主要通过J-T效应和低温分离器控制，均可达到销售合同要求。重点工作就是如何控制和调配销售气的CO2含量、热值和H2S 含量达到合同要求。

崖城13-1 气田处在开发后期，随着气藏压力递减，生产井CO2和H2S 含量逐渐升高，部分井CO2含量已经超过供气合同要求的12.0%（摩尔分数），H2S含量已经超过供气合同要求的50×10-6。目前工况下，外输气CO2含量满足销售合同的要求，依靠崖城13-4气田和低含量CO2的井进行配产。

常规的配产策略是源于每月的测井数据，参考天然气组分在线分析仪的监控。利用加权计算法，按照经验对生产井进行组合调配，得到满足外输气交付要求的生产井组合结果，以此指导下一步的工艺生产。由于是人工进行加权计算，每次仅能得出一种生产井配产组合的结果，也仅能计算一种外输气组分的结果。但是随着文昌9-2/3 气田的投产，多气源接入海底管线混合外输，外输气组分调配比单气源更加复杂。因此，传统的人工计算方法已经不能满足现在的生产工况。

1 气质调配和控制技术原理

在气田定期的测井数据统计及天然气产量校正等基础上，采用油嘴开度与产气量之间的特性曲线（Cv曲线）取得每口井不同油嘴开度下不同的产气量，导入EXCEL 表格，利用其筛选功能和SUBTOTAL 函数对各种气质组分进行加权计算，建立数学模型[1-4]，以此制定调配机制，在不同工况下快速完成生产井的合理调配，严格控制外输天然气的气质。

1.1 天然气产量校正

由于单井含水以饱和水蒸气的形式随着天然气进入下游流程，而未被测试分离器水相流量计测得，造成产水量的误差，崖城13-1 气田采取以下公式计算该状态下天然气流中的饱和水蒸气含量。

该方法根据饱和蒸汽压下天然气含水蒸气计算方法，考虑到气体组分的影响，根据所含酸性气体和盐类结合乌拉尔定律修正来计算天然气饱和状态下含水量[5]。

计算出产水量的误差后，以测井所得的天然气产量扣除进入气相中的水蒸气体积得到校正后的天然气产量，以此作为Cv中的产气量理论计算值。

1.2 油嘴开度与产气量之间的特性曲线（Cv 曲线）

以校正后的天然气产量为原始数据，结合油嘴开度与产气量之间的Cv曲线，可以算得不同开度时的产气量，以此作为不同油嘴开度下各单井乃至整个气田的配产指导。油嘴开度与产气量之间的特性曲线如图1 所示。

图1 油嘴开度与产气量的特性曲线Fig.1 Characteristic curve of nozzle opening and gas production

1.3 EXCEL 筛选功能和SUBTOTAL 函数的结合运用

在EXCEL 表格中，以气田最大生产能力为前提，输入生产井在油嘴全开工况下的生产数据，再辅以筛选功能和SUBTOTAL 函数的结合运用[6-8]，即可实现不同工况下开不同的井以不同的油嘴开度生产，来满足外输气的气质交付要求。

2 气质调配和控制技术的应用

2.1 多气源生产井日常配产

下面以调配外输气CO2含量[9]为例。

目前气源主要来自崖城13-1、崖城13-4 和文昌9-2/3 三个气田，有四种不同的供气工况：①崖城13-1 气田单独供气；②崖城13-1 气田和崖城13-4 气田同时供气；③崖城13-1 气田、崖城13-4 气田和文昌9-2/3 气田三者同时供气；④崖城13-1 气田和文昌9-2/3 气田同时供气。

不论是一个气田单独供气，还是多个气田联合供气，外输天然气中含CO2摩尔分数均不能超过12%。

在崖城13-4 气田或文昌9-2/3 气田意外停产情况下，外输气的CO2含量调配存在一定难度，故在加权计算的基础上，应用EXCEL 表格的筛选和SUBTOTAL 函数功能，快速定出配产方案，完成生产调整，保障供气质量。

2.2 多气源非正常工况下配产方案调整

在文昌9-2/3 气田天然气接入崖城气田后，崖城13-1 平台外输天然气组分发生变化要及时调整，保证持续给用户输送合格天然气。

崖城13-1 气田外输天然气和文昌9-2/3 气田外输天然气在28 in 海管三通接入点处混合，接入点距离崖城平台446 km，天然气输送到海管后到接入点混合需要一定时间。在文昌9-2/3 气田计划关停、非计划关停、避台关停或外输气组分出现异常的情况下，通过模型计算，崖城13-1 气田选择开/关不同的生产井，得到不同的外输气量和热值[10-11]，选择最合理的生产井配产方案，满足供给气量和交付组分的要求。

鉴于崖城13-1 气田天然气CO2含量高、热值偏低，而文昌9-2/3 气田天然气CO2含量低、热值偏高的特点，以下两种情况最为常见：

（1）崖城13-1 气田天然气中断外输，需要文昌9-2/3 气田的天然气进行组分配比，保证混合后的天然气达到外输天然气质量要求（特别是热值）。文昌9-2/3 气田需要根据崖城13-1 气田的外输气量、气质计算出需要调节的外输气气量和气质。由于接入点距文昌9-2/3 CEP 平台33.1 km，为10 in 海管，距离近，管容小，流速快，通过计算核实，文昌9-2/3 CEP 平台外输天然气到达接入点的时间远远小于崖城平台外输天然气到达接入点的时间，因此当崖城平台一旦出现停输，需要通知文昌9-2/9-3 CEP 平台及时做出调整，避免高热值段塞流输送到下游产生商业纠纷。

（2）在文昌9-2/3 气田天然气中断外输，而崖城13-1 气田外输天然气CO2含量超合同要求时，文昌9-2/3 气田需要立即通知崖城平台并调节气嘴，关小高CO2含量井，开大低CO2含量井，导通放空流程，直到CO2含量合格才可恢复供气。这段调整的时间必定造成供气量的暂时短缺，需要崖城13-1 气田立即对外输气量和外输气的CO2含量进行调整，通过生产井组合模拟，计算出同时满足产气量和外输组分要求的工况，从而保障海管存量、上岸压力和供气要求。

2.3 优化生产配产

目前工况下，崖城气田的外输气CO2含量主要依靠崖城13-4 气田A1H 井和崖城13-1 气田低CO2含量井（如A6 和A8 井）的天然气进行组分配比。随着崖城13-4 气田A1H 井的产量下降，在崖城13-1 气田开同样的生产井条件下，外输气CO2含量将会超标，需要关闭部分高碳井减小产量，届时对生产井精细化管理变得尤为重要。

精确计算各生产井的CO2含量，以最优组合应对不同的工况，以此保护低CO2含量的生产井，留出更多的配产空间。在文昌9-2/3 气田接入后，具体策略是在崖城13-1 平台外输天然气CO2含量合格的情况下，文昌9-2/3 气田在保证外输天然气满足合同要求的前提下尽量提高外输天然气的CO2含量，合理调配生产井，严格控制外输天然气的CO2含量，让文昌9-2/3 气田外输天然气CO2含量满足合同要求的时间延长；在文昌9-2/3 气田外输天然气CO2含量较低的工况下，通过计算得出调配方案，保证在外输气CO2含量合格的情况下，尽量提高崖城13-1 气田外输气的CO2含量，从而有效保护低碳井。因此，制定调配机制，能有效保护崖城13-1 气田的低碳井和有效延长文昌9-2/3 气田的合格供气时间。

3 应用效果

此项技术经济投入较低，可以节省新建气质调配系统费用约300 万元。目前，此项技术已经在日常生产中运用，并贯穿于整个工艺流程操作，适用于正常的生产调整、计划关停后的复产以及异常工况下的应急措施，应用效果良好，调配迅速，组分数据计算准确。

以崖城13-4 气田出现关停，需要调配CO2含量为例。在以往的生产应急中，当某一气源出现关停或CO2含量上升时，优先关闭产气量高、CO2含量高的生产井，这样虽然可以满足外输组分要求，但也损失了部分外输气量。通过此配产机制，可以精确到关闭一口最适当的生产井。以崖城13-1 气田的生产井为例，如图2 和图3 所示。两者对比，产量差别为50×104m3/d，假设复产时间为2 h，天然气的销售价格为2 元/m3，则直接创造的经济效益为8 万元左右。假如每年生产应急5 次，那么全年可增加收益40 万元。

图2 CO2含量变化对比Fig.2 Comparison of changes in CO2 content

图3 外输气量变化对比Fig.3 Comparison of changes in gas external delivery volume

如果在计划关停之外出现意外关停时，此方式也适用，能快速对生产井进行再调配，在保证外输气合格的情况下保证销售量。

4 结论

香港长输管线多源天然气气质实时调配和控制技术，可在不同工况下快速完成生产井的调配，严格控制外输天然气的CO2、H2S 含量和热值，同时使外输气量最大化；在定期进行生产井产能摸底和测井数据统计的基础上，运用EXCEL 表格完善数学模型和制定调配机制，投入成本较低，即可快速指导配产，帮助制定最优方案，同时又可保护低碳井，延长满足合同的生产时间，提高生产经济效益。