水下采油树油嘴失效工况分析

鞠朋朋

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

随着我国经济社会的快速发展，能源的需求量越来越大，深水油气田的开发愈发重要，水下采油树作为水下生产系统开发的核心设备发挥着重要作用。水下采油树利用油嘴控制井口产量，利用井口跨接管把井口产量回接水下管汇，在管汇处汇总各水下井口产量后通过海底管道输往下游处理设施。水下采油树、跨接管、水下管汇等设备的尺寸、设计温度参数直接与井口产量相关，采油树油嘴在因砂冲蚀等原因失去节流功能后，井口产量将根据油嘴下游背压重新分配，此时井口温度会随井口产量的增加呈现先变大后变小的规律，水下各设备设计温度应能满足该工况的温度升高要求；井口产量增加还需要核实跨接管、海底管道等对应的生产流体冲蚀速度比（EVR），以免水下设备因冲蚀而发生损坏。

某南海水下气田开发示意图如图1，生产井A1、A9通过井口软管回接水下管汇1，A10、A11井通过井口跨接管回接水下管汇2，水下管汇1和2汇总各井口产量后利用18.3km的10”海底管道把生产流体输往下游平台进行处理。

图1 220kV海上升压站

1 设计基础

1.1 水下采油树油嘴性能曲线

油嘴是采油树上用于控制油气井产量的部件，在油气井的生产过程中，通过油嘴合理控制生产压差，调节油气井产量，可以避免地下亏空，从而使油气井在合理的压差下保持平稳生产。水下采油树油嘴一般由采油树厂家供货，其性能决定了水下井口单井产量调节比，也决定了油嘴在失效时的等效流通面积。某南海深水气田的水下采油树油嘴由挪威Aker Solutions公司提供，具体性能如图2：

图2 采油树油嘴性能曲线

1.2 油藏IPR性能曲线

水下井口产液能力由油藏I P R 性能曲线（Inflow Performance Relationship Curve）确定，该曲线标明了井口产量与井底流压之间的对应关系，可反应在不同井口背压条件下能达到的最大产量。该曲线由油藏专业提供，作为油嘴失效工况分析的基础，具体如图3：

图3 油藏IPR性能曲线

2 油嘴失效工况分析

水下采油树油嘴阀芯因井底防砂措施失效而被砂冲蚀，或其他原因需要在前期设计配产基础上进行增产，以某南海深水气田2020年初始投产年作为基础，评估了油嘴失效对井口产量、井口温度及设备设计参数的影响。

2.1 井口最大产量评估

各水下井口在油嘴下游背压下对应的单井最大产量、最高井口温度如表1：

表1 采油树油嘴失效对应的单井最大产量和井口最高温度

各水下井口在油嘴下游背压下对应的单井最大产量、最高井口温度如图4：

图4 油嘴失效单井产量变化及对应井口温度曲线

根据表1和图4中的最大单井产量和井口温度数据进行水下设备设计参数的复核。

2.2 水下设备设计温度校核

水下采油树设计温度为“P+U”等级，承受的温度范围为-29℃～121℃，可满足油嘴失效工况的温度需求。水下单井回接跨接管、单井回接软管的设计温度复核结果如表2：

表2 井口跨接管及软管设计温度校核

从表2可看出，在未考虑油嘴失效工况时井口跨接管及软管设计温度无法覆盖最高温度要求，后期在油嘴失效温度基础上取5℃余量作为设计温度，满足了设计需求。

表3 水下管汇及海底管道温度校核

从表3可以看出，前期设计时水下管汇、海底管道设计温度在油嘴上游温度基础上取了10℃余量，考虑井口跨接管及软管温降，原设计温度可以满足油嘴失效工况要求。

2.3 水下设备冲蚀比校核

采油树油嘴失效对应的单井产量变大，冲蚀速度比（EVR）也需进行复核，以防止水下设备出现冲蚀损坏。

表4 井口跨接管、软管及海底管道冲蚀比校核

从表4可看出，采油树油嘴失效时井口跨接管、软管及海底管道对应的冲蚀比会有所增加，但仍在允许的范围内（EVR＜1），可满足工况需求。

3 结论

水下采油树油嘴因砂冲蚀等原因失去节流功能，井口产量会根据油嘴下游海管背压重新进行分配计算，此时对应的井口产量、井口温度会对采油树、跨接管、水下管汇等设备尺寸、设计温度产生影响，需要核实此工况各水下设备设计参数是否满足要求，以保证水下生产系统在该工况下安全平稳地运行。

◆参考文献

[1] 海管动态流动保障报告，南海某项目[R].2019.

[2] 宋琳，杨树耕，刘宝珑. 水下油气生产系统技术及基础设备发展与研究[J].海洋开发与管理，2013，(6)：91-98.

[3] ISO/TC 67/SC.ISO13628-1:2005 Petroleum and natural gas industries-Design and operation of subsea production system-Part1[S].August 23,2007.