深水采油树初始启动低温分析
2021-06-17鞠朋朋李大全井元彬王文龙
鞠朋朋,李大全,井元彬,王文龙,张 欢
(1.海洋石油工程股份有限公司,天津 300451;2.中海石油(中国)有限公司 湛江分公司, 广东 湛江 524057)
1 前言
南海某项目水深1 500 m,采用水下生产系统和半潜平台(SEMI)开发方案,天然气在半潜平台干燥脱水处理后外输,凝析油脱水处理合格后储存在半潜平台定期外输。水下生产系统共4口生产井,井位布置分散,采用一个水下管汇(West Manifold)、两个海管终端(A1 PLET和A11H PLET)和双25.4 km的10″海管进行开发,A9H井、A10H井回接西管汇,A1井、A11H井分别回接A1 PLET和A11H PLET;其中A9H井通过2.2 km的8″软管回接管汇,A1井通过4.6 km的8″软管回接海管终端,具体开发示意图如图1。
图1 南海某气田水下生产系统开发示意图
深水采油树关停后,井筒内生产流体在重力作用下会发生气液分离,井筒上部为气体,下部为液体;同时采油树会冷却至最低环境温度,压力达到关井压力,在此条件下开井时,由于J-T节流效应会在油嘴下游形成低温,超过设备最低设计温度(-29 ℃),影响设备的安全投产。深水项目初始投产前一般在油嘴下游预充一定压力,降低油嘴前后压差,从而提高油嘴下游启动低温,避免设备因低温发生损坏。跨接管、水下管汇、海底管道等设备最低设计温度也要考虑初始启动低温的影响,根据此设计工况确定设备最低设计温度,为材料选型提供依据。
2 深水采油树初始启动低温分析
2.1 初始启动油嘴下游预充压力核算
该南海项目水深1 500 m,水下采油树环境水温2.59 ℃,关井压力38 MPa,采油树油嘴下游管线最低设计温度为-29 ℃,初始启动前采油树内压力为关井压力,温度为最低环境温度,在此条件下开井时油嘴下游温度低至-82 ℃,远远低于设备最设计温度,为避免设备损坏,保证开井安全,在油嘴下游预充一定压力提高背压,降低J-T效应影响,使开井温度不低于-29 ℃。利用HYSYS软件建立模型,试算油嘴下游低温,主要结果如表1。
表1 典型年份油嘴下游预充压力(105 Pa)
从表1可知,A1、A11H井因为关井压力随生产年份逐渐降低,因而需要的预充压力也随之降低;A9H、A10H井因为关井压力在2030年达到最大值,因而需要的预充背压也最大,之后逐渐降低。
2.2 初始启动油嘴下游低温分析计算
为保守设计考虑,假定水下采油树初始启动前井下安全阀(SCSSV)至采油树油管没有预充甲醇,开井时油嘴上游也没有注入甲醇,油嘴下游开井时注入MEG(乙二醇),此时开井对应的低温作为设备最低设计温度。以A1井、A10H井初始启动为例,A1井通过软管直接回接水下管汇,开井过程中油嘴下游温度(TVALVEOUT)为采油树最低设计温度,油嘴下游管线出口温度(TM)为软管进口温度,用于确定软管最低设计温度;A10H井通过跨接管回接水下管汇,开井过程中油嘴下游温度(TVALVEOUT)为采油树最低设计温度,油嘴下游管线出口温度(TM-3)为跨接管进口温度,用于确定跨接管最低设计温度,跨接管出口温度(TM-2)为水下管汇进口温度,用于确定水下管汇最低设计温度。具体模拟结果如图2、图3。水下各井口初始启动过程中低温数据如表2。
图2 A1井初始启动各点低温
图3 A10H井初始启动各点低温
表2 各井口初始启动低温数据
基于表2数据,考虑一定设计余量,油嘴下游管线最低设计温度-29 ℃,跨接管及单井回接软管最低设计温度-29 ℃,水下管汇及海管最低设计温度-20 ℃。
3 结论
开井前因采油树处于关井压力和最低环境温度状态,启井时油嘴节流效应(J-T效应)会产生低温,为防止低温对采油树材料产生破坏,需在油嘴后预充一定压力,使启动低温高于材料最低设计温度;同时启动低温随流体从环境温度吸热而升高,进行低温分析确定各设备最低设计温度,指导水下设备材料选型和设计。