基于OLGA的LX致密气田管网水合物模拟

2024-01-22魏超张兵苏羽

石化技术 2024年1期

魏超张兵苏羽

中海艾普油气测试（天津）有限公司天津 300450

致密气由于井口节流，易生成水合物，而水合物的存在会对管道的安全运行至关重要，轻则影响管道的输送效率，严重则会堵塞管道造成极大的安全事故。2018年，美国得克萨斯州的一条天然气管道发生了爆炸，造成多人死亡和大规模财产损失。造成该事故的原因是管道内水合物形成，堵塞管道引发爆炸，导致人员伤亡、经济损失等严重后果。

在水合物生成模拟方面，已有多位学者基于OLGA开展水合物研究，研究结果对现场具有一定的指导意义。王立满[1]等人研究了射流清管器清管过程中水合物的生成和预防，考虑到射流清管器旁通会产生节流效应，从而导致水合物生成，通过OLGA模拟清管过程中加注水合物抑制剂的量来解决这一问题。Zhang[2]等人通过考虑冷壁凝析水产生的水合物和气芯凝析液滴的影响，建立了一种预测输气管道中水合物沉积的新模型，为海底和寒区油气能源的高效、安全开发提供了有效支撑。史静怡和丁家祥[3-4]等人基于CSMHyK水合物动力学模型和OLGA软件对海底管道的水合物生成进行数值模拟，得到水合物生成的范围以及避免水合物生成的压力范围。魏文倩和董国庆[5-6]等人通过OLGA全动态数值模拟软件对海底管道水合物生成的多少以及生成的位置进行了相关的数值模拟研究，为深海管道水合物的防治提供了一定的意见。王海秀[7]等人结合海底多相流管道水合物生成的数学模型，利用OLGA对海底管道不同含水率、气油比和流量下的水合物的生成情况进行数值模拟。

综上可知，基于OLGA软件水合物生成模拟主要集中在海底管道，而在非常规致密气田下的水合物模拟预测较为缺乏。因此，本文基于OLGA开展LX致密气田现场工况下的水合物预测研究，得到其高风险位置和生成量。本文结果对致密气田水合物预测提供一定的参考价值。

2 LX 致密气田某管网模型的建立

根据LX致密气田某管网的相关数据建立OLGA管网模型，如图1所示。环境温度为10℃（夏季工况），模型验证结果见表1。模型误差小于8.64%，满足模拟要求。

表1 节流前后压力值误差结果

图1 LX致密气田某管网示意

3 管网水合物模拟结果

3.1 水合物生成的温压差预测

DTHYD（Difference between section and hydrate temperature）变量为管道剖面温度和水合物生成温度之间的差值，DTHYD越负，表明管道剖面温度越高于水合物生成温度，水合物不易生成，反之则反。图2为各井口节流管道DTHYD结果，节流前各管道DTHYD为负值，水合物不易生成，节流后LINE-3-106-4D、LINE-3-106-5D、LINE-3-74-2D、LINE-3-74-4H、LINE-3-106-2D、LINE-3-106-3D以及LINE-3-106-0管道的DTHYD为正值，水合物生成风险增大。例如，LINE-3-106-4D管道节流前后温降最大，节流前DTHYD最小值为-0.82℃，节流后DTHYD最大值为7.12℃。图3各干线管道的DTHYD均小于0，水合物均不易生成。

图2 各管道水合物DTHYD预测结果

图3 各管道水合物DTHYD预测结果

DPHYD（Difference between section and hydrate pressure）变量为管道剖面压力和水合物生成压力之间的差值，DPHYD越负，表明管道剖面压力越低于水合物生成压力，水合物不易生成，反之则反。图4为各井口节流管道DPHYD结果，节流前各管道DPHYD为负值，水合物不易生成，节流后LINE-3-106-4D、LINE-3-106-5D、LINE-3-74-2D、LINE-3-74-4H、LINE-3-106-2D、LINE-3-106-3D以及LINE-3-106-0管道的DPHYD为正值，水合物生成风险增大。例如，LINE-3-106-4D管道节流前后压降最大，节流前DPHYD最小值为-8.77bar，节流后DPHYD最大值为26.08bar。图5其他干线管道的DPHYD均小于0，水合物均不易生成。

图4 各管道水合物DPHYD预测结果

图5 各管道水合物DPHYD预测结果

3.2 水合物生成高风险位置预测

由3.1节可知，水合物生成风险主要集中在节流管道，干线无风险，因此采用HYDMASS变量（单位体积管道中水合物的生成质量）对节流管道进行分析。由图6可得到只有LINE-3-106-4D管道生成水合物，10m处为节流点。节流前不不生成水合物，节流后生成水合物，且在管道末端生成HYDMASS最大，为0.96kg/m3。

图6 各节流管道中水合物生成的质量

通过观察LINE-3-106-4D管道所处的温度压力与水合物生成所需要的温度压力由图7可以发现，节流前管道温度在水合物生成温度之上，压力在水合物生成压力之下，且变化较为平缓。节流位置管道的温度压力与水合物生成的温度压力发生骤降，且水合物生成压力比管道压力降幅大，水合物生成温度比管道温度降幅小。管道的压力在水合物生成压力之上，温度在水合物生成温度之下，生成水合物。在管道的14m处，管道的温度压力与水合物生成的温度压力相比具有最大的差值。在该处的温度比水合物生成的温度低7.12℃，压力比水合物生成压力高34.85bar，所以在该位置更容易生成水合物，水合物生成质量为0.46kg/m3。