高含硫湿气集输系统增压模式优化研究
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Study on Optimization of Pressurization Mode of High Sulfur Wet Gas Gathering and Transportation System MA Wen Research Institute of Petroleum Engineering Technology of Zhongyuan Oilfield Branch Company， SINOPEC Abstract： As the gas wells which are below the external transportation pressure standard in the high sulfur wet gas field are increasing， the stable production of the gas field is affected， thus it is necessary to conduct pressurized gas gathering and transportation in the later stage of gas field development. Based on the previous research results， a numerical model of pressurized gathering and transportation mode is established，and the change of flow rate，liquid holdup and pressure drop in the gathering and transportation pipeline in a gas field under typical supercharged mode is simulated and analyzed by the thermalmechanical coupling method. The research results show that: 1#~4# pipeline flow rate is too high， so it is necessary to increase the operating pressure of the corresponding pipeline section and carry out pressurized gathering to reduce the flow rate of the corresponding pipeline section. The analysis is made from the perspective of avoiding the risk of slug flow and pressure drop， and it is suggested that the 1#~3# pipeline should be pressurized by steam- liquid separate transmission. The mode of regional pressurization of steam-liquid separate transmission and main line pressurization should be adopted in combination with various factors，it can not only maximize the development of gas field resources，but also meet the requirements of pipeline network external transportation pressure. It is the optimal mode of pressurized gathering and transportation for high sulfur wet gas gathering and transportation systems. The above research results provide an important basis for the determination of pressurization mode and the layout of pressurization points of high sulfur wet gas gathering and transportation system. Keywords： high sulfur wet gas field； pressurized gathering and transportation； steam liquid separate transmission；trunk pressurization；regional pressurization
图 1 增压模式确定流程图 Fig.1 Flow chart for determination of pressurization mode
3 结果与讨论
高含硫湿气集输系统增压模式的选择应尽量保 证把气田产出的天然气向外输出，尽可能降低集气 管网的集气压力，保证增压集输系统整体安全运行 的可靠性且方便管理。高含硫湿气田井口压力设计 值 为 4 MPa， 为 满 足 井 口 压 力 值 要 求 ， 经 大 量 核 算，采用集中增压模式，增压压缩机入口压力将降 为 3.3 MPa。 本 文 将 主 要 对 集 输 管 线 流 速 、 持 液 率 及压降等管网运行特性进行分析。 3.1 集输管内流速分析
78
油气田地面工程
第 40 卷第 07 期 （2021-07）
图 2 1#线管线流速变化 Fig.2 Flow rate change of line 1#
完整性管理
3.2 集输管道内持液率分析
图 6～ 图 9 是 1#~4#线 管 线 持 液 率 变 化 结 果。 从 图 中 可 以 看 出 ： 1#线 P103-P102 和 P106-P104 管 段 持 液 率 达 50% 以 上 ； 2#线 P204-P203 和 P203-P202 管段持液率在 40%以上，在启动、停止、运输过程 中 可 能 发 生 段 塞 流 风 险 ； 3#线 P305-P304、 P304P303 和 P303-P302 管段持液率在 40%左右，启停输 过 程 中 也 可 能 存 在 段 塞 流 风 险 ； 4#线 各 管 段 持 液 率 均较小，运行中发生段塞流风险的可能性较小。因 此 ， 从 避 免 段 塞 流 风 险 角 度 分 析 ， 建 议 对 1#~3#线 进行汽液分输增压。
本文以多相流双流体模型为基础，基于流型特 性因素分析，并且耦合管道沿线的温降模型及天然 气物性 P-R 计算模型，采用 OGLA 软件对某气田集 输管网进行了三维表征，建立了高含硫湿气田复杂 山地集输系统增压模拟物理模型，并通过运用数值 差分方法对其进行求解。
2 集输系统增压模式确定
图 1为高含硫湿气集输系统增压模式确定流程 图，主要包括参数输入、模型求解计算、临界条件 判定以及结论输出等几个方面。
本文通过对现有高含硫湿气田实际数据进行分 析，建立了高含硫湿气增压集输模式的数学模型和 物理模型，通过模拟分析典型增压模式下集输管内 的流速、持液率、压降的变化规律，并对地面配套 的增压集输工艺、地面集输管网的调整利用和增压 集输的成本控制等因素进行综合考虑，最终优选出 高含硫湿气田增压集输模式。
1 气田增压集输模型建立
（1） 将 运 行 参 数 （输 气 量 、 温 度 以 及 组 分 等）、结构参数 （管网管径、倾角以及高差等）、地 质配产 （气井产量以及进口压力） 等数据代入已建
好的模型中进行相应的计算。 （2） 进 行 临 界 条 件 的 判 别 。 若 管 内 流 速
≤8 m/s，则采用集中增压模式，然后进行段塞流风 险以及降压判别。若有段塞流风险，则采用分输集 中增压；若无段塞流风险，则采用混输集中增压。 若 管 内 流 速 ＞ 8m /s， 则 需 确 定 相 应 的 增 压 降 速 管 段 并初步确定相应管段的增压模式，然后进行段塞流 风险以及降压判别。若有段塞流风险，则采用汽液 分输增压；若无段塞流风险，则采用汽液混输 增压。
图 2～ 图 5 是 1#~4#线 管 线 流 速 变 化 结 果。 从 图 中 可 以 看 出： 1#线 P104-P102 以 及 P102-P301-1 管 线 流 速 均 超 过 10 m/s， 仅 部 分 支 线 满 足 设 计 要 求 （3~8 m/s）； 2#线 各 管 段 流 速 均 在 控 制 流 速 3~8 m/s 范围内，但 P201-P301-2 和 P202-P201 管段流速较 高 ； 3#线 P301-NODE 管 段 处 于 高 速 运 行 状 态 ， 其 余 管 段 流 速 均 在 控 制 流 速 3~8 m/s 范 围 内 ； 4#线ห้องสมุดไป่ตู้除 D405- D404 管 段 外 ， 其 他 管 段 速 度 均 超 过 8 m/s， 不 满 足 管 线 输 气 能 力 。 因 此 ， 若 要 解 决 1#~4#线 流 速过高问题，必需提高相应管段运行压力，进行增 压集输。
77
完整性管理
马雯：高含硫湿气集输系统增压模式优化研究
目前，国内外有大量学者、工程师对气田集输 系统的增压模式进行了探索，主要有井场增压、集 气站增压、区域增压、集中增压、组合增压等增压 模式 ， [2-5] 并在多种类型气藏的实际开发中得到了广 泛应用。如靖边气田在开发中后期的低压开发阶段 采用了以区域增压为主、部分集气站单站增压为辅 的增压集输模式 ； [6-8] 苏里格气田通过分析总结以及 开展气井低压低产阶段同步回转增压排水工艺技术 研究，最终确定气田集气站采用分散增压的方式更 为合理，并指出了同步回转增压工艺具有向干管增 压 和 多 级 增 压 方 向 推 广 的 优 势 [9- ； 10] 大 牛 地 气 田 通 过对气井油压的变化规律分析，并从技术经济角度 对提出的 4种增压模式进行对比优选，最终确定采 用 区 域 增 压 加 集 气 站 分 散 增 压 的 方 案[11-12]； 土 库 曼 斯坦某气田从技术可行性和经济合理方面综合考 虑 ， 采 用 了 各 气 区 集 中 增 压 的 方 案 。 [13] 这 些 研 究 主 要集中在气井出口压力较低、含硫较低气田的增压 集输模式的确定，而对于气井出口压力较高且集输 管网比较复杂的高含硫湿气田研究相对较少。因 此，高含硫湿气集输系统增压方案的确定难以直接 借鉴目前国内外研究成果。
第 40 卷第 07 期 （2021-07）
完整性管理
高含硫湿气集输系统增压模式优化研究*
马雯
中石化中原油田分公司石油工程技术研究院
摘要：随着高含硫湿气田低于外输压力要求的气井不断增加，影响气田稳产，开发后期必须进 行增压集输。基于前期研究成果，建立了增压集输模式的数值模型，采用热-力耦合方法，模拟 分 析 了 某 气 田 典 型 增 压 模 式 下 集 输 管 内 的 流 速 、 持 液 率 、 压 降 的 变 化 情 况 。 研 究 结 果 表 明 ： 1#~ 4#线流速过高，需提高相应管段的运行压力，进行增压集输，以降低相应管段的流速；为避免段 塞流风险和压降，需对 1#~3#线进行汽液分输增压；综合各方面因素采用汽液分输的区域增压加 干线增压的集输模式，既能最大限度地开发气田资源，又能满足管网外输压力的要求，是高含 硫湿气集输系统增压开采最优的增压集输模式。上述研究成果为高含硫湿气集输系统增压模式 确定和增压点布局提供了重要依据。 关键词：高含硫湿气田；增压集输；汽液分输；干线增压；区域增压
含硫湿气田进入后期开发，井口压力降低，产 液量增加，必须对气田地面集输工艺进行改造，此
时增压集输成为高含硫湿气田高效开发的必然选 择 [1]。
DOI:10.3969/j.issn.1006-6896.2021.07.015
* 基金论文：中国石化“十条龙”集团公司项目 （P18062-6）。
油气田地面工程
图 1 增压模式确定流程图 Fig.1 Flow chart for determination of pressurization mode
3 结果与讨论
高含硫湿气集输系统增压模式的选择应尽量保 证把气田产出的天然气向外输出，尽可能降低集气 管网的集气压力，保证增压集输系统整体安全运行 的可靠性且方便管理。高含硫湿气田井口压力设计 值 为 4 MPa， 为 满 足 井 口 压 力 值 要 求 ， 经 大 量 核 算，采用集中增压模式，增压压缩机入口压力将降 为 3.3 MPa。 本 文 将 主 要 对 集 输 管 线 流 速 、 持 液 率 及压降等管网运行特性进行分析。 3.1 集输管内流速分析
78
油气田地面工程
第 40 卷第 07 期 （2021-07）
图 2 1#线管线流速变化 Fig.2 Flow rate change of line 1#
完整性管理
3.2 集输管道内持液率分析
图 6～ 图 9 是 1#~4#线 管 线 持 液 率 变 化 结 果。 从 图 中 可 以 看 出 ： 1#线 P103-P102 和 P106-P104 管 段 持 液 率 达 50% 以 上 ； 2#线 P204-P203 和 P203-P202 管段持液率在 40%以上，在启动、停止、运输过程 中 可 能 发 生 段 塞 流 风 险 ； 3#线 P305-P304、 P304P303 和 P303-P302 管段持液率在 40%左右，启停输 过 程 中 也 可 能 存 在 段 塞 流 风 险 ； 4#线 各 管 段 持 液 率 均较小，运行中发生段塞流风险的可能性较小。因 此 ， 从 避 免 段 塞 流 风 险 角 度 分 析 ， 建 议 对 1#~3#线 进行汽液分输增压。
本文以多相流双流体模型为基础，基于流型特 性因素分析，并且耦合管道沿线的温降模型及天然 气物性 P-R 计算模型，采用 OGLA 软件对某气田集 输管网进行了三维表征，建立了高含硫湿气田复杂 山地集输系统增压模拟物理模型，并通过运用数值 差分方法对其进行求解。
2 集输系统增压模式确定
图 1为高含硫湿气集输系统增压模式确定流程 图，主要包括参数输入、模型求解计算、临界条件 判定以及结论输出等几个方面。
本文通过对现有高含硫湿气田实际数据进行分 析，建立了高含硫湿气增压集输模式的数学模型和 物理模型，通过模拟分析典型增压模式下集输管内 的流速、持液率、压降的变化规律，并对地面配套 的增压集输工艺、地面集输管网的调整利用和增压 集输的成本控制等因素进行综合考虑，最终优选出 高含硫湿气田增压集输模式。
1 气田增压集输模型建立
（1） 将 运 行 参 数 （输 气 量 、 温 度 以 及 组 分 等）、结构参数 （管网管径、倾角以及高差等）、地 质配产 （气井产量以及进口压力） 等数据代入已建
好的模型中进行相应的计算。 （2） 进 行 临 界 条 件 的 判 别 。 若 管 内 流 速
≤8 m/s，则采用集中增压模式，然后进行段塞流风 险以及降压判别。若有段塞流风险，则采用分输集 中增压；若无段塞流风险，则采用混输集中增压。 若 管 内 流 速 ＞ 8m /s， 则 需 确 定 相 应 的 增 压 降 速 管 段 并初步确定相应管段的增压模式，然后进行段塞流 风险以及降压判别。若有段塞流风险，则采用汽液 分输增压；若无段塞流风险，则采用汽液混输 增压。
图 2～ 图 5 是 1#~4#线 管 线 流 速 变 化 结 果。 从 图 中 可 以 看 出： 1#线 P104-P102 以 及 P102-P301-1 管 线 流 速 均 超 过 10 m/s， 仅 部 分 支 线 满 足 设 计 要 求 （3~8 m/s）； 2#线 各 管 段 流 速 均 在 控 制 流 速 3~8 m/s 范围内，但 P201-P301-2 和 P202-P201 管段流速较 高 ； 3#线 P301-NODE 管 段 处 于 高 速 运 行 状 态 ， 其 余 管 段 流 速 均 在 控 制 流 速 3~8 m/s 范 围 内 ； 4#线ห้องสมุดไป่ตู้除 D405- D404 管 段 外 ， 其 他 管 段 速 度 均 超 过 8 m/s， 不 满 足 管 线 输 气 能 力 。 因 此 ， 若 要 解 决 1#~4#线 流 速过高问题，必需提高相应管段运行压力，进行增 压集输。
77
完整性管理
马雯：高含硫湿气集输系统增压模式优化研究
目前，国内外有大量学者、工程师对气田集输 系统的增压模式进行了探索，主要有井场增压、集 气站增压、区域增压、集中增压、组合增压等增压 模式 ， [2-5] 并在多种类型气藏的实际开发中得到了广 泛应用。如靖边气田在开发中后期的低压开发阶段 采用了以区域增压为主、部分集气站单站增压为辅 的增压集输模式 ； [6-8] 苏里格气田通过分析总结以及 开展气井低压低产阶段同步回转增压排水工艺技术 研究，最终确定气田集气站采用分散增压的方式更 为合理，并指出了同步回转增压工艺具有向干管增 压 和 多 级 增 压 方 向 推 广 的 优 势 [9- ； 10] 大 牛 地 气 田 通 过对气井油压的变化规律分析，并从技术经济角度 对提出的 4种增压模式进行对比优选，最终确定采 用 区 域 增 压 加 集 气 站 分 散 增 压 的 方 案[11-12]； 土 库 曼 斯坦某气田从技术可行性和经济合理方面综合考 虑 ， 采 用 了 各 气 区 集 中 增 压 的 方 案 。 [13] 这 些 研 究 主 要集中在气井出口压力较低、含硫较低气田的增压 集输模式的确定，而对于气井出口压力较高且集输 管网比较复杂的高含硫湿气田研究相对较少。因 此，高含硫湿气集输系统增压方案的确定难以直接 借鉴目前国内外研究成果。
第 40 卷第 07 期 （2021-07）
完整性管理
高含硫湿气集输系统增压模式优化研究*
马雯
中石化中原油田分公司石油工程技术研究院
摘要：随着高含硫湿气田低于外输压力要求的气井不断增加，影响气田稳产，开发后期必须进 行增压集输。基于前期研究成果，建立了增压集输模式的数值模型，采用热-力耦合方法，模拟 分 析 了 某 气 田 典 型 增 压 模 式 下 集 输 管 内 的 流 速 、 持 液 率 、 压 降 的 变 化 情 况 。 研 究 结 果 表 明 ： 1#~ 4#线流速过高，需提高相应管段的运行压力，进行增压集输，以降低相应管段的流速；为避免段 塞流风险和压降，需对 1#~3#线进行汽液分输增压；综合各方面因素采用汽液分输的区域增压加 干线增压的集输模式，既能最大限度地开发气田资源，又能满足管网外输压力的要求，是高含 硫湿气集输系统增压开采最优的增压集输模式。上述研究成果为高含硫湿气集输系统增压模式 确定和增压点布局提供了重要依据。 关键词：高含硫湿气田；增压集输；汽液分输；干线增压；区域增压
含硫湿气田进入后期开发，井口压力降低，产 液量增加，必须对气田地面集输工艺进行改造，此
时增压集输成为高含硫湿气田高效开发的必然选 择 [1]。
DOI:10.3969/j.issn.1006-6896.2021.07.015
* 基金论文：中国石化“十条龙”集团公司项目 （P18062-6）。
油气田地面工程