天然气管道防冻堵技术应用.pdf

2 0 1 3 年 第2 期 管道技术 P i p e l i n eT e c h n i q u e 5设 各 a n d E q u i p m e n t 2 0 1 3 N o ．2 天然气管道防冻堵技术应用 吴斌1 ，单葵2 1 ．中国石化天然气榆济管道分公司，山东济南2 5 0 1 0 1 ；2 ．山东省天然气管道有限责任公司，山东济南2 5 0 1 0 1 摘要天然气水合物 N G H 是一种严重影响天然气管道安全运行的结晶化合物。目前，国内外对 于处理以及防止天然气水合物的生成形成了一套成熟的技术，在实际应用中需要根据管道运行的实际 情况，同时结合管道具备实施解堵措施的条件进行解堵，这些解堵方法在实际应用中得到了良好效果。 文中主要介绍了几种解堵技术在管道解堵中的应用情况。有效的天然气管道防冰冻、解冻堵技术研 究，能够为天然气管道的安全稳定运行提供技术保障。 关键词天然气；水合物；冰堵 中图分类号T E 8文献标识码B 文章编号l 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 3 0 2 0 0 0 7 一0 2 N a t u r a lG a sP i p e l i n eP l u g 西n gT e c l m i q u eA p p l i c a t i o n W UB i n l ．S H A NK u i 2 1 ．Y l l l i nt oJ i n 柚G 舔P i l p e u n eS u 嘶d i a r yo fS I N O P E C ，J i n 柚2 5 0 1 0 l ，C h i n a ； 2 ．S h a n d 蚰gN a t I l r a IG a sP i p 曲eC o ．，L t d ．，J i 咖2 5 0 1 0 1 ，C h i 舱 A b s t r 舭t N a t u r a lg a sh y d r a t e N G H i sas e r i o u si 1 1 n u e n c eo nt h es 如o p e r a t i o no fn a t u r a lg a sp i p e l i n ei nt h ec r y s t a l l i n e c o m p o u n d s ．H o wt oh a J l d l ea I l dp r e v e n tt 1 1 ef o 珊a t i o n0 fn a t u r a lg a sh y d I a t eh a sf 0 珊e das e to fm a t u r et e c h n o l o g i e sa th o m ea I l d a b r o a d ．B l o c k i n gi sp r e v e n t e di nt h ep r a c t i c a l 印p l i c a t i o nb a s e do nt h ep i p e l i n eo p e r a t i o no ft I l ea c t u a ls i t u a t i o n ，c o m b i n e dw i t h t h ei m p l e m e n t a t i o no fm e a L s u r e sf o rp i p e l i n ep l u g g i n gc o n d i t i o n ．T h eb l o c k i n gm e t h o di np r a c t i c a la p p l i c a t i o n ss h o w sg o o dr e s u l t s ． T h i sp a p e rm a i l l l yi n t r o d u c e ss e v e r a lb l o c k i n gt e c h n o l o 百e si np i p eb l o c k i n g 印p l i c a t i o n ．W i t ht h en a t u m lg a sd e m a I l di n c r e a s i n g ， r e s e a r c hi sb e i n gc o n d u c t e do nas e to fe f f e c t i v en a t u r a lg a sp i p e l i n ea n t i f h e z i n g ，t h a w i n gp u l 髂i n gt e c h n o l o 舀e sf o rt h en a t u r a l g 鹊p i p e l i n es 如t ya n ds t a ．b l eo p e r a t i o nt op m v i d et e c h n i c a ls u p p o n ． K e yw o r d s n a t u r a lg 鹊；h y d r a t e ；i c eb l o c k a g e 1 防冻堵技术 形成水合物的首要条件是天然气中含水，且处于 过饱和状态，甚至有液态游离水存在；其次是有一定 条件的压力和低于水合物形成的温度。在上述2 种条 件下的生产运行过程中，如遇压力波动、温度下降、节 流或气流流向突变，就可能很快形成水合物堵塞。 目前，一旦发生管道冰堵问题，主要采取以下几 种方法提高管道运行温度；注人热力学抑制剂；降低 管道运行压力；制定合理清管计划。 2 天然气管道防冻堵措施应用 某天然气管道横跨陕西、山西、河北、山东四省， 所处地区为北方高寒地区，该天然气管道冬季投产不 久后在山区一段发生了严重的冻堵，压差一度达到了 3 ．0M P a ，立即分步采取了以下4 种措施 2 ．1 降压放空解堵 天然气干线一旦发生冰堵，不但严重影响下游供 收稿日期2 0 1 2 一0 7 1 7收修改稿日期2 0 1 2 1 2 一0 8 气，而且压差不断增加，影响到管道的安全运行，因此 必须采取快速的解堵措施。降压放空就是快速解堵 的方法，通过关断上下游阀室，然后通过阀室放空管 放空，在放空的过程中通过控制压差，对管道进行反 复吹扫，放空降压后恢复输送压差到1M P a ，天然气管 道水合物得到了及时的消除。 但是，在当时管道所处环境温度在一1 0 ℃左右， 当用放空降压来分解输气管道中已形成的水合物时， 水合物分解了，但又立即转化为冰塞，所以当经过2 次 降压放空解堵后，压差又慢慢上升，由此又采取第二 步措施，防止再次冰堵。 2 ．2 节流点伴热解堵 放空解堵完毕后，由于已经产生了冰堵现象，说 明管道中的气质已经达到了产生水合物的条件，因此 必须采取一些措施来破坏水合物产生的条件。维持 原来的压力状态下，使输气管道中天然气的温度高于 生成水合物的温度，溶解管线内冰层。在冻堵段管线 放空解堵完成后，为了防止冰堵再次发生，在管道节 万方数据 8 P i p e l i n eT b c h n i q u ea n dE q u i p m e n t M a r ．2 0 1 3 流处增加了电伴热系统。电伴热最高能加热至7 5 ℃，传热到管壁后温度大约为1 3 ～1 8 ℃，外层采取保 温措施，用土掩埋后，使用发电机连续供电加热，有效 地抑制了管道冰堵的再次发生以及进一步恶化，整个 冬季运行中节流处压差没有继续增加。 2 ．3 管道降压运行控制 在管道压差没有进一步上升后，为降低水合物阻 塞概率及降低水露点，提高管道内气体流速，在满足 下游供气需求的前提下，调整上游气田进气量，使得 管道在合理经济工况下运行。通过模拟仿真计算运 行工况，该管道起点保持7M P a ，末点压力5M P a 压力 即可满足下游管网供气，前后压力调整后工况见表1 。 表l 管道运行压力调节表 M P a 站场篇鬟站场嚣篙 站场一 7 ．6 57 站场四 5 ．35 ．6 5 站场二 5 ．65 ．8 8 站场五 4 ．55 ．O l 站场三 5 ．4 85 ．6 站场六 4 ．25 ．0 1 与理想运行结果比对，目前管线冰堵点截流已造 成约0 ．6M P a 的压降损失。通过调整上游气田进气 量，全线降压运行。降压运行前，冻堵段阀室间压差 达到2 ．7M P a ，采用节流点加电伴热、分输站加注乙二 醇、放空等多种措施后，压差为1 ．1M P a ，压差减小，但 效果仍不理想，而且一旦压力再次上升，仍然有可能 造成冰堵。因此，在合理调节工况前提下，能有效控 制冰堵现象进一步扩大，但是不能完全消除冰堵。 2 ．4 在线清管作业 在平稳度过冬季后，为彻底清除管道内水合物以 及积存的液体，同时为了消除冰堵产生的条件，彻底 解决干线节流问题，第二年夏季，对该管线进行在线 清管作业，清管作业发送了聚氨酯全涂层泡沫清管器 以及带跟踪定位仪的碟形皮碗清管器，清出管道内积 液6 0 0m 3 ，清出粉尘约30 0 0k g ． 3 防冻堵措施应用效果 为了验证所采取的措施有效性，首先选取了冻堵 点上下游场站平遥站和武乡站的运行压力、温度，并 且将这些数据与理论计算得出的产生水合物的压力 和温度曲线相比较，工况曲线见图1 。 从图中2 个场站压力和温度运行的曲线可以明显 看出，绝大部分的运行压力超出了水合物生成分解压 力，绝大部分的运行温度也低于水合物生成平衡温 度，因此必然产生管道冻堵现象，在通过降压、加温、 注人抑制剂后，运行工况与水合物生成曲线如图2 所 示。 由图2 可以看出，在经过一系列处理措施后，运行 工况点起初在水合物生成曲线左侧，随着抑制剂的注 入后，水合物生成曲线左移，运行工况点进入曲线的 右侧，从抑制了水合物生成，说明采取的措施有效。 1 6 1 2 p 8 越 赠 4 O 2 0 1 0 一1 0 2 9 2 0 1 0 一1 1 1 3 2 0 l O 一1 l 一2 82 0 1 0 一1 2 一1 3 2 0 l O 一1 2 2 8 日期 a 武乡站数据 b 平遥站数据 图1 采取措施前运行工况曲线 2 0 1 0 年 图2 采取措施后运行工况曲线 在进行了一系列的防冻堵措施后，在满足下游供气 需求前提下，通过控制天然气气质、控制管道压力、注醇 等措施，安全平稳度过了冬季供气高峰，接着再通过夏 季的清管作业，彻底消除了冰堵，同时有效地清除了管 道中的游离水以及粉尘。通过以上措施，管道输送效率 得到明显提高，管道运行压力曲线如图3 所示。 砖 山 善 - R 幽 站场 图3 管道压力曲线图 下转第1 6 页 0 8 6 4 2 日鲁圣R幽 万方数据 1 6 P i p e l i n eT e c h n i q u ea n dE q u i p m e n t M a r ．2 0 1 3 资较双管掺水方案高出1 0 ．2 4 万元，这主要是因为在 与通球相关的一系列设备和管道深埋的挖方工程量 上的投资较高，但由于单管通球方案的能耗更低，使 得其在投资及1 0 年费用现值较双管掺水方案更具有 优势。从技术层面上看，单管通球工艺流程较双管掺 水流程更简化，生产管理更方便，且对于黏稠度较高 的高含聚采出液实施通球集输是一种更直接的解堵 输送方式，可有效降低采出井的回压，保障生产平稳 运行。综上所述，对高浓度聚驱油井应用单管通球不 加热集油流程在经济和技术上均比较合理。 3 结束语 1 针对高浓度聚驱油田的油井采出液的输送 问题，提出了经济和技术上较常规双管掺常温水流程 更合理的单管通球不加热集输工艺流程。 2 在高寒地区，采用单管通球不加热集输的油 井在停井作业时管内易发生冻堵现象，建议增加集输 管道埋深，即最少冻土层以下2 ．0m ． 3 常规掺水流程所用的管道焊接为普通焊接， 这种焊接方式可能会造成通球所用的胶球发生破损 现象，尤其是对那些通球周期较短的油井更严重，因 此建议将通球集输管道的焊接调整为氩弧焊打底。 4 由于不同区块，甚至是同一区块的油井的产 液量、产气量、含水率、井口出油温度及集输半径存在 着一定的差异，所以投球周期需通过生产实践去摸索 确定，同时建议采用自动投球装置“ 娟] ，以便根据投球 周期设定发球间隔时间定时发球清管，这样能降低劳 动强度，方便生产管理。 5 由于收球阀组间要接收各油井来的胶球，会 造成手动收球装置操作繁琐，存在较大的安全隐患， 建议应用自动收球装置。 6 高含聚采出液采用单管通球集输是一项新 的工艺技术，建议在大规模投产前开展小规模的现场 试验，在实践中摸索和总结生产管理经验，以对该项 工艺技术进行不断的完善。 参考文献 [ 1 ] 刘义坤，王福林，隋新光．高浓度聚合物驱提高采收率方 法理论研究．石油钻采工艺，2 0 0 8 ，3 0 6 6 7 7 0 ． [ 2 ]冯叔初，郭揆常，王学敏．油气集输．山东石油大学出版 社，1 9 8 8 1 1 4 ． [ 3 ] 谢飞，吴明，王丹，等．油田集输系统的节能途径．管道技 术与设备，2 0 1 0 1 5 7 5 9 ． [ 4 ]李杰训．大庆老油田地面系统优化调整措施及效果．石油 规划设计，2 0 0 7 ，1 8 3 1 4 ；3 7 ． [ 5 ]李士富．长庆油田油气集输技术的发展．油田地面工程， 1 9 9 4 ，1 3 1 9 1 2 ． [ 6 ]吴廷友．P I P E P H A S E 计算模型解析及应用．油田地面工 程，2 0 0 9 ，2 8 3 3 1 3 2 ． [ 7 ] 王晓东，李永生，郭亚红．定时自动清管投球装置研发及 应用．石油化工设备，2 0 0 9 ，3 8 6 7 7 7 8 ． [ 8 ] 于世春，杨仓海，徐梅赞，等．安全环保在线自动投球装 置．油气田地面工程，2 0 1 2 ，3 1 3 7 8 ． [ 9 ]张洋．混输管路压降计算方法在工程上的应用．管道技术 与设备，2 0 1 1 4 2 1 2 3 ． 作者简介边孝琦 1 9 8 5 一 ，助理工程师，从事油田地面工程规 划工作。 上接第8 页 管道输送效率见表2 。 表2 清管前、清管后输送效率表 由图3 、表2 可知，一系列防冻堵及清管作业后， 管道运行工况压力曲线与理论值基本符合，而且各场 站间的管道输送效率得到了提高，特别是冻堵点的管 道输送效率得到大幅度的提高，保障了管道输送的经 济性，提高了管道运行的安全性能，为天然气的平稳 输送奠定了基础。 参考文献 [ 1 ] 李玉星，姚光镇．输气管道设计与管理．东营中国石油大 学出版社，2 0 0 9 6 3 6 5 ． [ 2 ] G B ／T2 2 6 3 4 _ 2 0 0 8 天然气水含量与水露点之间的换 算． [ 3 ] 李长俊．天然气管道输送．北京石油工业出版社，2 0 0 0 1 4 一1 1 2 ． [ 4 ] 马沛生．化工热力学．北京化学工业出版社，2 0 0 5 ． [ 5 ] 诸林，白剑，王治红．天然气含水量的公式化计算方法．天 然气工业，2 0 0 3 ，2 3 3 1 1 8 一1 2 0 ． [ 6 ]Q ／s Y3 0 2 0 0 2 天然气长输管道气质要求． 作者简介吴斌 1 9 7 9 一 ，工程师，主要从事长输管道生产调度 运行工作。 万方数据