海底管道不同预热计算方法对比

鞠朋朋

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

1 前言

海底管道作为海上平台油气外输的通道，其作用随着海上生产开发规模日益扩大而愈加重要。为了保障海底管道正常投产运行安全，特别是高粘易凝原油管道，在投产前需利用热水对海管进行预热，保证海管出口温度在原油凝点以上至少3 ℃。中国南海某油田有2座开采平台，水深在87 m～90 m，两平台之间海管直径16″，长约41.7 km，为双层保温管，保温层厚度45 mm，油田开发示意图如图1。

图1 南海某油田开发示意图Fig.1 Development diagram of an oilfield in South China Sea

该油田原油凝点为22 ℃，最低环境温度为17 ℃，低于原油凝点，海管投产前需利用热水进行预热，保证海管出口温度至少25 ℃(原油凝点考虑3 ℃设计余量)。工程开发一般使用OLGA软件进行预热工况模拟，文章介绍两种不同的模拟方法。

2 方法一：OLGA+PVTsim

该方法利用PVTsim提供组分输入，OLGA软件进行预热工况模拟。PVTsim软件是一款流体组分处理软件，可为多种石油化工软件提供流体组分输入，在海管预热模拟中为OLGA提供预热水的组分输入；由于OLGA为多相流处理软件，无法处理单组分流体，可在水中加入少量氮气的方式进行工况模拟，对预热时间影响不大。

建立海管在环境温度条件下的初始条件，在重新启动模拟中利用300 m3/h的70 ℃热水进行海管预热，模拟过程中海管出口温度曲线如图2。

图2 海管出口温度曲线Fig.2 Outlet temperature curve of submarine pipeline

根据图2可知，海管出口达到25 ℃大约19 h。

3 方法二：OLGA黑油模型

该方法利用OLGA软件自带的黑油模型进行预热工况模拟，不需要外部软件进行组分输入，特别适用于没有购买PVTsim等流体处理软件的情况。在油气田开发初期流体性质缺乏，进行海管直径选择等工况时可利用黑油模型进行简单估算，待后期资料详实后再进行管径复核。在预热模拟中，利用OLGA黑油模型输入油、气、水性质，定义GLR(气液比)、water cut(含水率)等参数，就可进行预热模拟。

海管预热模拟时，利用17 ℃环境温度水建立海管初始条件，20 h后利用300 m3/h的70 ℃热水进行海管预热，模拟过程中海管出口温度曲线如图3。

图3 海管出口温度曲线Fig.3 Outlet temperature curve of submarine pipeline

根据图3可知，海管出口达到25 ℃大约18.4 h(38.4 h-20 h=18.4 h)。

4 方案对比

方案一属于工程设计常规做法，已在多个生产项目开发中应用，设计结果可满足工程开发需要；流体组分需要专门的软件进行处理，无法输入单一组分，需要对流体组分进行适当处理。

方案二特别适用于没有购买流体组分处理软件的情况，计算结果与方案一接近，软件操作简单灵活，但由于工程设计习惯做法使用不是很多。

5 结论

为保障安全顺利投产，高粘易凝原油海底管道投产前需进行预热，使海管出口温度在原油凝点以上；OLGA作为海底管道动态模拟软件在预热工况中广泛使用，其结果精度满足工程开发需求。方案一和方案二作为两种不同的预热模拟方法，在工程开发中都有应用，设计者可根据实际情况确定合适的方案。