PDF《天然气凝析液管道水合物堵管风险研究》

石油科学通报

2016 年9月第1卷第

2 期:257-269 天然气凝析液管道水合物堵管风险研究 阮超宇,史博会,宋尚飞,丁麟,柳扬,黄启玉,宫敬 * 中国石油大学 ( 北京 ) 油气管道输送安全国家工程实验室 / 石油工程教育部重点实验室 / 城市油气输配技术北京市重点实验室 , 北京

102249 * 通信作者, ydgj@cup.

edu.cn 收稿日期: 2016-08-03 摘要 水合物的形成与堵塞问题是深海油气资源开发的主要风险之一,准确预测水合物堵管的概率是保障油气 管线流动安全的基础.本文将基于可靠性的极限状态方法,引入水合物堵塞风险计算中,建立了基于水合物生 成及凝析液流动特性的数学模型.综合考虑管道运行参数的不确定性,运用LHS和POD方法对堵塞风险的极限 状态方程进行求解,实现了以概率形式定量描述天然气凝析液管道中水合物堵塞的风险,能够比较准确预测水 合物堵管时间和堵管位置,为天然气凝析液管道防堵提供理论支持. 关键词 水合物;

壳模型;

堵管概率;

可靠性;

LHS和POD算法

0 引言 水合物是由主体分子和客体分子在一定温度和压 力的条件下,按非化学配比形成的一种外形像冰、但 晶体结构与冰不同的固态化合物[1] .一旦满足条件, 主体分子和客体分子会快速结合形成水合物晶体,随 着水合物晶体相互接触,发生聚并形成较大的聚集体, 增加水合物浆液的黏度或沉积在管道内壁,从而减小 管道流通截面积,直至堵塞管道,严重影响深海油气 田的开发.由于传统的水合物抑制方法存在显著的技 术局限性且成本较高等一系列问题[2-3] ,促使国内外研 究人员必须寻求水合物风险控制技术.近年来,国内 外学者对流动体系中水合物形成机理及其流动特性, 进行了深入系统地研究[4-7] .但完整的水合物风险管理 必须包括水合物堵管风险的预测与评估,目前主要研 究成果如下: 王武昌等[8-9] 通过建立简化的无量纲参数Ch ,表 征水合物颗粒的聚并和剪切趋势,从而对水合物浆液 的流动安全问题进行定性判定.科罗拉多矿业大学水 合物研究中心开发并已嵌入OLGA的CSMHyK[10] 模 块可用于模拟油基体系中的水合物生成及浆液流动特 性,并通过浆液粘度的变化来判断水合物堵管的风险. Statoil油田将基于风险控制的水合物动力学技术应用 到水合物风险控制中[11] ,该技术在判定水合物堵管可 能性时,考虑了地形、含水和水合物诱导期等因素对 管道流动特性的影响,为含水合物管道的流动安全保 障问题提供优化运行的平台.Morgan等[12] 采用决策树 的方法,考虑过冷度、抑制剂、含水量和管径等不同 参数对水合物堵管概率的影响,定性分析了堵管概率. 虽然国内外学者对水合物的风险控制有一定的研 究,但是并没有给出定量计算水合物堵塞风险概率的 方法.因为水合物的成核和生长是一个非常复杂的化 学变化过程,会受到热力学和动力学等多种因素的共 同影响,这些参数都具有显著的不确定性,再加上水 合物浆液流动的随机性,更增加了定量计算水合物堵 管概率的难度[13] . 针对参数的不确定性,目前在航空航天、汽车、 电子和结构工程等领域已普遍采用了基于可靠性的设 引用格式:阮超宇, 史博会, 宋尚飞, 丁麟, 柳扬, 黄启玉, 宫敬. 天然气凝析液管道水合物堵管风险研究. 石油科学通报, 2016, 02: 257-269 RUAN Chaoyu, SHI Bohui, SONG Shangfei, DING Lin, LIU Yang, HUANG Qiyu, GONG Jing. Study of hydrate plugging risk in gas-condensate pipelines. Petroleum Science Bulletin, 2016, 02: 257-269. doi: 10.3969/j.issn.2096-1693.2016.02.021 ?2016 中国石油大学(北京) 清华大学出版社有限公司 http://sykxtb.cup.edu.cn