高黏原油海底管道停输流动安全保障研究

张文欣

（中海油研究总院有限责任公司， 北京 100028）

1 前言

渤海某油田A平台所产原油为高黏原油（流体性质见表1），与同期相邻的新开发油田B平台，分别新建海底输油管道输送至C平台，并依托C平台至D平台的输油管道，最终输送至终端。虽然A平台高黏原油凝点低于海管埋地处最低环境温度（4℃），但因其黏度对温度较敏感，停输工况下随着管内流体温度降低，黏度增大，导致冷启动或置换压力较高，且区域供电较为复杂，需进行不同失电停输工况的流动安全保障研究，以满足安全再启动要求。

图1 区域平台示意图

表1 A平台至C平台海管输送流体黏温数据 (mPa·s)

表2 C1平台至D平台海管输送流体黏温数据 (mPa·s)

表3 D平台至终端海管输送流体黏温数据 (mPa·s)

2 停输流动安全保障研究

该区域平台和海管相互连接，各平台供电情况不同，且依托平台应急电源不足，导致失电后停输再启动和置换较为复杂。该区域停产工况分为以下三种，现对每种停产工况进行再启动或置换分析：

工况一：A平台失电；工况二：C2平台失电（C2平台为C平台供电）；工况三：D平台失电（区域失电）。

2.1 工况一：A平台失电

对于高黏低凝输油管道，长时间停输后不会凝管，管内流体温度降至环境温度，可进行冷启动，冷启动的计算分析如下：

表4 A平台至C平台海底输油管道冷启动分析

通过表4可知，该管道冷启动时间较长，因此在有条件的情况下应优先进行置换。计划置换与应急置换流程一致。

表5 A平台至C平台海底输油管道置换分析

由于随着管内流体温度降低，黏度增大，置换压力增加，因此在以下时间内必须启动置换流程，使置换压力可以满足要求。工况一的A平台失电工况下，仅需要置换A平台至C平台海管，其他海管均可正常输送。

表6 A平台至C平台海底输油管道置换流程启动时间要求

2.2 工况二：C2平台失电

C2平台为C平台供电，当C2平台失电时，因C平台至D平台为高黏低凝原油管道，长时间停输后不会凝管，经模拟计算，约500小时后管内流体温度降至环境温度，此时冷启动分析如下：

表7 C平台至D平台海底输油管道冷启动分析

通过以上分析可知，冷启动时间较长，因此在有条件的情况下应优先进行置换。当C2平台计划停产时，先对上游管道进行计划置换，同工况一。根据原设计，该管道采用C1注水泵作为置换泵（孔板后排压2650kPaA）且未挂应急电。计划置换流程如下：

表8 C平台至D平台海底输油管道置换分析

随着管内流体温度降低，黏度增大，置换压力增加，因此在以下时间内必须启动置换流程，使置换压力可以满足要求。

表9 C平台至D平台海底输油管道置换流程启动时间要求

若C2平台应急失电，则应立即启动A平台至C平台和C1平台至D平台海管置换流程，B至C2平台海管可将管内流体置换存储至C2平台。因C1平台原设计无应急置换流程，需利用上游置换流体置换C1至D平台海管。因A平台中期水源井转为注水井，置换介质改为海水。为避免海水腐蚀，可考虑A平台至C平台海管管内流体置换完全后，再开启B平台置换流程（与A平台同时置换，并在4h内完成置换），利用B平台水源井水对C1至D平台海管进行置换。

表10 C平台至D平台海底输油管道应急置换分析

2.3 工况三：D平台失电（区域失电）

D平台至终端输油海管高黏低凝原油管道，长时间停输后不会凝管，约500h后管内流体温度降至环境温度，可进行冷启动，分析计算如下：

表11 D平台至终端海底输油管道冷启动分析

因该输油管道较长（71km），导致冷启动时间较长，因此当D平台计划失电时，对该管道优先进行置换。先对上游管道进行计划置换，同工况一、二分析。根据原设计，该管道采用D平台注水泵作为置换泵且未挂应急电。计划置换流程如下：

表12 D平台至终端海底输油管道置换分析

随着管内流体温度降低，黏度增大，置换压力增加，因此在以下时间内必须启动置换流程，使置换压力可以满足要求。

表13 D平台至终端海底输油管道置换流程启动时间要求

当D平台应急失电时，若在极端工况下，D平台长时间无法恢复主电，A平台至C平台输油海管（约100h）、C1平台至D平台输油海管和D平台至终端输油海管在长时间停输后（约500h）流体温度降至环境温度，恢复主电后，均可进行冷启动操作。其他管道凝点低，无需置换，可在恢复主电后直接启动。通过上述分析可知，各管道冷启动时间均较长，因此通过与现场作业方沟通，该区域失电后在2h内可恢复主电，另一区域失电后48h内恢复主电。

经过模拟计算，若2h内恢复主电，则各海管可直接热流体启动外输；即使考虑失电停产后48h内恢复主电，可直接用外输泵用外输热流体顶挤启动至正常外输，避免了流程的切换，计算结果如下：

表14 各海底输油管道停输再启动计算分析

3 结论

海底管道是海上油气开发生产的生命线，对于高黏低凝原油管道输送管网，停输后的流动安全保障分析极为重要[2]。区域失电工况复杂，老旧平台的设计未考虑应急电的供应等都使得再启动分析难度加大。本文充分利用输油管网内的平台水源和设备，进行了各种失电工况下的各条海管的停输再启动分析，可有效缩短再启动的时间并简化流程，为高黏低凝海底输油管道的停输流动安全保障提供一定的指导。

◆参考文献

[1] 陈晶华，付璇. 海底原油管道停输温降的Fluent模拟[J].石油化工高等学校学报，2014，27(2)：93-96.

[2] 唐宁依，张公涛，钱欣，等. 海上高凝原油管道流动安全保障方案研究[J].油气田地面工程，2018，37(1)：47-50.