[发明专利]深水海底管道预充氮气置换系统和置换时间估算方法

说明书

本发明公开了深水海底管道预充氮气置换系统和置换时间估算方法，根据水下井口产量、水下生产管线长度、水下生产管线直径和水下生产管线内预充氮气的压力建立的组分跟踪模型，设定氮气含量的目标值后，可以进行氮气置换时间的估算，能够估算深水海底管道中，水下井口生产的含天然气的流体置换氮气并且使氮气含量降低到目标范围内所需要耗费的时间，确保输送至下游的气体满足含氮量要求，同时量化置换氮气的置换时间能够起到节省能源避免产生能源浪费的作用，此外还可以利用该模型分析不同水下井口产量对氮气置换时间的影响，并且可推广至水深更深、距离更远、氮气预充压力更高的深水油气田开发项目，具有宽广的应用前景。

技术领域

本发明涉及海洋石油工程的生产流程，是一种深水海底管道预充氮气置换系统和置换时间估算方法。

背景技术

深水水下井口因普遍关井压力较高，海底环境水温较低，开井过程中油嘴下游因焦耳汤姆逊效应极易产生低温，对水下设备造成低温冲击损坏；为提高开井过程中水下井口油嘴下游温度，一般投产前在海底管道内预充一定压力氮气，避免油嘴节流降压产生低温。

现有技术中，一般在投产时利用水下井口生产流体置换水下生产管线中深水海底管道内的预充氮气，在置换后的气体可以被长明灯点燃后便可以将海底管道出口生产流体转至平台输出处理系统进行处理，水下井口生产流体包括气态的天然气，通过平台输出处理系统输送至下游发电厂；实际中，某些项目中下游发电厂用户对天然气含氮量指标有特殊要求，当海底管道出口天然气的氮气含量达到标准时才能输送到下游发电厂。

为避免合同双方因天然气氮气含量产生纠纷，常规的根据气体燃烧情况定性分析确定海底管道出口生产流体转换至平台输出处理流程的时间不能满足实际需求；需定量分析海底管道出口氮气含量变化情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以定量分析深水海底管道预充氮气置换时间方法，估算置换氮气的时间。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种深水海底管道预充氮气置换系统，包括水下生产管线以及位于海上平台的输出处理系统、氮气处理系统和多相分离器，用于连接水下井口的所述水下生产管线连通所述多相分离器，所述输出处理系统包括管线连接在所述多相分离器上的天然气处理系统和凝析油处理系统，所述氮气处理系统管线连通所述多相分离器。

进一步地改进在于：所述水下生产管线包括依次连接的海底管道、深水立管和海上平台管道。

进一步地改进在于：其还包括第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀，第一控制阀设置在连接所述天然气处理系统的管线上，所述第二控制阀设置在连接所述氮气处理系统的管线上，所述第三控制阀设置在连接所述凝析油处理系统的管线上，所述多相分离器上还设置有压力变送器和液位变送器，所述压力变送器电连接所述第一控制阀和所述第二控制阀并控制所述第一控制阀和所述第二控制阀的开启或关闭，所述液位变送器电连接所述第三控制阀并控制所述第三控制阀的开启或关闭。

本发明还提供了一种深水海底管道预充氮气置换时间估算方法，包括本发明的海底管道预充氮气置换系统，其包括以下步骤：

S1：在水下井口开井前，向海底管道内充入具有预定压力的氮气；

S2：统计所述水下生产管线的设计资料，确定所述氮气处理系统的处理能力；

S3：根据水下井口开井产量、所述水下生产管线内氮气的压力、所述水下生产管线的设计资料和所述氮气处理系统的处理能力，以氮气为指标建立组分跟踪模型；

S4：通过所述组分跟踪模型分析该开井产量下所述多相分离器内氮气含量随时间的变化；

S5：确定进入所述天然气处理系统的氮气含量要求，并根据该氮气含量要求计算氮气置换的时间。