临汾区块煤系地层天然气水合物危害与预防措施

王龙+石林+陈锦

[摘 要]天然气水合物是天然气中的某些组分与液态水在一定的压力、温度下形成的一种类冰结晶化合物。严重时，可能堵塞井筒、管线、阀门和设备，从而对天然气开采造成危害，影响气田的正常生产。所以对煤系地层天然气井水合物形成进行分析，对于天然气开采至关重要。临汾区块煤系地层针对水合物的防治主要采取加热保温，提产降压，井下节流和注抑制剂等措施。

[关键词]煤系地层 天然气水合物 预测方法 防治措施

中图分类号：P618.13 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0286-01

一、引言

临汾区块煤系地层天然气地处鄂尔多斯盆地东缘晋西挠褶带南端，开发层位有本溪组、太原组、山西组、石盒子组和石千峰组等，储层深度为1900m至2500m，目前有生产井50余口，由于地处山区、昼夜温差大。在煤系地层天然气开采和集输的过程中，井筒或输气管道中如果有水合物生成，就极易增大管路压降，严重时将造成水合物堵塞井筒、管线、阀门和设备，从而影响天然气的开采、集输。

二、天然气水合物形成条件

2.1 主要条件

（1）天然气温度等于或低于水的露点，有游离水或液态水存在；（2）在一定压力和气体组成下，温度低于形成水合物的温度；而高压，使形成水合物的温度上升。

2.2 次要条件

（1）气流速度很高，气体扰动；（2）压力发生波动；（3）存在小的水合物晶种；（4）.天然气中存在易形成水合物的H2S或CO2。

三、水合物的预测方法

天然气的压力、温度和组分决定了是否会生产水合物，到目前为止，预测水合物生成温压条件的方法大致可分为：经验公式法、图解法和相平衡计算法等，本文采用前两种进行分析。

3.1 经验公式法

1960年，波诺马列夫对大量实验数据进行整理，得出确定不同密度的天然气水合物形成条件的方程式：

当T>273.15K时

lgP=-1.0055+0.0541（B+T-273.15） （1）

当T≤273.15K时

lgP=-1.0055+0.0171（Bl+T-273.15） （2）

式中：

P为压力，千帕

T为形成水合物的平衡温度，K

B，Bl为与天然气相对密度有关的系数

3.2 图解法

按不同密度作出的天然气形成水合物的温度与压力的关系曲线图。曲线上的数据为天然气的相对密度，所对应的温度即是该点压力条件下的水合物形成温度。每条曲线的左边为水合物生成区，右边为非生成区。天然气从井底向井口流动过程中，温度和压力都要逐渐降低，根据压力剖面和温度剖面曲线，由图1可确定沿程各点是否形成水合物。

四、现场天然气水合物形成分析

4.1 天然气水合物形成情况

临汾区块煤系地层天然气井生产过程中，在不同位置处发现天然气水合物：单井外输支线、单井紧急切断阀、采气树、针型阀。

4.2 天然气水合物形成相关参数分析

天然气水合物形成相关参数见表1。

在使用三相分离器时，当外输温度与室外温度相差大于22℃且外输外度低于40℃时产液量的多少对形成水合物无明显影响；井下节流时外输温度低于13℃时极易形成水合物。

4.3 水合物形成条件分析

4.3.1 经验公式法分析

计算得出部分井天然气水合物形成条件，见表1。

通过经验公式法计算出区块内各井外输温度一定时形成水合物的压力，外输压力一定时形成水合物的温度，通过对比外输温度一定时，外输压力与形成压力的大小，外输压力一定时，外输温度与形成温度的大小，来判断水合物形成的难易程度；当外输温度一定时外输压力大于形成压力时就易形成水合物，外输压力小于形成压力就不易形成水合物；当外输压力一定时，外输温度小于形成温度就易形成水合物，外输温度大于形成温度就不易形成水合物。而表中数据可以看出井10的外输温度小于形成温度且形成压力小于外输压力，故该井极易形成水合物。

4.3.2 图解法分析

临汾区块气井节流后井口压力控制在4MPa左右，且区块内气体相对密度在0.58上下。故根据图1可知，临汾区块煤系地层天然气水合物的形成温度为12℃，而井口温度一般控制在8.0～36℃，所以当井口温度低于12℃时，需对8～12℃的井采取措施预防天然气水合物形成。

五、水合物的防治方法

因为水合物的形成有三个重要条件：压力、温度、游离态的水，因此只要控制了三个条件中的一个，就可以成功的预防天然气水合物的生成。

5.1 加热保温法

加热保温法的作用原理是通过加热提高地面管线中气体的温度以使其高于水合物的生成温度。在现场使用的设备设施主要有三相分离器、一体化加热分离器和添加电伴热等方式确保从采气树流出的气体温度高于临界生成温度。

5.2 提产降压法

降压提产法的作用原理是通过降低地面管线中的压力破坏水合物的生成条件。但在实际生产中，由于输送压力有操作范围的限制，管线必须保持一定压力并不能下降很多，所以这种方法更多只是作为一种现场解堵补救措施，来去除管内已经存在的水合物堵塞，而且必须同时从两端降压，防止管道中出现较大压差发生危险。

5.3 井下节流法

通过在井下油管内预定位置下入井下气嘴，对地层产出气实施井下节流降压，利用地层高温加热井筒中节流降温后的气流，从而取消井口的节流，预防水合物的生成。

5.4 添加化学抑制剂法

添加化学抑制剂法是通过向管线中注入一定量的甲醇，改变水合物形成的热力学条件，来达到保持流体流动的目的，提高水合物生成压力，降低生成温度，以此来抑制水合物的生成。

六.结论

（1）井筒或采气管线生成水合物对气田的正常生产会造成很大影响，严重时甚至危害生产安全。

（2）通过经验公式法和图解法分析得出临汾区块煤系地层天然气井7、井10等有可能形成水合物，在后期的管理中需加强压力、温度数据监测。

（3）临汾区块针对水合物的防治措施主要采取加热保温，提产降压，井下节流和注甲醇等。

参考文献

[1] 马荣生，孙志高，樊栓狮等.气体水合物生成条件研究[J].扬州大学学报，2002，5（2）：49-2.

[2] 孙长宇，黄强，陈光进.气体水合物形成的热力学与动力学研究进展[J].华工学报，2009，57（5）：1031-1039.