集气管线预注醇分析及优化

2017-11-08杨亚军杨继刚尤靖茜白建收

石油化工应用 2017年10期

杨亚军，杨继刚，尤靖茜，白建收

（1.中国石油长庆油田分公司第五采气厂，陕西西安 710021；2.西安长庆化工集团有限公司，陕西西安 710018；3.中国石油长庆油田数字化与信息管理部，陕西西安 710018）

集气管线预注醇分析及优化

杨亚军1，杨继刚2，尤靖茜3，白建收1

天然气水合物堵塞管线是冬季采气过程中经常遇到的一个问题，甲醇是苏里格气田东区用于防治水合物的主要抑制剂。根据苏里格气田“井下节流、中低压集气、井间串接”等工艺流程特点，文章从注醇量、注醇点等方面对冬季预注醇进行了分析优化。通过理论定性计算甲醇注入量，并随着气温、压力等的变化及时调整制度；依据入冬前的管线巡护工作准确选取甲醇最佳注入点。该方法形成后，集气管线预注醇更加合理，不但减少了井堵频次，还大大降低了甲醇消耗量。

水合物；冻堵；预注醇量；预注醇点

1 冬季运行现状

苏里格G区冬季最低气温可达-20℃以下，地面集输管线易造成水合物堵塞，严重影响气井的正常安全生产。鉴于此，每年冬季都会开展大量的预注醇工作。据统计，2015年11月至2016年3月，集输管线共计预注醇1 493次，消耗甲醇616.87 m3，过程中发生冻堵61井次，影响天然气产量约826.63×104m3。可以看出工作量大、甲醇消耗量大、效果欠佳是往年预注醇工作的明显特点，究其原因，未能深入分析进行精细化管理，形成有效的预注醇制度，只是在集输管线末点或压力高点凭经验定性的开展预注醇工作，针对性弱。

2 天然气水合物形成原因及预防原理

2.1 苏里格G区天然气水合物的形成原因

天然气水合物是天然气与水在一定条件下形成的类似于冰的笼形晶体水合物。概括起来讲，天然气水合物的形成必须具备以下条件：

（1）有液态水存在，天然气温度必须低于天然气的水露点；（2）低温，系统温度低于水合物生成的相平衡温度；（3）高压，系统压力高于水合物生成的相平衡压力；（4）其他辅助条件，如气体流速和流向的突变产生的扰动、压力的波动和晶种的存在。

苏里格G区为中低压集气模式，设计之初，管线均埋于冻土层之下且井口不注醇，但在冬季实际运行中，管线内依旧会产生天然气水合物，严重时亦可发生管线冻堵现象。分析其中原因，笔者认为主要有以下两点：

（1）苏里格G区位于毛乌苏沙漠腹地，其主要地貌为半沙漠化及沙化土地，流沙移动较快，尽管管线上方开展了局部的防风固沙工作，但效果不能持久，所以当风力搬走管线上方的沙土后，就会直接造成管线埋深不足甚至裸露，降低了管线运行温度，达到了天然气水合物的形成条件。

（2）部分管线铺设地段沙丘较大且多，造成管线起伏较为严重，降低了气体携液能力，在低洼处易积液。管线积液处管线有效流通截面变小，形成节流降温，也可达到天然气水合物的形成条件。

2.2 甲醇防堵机理

由于甲醇的羟基团形式相似于水分子，根据相似相溶原理，天然气中的水分极易溶于甲醇中，改变水分子之间的相互作用，降低界面上的水蒸气分压，从而提高了水合物生成压力或降低了水合物生成温度，达到抑制水合物形成的目的[1，2]。

3 预注醇优化及效果分析

预注醇制度内容包含四点：注醇管线、注醇点、注醇量、注醇周期。其中注醇管线的选择可以根据巡线结果、本年度管线下放工程及往年冬季运行管线冻堵情况综合来选择，注醇周期由于受注醇设备及人员的限制，统一按三天一次运作。注醇点和注醇量则根据不同的管线特征属性制定不同的制度。下面就以典型代表说明预注醇制度的制定与调整。

3.1 预注醇量计算及选取

注入天然气系统中的甲醇[3-5]，一部分与管线中的液态水混合，形成甲醇的水溶液，一部分与气体混合（防止气相中形成水合物），准确计算甲醇注入量时，需要考虑气相和液相中的甲醇量。

水合物形成温度降计算：

式中：ΔT-水合物形成温度降，℃；t1-水合物形成临界温度，℃，由图1可查得；t-天然气进站温度，℃。

当确定出水合物形成的温度降ΔT后，可按下式计算液相中必须具有的抑制剂浓度X（质量百分数）：

式中：X-水溶液中抑制剂浓度，质量百分数；ΔT-水合物形成温度降，℃；32.04-甲醇相对分子质量；1 297-抑制剂常数。

图1 预测形成水合物的压力-温度曲线

甲醇注入量计算：

式中：Gm-甲醇注入量，kg/d；Gs-液相中甲醇量，mg/m3；Gg-气相中甲醇量，mg/m3；Q-天然气流量（标准大气压，20℃条件下），m3/d。

式中：Wf-日产水量与日产气量的比值，mg/m3；C-注入甲醇的浓度，质量百分数。

式中：α-甲醇在每立方米天然气中的克数与在水中质量浓度的比值，与温度和压力有关，可用下列经验公式计算：

式中：P-压力，MPa；T-温度，K。

气井井口均无两相计量，无法准确得知气井产液量，故这里只计算气相中甲醇的消耗量，即取Gs=0。以G-1三丛井为例，该井丛日均产气量1.349 7×104m3，目前井场外输压力1.3 MPa，平均产气温度4℃，甲醇浓度95%。计算地面管线注醇量：根据外输压力及天然气相对密度（取0.6），由图1查出水合物形成温度t1=2.5 ℃，则 ΔT=（t1-t）+（3 ℃～5 ℃）=3.5 ℃，代入公式算出X=7.96%，根据压力和温度计算出α=4.66，则依据公式可得Gg=390 mg/m3，将产气量Q代入公式得Gm=5.26 kg/d，根据甲醇密度0.792 8 kg/L，即得出理论甲醇注入量为6.6 L/d。

在气量、温度、压力不变的情况下，计算液相中甲醇消耗量，趋势（见图2），可以看出随着产液量的增加，甲醇消耗量线性增加，而且增加幅度较大。

图2 液相消耗甲醇量与日产液量曲线

以计算所得气相中甲醇消耗量为基础，考虑到实际生产中气井有产液现象，首次预注醇时选取日产液量为100 kg，所以每天预注醇量为18 L，又因为注醇周期为3 d，故每次预注醇量为54 L，制度取整为50 L。后期根据气温及井口压力变化及时调整注入量，2017年1月5日，该井油压异常，异常值较正常值升高0.3 MPa，防止发生冻堵，进行了一次解堵注醇，注醇量为1 037 L，此后一月预注醇量由50 L上调为100 L，后期运行正常，二月再次调整为50 L，三月气温回升，停止了对该条管线的预注醇工作，管线运行平稳。具体运行制度（见表1）。